浅探水利工程中灌注桩施工工艺
摘要:本文结合笔者多年工作经验,针对钻孔灌注桩施工中所容易遇到的事故和问题,分析了事故发生的原因,并提出了具体的防治对策和措施,供工程人员参考。
关键词:钻孔;灌注;施工应用;配制;成孔
目前,水下混凝土的施工方法分为两大类:一是在水上拌制混凝土拌合物,进行水下灌注,如导管法、泵压法、柔性管法、倾注法、箱袋法、铺石灌浆法、开底容器法和装袋叠置法;二是在水上拌制胶凝材料,进行水下预填骨料的压力灌浆,包括加压灌注和自流灌注。由于施工方法多样化和不断发展进步,水下不但能灌注一般的水泥混凝土,还能灌注纤维混凝土、沥青混凝土、树脂混凝土等。水下混凝土的施工方法越来越多,工程规模越来越大,应用范围越来越广,是一种极有发展前途的混凝土施工技术。
一、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
钻进时,钻头的摆动较大,扩孔情况严重,不利于施工。为了消除这一不良影响,保持钻孔的垂直度,应采取相应的技术措施,约束钻具的摆动。结合灌注桩造孔钻进的钻头与小口径钻进的钻头在底刃、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非常重要的作用;而灌注桩钻进的地层较软,相比之下,侧刃的作用就小得多。因此,建议在灌注桩孔钻进时设计相适应的钻头以减小钻孔的扩孔率。
1.2 钻进参数的选择
1.2.1 钻进泵量
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=FV60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。
1.2.2 钻进转速
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
2.1 混凝土减水剂的应用
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。
2.2 灌注桩混凝土的配制
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。
2.2.1 加大设计配合比
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。
2.2.2 选择适合的材质
(1)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。
(2)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%。
(3)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)。
2.2.3 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。
2.2.4 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。