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淺析水利工程中灌注樁施工工藝
摘要:本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗,針對鉆孔灌注樁施工中所容易遇到的事故和問題,分析了事故發(fā)生的原因,并提出了具體的防治對策和措施,供工程人員參考。
關(guān)鍵詞:鉆孔;灌注;施工應(yīng)用;配制;成孔
目前,水下混凝土的施工方法分為兩大類:一是在水上拌制混凝土拌合物,進行水下灌注,如導(dǎo)管法、泵壓法、柔性管法、傾注法、箱袋法、鋪石灌漿法、開底容器法和裝袋疊置法;二是在水上拌制膠凝材料,進行水下預(yù)填骨料的壓力灌漿,包括加壓灌注和自流灌注。由于施工方法多樣化和不斷發(fā)展進步,水下不但能灌注一般的水泥混凝土,還能灌注纖維混凝土、瀝青混凝土、樹脂混凝土等。水下混凝土的施工方法越來越多,工程規(guī)模越來越大,應(yīng)用范圍越來越廣,是一種極有發(fā)展前途的混凝土施工技術(shù)。
一、灌注樁的成孔
1.1 成孔設(shè)備和鉆具的要求與選擇灌注樁成孔設(shè)備多為轉(zhuǎn)盤鉆機
鉆進時,鉆頭的擺動較大,擴孔情況嚴重,不利于施工。為了消除這一不良影響,保持鉆孔的垂直度,應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施,約束鉆具的擺動。結(jié)合灌注樁造孔鉆進的鉆頭與小口徑鉆進的鉆頭在底刃、側(cè)刃刻取地層的機理:小口徑鉆進時,鉆頭的側(cè)刃對刻取巖石起到非常重要的作用;而灌注樁鉆進的地層較軟,相比之下,側(cè)刃的作用就小得多。因此,建議在灌注樁孔鉆進時設(shè)計相適應(yīng)的鉆頭以減小鉆孔的擴孔率。
1.2 鉆進參數(shù)的選擇
1.2.1 鉆進泵量
灌注樁孔鉆進時需要較大的泵量以排出粘土粉,其泵量計算公式為:Q=FV60式中,Q——沖洗液量(m3/min);F——環(huán)狀間隙面積(m2);V——沖洗液上返返速度(m/s)。以灌注樁鉆進設(shè)計孔徑為500mm、鉆桿直徑為89mm、環(huán)狀面積以0.2m2計算,在采用泥漿泵的最大泵量600L/min時,其泵量使得粘土粉上返的速度是非常緩慢的,遠小于小口鉆探的泥漿的上返速度0.3m/s。
1.2.2 鉆進轉(zhuǎn)速
由于灌注樁孔的鉆進多為粘土層的鉆進,粘土層的強度與硬度等力學(xué)參數(shù)較小,鉆具易刻取粘土,所以為了保持鉆進穩(wěn)定,減小鉆進的擴孔率,必須采用較小的轉(zhuǎn)速鉆進。
二、灌注混凝土的配制
2.1 混凝土減水劑的應(yīng)用
根據(jù)目前的資源情況和外加劑性能的特點,在灌注樁混凝土的配制中使用的減水劑多為MF復(fù)合劑。其能使混凝土在滿足性能的基礎(chǔ)上,還具有高流態(tài)、較高抗凍的特點。
2.2 灌注樁混凝土的配制
灌注樁混凝土的配制與建筑混凝土相比具有特殊性,其必須具有較高的流動性,同時還應(yīng)考慮受到泥漿的侵蝕作用而影響混凝土的性能。因此,在配制時建議采取以下技術(shù)措施。
2.2.1 加大設(shè)計配合比
混凝土配制強度Rp采用大于設(shè)計標號R的50%的配合比。不僅總平均值要滿足設(shè)計標號,還應(yīng)滿足95%的強度保證率。強度離差系數(shù)Cv 取0.2,查配制強度與設(shè)計標號之比的關(guān)系曲線可得Rp/R=1.5,即Rp=1.5R。當R=200MPa,則Rp=1.5×200=300MPa。
2.2.2 選擇適合的材質(zhì)
(1)添加改善混凝土性能的處理劑。例如,添加具有表面活性劑化學(xué)性質(zhì)的MF 高效減水劑改善混凝土的性能。
(2)增加含砂率。砂率對混凝土流動及粘聚性有較大影響。一般參數(shù)為:比重為2.60,細度模數(shù)為2.89,吸水率為2%,含砂率為50%。
(3)加大混凝土的水泥含量。按建筑用混凝土配比最小水泥含量的二倍進行配制:即225×2=450(kg/m3)。
2.2.3 確定適合的水灰比
水灰比滿足以下方程:Rp=aRc(C/W-b)式中,Rp——混凝土試配制強度為300MPa;a、b——試驗系數(shù),分別為0.5、0.58;
Rc——水泥標號,取425水泥;C/W——灰水比。計算可得,C/W=1.99。
2.2.4 確定高流態(tài)的用水量
根據(jù)實踐經(jīng)驗,坍落度控制在19.3cm至21cm 能滿足灌注樁要求,本次取坍落度為19.3cm。Gv=10/3(S K)式中,Gv——混凝土用水量(kg/m3);S——坍落度;K——試驗常數(shù)。當碎石粒徑為30mm,K=50.75時,用水量為234kg/m3。
三、灌注樁的灌注
3.1 灌注樁孔的清孔
首先利用撈沙卵石的鉆頭將樁孔內(nèi)的沙卵石撈出,然后泥漿循環(huán)清除孔內(nèi)的粘土。并且減小孔內(nèi)泥漿的比重,從而保證在灌注混凝土?xí)r,混凝土能順利地進入孔底,擠壓出泥漿。清孔后的泥漿比重一般為1.14。
3.2 混凝土的灌注
灌注之前應(yīng)進行試灌。在灌注過程中,混凝土將受到泥漿擠壓的反作用、導(dǎo)管與混凝土的摩擦阻力,此時混凝土必須以大大超過泥漿的反作用壓力才能將孔內(nèi)的泥漿擠壓出孔口。在灌注過程中,導(dǎo)管提升速度要慢,使得混凝土有足夠的時間克服摩擦阻力下降。同時使泥漿具有排出的通道,否則,樁基的泥漿的作用下將會出現(xiàn)縮徑、夾泥的現(xiàn)象。提升導(dǎo)管時,導(dǎo)管內(nèi)保留的混凝土要有絕對的壓力與泥漿的壓力抗衡,以防止泥漿進入導(dǎo)管內(nèi)。一般導(dǎo)管內(nèi)的混凝土柱保持在3m至4m長之間。
四、成孔過程中易遇到的問題
4.1 縮徑
4.1.1 縮徑產(chǎn)生的原因
在鉆進過程中,地應(yīng)力沿較軟巖層釋放,因而造成縮徑。在鉆進過程中,鉆進壓力大,鉆速過快,使得鉆頭很快穿過淤泥、淤泥質(zhì)土層。當鉆速過快時,淤泥便從鉆孔周圍流向鉆孔內(nèi),導(dǎo)致其側(cè)壓力與孔內(nèi)泥漿力達成平衡,發(fā)生縮徑甚至卡鉆。
4.1.2 縮徑的防治
較為有效地防治縮徑的方法有:①實行嚴格的管理,鉆機由有經(jīng)驗的機長專職操作,其它人員不得隨意操作;②在鉆到淤泥或淤泥質(zhì)土層時,投入粘土泥膏,使鉆機鉆進壓力減為零;③鉆速減慢讓鉆機在無油壓狀態(tài)空轉(zhuǎn)。為確保鉆孔無縮徑現(xiàn)象,在成孔完畢后應(yīng)在易出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象的地層中掃孔一到二次。
4.2 坍孔
4.2.1 坍孔產(chǎn)生的原因分析
坍孔產(chǎn)生的原因是多方面的,主要包括:遭遇預(yù)先未料到的復(fù)雜地質(zhì)情況,以及施工中泥漿稠度過低,釋放量遠大于泥漿對孔壁的壓力等。
4.2.2 處理辦法
為了防治復(fù)雜地層情況帶來的坍孔問題,首先應(yīng)認真審閱該工程地質(zhì)勘察報告,對地層情況做到心中有數(shù)。若報告中未提及此類異常情況而導(dǎo)致施工過程中坍孔的話,則應(yīng)分別對待。
(1)在成孔過程中坍孔,其補救措施有二個:一是避開該樁位;二是回填原樁位,待密實后再鉆進。
(2)在灌注過程中坍孔,其補救措施為:一是回填原樁孔,并在原樁附近補加梅花樁或扁擔(dān)樁,合格即可。二是若工程質(zhì)量要求高,不允許采用上述常規(guī)方法時,可用硬片石等將原孔全部回填,待其密實后,用沖擊鉆再重新鉆進即可。防止泥漿稠度過低而造成的坍孔問題,只須加大泥漿比重到適當程度即可。一般泥漿性能指標取為:粘度為18s～22s,含沙量≤4%,膠體率≥90,比重為1.1
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