水利工程灌注桩的特点及施工工艺浅析

摘要：水下混凝土施工一种先进的混凝土施工技术，目前其施工方法很多，应用范围广泛，而灌注桩是水利建设工程中的一种基本形式，施工简单、适应性强、投入不大，但是对于质量控制方面有很多问题。本文针对灌注桩的特点，研究了水利工程中灌注桩施工工艺，分析了事故发生的原因，阐述了施工工艺及质量的控制。

关键词：灌注桩 特点 施工

目前钻孔灌注桩在水利工程中得到广泛应用，由于其施工噪音小、适应性强、承载力大、操作简单的优点占据了水利基础工程的重要地位。但是由于施工工程质量难以控制，影响因素很多，如果一个环节出现问题，就会导致质量事故，给投资者造成重大的损失。因此，在施工中应该严格对钻孔过程中及灌注过程中的施工质量进行监管。

一、灌注桩的特点

1、桩没有接头，桩长可因地改变；

2、对于不同性质土层，桩可以穿透各种土层，甚至嵌入基石；

3、经常涉及为一柱一桩，简化了基础结构形式，正常情况下，比预制桩经济；

4、单桩承载力大；

5、按工作荷载要求布置，仅承受轴向压力时，只需配置少量构造钢筋，节约了钢材；

6、容易出现断桩、夹泥、缩颈和露筋的现象，其质量不易控制；

7、大直径桩身、入土深，除人工挖孔灌注桩外，孔底沉积物不易清除；

8、不适于水下桩基，但在桥桩工程中，有采用大型桥梁中进行水钻灌注桩施工。

二、水利工程中灌注桩施工工艺

1、灌注桩的成孔

1.1 成孔设备和钻具的要求与选择灌注桩成孔设备多为转盘钻机

施工包括选择钻机、钻具、场地布置的准备，成孔是混泥土灌注桩施工中一个重要部分。当钻机运行时，钻头部分摆动大，使得孔径变大，不利于工程进行；还可能发生塌孔、缩径、桩孔偏斜达不到设计要求，影响质量。为了解决这一问题，需要使得钻孔时候，采用垂直和相应的技术措施，使得钻具摆动幅度变小。为了保证成孔的垂直精度，需要采取扩大桩机支承i安吉，结合其钻头与小口径钻进的钻头在灌注桩造孔钻进的底刃、侧刃刻取地层的工作机理，当用小口径的钻头时候，应该在灌注桩孔钻进时设计相匹配的钻头以减小钻孔的扩孔率，并于成孔后放钢筋作井径、井斜超声波测试，因为钻头的侧刃作用小，而灌注桩钻进的地层较软，对刻取岩石起到非常重要的作用。

1.2 钻进参数的选择

1.2.1 钻进泵量

安装钻机，使得钻杆位置偏差不大于2 cm，钻进时排出粘土粉，灌注桩孔钻进时需要较大的泵量，其计算公式为Q=FV60。其中，Q为冲洗液量，F是环状间隙面积，V表示冲洗液上返返速度。钻具下入孔内，钻头应距离孔底渣面65 cm左右，以灌注桩钻杆直径为90 mm、钻进设计孔径为500 mm、环状面积以0.2 m2计算，在采用泥浆泵的最大泵量600 L/min时，其泵量使得粘土粉上返的速度是很慢的,远小于小口钻探的泥浆的上返速度0.3m/s。

1.2.2 钻进转速

正常钻进时，应当掌握各种参数进行合理调整，不能随意调整钻具。对于粘土层的钻进，钻具易刻取粘土，由于强度、硬度的不同，其力学参数相对其他比较小，为了保持稳定钻进，必须采取较慢的转速钻进，以减小钻进的扩孔率,。

2、灌注混凝土的配制

2.1 混凝土减水剂的应用

混凝土减水剂可以改善混凝土拌合物的流动性，在灌注桩混凝土的配制中使用的减水剂多为MF复合剂。加入可以使得混凝土具有高流动和抗冻的性能，但不影响其自然的性能。

2.2 灌注桩混凝土的配制

由于灌注桩混凝土具有特殊要求，所以相应的高流动性需要在混凝土配制的时候有所考虑，除了泥浆作用影响混凝土的性能，在灌注桩混凝土的配制要用到以下技术。

2.2.1 加大设计配合比

配置混凝土所用的材料与性能要进行选用，灌注桩混凝土所用骨料可选择碎石和卵石，不大于50 mm，采用大于设计标号R的50%的配合比。满足强度保证率，使得强度离差系数取0.2，查配制强度与设计标号之比为1.5，即混凝土配制强度Rp=1.5R，当R=300MPa,则Rp=1.5×300=450MPa。

2.2.2 选择适合的材质

(1)添加减水剂改善混凝土的性能，比如添加MF处理剂改善混凝土的性能。

(2)增加混凝土的水泥含量。按照配比，建筑用混凝土的最小水泥含量的按照二倍进行：即250×2=500(kg/m3)。

(3)增加混凝土的含砂量。含砂量对混凝土流动及粘聚性有较大影响。对于细度模数和比重数，确定吸水率和含砂率。

2.2.3 确定适合的水灰比

方程：Rp=aRc(C/W-b)确定水灰，其中Rp为混凝土试配制强度，若假定为250MPa；a、b为试验系数，设为0.5、0.46，则水泥标号Rc=400水泥灰水比C/W计算可得C/W=1.71。

3、灌注桩的灌注

3.1 灌注桩孔的清孔

采用清孔的方法有正循环、泵吸反循环和气举反循环方法，当采用正循环清孔，需要利用钻头将桩孔内的沙卵石捞出，然后用比重粘度小的泥浆循环清除孔内的粘度大的粘土。通过减小孔内泥浆的比重，保证在灌注混凝土时，混凝土能顺利地进入，挤压孔底泥浆。清孔后的泥浆比重一般为1.1左右。二次清孔由于原来泥浆稳定性差，如果一旦停止循环，将会造成沉淤，所以在间隔时间内对孔内泥浆中悬浮颗粒进行二次清孔，避免孔底淤积厚度增大。

3.2 混凝土的灌注

在灌注混凝土的时候，由于混凝土将受到泥浆的作用，所以进行试灌注，加大导管与混凝土的摩擦阻力，此时混凝土大于泥浆的反作用，从而把泥浆挤出孔口。在混凝土灌注中，需要将导管提升，但是速度要慢，这样就可以有足够时间减少摩擦阻力，同时在排出管道，泥浆对于桩基的作用，会使得缩径、夹泥的现象出现，这样提升导管时，为防止泥浆进入导管内，需要混凝土柱保持在3-4 m之间，使得导管内保留的混凝土要有绝对的压力与泥浆的压力抗衡,。

三、施工情况及质量控制

1、钻孔灌注水下混凝土时，主要采用导管灌注，混凝土会存在离析现象，若探测不准确，将造成导管提漏、沉淀过厚、埋管过深，所以要探测水面或泥浆面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，灌注时应加强对混凝土的搅拌时间，以控制混凝土坍落度及桩顶高度、沉淀层厚度、埋管深度，避免发生短桩或导管拔不出、夹层断桩事故。

2、水下混凝土灌注过程中，为了避免发生施工事故，应该检测混凝土面高度和灌入的混凝土数量，需要对混凝土面的高度测算，观察水情况，判断钻孔桩和孔内情况，是否存在局部缩径、超径、漏失层位等现象。

3、埋管深度要严格控制，以防止堵管现象，严禁超量灌注，控制深度在2-6 cm，禁止各种违规操作行为。

4、施工完毕，对于水下混凝土灌注的各项参数进行核算。

水利工程的灌注桩作业要考虑受到泥浆的侵蚀作用而影响混凝土的性能，其难度大，施工质量难控制，所以灌注桩混凝土具有较高的流动性。钻孔灌注桩属永久性的隐蔽工程，其桩基质量非常重要。这就要求施工过程中及时分析处理，严格管理，使得施工质量得到保证。钻孔灌注桩具有能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力等优点,可以适应各种地质条件和不同规模建筑物，比如房屋、水利和桥梁中都有广泛应用，它具有低噪声、微震动和无挤土的特点，在桥梁、水工建筑物、房屋建筑等工程中均有广泛应用，具有很高的社会效用。