灌注樁在水利工程中的應用

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　1、工程概況

　　某水利工程地質(zhì)情況較復雜，場地地下水位較高。地層自上而下為雜填土、第四系沖積層，具體場地地質(zhì)情況如下：人工雜填土呈灰黃、灰黑色，由砂土、碎石、粉質(zhì)黏土堆積而成，稍濕，呈松散狀，厚1.1m～4.0m，平均2.3m，標貫擊數(shù)為5.6擊至17.8擊，平均10.8擊。第四系沖積層根據(jù)土性組合可劃分為黏土（粉質(zhì)黏土）和礫砂兩層：黏土層以黏土為主，偶夾粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土，黏土、粉質(zhì)黏土呈可塑狀，局部硬塑，粉土呈稍密狀，淤泥質(zhì)土。礫砂層呈灰白、灰黃色，局部為粉細砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夾薄層黏土、粉土，厚度0.6m～7.8m，平均5.4m，標貫擊數(shù)為2.3擊～22.9擊，平均11.8擊。經(jīng)分析研究決定，采用沖擊成孔灌注樁方法進行施工。

　　2、水下混凝土施工工藝

　　2.1成孔該工程中采用沖擊鉆成孔，水下混凝土拌制采用先進的凈漿裹石工藝，拌合站集中攪拌，水下混凝土直接倒進導管漏斗，不用設(shè)置儲料斗，施工操作簡單方便。鉆孔灌注樁采用沖擊鉆成孔，自然造漿護壁，導管法灌注水下混凝土成樁。沖擊成孔過程中，采用掏渣筒及時清除破碎的碎塊。沖擊成孔完后，泵吸反循環(huán)清孔，當泥漿比重降至1.1g/cm³以下，粘度保持為16～17s，含砂率介于1.5～2%之間，最后再采用壓風機清孔，利用高壓氣體把沉渣吹出孔外，由于孔壁比較穩(wěn)定，清孔比較徹底，清孔效果比較好，一般都能清成清水孔。

　　2.2清孔當鋼筋籠吊放到位和導管入位后，需重新測量孔底沉渣。清孔完畢后，采用測深錘檢查清孔效果，當清孔比較徹底時，需要有經(jīng)驗的施工人員進行檢驗，感覺到測深錘下落后彈性反彈時，表明清孔效果比較好。

　　2.3澆注混凝土導管采用5mm厚鋼板卷制焊成，直徑250mm，中間每節(jié)長2.5m，最下面一節(jié)長3.76m，最上面一節(jié)1m，連接方式為絲扣連接。導管底端距樁底控制在35～40cm。導管在使用前應做水密、承壓等試驗。灌注水下混凝土前應檢查運輸?shù)浆F(xiàn)場的水下混凝土性能，不符合要求的水下混凝土不能使用。工程中采用容量為8立方米的攪拌車進行初灌，首次灌注水下混凝土足夠?qū)Ч苈裆?m以上。

　　導管及漏斗連接好后，將鋼板墊放置漏斗底部將底口封住，鋼板墊用鋼索系住，一切準備就緒后即可灌注水下混凝土。當漏斗裝滿水下混凝土后，沖擊鉆機提升鋼索，將鋼板墊拔出的同時，攪拌車加速水下混凝土注入漏斗，使首批混凝土能夠連續(xù)灌注?？卓谧匀环邓?，導管內(nèi)與外部水隔絕合要求后，就可連續(xù)不斷地進行混凝土灌注。灌注過程中在每次提升導管前應不斷計算和測量混凝土灌注高度，測量孔內(nèi)混凝土面高度的次數(shù)一般不宜少于所使用的導管節(jié)數(shù)，測量的混凝土面高度要與灌入的混凝土量的折算值相比較，以確定是否有坍孔等情況發(fā)生。導管保持2～6m的埋深，一次提管拆管≤6m，提升拆卸時間＜18分鐘。在導管外壁設(shè)置羽翼防止掛鋼筋籠。

　　為了確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計標高以上加灌一定高度，一般為0.5～1.0m左右，以便灌注結(jié)束后清除樁頂部的浮漿沉渣。在灌注結(jié)束后，對于岸上的鉆孔樁，混凝土初凝前拔出鋼護筒，樁機移位重新開孔施工。該工程大部分樁位于水中，應待混凝土有一定強度后，可以用切割機切除水上部分鋼護筒。工程中鑿樁長度為0.8m，采用空壓機配風鎬鑿樁，樁頭混凝土密實，級配均勻，鋼筋外混凝土厚度均在10cm以上，滿足保護層厚度6cm的要求，樁徑外圍圓順，尺寸滿足設(shè)計要求，預留搭接鋼筋長度140cm。

　　3、施工情況及質(zhì)量控制

　　3.1灌注水下混凝土時，應探測水面或泥漿面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制沉淀層厚度、埋管深度和樁頂高度。如探測不準確，將造成沉淀過厚、導管提漏、埋管過深，因而發(fā)生夾層斷樁、短樁或?qū)Ч馨尾怀鍪鹿省?/p>

　　3.2水下混凝土灌注過程中，必須檢測混凝土面的高度，根據(jù)探測的混凝土面高度和灌入的混凝土數(shù)量做相應的計算，檢驗鉆孔樁是否存在局部嚴重超徑、縮徑、漏失層位等，同時觀察返水情況，以正確分析和判定孔內(nèi)的情況，避免發(fā)生施工事故。

　　3.3嚴格控制導管埋深2～6m，嚴禁施工人員為圖便利而超量灌注、一次拆管數(shù)節(jié)，要勤探測，及時調(diào)整導管埋深，防止埋管過深發(fā)生堵管、埋管。

　　3.4施工完后，應核算水下混凝土灌注的各項參數(shù)，以便對后續(xù)的樁基提供參考和改進。表1列出了部分樁基灌注完畢后的水下混凝土數(shù)量?；炷恋某嗔枯^大，一般混凝土超灌量為10～20%，實際工程中，最高超灌量達27.1%。分析其原因主要有，一是沖孔時間長，孔壁部分發(fā)生坍落；二是沖擊鉆機在便橋上作業(yè)，在沖擊鉆的沖擊作用下，便橋有顫動，從而擴大了沖擊鉆頭的擺動范圍，造成鉆孔孔徑擴大或不規(guī)則。

　　在正常情況下，水下混凝土在自重作用下順暢向下流動，壓強迅速達到平衡。靜止流體中各點上的壓強都發(fā)生了ΔP的變化，則ΔP的壓強變化瞬時傳至靜止流體內(nèi)各點，即所謂的巴斯噶原理。但是灌注是按攪拌車間斷性灌注，當下一車混凝土向下灌注時，已灌注的混凝土可能發(fā)生初凝或堵管。一旦發(fā)生初凝或發(fā)生堵管，混凝土不能向下流動，導管的受力狀況發(fā)生明顯的改變，壓力在底部明顯增大。當發(fā)生混凝土流通不暢時，施工人員會提升導管，提升一段距離（大約0.5m）后，讓導管做自由落體運動，混凝土跟隨導管一起向下運動，當導管停止運動時，管內(nèi)的混凝土已具有一定的運動速度，在慣性作用下，繼續(xù)向下運動，當導管承受能力足夠時，混凝土就可以沖出導管，可以繼續(xù)灌注下一盤混凝土。然而當導管承受能力不足以抵擋水下混凝土沖擊力時，就會發(fā)生導管爆破現(xiàn)象。導管發(fā)生爆破的主要原因有：導管使用時間長，磨損銹蝕，使導管壁厚減小，承壓能力減弱；導管焊縫不實，局部有砂眼，發(fā)生應力集中，從而劈裂導管；導管加工不規(guī)則，焊縫處有噘嘴。

　　4、工程檢測及效果

　　在該工程中，鉆孔樁施工129根，其中Φ150cm樁120根，Φ180cm樁9根，各項檢測結(jié)果顯示：

　　4.1鉆孔取芯：沉渣、混凝土強度等級符合規(guī)范要求。

　　4.2混凝土灌注樁超聲波檢測：檢測設(shè)備采用武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的RS－ST01C一體化數(shù)字儀，包括φ35雙孔徑向換能器等。根據(jù)樁身混凝土的均勻性，是否存在缺陷及缺陷的嚴重程度，將樁身的完整性分為四類：

　　Ⅰ類樁：無缺陷，完整性評定為完整，合格。

　?、蝾悩叮壕植啃∪毕荩暾栽u定為基本完整，合格。

　?、箢悩叮壕植繃乐厝毕荩暾栽u定為局部不完整，不合格，經(jīng)工程處理后可使用。

　?、纛悩叮簲鄻兜葒乐厝毕荩暾栽u定為嚴重不完整，不合格，報廢或通過驗證確定是否加固使用。

　　檢測結(jié)果顯示，Ⅰ類樁占90%以上，無三四類樁。

　　5、結(jié)語

　　總之，必須堅持“嚴細、快速”的原則，施工的各道工序要嚴格要求，嚴格把關(guān)，否則將影響成孔及成樁質(zhì)量。由于樁的各個階段施工時間較長，會產(chǎn)生很多不利因素。特別是樁孔孔壁長時間晾孔，對孔壁穩(wěn)定不利，易產(chǎn)生縮頸、坍塌。成孔、成樁過程中必須加強機械和人力配備，確保鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。