灌注桩沉淀层成因及技术控制.doc

钻孔灌注桩沉淀层成因及技术控制(2001.11.19) 钻孔灌注桩沉淀层成因及技术控制刘 军 刘永华(盐城市交通工程处(集团)224001)摘要 钻孔灌注桩成桩过程中，泥浆沉淀控制一直是一个头痛的问题，它直接影响到灌注桩的质量，这里从成根的不同阶段分析沉淀层的成因以及技术控制的有效途径。关键词 钻孔灌注桩 沉淀层 成因 控制l 沉淀层的概述沉淀层，一般指钻孔桩消孔结束后至首批混凝土灌注前，孔底泥浆、钻渣等沉淀物。本文的沉淀层为广义概念，指钻孔桩灌注混凝土过程的前、中、后3个阶段的沉淀层。钻孔桩灌注混凝土前的沉淀层为粘土、砂土、砾石颗粒和水的融合物，具有流塑性。钻孔桩灌注混凝土中、后的沉淀层为灌注混凝土前融合物和砂浆的混合物，流塑性略差。沉淀层在桩基础中为重点控制要素之一，由于它具有不可见性，控制难度系数大，只有通过科研人员的模拟实验，施工人员的实践，才能比较确切地了解、掌握和有效地控制它。2 沉淀层成因、相关因素关系及危害性分析2．1 灌注混凝土前的沉淀层1)沉淀层的形成出于清孔后安装钢筋笼、导管有个较长的时间过程，一般不少于4个小时，在此期间孔内泥浆得不到扰动，悬浮的颗粒逐渐离析而下沉，形成沉淀层。2)沉淀层厚度控制指数沉淀层厚度：摩擦桩，不大于0.4-0.6D(D为设计桩径)，通常为40cm；支承桩，不大于设计规定，一般为5—10cm。3)沉淀层厚度与泥浆指标的关系一般桩清孔后，泥浆指标为：相对密度1．05-1．2、粘度17-20Pa·s、含砂率小于4％。实际施工中可知：①相对密度大于1．2，则沉淀层厚度相对小，混凝土浇筑过程中泥浆压力大，尤其对末批浇筑混凝土影响较大，混凝土顶面压力大，导管易堵塞，更易造成桩顶混凝土夹泥。⑦相对密度小于1．贴，导致泥浆粘度达标保持时间短，沉淀层厚度会增加。③粘度过小，对砂砾起不到一定的包裹悬浮作用，造成含砂率达标的假象，砂粒沉淀多。④含砂率大于4％，砂沉淀层厚度增加，极易造成首批混凝上产生高压水流不能使沉淀层冲散悬浮，导致桩尘混凝土夹泥，使桩尖承载力不足。4)沉淀层厚度与清孔后的时间关系清孔结束后至首批温凝土灌注前，安装钢筋笼、导管的时间直接影响着沉淀层的厚度。时间越长，沉淀层厚度越大，时间越短，沉淀层厚度越小。实践证明，厚度与时间不成正比关系，由于粘土、砂土、砾石颗粒和水的融合物在相对密度、粘度、含砂率符合规范指标和静止的情况下，开始较缓，后逐渐增强，最后减弱，达到最大厚度。一般来讲，对长为38m和钢筋笼长34m的陆地直径130cm钻孔桩，起钻时间为30-60min，钢筋笼安装120-180min，导管、爬梯、料斗等安装60—90min，全过程正常流水作业需要210-300min。沉淀层的厚度在该段时间内沉淀呈稳定曲线上升趋势，故在规范清孔指标下节约浇筑混凝土前时间可减少沉淀层的厚度。5)危害性分析根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024——85)的规定：钻孔桩的容许承载力与清底系数m0 值关系极大。由桥梁桩基础设计计算可知，摩擦桩桩底承载力约占总承载力的10％左右，支承桩桩底承载力占总承载力的90％左右。m0值与沉淀层的厚度直接相关，即沉淀层的厚度大小直接影响桩底承载力。故施工中一定要控制其厚度，厚度超标准则必须两次清孔。沉淀层的厚度大，也会造成成桩桩身混凝土的夹泥、夹砂现象，甚至断校。因为厚度大，易造成测量导管埋深达标假象误差，导致导管脱空。2．2 灌注混凝土中的沉淀层1)形成为增加混凝上在灌注中的上升流动性，首批混凝土的第一板料通常为纯砂浆。导管合塞打开后，首批料迅速下层，产生高压水流，冲击桩底沉淀层，沉淀物被冲散成颗粒和软塑块状等，随水流上升悬浮，桩底被冲击成例圆锥形，残留的沉淀物与第一板料的砂浆形成混合物，在后续的混凝土顶托作用下逐渐上升，同时随水流上升悬浮的沉淀物；泥浆和场孔的土块渐渐下沉在该混合物上，形成灌注混凝土中的沉淀层。2)影响沉淀层厚度的因素从以上分析可知，影响其因素主要有以下几个方面：①清孔后泥浆指标，泥浆相对密度大，则厚度大；同样粘度小厚度亦大。②灌注混凝土前的孔底沉淀层厚度直接影响其厚度。③首批混凝土的第一板料纯砂浆的数量，虽然其厚度大会造成经济损失，但对浇筑过程却非常有利，可提高桩的成品质量。④浇筑速度快，也可减少其厚度。3)危害性分析该沉淀层厚度在正常浇筑中，呈中性状态，对混凝土浇筑和质量影响不大，但遭遇停电、机械故障以及雷暴雨等意外情况下，会产生不利的影响。一般地混凝土及砂浆的初凝时间为7—8h，终凝时间为大于12h，随着时间增长，混凝土产生凝固的过程，一般季节地面以下温度高于气温，混凝土在地层中凝固速度加快，混凝土流动性逐渐减