刍议水利水电工程中灌注桩的施工工艺

在水利水电工程中，水下混凝土的施工方法主要分为两类:一是在水上拌制混凝土拌合物,进行水下灌注, 如导管法、泵压法、柔性管法、倾注法、箱袋法、铺石灌浆法、开底容器法和装袋叠置法;二是在水上拌制胶凝材料,进行水下预填骨料的压力灌浆,包括加压灌注和自流灌注。钻孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性强，施工简单易操作且设备投入不是很大，因此在水利工程中具有广泛的应用性。

(一)灌注桩的成孔

成孔设备和钻具的要求与选择灌注桩成孔设备多为转盘钻机。钻进时,钻头的摆动较大,扩孔情况严重,不利于施工。为了消除这一不良影响,保持钻孔的垂直度,应采取相应的技术措施,约束钻具的摆动。结合灌注桩造孔钻进的钻头与小口径钻进的钻头在底刃、侧刃刻取地层的机理:小口径钻进时,钻头的侧刃对刻取岩石起到非常重要的作用;而灌注桩钻进的地层较软,相比之下,侧刃的作用就小得多。因此,建议在灌注桩孔钻进时设计相适应的钻头以减小钻孔的扩孔率。

(二)灌注混凝土的配制

灌注桩混凝土的配制具有特殊性，其必须具有较高的流动性，同时还应考虑受到泥浆的侵蚀作用而影响混凝土的性能。首先，在混凝土减水剂的应用方面，根据目前的资源情况和外加剂性能的特点,在灌注桩混凝土的配制中使用的减水剂多为MF 复合剂。其能使混凝土在满足性能的基础上,还具有高流态、较高抗冻的特点。其次，在混凝土的配制方面，灌注桩混凝土的配制与建筑混凝土相比具有特殊性,其必须具有较高的流动性,同时还应考虑受到泥浆的侵蚀作用而影响混凝土的性能。因此,在配制时一方面要加大设计配合比，混凝土配制强度 Rp 采用大于设计标号 R 的 50%的配合比。不仅总平均值要满足设计标号,还应满足 95%的强度保证率。强度离差系数 Cv 取 0.2,查配制强度与设计标号之比的关系曲线可得 Rp/R=1.5,即 Rp=1.5R。当 R=200MPa,则 Rp=1.5×200=300MPa。一方面要选择适合的材质，添加改善混凝土性能的处理剂。例如,添加具有表面活性剂化学性质的 MF 高效减水剂改善混凝土的性能。增加含砂率，砂率对混凝土流动及粘聚性有较大影响。

(三)灌注桩的灌注

对灌注桩孔的清孔，首先利用捞沙卵石的钻头将桩孔内的沙卵石捞出,然后泥浆循环清除孔内的粘土。并且减小孔内泥浆的比重,从而保证在灌注混凝土时,混凝土能顺利地进入孔底,挤压出泥浆。清孔后的泥浆比重一般为 1.14。

对混凝土的灌注，灌注之前应进行试灌。在灌注过程中,混凝土将受到泥浆挤压的反作用、导管与混凝土的摩擦阻力,此时混凝土必须以大大超过泥浆的反作用压力才能将孔内的泥浆挤压出孔口。在灌注过程中,导管提升速度要慢,使得混凝土有足够的时间克服摩擦阻力下降。同时使泥浆具有排出的通道,否则,桩基的泥浆的作用下将会出现缩径、夹泥的现象。提升导管时,导管内保留的混凝土要有绝对的压力与泥浆的压力抗衡,以防止泥浆进入导管内。一般导管内的混凝土柱保持在 3m 至 4m 长之间。

二、灌注、成孔过程中常见的问题及解决措施

在水利水电工程中，灌注、成孔过程中常见的问题很多，下文将详细论述：

(一)缩径

在钻进过程中,地应力沿较软岩层释放,因而造成缩径。在钻进过程中,钻进压力大,钻速过快,使得钻头很快穿过淤泥、淤泥质土层。当钻速过快时,淤泥便从钻孔周围流向钻孔内,导致其侧压力与孔内泥浆力达成平衡,发生缩径甚至卡钻。为了能够有效地防治缩径，首先要实行严格的管理,钻机由有经验的机长专职操作,其它人员不得随意操作。其次，在钻到淤泥或淤泥质土层时,投入粘土泥膏,使钻机钻进压力减为零。最后，钻速减慢让钻机在无油压状态空转。为确保钻孔无缩径现象,在成孔完毕后应在易出现缩径现象的地层中扫孔一到二次。

(二)坍孔

在灌注过程中遭遇预先未料到的复杂地质情况, 以及施工中泥浆稠度过低,释放量远大于泥浆对孔壁的压力等，从而出现坍孔现象。为了防治复杂地层情况带来的坍孔问题,首先应认真审阅该工程地质勘察报告,对地层情况做到心中有数若报告中未提及此类异常情况而导致施工过程中坍孔的话,则应分别对待。如果在成孔过程中坍孔,其补救措施一是避开该桩位;二是回填原桩位,待密实后再钻进。如果在灌注过程中坍孔,其补救措施一是回填原桩孔,并在原桩附近补加梅花桩或扁担桩,合格即可。二是若工程质量要求高,不允许采用上述常规方法时,可用硬片石等将原孔全部回填,待其密实后,用冲击钻再重新钻进即可。防止泥浆稠度过低而造成的坍孔问题,只须加大泥浆比重到适当程度即可。一般泥浆性能指标取为:粘度为 18s～22s,含沙量≤4%,胶体率≥90,比重为 1.1 左右。

(三)斜孔

在软硬岩层交替的层位极易发生斜孔。由于钻进压力过大,钻头沿软弱层面偏斜而造成。孔斜轻则影响钢筋笼的下放,重则影响桩的承载能力,这是成桩过程中不允许出现的质量事故。为了防止孔斜,在钻进过程中需要保持钻速均匀或加重块。对于已发生倾斜的孔,需要扫孔纠正;若纠正无效,可在孔中回填粘土、块石等。偏孔在0.5m以上时需要重新钻进。

(四)导管堵塞

导管堵塞的防治:在组装导管时要严格检查,检查导管内有无局部内凸, 导管连接处是否密封。搅拌砼时应严格控制混凝土骨料规格、坍落度和搅拌时间,尽量避免砼在导内停留时间过长。另外,灌注时也应避免导管内形成高压气囊而破坏导管的密封圈导致导管漏水。施工可在允许的导管埋入深度范围内,略为提升导管,或采用提升后骤然下插导管的动作来抖动导管的办法。如果仍不能消除,则应停止灌注.用长杆加以疏通。

(五)埋管

埋管经常发生在灌注过程中。导管允许埋入砼面下的最大深度与砼拌物流动性保持时间、砼的初凝时间、砼面在钻孔内的上升速度、导管直径等因素有关,当导管埋入砼面下的深度过大时,上面砼已初凝,使得导管内混凝土无法顺利流动就会发生埋管。注意要时刻注意导管埋深的控制。准确测量砼面的深度位置和勤拆导管,一般砼面每上升4m～5m 就可拆除相应数量的导管。

三、结束语：灌注桩施工工艺由于自身的优点在水利水电工程中的到广泛应用。钻孔灌注桩具有低噪音、小震动等特点，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点。但钻孔灌注桩属永久性的隐蔽工程，要做好质量和技术的保证。

参考文献：

[1] 王存友.试议水利工程中灌注桩施工工艺[J].黑龙江科技信息，2011，(21)

[2] 张丽.浅谈灌注桩在水利工程中的应用.[J] .城市建设理论研究，2011(26)

[3] 刘俊杰.浅谈灌注桩施工工艺在水利工程中的应用[J].城市建设理论研究，2011(26)

[4]孙利.钻孔灌注桩施工工艺及常见问题处理 [J] .安徽水利水电职业技术学校学报，2011，(03)