• 浅谈灌注桩施工工艺在水利工程中的应用 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    :文章结合目前水利工程中常用的施工工艺方法,针对钻孔灌注桩施工中所容易遇到的事故和问题,分析了事故发生的原因,并提出了具体的防治对策和措施,以供施工人员参考。关键词:灌注桩施工工艺水利工程成孔混凝土配制

    引言

    资料显示,阿勒泰共有大小河流56条,境内地表水径流量123亿立方米,水能理论蕴藏量475万千瓦,是新疆重的水资源战略储备区。全地区地下水资源取样抽查为11亿多立方米。阿勒泰的水资源总量位居全疆前列,但分布不均衡,给开发利用带来了很多困难。阿勒泰的河流主靠融雪水及夏季有效降雨来补充;受降雪量等因素的影响,河流来水量年际变化大,如乌伦古河来水量最大年份超过20亿立方米,最小年份只有2.7亿立方米;就阿勒泰区域而言,水资源分布也不均衡,表现为西多东少,水资源集中在布尔津和哈巴河两县,水资源西多东少与土地资源东多西少的特征刚好相反。因此,阿勒泰市水利基础设施建设大多以控制性水利工程为重点的,灌注桩施工被常用于该地区的水利工程中,文章就该类施工工艺进行分析阐述。

    目前,水下混凝土的施工方法分为两大类: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。由于施工方法多样化和不断发展进步,水下不但能灌注一般的水泥混凝土,还能灌注纤维混凝土、沥青混凝土、树脂混凝土等。水下混凝土的施工方法越来越多,工程规模越来越大,应用范围越来越广,是一种极有发展前途的混凝土施工技术。

    一、水下灌注砼的性能参数

    1、砼原料粗骨料宜选用卵石,石子含泥量小于2%,以提高砼的流动性,防止堵管。

    2、砼初凝时间一般砼初凝时间仅新万博manbetx官网,新万博manbetx官网登录,新万博体育APP官网3~5小时,只能满足浅孔小桩径灌注求,而深桩灌注时间约为5~7小时,因此应加缓凝剂,使砼初凝时间大于8小时。

    3、砼搅拌方法和搅拌时间为使砼具有良好的保水性和流动性,应按合理的配合比将水泥、石子、砂子倒入料斗后,先开动搅拌机并加入30%的水,然后与拌合料一起均匀加入60%的水,最后再加入10%的水(如砂、石含水率较大时,可适当控制此部分水量),最后加水到出料时间控制在60~90秒内。

    4、坍落度选择坍落度应控制在180±20毫米之间,砼灌注距桩顶约5米处时,坍落度控制在160~170毫米,以确保桩顶浮浆不过高。气温高,成孔深,导管直径在250毫米之内,取高值,反之取低值。

    二、灌注桩的成孔2.1成孔设备和钻具的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。2.2钻进参数的选择2.2.1钻进泵量灌注桩孔钻进时需较大的泵量以排出粘土粉,其泵量计算公式为:Q=FV60式中,Q——冲洗液量(m3/min);F——环状间隙面积(m2);V——冲洗液上返返速度(m/s)。以灌注桩钻进设计孔径为500mm、钻杆直径为89mm、环状面积以0.2m2计算,在采用泥浆泵的最大泵量600L/min时,其泵量使得粘土粉上返的速度是非常缓慢的,远小于小口钻探的泥浆的上返速度0.3m/s。

    2.2.2钻进转速由于灌注桩孔的钻进多为粘土层的钻进,粘土层的强度与硬度等力学参数较小,钻具易刻取粘土,所以为了保持钻进稳定,减小钻进的扩孔率,必须采用较小的转速钻进。三、灌注新万博manbetx官网,新万博manbetx官网登录,新万博体育APP官网混凝土的配制

    3.1混凝土减水剂的应用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。

    3.2灌注桩混凝土的配制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,在配制时建议采取以下技术措施。3.2.1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。

    3.2.2选择适合的材质(1)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。(2)增加含砂率。砂率对混凝土流动及粘聚性有较大影响。一般参数为:比重为2.60,细度模数为2.89,吸水率为2%,含砂率为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进行配制:即225×2=450(kg/m3)。3.2.3确定适合的水灰比水灰比满足以下方程:Rp=aRc(C/W-b)式中,Rp——混凝土试配制强度为300MPa;a、b——试验系数,分别为0.5、0.58;Rc——水泥标号,取425水泥;C/W——灰水比。计算可得,C/W=1.99。3.2.4确定高流态的用水量根据实践经验,坍落度控制在19.3cm至21cm能满足灌注桩求,本次取坍落度为19.3cm。Gv=10/3(SK)式中,Gv——混凝土用水量(kg/m3);S——坍落度;K——试验常数。当碎石粒径为30mm,K=50.75时,用水量为234kg/m3。四、灌注桩的灌注4.1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。4.2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。五、成孔过程中易遇到的问题5.1缩径5.1.1缩径产生的原因在钻进过程中,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。5.1.2缩径的防治较为有效地防治缩径的方法有:①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;②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;③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。5.2坍孔5.2.1坍孔产生的原因分析坍孔产生的原因是多方面的,主包括: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。5.2.2处理办法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。(1)在成孔过程中坍孔,其补救措施有二个:一是避开该桩位;二是回填原桩位,待密实后再钻进。(2)在灌注过程中坍孔,其补救措施为: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。5.3斜孔斜孔极易发生在软硬岩层交替的层位。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。5.3.1防治措施为了防止孔斜,在钻进过程中需保持钻速均匀或加重块。对于已发生倾斜的孔,需扫孔纠正;若纠正无效,可在孔中回填粘土、块石等。偏孔在0.5m以上时需重新钻进。5.4沉渣与泥皮过厚桩底沉渣是影响桩承载能力的重因素,求水下灌注桩底沉渣厚度不得超过30cm。但在施工过程中,常有不少桩的桩底沉渣仍满足不了此求。其原因主是由于泥浆性能不符合求,只有当泥浆比重大于沉渣比重时,沉渣才可被返出孔口,但若泥浆比重过大,又会造成孔壁泥皮过厚,影响桩的承载力特别是摩擦桩的承载力。因此,正确地控制泥浆性能在钻孔灌注桩的施工过程中起着重的作用。

    六、总结

    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,目前,在各类水利工程中都得到了应用,但该技术因施工过程无法观察,成桩不能开挖验收,施工中的任何一个环节出现问题,都将会直接影响整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大经济损失。因此,必须防止在钻孔过程中及灌注过程中出现的施工质量问题,严格按照技术求进行施工,确保施工质量。




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