淺談水利工程中灌注樁的施工工藝

張錫林

【摘要】本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)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(duì)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

【Abstract】In this paper， the author many years of work experience， for the easily bored pile construction accidents and problems encountered， analyzes the reasons for the accident， and put forward specific prevention strategies and measures for project officers.

【Key words】Drilling；Perfusion；Construction applications；Preparation；Into the hole

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(jìn)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(jìn)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(jìn)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)。

1. 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(jī)。

鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭的擺動(dòng)較大，擴(kuò)孔情況嚴(yán)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(dòng)。結(jié)合灌注樁造孔鉆進(jìn)的鉆頭與小口徑鉆進(jìn)的鉆頭在底刃、側(cè)刃刻取地層的機(jī)理：小口徑鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭的側(cè)刃對(duì)刻取巖石起到非常重要的作用；而灌注樁鉆進(jìn)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(jìn)時(shí)設(shè)計(jì)相適應(yīng)的鉆頭以減小鉆孔的擴(kuò)孔率。

1.2鉆進(jìn)參數(shù)的選擇。

1.2.1鉆進(jìn)泵量。

灌注樁孔鉆進(jìn)時(shí)需要較大的泵量以排出粘土粉，其泵量計(jì)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(jìn)設(shè)計(jì)孔徑為500mm、鉆桿直徑為89mm、環(huán)狀面積以0.2m2計(jì)算，在采用泥漿泵的最大泵量600L/min時(shí)，其泵量使得粘土粉上返的速度是非常緩慢的，遠(yuǎn)小于小口鉆探的泥漿的上返速度0.3m/s。

1.2.2鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速。

由于灌注樁孔的鉆進(jìn)多為粘土層的鉆進(jìn)，粘土層的強(qiáng)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(jìn)穩(wěn)定，減小鉆進(jìn)的擴(kuò)孔率，必須采用較小的轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。

2. 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(diǎn)，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(diǎn)。

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(dòng)性，同時(shí)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(shí)建議采取以下技術(shù)措施。

2.2.1加大設(shè)計(jì)配合比。

混凝土配制強(qiáng)度Rp采用大于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)R的50%的配合比。不僅總平均值要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，還應(yīng)滿足95%的強(qiáng)度保證率。強(qiáng)度離差系數(shù)Cv取0.2，查配制強(qiáng)度與設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)之比的關(guān)系曲線可得Rp/R=1.5，即Rp=1.5R。當(dāng)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(duì)混凝土流動(dòng)及粘聚性有較大影響。一般參數(shù)為：比重為2.60，細(xì)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(jìn)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(qiáng)度為300MPa；a、b——試驗(yàn)系數(shù)，分別為0.5、0.58；

Rc——水泥標(biāo)號(hào)，取425水泥；C/W——灰水比。計(jì)算可得，C/W=1.99。

2.2.4確定高流態(tài)的用水量。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(yàn)常數(shù)。當(dāng)碎石粒徑為30mm，K=50.75時(shí)，用水量為234Kg/m3。

3. 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(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)間克服摩擦阻力下降。同時(shí)使泥漿具有排出的通道，否則，樁基的泥漿的作用下將會(huì)出現(xiàn)縮徑、夾泥的現(xiàn)象。提升導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)保留的混凝土要有絕對(duì)的壓力與泥漿的壓力抗衡，以防止泥漿進(jìn)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(zhǎng)之間。

4. 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(jìn)過程中，地應(yīng)力沿較軟巖層釋放，因而造成縮徑。在鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)壓力大，鉆速過快，使得鉆頭很快穿過淤泥、淤泥質(zhì)土層。當(dāng)鉆速過快時(shí)，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(dá)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(shí)行嚴(yán)格的管理，鉆機(jī)由有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)長(zhǎng)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(shí)，投入粘土泥膏，使鉆機(jī)鉆進(jìn)壓力減為零。（3）鉆速減慢讓鉆機(jī)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(yuǎn)大于泥漿對(duì)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(rèn)真審閱該工程地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)地層情況做到心中有數(shù)。若報(bào)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(duì)待。

（1）在成孔過程中坍孔，其補(bǔ)救措施有二個(gè)：一是避開該樁位；二是回填原樁位，待密實(shí)后再鉆進(jìn)。

（2）在灌注過程中坍孔，其補(bǔ)救措施為：一是回填原樁孔，并在原樁附近補(bǔ)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(shí)，可用硬片石等將原孔全部回填，待其密實(shí)后，用沖擊鉆再重新鉆進(jìn)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(dāng)程度即可。一般泥漿性能指標(biāo)取為：粘度為18s～22s，含沙量≤4%，膠體率≥90，比重為1.1左右。

4.3斜孔。

4.3.1斜孔產(chǎn)生的原因。

斜孔極易發(fā)生在軟硬巖層交替的層位。由于鉆進(jìn)壓力過大，鉆頭沿軟弱層面偏斜而造成?？仔陛p則影響鋼筋籠的下放，重則影響樁的承載能力，這是成樁過程中不允許出現(xiàn)的質(zhì)量事故。

4.3.2防治措施。

為了防止孔斜，在鉆進(jìn)過程中需要保持鉆速均勻或加重塊。對(duì)于已發(fā)生傾斜的孔，需要掃孔糾正；若糾正無效，可在孔中回填粘土、塊石等。偏孔在0.5m以上時(shí)需要重新鉆進(jìn)。

4.4沉渣與泥皮過厚。

樁底沉渣是影響樁承載能力的重要因素，要求水下灌注樁底沉渣厚度不得超過30cm。但在施工過程中，常有不少樁的樁底沉渣仍滿足不了此要求。其原因主要是由于泥漿性能不符合要求，只有當(dāng)泥漿比重大于沉渣比重時(shí)，沉渣才可被返出孔口，但若泥漿比重過大，又會(huì)造成孔壁泥皮過厚，影響樁的承載力特別是摩擦樁的承載力。因此，正確地控制泥漿性能在鉆孔灌注樁的施工過程中起著重要的作用。

5. 灌注過程中易遇到的問題

5.1導(dǎo)管堵塞。

導(dǎo)管堵塞的防治：在組裝導(dǎo)管時(shí)要嚴(yán)格檢查，檢查導(dǎo)管內(nèi)有無局部?jī)?nèi)凸，導(dǎo)管連接處是否密封。攪拌砼時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土骨料規(guī)格、坍落度和攪拌時(shí)間，盡量避免砼在導(dǎo)內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)。另外，灌注時(shí)也應(yīng)避免導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊而破壞導(dǎo)管的密封圈導(dǎo)致導(dǎo)管漏水。施工可在允許的導(dǎo)管埋入深度范圍內(nèi)，略為提升導(dǎo)管，或采用提升后驟然下插導(dǎo)管的動(dòng)作來抖動(dòng)導(dǎo)管的辦法。如果仍不能消除，則應(yīng)停止灌注.用長(zhǎng)桿加以疏通。

5.2埋管。

5.2.1埋管原因分析。

埋管經(jīng)常發(fā)生在灌注過程中。導(dǎo)管允許埋入砼面下的最大深度與砼拌物流動(dòng)性保持時(shí)間、砼的初凝時(shí)間、砼面在鉆孔內(nèi)的上升速度、導(dǎo)管直徑等因素有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)管埋入砼面下的深度過大時(shí)，上面砼已初凝，使得導(dǎo)管內(nèi)混凝土無法順利流動(dòng)就會(huì)發(fā)生埋管。

5.2.2防冶方法。

時(shí)刻注意導(dǎo)管埋深的控制。準(zhǔn)確測(cè)量砼面的深度位置和勤拆導(dǎo)管，一般砼面每上升4m～5m就可拆除相應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)管。

6. 提高水利工程施工質(zhì)量的措施

6.1認(rèn)真做好勘察設(shè)計(jì)、保證工程質(zhì)量，確保萬無一失。

在水利工程建設(shè)項(xiàng)目確定以后，設(shè)計(jì)就成為基本建設(shè)的關(guān)鍵問題了。在建設(shè)的時(shí)候能不能加快速度、保證質(zhì)量、節(jié)約投資，在建成后能不能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效果，設(shè)計(jì)工作起著決定作用。一個(gè)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)是采用先進(jìn)的工藝和設(shè)備，合理地布置場(chǎng)地，組織好生產(chǎn)流程，應(yīng)有利于提高生產(chǎn)效益，降低成本，提高質(zhì)量。

6.2規(guī)范建設(shè)單位市場(chǎng)行為，落實(shí)項(xiàng)目法人職責(zé)，做到責(zé)、權(quán)分明。

（1）項(xiàng)目法人是項(xiàng)目建設(shè)的責(zé)任主體，對(duì)工程質(zhì)量負(fù)總責(zé)。（2）要嚴(yán)格按基本建設(shè)程序辦事，杜絕"三邊"工程。（3）要依法組織招標(biāo)，并簽訂有關(guān)合同。（4）要嚴(yán)格挑選施工隊(duì)伍，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)包和違法分包行為。（5）要負(fù)責(zé)按有關(guān)驗(yàn)收規(guī)程組織或參與驗(yàn)收工作。（6）要按工程實(shí)際需要把建設(shè)資金落實(shí)到位。（7）要鼓勵(lì)質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)，實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，嚴(yán)禁盲目壓價(jià)。（8）要保證有合理的設(shè)計(jì)，施工工期，防止盲目搶進(jìn)度，趕工期的現(xiàn)象。（9）要進(jìn)一步落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任制，扭轉(zhuǎn)部分領(lǐng)導(dǎo)重效益、輕管理，重進(jìn)度、輕質(zhì)量的傾向。

6.3強(qiáng)化施工管理、加強(qiáng)監(jiān)督，保證施工質(zhì)量。

（1）施工單位質(zhì)量管理和控制是工程項(xiàng)目質(zhì)量控制的重點(diǎn)和基礎(chǔ)。

（2）要完善施工單位質(zhì)量保證體系，嚴(yán)格實(shí)行質(zhì)量"三檢制"，并使該體系正常、有效運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）要從操作人員、建筑材料、施工機(jī)械、施工工藝和方法、施工環(huán)境5個(gè)方面做好施工工序質(zhì)量控制。（4）要對(duì)工程施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)控制，做到施工前主動(dòng)控制，施工中認(rèn)真檢查，施工后嚴(yán)格把關(guān)。（5）要加強(qiáng)施工單位內(nèi)部管理，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)程、規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)精心施工。

6.4抓好施工質(zhì)量監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)改正。

施工質(zhì)量控制主要為施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)控。在施工過程中應(yīng)做到：（1）施工單位要建立完善的工序質(zhì)量控制體系，及時(shí)提交質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析資料和質(zhì)量控制圖表。（2）及時(shí)審核變更設(shè)計(jì)及其修改的圖紙。（3）對(duì)施工作業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和檢查，發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為及時(shí)糾正。加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)自身建設(shè)，建立一個(gè)明確的、結(jié)構(gòu)完善、系統(tǒng)性的質(zhì)量管理體系。形成較有效的、一體化的技術(shù)和管理程序，并以高效、快捷、科學(xué)的方式指導(dǎo)監(jiān)督站內(nèi)部的各項(xiàng)工作，逐步提高水利工程質(zhì)量監(jiān)督管理水平。

7. 結(jié)語

鉆孔灌注樁由于對(duì)各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單易操作且設(shè)備投入不是很大，目前，在各類房屋及建筑中都得到了廣泛的應(yīng)用。但該技術(shù)因施工過程無法觀察，成樁后不能開挖驗(yàn)收，施工中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將會(huì)直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)度，甚至給投資者造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須防止在鉆孔過程中及灌注過程中出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題。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(dòng)性，同時(shí)還應(yīng)考慮受到泥漿的侵蝕作用而影響混凝土的性能。鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動(dòng)、無擠土，能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力，適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁、水工建筑物、房屋建筑等工程中均有廣泛應(yīng)用。但同時(shí)，鉆孔灌注樁屬永久性的隱蔽工程，其樁基質(zhì)量非常重要。文中總結(jié)并分析了影響鉆孔灌注樁施工中常見地問題及質(zhì)量影響因素，希望可以為類似工程提供借鑒。