灌注桩孔底沉渣控制技术研究

2012-08-15李天宝李天龙

山西建筑 2012年18期

李天宝李天龙

(1.浙江广厦建设职业技术学院，浙江东阳 322100;2.山东中宏路桥建设工程有限公司，山东烟台 264000)

0 引言

灌注桩在桥梁、工业与民用建筑施工中得到了广泛的应用，它具有施工时振动小、噪声小、成桩速度快等优点，非常适宜在复杂地质条件、城市建筑物密集的地区使用。

灌注桩孔底沉渣对桩承载力影响很大，如果孔底沉渣过厚会引起桩的后期沉降量过大，若不经过处理，该桩将成为废桩，这将严重影响桥梁的整体稳定性，并造成重大的经济损失。造成灌注桩孔底沉渣过厚的原因很多，但控制灌注桩孔底沉渣的关键在于制备性能指标合理的泥浆。

泥浆的制备和清孔是确保灌注桩工程质量的关键环节。制备泥浆的原材料最好选用高塑性粘土或膨润土，并根据穿越土层以及施工机械、工艺等进行配合比设计，然后专门进行泥浆制备，从而使泥浆的各项性能指标处于一个合理的范围内。在施工过程中使用性能指标合理的泥浆经过两次清孔后，然后下钢筋笼、下导管、灌注混凝土，完成灌注桩的制作。只有控制灌注桩孔底沉渣，才能确保灌注桩的质量，使桩的承载力达到设计要求，桩的沉降量控制在设计规定的范围内。

因此，在灌注桩的施工中，如何控制灌注桩孔底沉渣十分重要，而制备质量合格的泥浆又是达到清孔的预期目标，控制灌注桩孔底沉渣的关键环节。

1 灌注桩施工的要求及遇到的问题

影响灌注桩质量的一个重要因素是孔底沉渣控制，工程施工中对孔底沉渣厚度有较为明确的要求:一般情况下端承桩孔底沉渣厚度不大于50 mm;端承摩擦桩孔底沉渣厚度不大于100 mm;摩擦桩孔底沉渣厚度不大于300 mm。

实际施工中往往会因为泥浆比重过小或泥浆注入量不足等原因引起大量沉渣没有及时排除，造成孔底沉渣厚度过大，进而引起桩沉降量过大的不良后果，甚至导致废桩。

泥浆在灌注桩成孔过程中主要有三个作用:1)保护孔壁，在孔壁形成泥皮。2)利用泥浆的溶胶特性将孔底的沉渣携带出孔内，起到清孔的目的。3)润滑和冷却钻头。如何根据工程实际制备质量合格的泥浆，关系到灌注桩工程的成败。制备质量合格的泥浆关键是控制泥浆的各项性能指标，主要的性能指标有泥浆比重、含砂率、粘度、胶体率等，在工程实际中主要是测试与控制泥浆比重、含砂率、粘度。

对泥浆比重、含砂率、粘度等性能指标，没有统一的要求，实际施工中往往是根据设计文件上的要求进行配制，但还是经常会有达不到实际使用要求的情况发生。为此需进一步研究泥浆主要性能的具体数值。

2 解决方案

1)控制泥浆性能指标，制备质量合格的泥浆。要制备质量合格的泥浆首先要注意材料的选用，制备泥浆时一般选用高塑性粘土或膨润土作为原材料，要根据施工土层特性及施工机械、工艺进行配合比设计，保证泥浆的各项性能指标(如泥浆比重、粘度、含砂率等)在一个合理的范围内，然后专门进行泥浆的制备。

第一次清孔所用泥浆比重控制在大于1.15，小于1.25，粘度大于17 s，小于21 s，含砂率不大于8%，采用泥浆泵循环返渣。

第二次清孔所用泥浆比重控制在1.12以上，粘度大于17 s，小于21 s，含砂率不大于2%。

以上泥浆性能指标的合理性在工程实际中已得到了验证，如山东中宏路桥建设工程有限公司承接的柳州市文惠桥改造工程就是一个很好的例子。

文惠桥改造工程是在原文惠桥下游新建一座与原桥同外观的桥梁，新桥主跨三孔(L=108 m)，中承式钢管拱和两边跨上承式混凝土箱拱。本工程起点里程为:K0+000，终点里程为:K1+072.98，路线全长1072.98 m，其中桥梁长为584.44 m，南岸引道长为351.584 m，北岸引道长为136.956 m。本工程共有9个桥墩，大大小小共106根桩，地质条件为喀斯特地貌，桩基嵌入完整石灰岩中不小于5 m。在钻孔过程中，产生大量的石屑、石粉，在钻孔时，由于泥浆循环一直在进行，可以将这些石屑、石粉及时地排出。但是在钻孔结束，灌注混凝土前，需要更换料斗，大约需要30 min，这时由于泥浆循环停止，易使大量的石屑、石粉快速地沉积在孔底，使孔底沉渣过厚。

实际施工中一开始二次清孔所用泥浆比重是按照规范要求进行配制的，泥浆比重小于1.1，结果测定泥浆粘度时发现，粘度值达不到17 s以上，只有15 s左右，施工过程中清孔时间加长，控制砂率为1%，但是仍然不能很好地控制孔底沉渣，一旦泥浆循环停止，石屑、石粉还是快速地沉积在孔底，造成孔底沉渣过厚。

经过仔细分析研究后采取以下措施:a.将制备泥浆材料由普通粘土改为膨润土。b.将泥浆的比重由小于1.1调整为1.12～1.15之间，同时保证泥浆的粘度在17 s以上。其他施工措施不变，结果孔底沉渣达到了要求。

对这一施工实例进行分析，前后两次施工孔底沉渣厚度不一的主要原因是由于后一次泥浆比重增大后使泥浆粘度增加，从而使泥浆中的石屑、石粉沉淀的速度大大变慢。这样在其他施工措施不变的情况下，后一次的孔底沉渣厚度要小得多。调整泥浆性能指标为更换料斗，为灌注混凝土争取了时间。

类似的实例还有很多，从这些工程实例中可以得出一个结论:特别是嵌岩桩施工，泥浆比重必须要在1.12以上，才能使泥浆粘度在合理数值范围内;泥浆的比重和粘度值对清孔过程中孔底沉渣的控制有很大的影响。

施工过程中先配制泥浆，再测定泥浆的主要性能指标，如果各项指标达不到要求，可以通过添加外加剂等来进行调整，如纯碱、纤维素等。初次添加量一般为纯碱0.5 kg/m3、纤维素0.25 kg/m3，如指标还达不到要求，可适当加大剂量，直至达到上述指标。

2)组织两次清孔，控制孔底沉渣。第一次清孔是桩底大颗粒沉渣能否排出的关键。在完成钻孔后先将钻锤提升至高度0.5 m以内，保持泥浆循环清理孔底沉渣，直到含砂率小于2%，桩底沉渣小于50 mm时，第一次清孔基本完成。这一过程要保证泥浆的各项性能指标达到要求。第二次清孔:提出钻锤完成验孔、下放钢筋笼后进行第二次清孔。由于第一次清孔后泥浆中的沉渣减少，泥浆各项指标应该重新调整。待二次清孔结束时，泥浆中的含砂率宜在1%以内，桩底沉渣小于50 mm，二次清孔完成后，方可进行混凝土的灌注。

3)做好灌注桩检测工作。混凝土在灌注后要及时做好检测工作，一般等第一根桩混凝土强度达到要求就可以进行声测及取芯检测。如果通过检测发现桩底沉渣还是太厚达不到要求时，就必须采取补救措施。具体方法是在大直径桩中钻孔(孔径10 cm左右)，一直钻到桩底位置，然后用高压旋喷机械向桩底喷水，用清水清洗桩底沉渣。桩底沉渣清理干净后，向桩底及桩中孔灌注高压纯水泥浆，使水泥浆注满桩底及桩中的所有空间。