水利工程中循环钻施工灌注桩施工工艺探析

　　摘要：水利工程中循环钻施工灌注桩施工工艺，是水利工程中十分重要的技术之一，也是较难的技术。本文试从灌注桩的成孔、灌注混凝土的配制、灌注桩的灌注、成孔过程中易遇到的问题及解决等几个方面，阐述水利工程中循环钻施工灌注桩施工工艺。

　　关键词：水利工程   循环钻施工  灌注桩  施工工艺

　　Abstract: water conservancy project cycle drilling pile construction technology of construction, and the water project is very important in the technology is one of the more difficult to technology. This paper tries to the filling pile into holes, pouring concrete piles, the configuration of the infusion, into a hole easy process problems and solving, etc, this paper expounds the construction of water conservancy project cycle drilling pile construction craft.

　　Keywords: water conservancy project cycle drilling construction filling pile construction process

　　前言：随着施工技术的不断发展，水下混凝土的施工方法越来越多，工程规模越来越大，应用范围也越来越广，是一种很有发展前途的混凝土施工技术。

　　一、灌注桩的成孔探析

　　1、成孔设备和钻具的要求与选择灌注桩成孔设备多是转盘钻机

　　当钻进时，钻头的摆动大，扩孔现象比较严重。为了消除这一不良现象，保持钻孔垂直度，应采取相应的技术措施，约束钻具的摆动影响。结合灌注桩造孔钻进的钻头与小口径钻进的钻头在底刃和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十分重要的作用；而灌注桩钻进的地层软，相比之下，侧刃的作用就小。

　　2、钻进参数选择

　　（1）钻进的泵量

　　灌注桩孔钻进时需要较大的泵量以排出粘土粉，其泵量计算公式为：Ｑ＝Ｆ＊Ｖ＊６０

　　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）钻进的转速

　　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。

　　二、灌注混凝土的配制技术

　　1、混凝土减水剂应用

　　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。

　　2、灌注桩混凝土配制

　　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。

　　（1）加大设计的配合比

　　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。

　　（2）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。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％。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）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。

　　（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 能满足灌注桩要求，本次取坍落度为１９．３ｃｍ。Ｇｖ＝１０／３（Ｓ＋Ｋ）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。

　　三、灌注桩的灌注技术

　　1、灌注桩孔的清孔要求

　　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。

　　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。

　　四、成孔过程中易遇到的问题及解决

　　1、缩径

　　（1）缩径产生的具体原因

　　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。

　　（2）缩径的防治措施

　　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。

　　2、坍孔

　　（1）坍孔产生的原因分析

　　坍孔产生的原因是多方面的，主要包括：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。

　　（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。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。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。

　　3、沉渣与泥皮过厚问题

　　桩底沉渣是影响桩承载能力的重要因素，要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要求。其原因主要是由于泥浆性能不符合要求，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要的作用。