泥浆护壁成孔灌注桩混凝土的超灌分析

泥浆护壁成孔灌注桩混凝土的超灌分析

●陈解兴/(中国水利水电第三工程局有限公司）

【摘要】泥浆护壁成孔灌注桩被广泛的应用到各类桩基工程的施工上，由于泥浆薄壁孔内土层的不稳定性，在施工过程中可能会发生塌孔、扩径等弊端，尤其是水下灌注混凝土，也可能造成混凝土超灌。而多超灌混凝土不仅是浪费材料，而且在后序破桩头施工时增加施工难度，增加施工成本。本文结合工程实例，总结混凝土灌注经验，有效的控制因超灌引起的额外成本。【关键词】聚脲针孔气泡分层底涂1前言

京沈客专起讫里程为DK174+668-DK201+510，长度26.8km。其中滦河3号特大桥1238.75m，梨花沟特大桥864m，滦河2号特大桥1297.29m，滦河1号特大桥994.82m。南平台子大桥152.75m和骆驼山大桥125.50m；张孙龙沟中桥全长70.52m。桩基的桩径从1.0m到1.5m，共1210根，桩长在11.0~21.5m之间，共19814.6m。桩基大部分采用泥浆护壁法施工，设计水下灌注C30混凝土量18489m³。为了确保桩基的施工质量，节约原材料和施工成本，现以南平台子大桥桩基超灌分析为例，总结施工经验，更好的指导和应用到管段内的桩基工程施工中去。表12015.6.72015.6.82015.6.132015.6.152015.6.172015.6.212015.6.232015.6.262015.6.52015.6.92015.6.132015.6.162015.6.182015.6.222#—12#—42#—22#—32#—82#—52#—72#—63#—13#—43#—23#—33#—83#—515.6415.415.215.5315.4615.715.6415.75合计17.2017.2017.2017.3517.0017.3514141414141417.0617.0117.0417.1216.7717.2515.7015.6015.4015.8015.8015.9015.8016.00南平台子大桥孔跨布置2×24m+3×32m共5跨后张预应力简支箱梁。桥址位于两座陡山坡上，自然坡度50°~70°，山坡岩石裸露，植被发育。桥梁跨越干涸的狮子沟河，与乡村公路呈58°的夹角，河床内植被发育。根据调查及勘探深度范围所揭露的桥址底层为第四系全新统坡洪积层(Qal+pl/4)，下伏侏罗系中统后城组(J2h)砾岩。地层自上而下主要为粉质黏土，卵石土，粗圆砾土，弱风化砾岩。地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，主要靠大气补给，施工期间未见地表水。1#~4#墩桩基桩径1.0m，共32根，均采用泥浆护壁成孔水下灌注混凝土施工。其中2#、3#墩各根桩基灌注混凝土情况如下表1。桩基灌注混凝土情况表超灌0.6660.2740.3720.2740.2740.3230.3720.2740.4560.3650.4560.2740.3190.36536.5%30.9%平均超灌131313131313131310.210.210.210.210.210.210.210.281.611.011.011.011.011.011.017.014.014.013.514.013.514.014.0110.516.015.015.514.515.015.0灌注时间施工部位设计孔深/m实际孔深/m设计桩长/m设计C30用量/m³实际C30用量/m³45

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2015.6.252015.6.283#—73#—617.117.18合计17.3017.40141411.011.087.914.514.5120.00.3190.3192桩基混凝土超灌原因的分析2.1地层因素引起的混凝土超灌

由于桩基在河床内，开始施工前挖除地表粉质黏土及孤卵石，场地平整后地层从上到下依次为少粉质黏土，卵石土及砾岩。卵石土为黄褐色，松散而潮湿，主要以花岗岩及砂岩组成，一般粒径60~80mm，最大粒径150mm，浑圆状，充填粉质黏土约为10%。粉质黏土褐色，粒径为10~20mm，次棱角状为主，少许亚圆状，强风化。砾岩岩体中的圆砾多为较硬岩石，但是胶结物为泥灰质，强度低，强度不太均匀，稳定性一般，施工中可能会发生掉块。确定在卵石土地层中施工时容易发生扩孔的现象，现以3#-1桩基（首桩）进行观察分析。施工采用冲击钻钻孔，空心钻头直径为1.0m。钻机牢固安装在钻机平台上，护筒埋设密实不漏水，施工过程中安排专人值守整个钻进过程，且无异常现象发生，确保规范施工。3#-1桩基设计桩长14.0m，为确保桩头施工质量，根据设计要求超灌1m，设计水下灌注C30混凝土V=0.5²×3.14×(14+1)=11.8m³，实际灌注混凝土16m³，超灌4.2m³，超灌35.9%。假设超灌的混凝土全部的灌注在理想状态的桩高为15m的圆柱形桩基上，即16m³=r²×3.14×15m，r=0.58m，在理想状态下的孔径比设计桩基平均扩大要小于16cm，平均桩径扩大16%。2.1.1地质条件引起超灌原因的分析根据桥址处地质补勘报告表明，卵石土较为松散而潮湿，主要以花岗岩及砂岩组成，大部分粒径60~80mm，最大粒径150mm，浑圆状，充填粉质黏土。粉质黏土粒径为10~20mm，次棱角状为主，少许亚圆状，强风化。泥浆在卵石土层孔内容易形成一层薄壁拱，但由于孔壁卵石在钻头等其他外力作用下容易掉落，形成扩孔如图1，是引起混凝土超灌的重要原因。空心钻头的前端是直径为60cm实心铁柱，钻孔也存在少量的超钻。图1实际成孔图a的平均值6.2cm，在卵石土层中采用泥浆护壁法钻孔时，扩孔12.4%，引起混凝土超灌，每一米桩基超灌率n=（V扩-V0）/V0=(0.562²-0.5²)建立模型V2≈(S1+S2)×0.6÷2=[(0.5+a)²-0.3²]×3.14×0.5÷2=0.33m³，(0.5+a)²×3.14×（H+1）=V1=V-V2，根据大量的数据分析统计46

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÷0.5²=26.3%。所以,采用泥浆护壁法在卵石土层中施工，正常情况下的超灌无法避免的。由于卵石土层比较松散，泥浆壁成拱稳定性不强，地下水位变化大等因素，都有可能引起扩孔或者局部塌孔。泥浆的各项性能指标对钻孔的护壁效果和成孔质量也有很大的影响，施工中严格控制泥浆性能指标。卵石土层开钻前的入孔泥浆比重控制在1.1～1.3,泥浆黏度18～22s,泥浆的含砂率≤4%，胶体率≥95%，pH值＞6.5。2.2施工工序可能引起的混凝土超灌

2.2.1开钻前的准备工作可能引起扩孔的分析1）场地平整夯实。在桩基平面尺寸内场地尽量挖除地表层的有机土，必要时换填软地基进行平整夯实，防止在重力式冲击钻在钻孔时引起不均匀沉降，从造成斜孔、孔壁坍塌造成扩孔引起混凝土超灌。2）护筒埋设。护筒内径大于钻头直径200mm～400mm，护筒底部和四周所填粘土必须分层夯实。护筒埋设高于地面50cm，允许倾斜度偏差为1%。通过开挖南平台子大桥3#墩承台基坑，裸露的桩头像蘑菇型，实测桩头周长最大5.86直径达1.87m，设计桩顶标高处周长3.84m直径达到1.22m，造成混凝土超灌。主要是由于钢护筒内径达到2.0m，埋设深度2.0m时使周边的土层受到不同程度的扰动而变松散。筒底部四周的卵石土与黏土也未分层进行夯实，导致施工用水从护筒周边渗入孔内，使孔内泥浆性能降低，在土层密实度渐变处造成局部孔壁坍塌，从而使桩头上部变大，桩径扩孔，引起大量的混凝土超灌。3）钻机就位。通过测量放线，准确将钻头垂直中心线与桩基中线重合在误差范围之内。钻机必须安装在夯实过的基础上，横向铺设枕木，在枕木上铺设工字钢，将钻机安装在工字钢上并加固，再将钻机的两根外八字斜撑将钻机完全固定。在钻进的过程中要防止钻机重锤使钻机基础产生沉降或者沉陷，使钻机发生剧烈摇晃，破坏孔壁。可能造成桩基中心线偏移或者扩孔严重，从而引起混凝土超灌。2.2.2钻孔时可能造成扩孔的分析钻孔前检查钻头直径是否符合要求，开孔时宜用采用小冲程开孔。特别是护筒底口处，土层较差，用小冲程采取冲砸→回填（1：1的粘土与片石）→冲砸，保证护筒底口坚实不漏浆，使初成孔竖直、圆顺，能起导向和防止孔口坍塌作用。正常钻进时，定期的检测泥浆性能指标，要严格控制泥浆各项指标。钻进过程中要勤捞渣，保证泥浆的浮渣能力，减小孔底沉渣厚度，并根据不同的地层及时调整泥浆指标，施工中严禁向孔内直接注入清水，以免水头直接冲击泥浆壁造成塌孔。在钻进速度发生明显变化时先适当减小冲程，用钻头试探并观察孔内泥浆高程变化，如遇到透水层或土层变化而引起泥浆浓度、高程变化时，立即停止钻进。及时采取相应的补救措施，防止已成拱的泥浆孔壁遭到破坏造成大面积的孔内坍塌，造成扩孔。钻进过程中时刻检查钻机稳定性及钻头磨损严重情况，检查并校正钢丝绳、钻头中线与桩基中心线在一条直线上，以免造成偏孔、斜孔引起混凝土超灌。2.2.3清孔时可能造成扩孔的分析成孔深度检查确认合格后，采用掏渣法进行清孔时，必须保持孔内的水头高度。严禁用水头直接冲击孔壁，及时检测孔内的泥浆比重，防止因孔内泥浆指标短时间变化过大引起孔壁坍塌。掏渣筒严禁触碰泥浆孔壁，防止孔壁在外力作用下发生坍塌，造成扩孔。安装钢筋笼后必要时进行二次清孔，防止沉淀的新渣厚度过厚，不仅降低桩基底部的承载力，而且需要置换的混凝土量也加大，造成混凝土超灌。2.2.4灌注混凝土时可能造成的超灌分析清孔合格后，孔底渣样及沉渣厚度应该满足相关验标的要求，可进行钢筋笼安装。钢筋笼垂直吊起后，钢筋笼和孔的中心线互相大致重合，人工配合缓慢放入孔内。严禁下笼时速度过快，47

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以免钢筋笼碰坏泥浆壁造成扩孔。水下灌注混凝土是个极其隐蔽的施工工序，灌注前明确设计孔深、实际孔深、钢筋笼底部高程、导管底部高程、沉渣厚度、吊筋长度、首批混凝土量及单桩设计混凝土灌注量（含正常超灌1m），保证混凝土下落时有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并能使导管下口埋入混凝土深度不小于1m。吊筋度的计算（如上图1），吊筋长度l=实测护筒标高-设计桩顶标高-1.0m，即是灌注完成后混凝土面到护筒上沿的高度。当首批混凝土灌注成功后，混凝土浇筑速度应保持匀速，应随时核对混凝土的浇筑数量，以确定所测混凝土的浇筑高度是否大致正确。专人记录混凝土浇筑情况，浇筑数量、混凝土面高程、导管埋深、导管拆除长度以及发生的异常情况等。用测锤法测定最后灌注的混凝土面高程，通过多次量测判断，距护筒的长度等于吊筋长度时可以停止混凝土灌注，以免再进行超灌。2.2.5现场施工管理因素引起的超灌分析施工现场人员管理要求不严格，各个施工工序把控不细致，尤其是出现异常情况不能及时有效的处理，责任心不强，专业能力不熟练，对桩基混凝土量的预计算不准确，桩基混凝土的超灌高度控制不准确，导致无效桩头过高，这些因素都能造成混凝土不同程度的超灌。3结语

桥梁桩基采用泥浆护壁法施工时，可能会引起混凝土大量的超灌。从根本上分析与地质条件密切相关，每一道施工工序也会因为施工工艺和施工管理因素而造成桩径扩大、混凝土超灌。桩基是个隐蔽工程，泥浆护壁水下灌注混凝土的工序繁多复杂，需要管理人员专业技术水平扎实，精心管理，在确保桩身桩头施工质量的同时，尽量避免桩基扩孔坍塌及控制无效桩头高度而引起混凝土超灌，有利于节约施工的成本，减少材料浪费，减小施工难度，加快施工进度，提高经济效益具有诸多意义。～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～

水电三局当选陕西省“一带一路”国际经贸

合作企业联盟副主任单位

日前，陕西省“一带一路”国际经贸合作企业联盟成立大会在西安华山国际酒店召开。会议揭牌成立陕西省“一带一路”国际经贸合作企业联盟，审议通过了联盟章程及主任、副主任、秘书长建议名单。水电三局被授予联盟副主任单位，公司副总经理米振柱被聘为联盟副主任。陕西省“一带一路”国际经贸合作企业联盟是陕西省境内对外投资合作企业自愿参加组成的行业性、专业性、开放性、服务性的非盈利组织，在陕西省商务厅指导下开展工作，其宗旨为搭建“一带一路”国际经贸合作平台，开辟多层次、多领域合作渠道，促进联盟成员企业优势互补，合作共赢，在共同推进“一带一路”建设事业中实现企业发展目标。据悉，此次成立的陕西省“一带一路”国际经贸合作企业联盟成员单位共计111家，涉及建筑工程、设计咨询、能源资源、石油装备仪器、工程机械、文化旅游、金融机构等领域，其中副主任单位43家。近年来，公司积极响应国家“一带一路”号召，在陕西省扩大对外合作和企业“走出去”过程中充当急先锋，积极协助省政府和企事业单位开展国际交流与合作。2018年，配合省政府代表团访问非洲三国，推动陕西省商务厅驻几内亚商务代表处挂牌成立，由公司代表陕西省商务厅在几内亚开展商务合作，为陕西省的对外经济发展做出了应有的贡献。48