灌注樁在水利水電工程的應(yīng)用研究

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摘  要：結(jié)合實(shí)際工程，介紹了挖空灌注樁在水利水電工程中的應(yīng)用，探討了其具體的工工藝及注意事項(xiàng)，可供相關(guān)技術(shù)人員參考。
 關(guān)鍵詞：灌注樁、水利水電論文、施工工藝
 
1 場(chǎng)地地質(zhì)情況
 某水利工程地質(zhì)情況較復(fù)雜，場(chǎng)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(chǎng)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1.1 m~4.0 m，平均2.3m，標(biāo)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(xì)砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夾薄層黏土、粉土，厚度0.6 m~7.8 m，平均5.4 m，標(biāo)貫擊數(shù)為2.3擊~22.9擊，平均11.8擊。
 經(jīng)專家研究決定，采用沖擊成孔灌注樁方法進(jìn)行施工。
2 水下混凝土施工工藝
 本工程中采用沖擊鉆成孔，水下混凝土拌制采用先進(jìn)的凈漿裹石工藝，拌合站集中攪拌，拌合站由1臺(tái)JS1000拌合樓和2臺(tái)JS強(qiáng)制式攪拌機(jī)組成，水下混凝土由4輛容量為8立方米的攪拌車輸送到施工現(xiàn)場(chǎng)，水下混凝土直接倒進(jìn)導(dǎo)管漏斗，不用設(shè)置儲(chǔ)料斗，施工操作簡(jiǎn)單方便。
 鉆孔灌注樁采用沖擊鉆成孔，自然造漿護(hù)壁，導(dǎo)管法灌注水下混凝土成樁。13臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)。
 沖擊成孔過程中，采用掏渣筒及時(shí)清除破碎的碎塊。沖擊成孔完后，泵吸反循環(huán)清孔，當(dāng)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(fēng)機(jī)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。
 當(dāng)鋼筋籠吊放到位和導(dǎo)管入位后，需重新測(cè)量孔底沉渣。清孔完畢后，采用測(cè)深錘檢查清孔效果，當(dāng)清孔比較徹底時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的施工人員評(píng)經(jīng)驗(yàn)可以知道清孔的效果，當(dāng)能感覺到測(cè)深錘下落后彈性反彈時(shí)，表明清孔效果比較好。
 導(dǎo)管采用5mm厚鋼板卷制焊成，直徑250mm，中間每節(jié)長(zhǎng)2.5m，最下面一節(jié)長(zhǎng)3.76m，最上面一節(jié)1m，連接方式為絲扣連接。導(dǎo)管底端距樁底控制在35～40cm。導(dǎo)管在使用前應(yīng)做水密、承壓等試驗(yàn)。灌注水下混凝土前應(yīng)檢查運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行初灌，首次灌注水下混凝土足夠?qū)?dǎo)管埋深1m以上。
 導(dǎo)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(zhǔn)備就緒后即可灌注水下混凝土。當(dāng)漏斗裝滿水下混凝土后，沖擊鉆機(jī)提升鋼索，將鋼板墊拔出的同時(shí)，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瑢?dǎo)管內(nèi)與外部水隔絕合要求后，就可連續(xù)不斷地進(jìn)行混凝土灌注。灌注過程中在每次提升導(dǎo)管前應(yīng)不斷計(jì)算和測(cè)量混凝土灌注高度，測(cè)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(dǎo)管節(jié)數(shù)，測(cè)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(dǎo)管保持2～6m的埋深，一次提管拆管≤6m，提升拆卸時(shí)間＜18分鐘。在導(dǎo)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(jì)標(biāo)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(duì)于岸上的鉆孔樁，混凝土初凝前拔出鋼護(hù)筒，樁機(jī)移位重新開孔施工。本工程大部分樁位于水中，應(yīng)待混凝土有一定強(qiáng)度后，可以用切割機(jī)切除水上部分鋼護(hù)筒。工程中鑿樁長(zhǎng)度為0.8m，采用空壓機(jī)配風(fēng)鎬鑿樁，樁頭混凝土密實(shí)，級(jí)配均勻，鋼筋外混凝土厚度均在10cm以上，滿足保護(hù)層厚度6cm的要求，樁徑外圍圓順，尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，預(yù)留搭接鋼筋長(zhǎng)度140cm。
3 施工情況及質(zhì)量控制
 灌注水下混凝土?xí)r，應(yīng)探測(cè)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(cè)不準(zhǔn)確，將造成沉淀過厚、導(dǎo)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?br />  水下混凝土灌注過程中，應(yīng)勤檢測(cè)混凝土面的高度，根據(jù)探測(cè)的混凝土面高度和灌入的混凝土數(shù)量做相應(yīng)的計(jì)算，檢驗(yàn)鉆孔樁是否存在局部嚴(yán)重超徑、縮徑、漏失層位等，同時(shí)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。
嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深2～6m，嚴(yán)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(cè)，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，防止埋管過深發(fā)生堵管、埋管。
 混凝土的超灌量較大，一般混凝土超灌量為10～20%，實(shí)際工程中，最高超灌量達(dá)27.1%。分析其原因主要有，一是沖孔時(shí)間長(zhǎng)，孔壁部分發(fā)生坍落；二是沖擊鉆機(jī)在便橋上作業(yè)，在沖擊鉆的沖擊作用下，便橋有顫動(dòng)，從而擴(kuò)大了沖擊鉆頭的擺動(dòng)范圍，造成鉆孔孔徑擴(kuò)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(dòng)，壓強(qiáng)迅速達(dá)到平衡。靜止流體中各點(diǎn)上的壓強(qiáng)都發(fā)生了ΔP的變化，則ΔP的壓強(qiáng)變化瞬時(shí)傳至靜止流體內(nèi)各點(diǎn)，即所謂的巴斯噶原理[50]。但是灌注是按攪拌車間斷性灌注，當(dāng)下一車混凝土向下灌注時(shí)，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(dòng)，導(dǎo)管的受力狀況發(fā)生明顯的改變，壓力在底部明顯增大。當(dāng)發(fā)生混凝土流通不暢時(shí)，施工人員會(huì)提升導(dǎo)管，提升一段距離（大約0.5m）后，讓導(dǎo)管做自由落體運(yùn)動(dòng)，混凝土跟隨導(dǎo)管一起向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)管停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，管內(nèi)的混凝土已具有一定的運(yùn)動(dòng)速度，在慣性作用下，繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)管承受能力足夠時(shí)，混凝土就可以沖出導(dǎo)管，可以繼續(xù)灌注下一盤混凝土。然而當(dāng)導(dǎo)管承受能力不足以抵擋水下混凝土沖擊力時(shí)，就會(huì)發(fā)生導(dǎo)管爆破現(xiàn)象。導(dǎo)管發(fā)生爆破的主要原因有：導(dǎo)管使用時(shí)間長(zhǎng)，磨損銹蝕，使導(dǎo)管壁厚減小，承壓能力減弱；導(dǎo)管焊縫不實(shí)，局部有砂眼（小孔），發(fā)生應(yīng)力集中，從而劈裂導(dǎo)管；導(dǎo)管加工不規(guī)則，焊縫處有噘嘴。