头屯河水库高性能混凝土灌注桩技术应用研究_徐启强.pdf

128 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）头屯河水库高性能混凝土灌注桩技术应用研究徐启强（新疆头屯河流域管理局，新疆 昌吉 831100）摘 要：为了发挥水库复杂地层高性能混凝土灌注桩具备的施工工期短、迅速成型、强耐久性与抗剪能力等优势，以头屯河水库施工为例，总结高性能混凝土灌注桩的施工技术要点。通过分析此水库地层水含量丰富、含沙量大，可能面临的易塌孔、扩孔问题，提出可以采用清孔装置，带有护筒的钢筋笼，以及导料管限位装置多项措施。不仅妥善解决上述问题，还能保证成桩质量，缩减工期加快进度，创造更高的经济效益与社会效益。关键词：水库；高性能混凝土；灌注桩；成桩工艺中图分类号：TV553文献标识码：B水库项目的混凝土灌注桩施工，相较于一般情况下的混凝土浇筑工艺，复杂度与技术水平要求普遍较高，这就需要在施工中对其严加管控。随着近年来施工技艺水平的不断提升，高性能混凝土逐渐在各类工程项目中推广应用。设计高性能超流态混凝土，达到更强的混凝土变形能力与抗离析性，可以自动充填每一个角落，在早期混凝土下沉与硬化收缩较小，具备了分层离析较小，干缩程度较小，水化放热较低，硬化后渗透性较低等优势1。结合以往工程应用高性能混凝土在灌注过程中，能保持良好稳定性与流动性，减小与导管之间的摩阻力，可以密实且自动的充填灌注桩孔，不出现离析干缩问题，并且凝结后的强度基本和实验预期强度相等。将高性能混凝土灌注桩技术用于头屯河水库项目，结合案例总结技术要点，旨在提出高性能混凝土灌注桩技术措施，为类似项目提供参考借鉴。1 项目背景位于新疆的头屯河水库在除险加固工程中，需要新建 48.76m 总高的放水涵洞进水口塔架，为了解决进水口的塔架交通问题，拟对坝顶公路与涵洞进水塔检修平台，修建人行交通桥。为了减轻桥梁上部分结构重量，确定建设 1.7m 宽的刚结构，1.6m桥梁高度，并且为了避免桥墩对主坝坡体的影响，跨径为 32.2+403=152.2m。搜集整理坝体早期加固设计资料分析，坝体覆盖层较薄，人行桥最好可以选用混凝土扩大建设基础，因此确定高性能混凝土灌注桩施工建设方案。由于此水库项目所在地层自上至下，分别为房渣土、黏质粉土、粉质黏土、粉质粉土、黏质粉土。考虑到天然地基并不能满足塔架承载力要求，选择桩基础设计桩径 500mm，有效桩 10.2m 长度，保持 1.5m 桩间隔，混凝土塌落度在 230260mm 之间，为 C30 高性能混凝土。2 工程施工2.1 优选钻孔设备一应改变钻孔设备驱动力，真正改善成孔质量，在对比试验中，可以选择潜水电钻用于钻孔机，取代常规所用的回转钻、冲击钻，电力用于钻机的动力源，避免在项目施工中如果选用风动力和水动力，可能导致的压力扰动地层影响，降低塌孔率保证灌注成孔质量。二结合本次水库项目的软弱地质施工条件，选用轻型设备施工，重量较强对地基的承载力要求不高，并且拥有较广的适用范围。文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-04-29作者简介 徐启强（1964-），男，新疆昌吉人，工程师，从事水利工程建设与管理工作。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.025 129 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）2.2 孔内护筒防护本项目施工中选用一种灌注桩钢筋笼孔内防护装置，与项目的地勘报告记录信息资料相结合，综合考虑灌注桩钻孔施工中的异常问题，可以客观评判可能会出现的塌孔、扩孔等现象。在防护施工环节应用钢筋笼时，可以根据以往项目中的成熟经验，选择特制橡胶护筒或自制铁皮护筒，将此固定包裹于钢筋笼的外侧，发挥护筒支撑作用，但要合理控制固定保护层的厚度适中2。直至将钢筋笼成功入筒之后，应当重视对混凝土灌注桩内的支护处理，避免塌孔情况再次出现而进行重复清孔，将已有所塌孔部位要及时遮挡，避免混凝土灌注量超出，最终影响成桩质量。2.3 塌孔清扫本项目通过与所在地层的实际情况仔细勘察，详细了解地质条件后，应用塌孔钢筋笼清扫装置，这样高性能混凝土灌注桩可以在未浇筑之前，及时对孔内的塌孔现象进行清理，减少钢筋笼浪费或二次开孔增加施工成本。此装置主要包括了中轴、清扫器、钻头等组成，在使用过程中，将中轴连接钻机钻杆获取动力，钻头配置较长、切碎土颗粒，成功排出均匀浆液。运用钢丝绳扫刷钢筋笼内余留土体，及时清理保护层。通过使用这一技术装置，能够有效处理部分钢筋笼变形量较小导致的塌孔问题，并且避免由于清理钢筋笼比较困难所产生的费孔、补桩施工等问题，达到了节约施工成本，缩减施工周期，保证工程施工质量的优点。3 高性能混凝土灌注桩施工要点3.1 埋设护筒本次混凝土灌注桩施工前期，需要详细全面的开展工程调研，明确各项技术参数并在施工中仔细核实，及时发现其中是否存在问题，积极与施工设计与监理单位工作人员沟通，了解并及时调整施工方案。对于护筒施工可以应用 12mm 厚度的钢护筒，包裹钢筋笼外侧达到固定作用，还要对梁结构顶底两处，均进行加固处理，钻孔的钻头直径应当控制 2040cm，结合项目所在的地质条件，保证在 2m 以上。安置护筒时尽可能顶出护筒高出地面30cm。尽早夯实护筒安装目标周围50cm 的黏土，并对护筒水头作加固处理。护筒埋设位置应尽可能控制桩中心与埋设中心之间误差 50mm。3.2 开钻成孔开钻成孔作业中，尽可能维持钻机底价的平稳性，钻头和钻杆中心二者应对准护筒顶面中心位，控制偏差 50mm。钻孔中始终维持钻杆垂直度，及时应用线锤纠偏。钻孔施工应慢速、低档进行，避免护筒出口渗漏和孔斜问题发生。易缩径涂层施工则注意可能需要重复钻孔，硬塑黏土层可以中高档钻进，低档钻进淤泥粉砂层，根据施工图层硬度大小，选择合理的钻进速度。3.3 高性能混凝土配比1）水泥烧失量控制在 5%以内，80m 方孔筛筛余后控制在 10%以内，控制初凝时间超过45min，根据3d、28d不同龄期要求抗折、抗压强度；2）在混凝土抗压强度低于 50MPa 时，可以使用碎石或卵石，这样可以保证获得基本相同的混凝土抗压强度。越大的堆积密度孔隙率就会越小，石子级配就会越好，一般情况下控制碎石孔隙率在44%左右为宜。另外还要控制石子最大粒径，才能够保证高性能混凝土的优良外观与内部结构，以圆球状、立方体此种颗粒形状最佳。3）以矿物质掺合料为例，粉煤灰、硅粉、矿渣微粉等，均作为高性能混凝土工程施工中常用掺合料，通过掺入粉煤灰能够减少混凝土拌合物离析泌水，从而对混凝土和易性有效改善，还可以减少塌落损失。4）在高性能混凝土施工工艺中，所需添加引气剂、引气减水剂或高效引气减水剂等外加剂时，可以让混凝土内含有微小气泡，从而降低混凝土用水量，这样可以成功改善混凝土的工作性能与抗冻性，如今几乎全部混凝土工程都会采用引气剂。外加剂产量通常基于混凝土内胶凝材料总量。确定好上述材料用量后，对选定每组混凝土配合比均进行试配，并且结合工程实际需要，充分详细的检测混凝土拌合物的性能，保证试体成型，用于检测混凝土力学性能，如抗冻、抗压、抗渗等。这样能够调整用水量、外加剂掺量、水泥用量、砂率，选出可以使混凝土拌合物具备更优良性能与强度，符合施工标准与性能要求的施工配合比。3.4 混凝土灌注高性能混凝土灌注环节，需要有效探测灌注 130 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）混凝土的高度、水面、泥浆下孔深，确保混凝土反作用力可以超出挤压泥浆本身产生的反作用力。提升导管时需要严格控制速度，保障混凝土自身对摩阻力的时间充分。还应预留足够的通道，避免发生缩径、夹泥情况，合理控制导管内馄饨柱长度在34m 之间，防治泥浆误入导管。3.5 制作钢筋笼吊装就位使用钢筋笼需要以其长度选择整体或分层预制，确保钢筋笼稳定性与刚度充足，方便吊装、运算构成灌注混凝土，避免出现变形、松散。在制作中采取必要加固措施，按照 2m 为间隔设计加固钢筋，对骨架上端科学设置吊环。钢筋笼初凝方案确定之后，与钢筋笼固定设施接触。在钢筋笼就位之前仔细检查从而避免塌孔问题，采取其他相应处理措施。4 高性能混凝土连续浇筑技术重点本项目施工引入一种新型装置，为导料管单向自动限位，这样在灌注桩施工拆卸导料管工序时，想要控制导料管位置较难，固定低效率等技术问题，不仅可以确保现场打桩混凝土浇注质量的，同时还能缩减混凝土浇筑工期，提高施工效率。4.1 钻机成孔在钻机定位之前埋设节流孔保护筒，根据地层条件确定孔口保护筒的长度，防止在钻机施工时所受振动作用力影响，最终塌孔情况发生。对钻进速度与钻杆的偏斜角度，钻进深度等参数详细记录，还要注意是否发生异常灌注桩钻孔异常，对不良地层高程方便、准确判定。护壁泥浆可以根据地层的含水情况及时调整，及时检测出浆结果。控制成孔偏差在 5cm 以内，施工过程中还应对钻头是否发生磨损问题及时检查，如果发现异常则需补焊钻头，确保孔径达到施工标准要求，控制钻杆的垂直度，确保钻孔垂直度在 1%以上。4.2 处理弃浆弃渣成孔弃渣跟随钻进顺泥浆沟向泥浆池内排放，专人负责疏导，委派专人清理弃渣，外运废弃泥浆对贯彻清洁，确保及时外运与环保市场相符。4.3 制作安装钢筋笼根据钻探记录资料，确定坍塌和扩孔的高程段，使用特制橡胶保护筒，以及自制的铁皮保护筒，用钢筋笼外包好后固定，保护筒的具体长度以地层缺陷高度为依据，采用焊接、铆钉方式连接保护筒和钢筋笼。设置保护筒需要注意顶盖限制、防崩塌孔的作用，节约混凝土浇注量。在钢筋筐上安装钢筋，牢固焊接主筋，加强钢筋筐吊点。将保护层衬垫块设计为钢筋笼和保护筒，以保持钢筋笼保护层的厚度。吊起钢筋框架时，请确保钢筋框架的垂直孔不与孔壁接触。4.4 混凝土灌注灌注前认真清理孔眼，将沉淀物厚度控制在20cm 以内，将钢筋筐置于下方后灌注混凝土前，沉淀物厚度仍较大，孔壁变形导致钢筋保护层不足，使用崩塌孔吸尘器及时清理孔眼内，保证钢筋混凝土和孔内混凝土的灌流质量。详细记录灌注桩不可瞒报灌注问题，导管法连续灌注混凝土，开罐时需要对孔底与导管底口之间的距离严格控制，灌注中控制导管的埋深在 2m 以上，在灌注全过程确保导料竖直10。混凝土可以间断灌注，一旦特殊情况受限应控制中断时间在 30min 以上。在混凝土浇筑中保证平衡运送，并且在浇筑时还需要分层完成，对混凝土的铺设厚度及方向严格遵循施工规定，之后便可以运用振捣机做压实处理。在此项目应用混凝土灌注桩施工中应用带护筒钢筋笼，减少混凝土灌注桩，可以有效避免窜孔大约 106 个，预防相邻孔塌孔情况发生，研究材料导管的限制位置，节约人力，从而提高混凝土浇筑的质量和速度，运用塌陷的孔清扫技术，避免钢筋筐和孔位置的废弃，以及导料管单向限位装置，很大程度提升了混凝土灌注速度与施工质量。5 结 论总之，在水库项目高性能混凝土灌注桩施工中，应当结合项目的实际情况综合分析，科学规范施工程序，严格执行质量管理制度。在护筒钻孔环节需要注意设备选型，根据实际施工情况尽可能选择体积小重量轻的设备，避免在灌注桩钻孔时尺寸过大而反复调整，以及排水排风扰动地层的问题发生，最大化控制灌注桩钻孔影响最终的成桩质量。还要对灌注桩钢筋笼的内部固定防护参数详细记录，一旦发现异常，则需及时采取塌孔预防与软弱地质防护措施。另外在本项目中应用灌注桩塌孔钢筋笼清 131 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）扫装置，可以及时清扫钢筋笼外侧保护层，保障灌注桩浇筑质量，有效控制该项目的施工成本。参考文献：1 李永庆，曹良桂，王世强,等.超高层建筑超深桩基水下高性能混凝土的研究与应用 J.建筑施工,2020,42(02):2.2 吴政，张成波，鞠其凤，等.引孔锤击沉管混凝土灌注桩施工工艺研究与应用 J.水利水电技术,2020(S01):7.Na2SO4溶液中的抗侵蚀性能。究其原因，侵蚀溶液中的 SO42-扩散速率约为 C1-的 0.5 倍，水化产物会率先与 C1-反应生成水化氯铝酸钙，其膨胀性低于钙矾石，这在一定程度降低了 SO42-与水化产物生成钙矾石的数量，相当于减轻了硫酸盐溶液对混凝土的损伤作用，但侵蚀后期复合盐溶液中的 C1-延长了侵蚀时间，在一定程度上降低了试件损伤程度。4 结 论1）盘锦市盐渍土中的各种离子类型齐全且盐分含量较高，水工混凝土长期处于该侵蚀环境中势必会损伤其耐久性，水利工程有关部门应高度重视。2）浸泡在单盐和复合盐溶液中的水工混凝土质量均表现出先增大后减小的变化趋势，溶液浓度越大所产生的侵蚀破坏越强，相较于其它组盐溶液，长期浸泡后的水工混凝土质量损失受 NaCl 溶液的影响最大。3）在复合盐溶液中，随着浸泡龄期的延长水工混凝土抗压强度呈先上升后下降的变化趋势，但依然高于 Na2SO4溶液，这说明水工混凝土在复合盐溶液优于在 Na2SO4溶液中的抗侵蚀性能，相较于其它组盐溶液，长期浸泡后的水工混凝土强度衰减受 Na2SO4溶液的影响最大。参考文献：1 袁俊，王学明，魏鹏，等湿养护不充分条件下矿物掺合料对混凝土抗盐渍土性能的影响 J硅酸盐通报,2019,38(07):2829-28342 满都拉，银花，曹美琪盐渍土环境下混凝土耐久性研究进展 J硅酸盐通报，2016，35(11):3575-35803 乔宏霞，何忠茂，刘翠兰硫酸盐环境混凝土动弹性模量及微观研究 J哈尔滨工业大学学报，2008，40(08):1302-13064 黄继兴，樊小伟戈壁滩盐渍土地区桥涵结构物耐久性设计研究 J城市道桥与防洪，2019(07):133-1355 张伟，陈正汉，黄雪峰，等硫酸盐渍土的力学和细观特性试验研究 J建筑科学，2012，28(01):49-546 林德源，亦博，陈云翔，等盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀的研究进展 J材料导报，2014，28(06)：137-1417 张洪萍，杨晓华新疆北部地区盐渍土的腐蚀机理及防治措施 J西部探矿工程，2010(11):9-128 赵高文，李镜培，李林，等腐蚀方式对灌注桩劣化及硫酸盐扩散规律影响 J上海交通大学学报，2018，52(11):1483-14919 麻海燕，孙伟，张建业大掺量矿物掺合料混凝土在氯盐、硫酸盐及其复合溶液中的抗冻性 J南京航空航天大学学报2010，42(06):797-80110 杨凯 长期浸泡下受混凝土受硫酸盐侵蚀试验研究J.淮阴工学院学报，2011，20(05):48-5211 蒋卫东，陈啸，闫俊，等盐渍地区抗腐蚀混凝土耐久性试验研究 J东北大学学报：自然科学版，2008，29(02):280-28312 刘娟红，马虹波，段品佳，等硫酸盐干湿循环环境下超深井井壁混凝土抗腐蚀性能 J材料导报，2021，35(12):12081-1208613 梁天爰.不同薄壁厚度下水保工程水工混凝土的热能损耗试验 J水土保持应用技术，2022(03):11-12.14 王兴.盐冻环境下水利工程混凝土掺粉煤灰性能影响研究 J黑龙江水利科技，2022，50(03):13-16.15 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