水利施工中钻孔灌注桩技术的应用

2012-12-30武威

中国新技术新产品 2012年10期

关键词：沉渣清孔成孔

武威

（黑龙江省水利工程建设局，黑龙江哈尔滨 150081）

1 钻孔灌注桩施工工序

1.1 成孔

1.1.1.成孔的垂直度

钻孔灌注桩的垂直度与承载能力的大小有着重要联系，因此在钻机就位与钻孔过程中，应根据勘探报告来进行合理分析，加强巡查与记录，时刻观察在钻进过程中钻机的反映情况，特别是应时刻保证校核钻杆的垂直度。在地基不均匀的情况下，应做好施工前的必要准备，在土层斜状分布或是土层中夹有较大硬物时，钻速应减至慢挡。

1.1.2.孔深与孔径

对于孔深一般可以根据各钻孔的土层分布情况进行场地地质概况的综合判断，绘制岩层分布等高线图，以此确定成孔深度。也可以采用在施工现场设置长度标记进行孔深的测量，具体做法是用细钢丝等作为测绳，同时注意数标的松动与错位，并进行每次终孔的测绳核实。对于孔径要重视在液性指数IL＞0.75范围内的粘性土上的施工细节，可适当加大钻头直径或采用处理孔斜的导正器法。

1.1.3.钻进参数

在钻进泵量方面，在灌注桩孔钻进时需要较大的泵量，以此达到粘土粉的排出效果。其泵量的计算公式为：Q=FV60。其中，Q为冲洗液量 (m3/min)，F为环状间隙面积(m2)；V为冲洗液上返返速度(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为例进行计算，当泥浆泵的最大泵量达到600L/min时，粘土粉的上返速度非常缓慢，远小于小口钻探时的泥浆上返的速度0.3m/s。而为了保持钻进稳定性，有效减小钻进的扩孔率，一般需要采用较小转速。

1.2 清孔与终孔

清孔的主要目的为清除孔底沉渣，工作原理是通过泥浆流动时的动能进行对桩孔底部沉渣的冲击，在冲击过程中沉渣中的岩粒等会处于悬浮状态，接下来运用泥浆胶体的粘结力，悬浮的沉渣被带出桩孔，直至将桩孔内沉渣清干净。具体施工中可先通过捞沙卵石的钻头进行桩孔内沙卵石的捞出，再运用泥浆的循环清除孔内的粘土清孔后的泥浆比重一般为1.14。终孔后，根据桩径和孔深将孔底的岩屑、泥块等打碎，使其随泥浆浮出孔外。

1.3 钢筋笼

对于钢筋笼的制作，首先应进行钢材质保资料的检查，然后按照设计和施工的规范要求，进行对钢筋直径、长度、规格、数量和制作的验收。钢筋笼的制作，适合分段进行，在连接时50%的钢筋接头采用错开的焊接方法，在钢筋笼入孔时，保持垂直状态，对准相应的孔位，慢慢进行轻放，至钢筋笼就位后，将钢筋笼的上端焊固于护筒之上，以此减缓砼上升时产生的顶托力。

1.4 泥浆的制备与第二次清孔

灌注桩在成孔至设计标高后，利用钻杆在原位来进行第一次的清孔处理，当孔口的返浆比重持续小于设定的范围内，进行孔底沉渣厚度的测量，在进行抓紧与吊放钢筋笼、沉放混凝土导管。并且在混凝土灌注前，通过导管来进行第二次的清孔工作。拌制泥浆的控制指标为泥浆的含砂率小于6%、胶体率大于90%。

采用反循环成孔工艺，是沉渣有效得以清除。

1.5 砼灌注

灌注桩的第二次清孔验收合格后，进行砼坍落度的检查，一般控制在180～220mm的范围内，然后检查孔内导管的长度、离孔底的距离，依据导管内外的混凝土的压力平衡来计算首灌混凝土量。最终确定料斗容量，保证首灌后导管底埋入混凝土中的部分在1m以上，再进行砼灌注。

2 钻孔灌注桩技术在水利工程中应用的注意事项

2.1 充足的准备工作

2.1.1.地基承载力

地基承载力的确定，应依据岩样的单轴抗压强度来乘以回归系数，然后换算成岩石单轴饱和抗压强度的标准值(frk)，再按照f=yfrk的公式进行计算。其中f为岩石的地基承载力的理论值(kPa)，y为折减系数，frk为岩石饱和单轴抗压强度的标准值(kPa)。这一公式能够反映所取岩样的水化能力、单轴饱和抗压强度，而对于钻孔灌注桩技术而言，孔底岩石的构造仅能通过参照工程地质勘察报告和钻进情况进行确定，因此承载力的实际值与设计要求的数值的一致，是施工顺利进行的关键问题。

2.1.2.原材料

原材料的质量，也是影响钻孔灌注桩技术施工质量的决定性因素之一。原材料的选用与检验，应当严格按照国家相关规范来执行，并将材料的选择选料与所处特殊施工环境、工程相关要求等相结合进行。

2.2 成孔过程中的问题及相应措施

2.2.1.缩径

缩径是在钻进的过程中，由于地应力沿较软岩层释放而造成的。施工过程中由于钻进压力大，同时钻速过快，钻头穿过淤泥和淤泥质土层的速度过快，容易导致淤泥从钻孔周围向钻孔内流动，使侧压力与孔内泥浆力趋于平衡状态，发生缩径甚至卡钻的问题。缩径的防治方法主要可以通过加强管理，由有经验的机长专职操作钻机，当钻到淤泥或淤泥质这类土层时，投入适量的黏土泥膏，减少钻进压力，减缓钻速，使钻机在无油压状态进行空转，并且成孔完毕后在易出现缩径现象的地层中进行扫孔的处理工作。

2.2.2.坍孔

导致坍孔产生的原因是主要包括遭遇到预先未料的复杂的地质情况、施工过程中泥浆的稠度过低、释放量大于泥浆对孔壁的压力等。对于防治由于复杂地层情况所带来的坍孔问题，具体可采用如下办法。首先对该所在工程地的地质勘察报告进行认真的审阅，对于报告中未加以提及的异常情况所而导致的施工过程中的坍孔问题，根据具体情况进行应分别对待。

对于成孔过程中坍孔的补救措施为避开该桩位或回填原桩位，经检查验收待密实后再进行钻进工作。对于灌注过程中坍孔的补救措施为回填原桩孔同时在原桩附近进行补加梅花桩、扁担桩等。而对于工程质量要求高的情况下，是不允许采用上述的常规方法的，此时可采用硬片石等进行原孔的回填，待其密实后，采用冲击钻来进行再次的重新钻进。对于因泥浆稠度过低导致的坍孔问题的补救措施较为简单，只需加大泥浆的比重，直至适当程度。一般泥浆性能指标为黏度在18s～22s之间，含沙量不大于4%，胶体率不小于90，比重在1.1左右的范围内。

2.2.3.斜孔

在软硬岩层交替的层位极易发生斜孔问题。此时钻进的压力过大导致钻头容易沿软弱层面的偏斜，继而导致斜孔问题，不仅会影响钢筋笼的下放，若问题严重会影响到桩的承载能力。其防治办法为在钻进的过程中，保持钻速的均匀，或加重块。而对于已经出现倾斜的孔，进行扫孔的纠正，当纠正无效时，在孔中进行粘土和石块的回填，但当偏孔达到0.5m以上时就需要进行重新的钻进工作。

2.3 灌注过程中的问题及相应措施

2.3.1 导管堵塞

导管堵塞的防治办法可分为如下几点：第一，在组装导管时进行严格检查导管内局部的内凸、连接处的密封等问题；第二，在搅拌砼时进行对混凝土骨料的规格、坍落度、搅拌时间的严格控制；第三，在灌注时避免导管内高压气囊的形成，以免破坏导管的密封圈；第四，在导管埋入深度允许的范围内提升导管，或者进行提升后的骤然下插导管抖动导管。若上述方法无效时，则应停止灌注，用长杆进行疏通。

2.3.2 埋管

在灌注过程中经常出现埋管问题，应时刻注意导管的埋深控制，进行砼面的准确测量，一般砼面每上升4m～5m时便可进行相应数量导管的拆除，也就是说勤拆导管。