炭质泥岩地层灌注桩塌孔与扩孔系数控制

□刘天祥 范庭梧

小塘水电站位于云南省南盘江中上游河段，河床式开发，坝型为混凝土重力坝。枢纽工程主要由拦河大坝及河床式地面厂房组成，总装机容量52MW。由于前期地质勘探遗漏，经后期进行地质补勘，发现小塘水电站基础底部全部为炭质泥岩层与砂岩互层交错，经邀请专家组进行现场论证讨论后，确定在厂房基础底部增加257根灌注桩，以提高厂房基础地基承载力。混凝土灌注桩布置于泄洪冲沙闸坝段位置间排距为2.4m×2.49m，灌注桩为D=1.2m圆形断面，深度为15m，混凝土强度等级C25。

现基于云南小塘水电站厂房基础炭质泥岩软弱地层灌注桩塌孔和成孔系数偏高问题，采用一般处理措施控制难度大，降低扩孔系数有较大难度，参考相关实际案例，对钻孔灌注桩施工存在问题进行分析，并研究相应的对策以期解决上述问题。

1.现状调查

对导致厂房基础钻孔灌注桩扩孔系数大的原因进行调查分析统计，影响钻孔灌注桩扩孔系数过大因素调查统计表见表1，并绘制灌注桩扩孔系数过大因素排列图，灌注桩扩孔系数过大因素排列图见图1。

图1 灌注桩扩孔系数过大因素排列图

表1 影响钻孔灌注桩扩孔系数过大因素调查统计表

2.存在问题与原因分析

表6 可行性措施表

2.1 存在问题

根据《水电建筑工程预算定额》（水电规造价〔2004〕0028号）规定，灌注桩混凝土浇筑中规定混凝土数量是130m3（单位100m3），即定额扩孔系数为1.3。小塘水电站厂房基础灌注施工钻孔的合同约定扩孔系数为1.15，从灌注桩浇筑数据来看，扩孔系数平均值为1.40，大于定额及合同约定的扩孔系数，导致施工成本增加，在保证设计桩长与桩径的情况下扩孔系数越小，施工成本越低。灌注桩扩孔系数统计表见表2，灌注桩扩孔系数统计直方图见图2。

表2 灌注桩扩孔系数统计表

图2 灌注桩扩孔系数统计直方图

2.2 原因分析

由图2可得出，在已浇筑的灌注桩中，平均值扩孔系数为1.40，扩孔系数全部远大于合同约定扩孔系数。此外，根据图1结果，从成孔灌注桩易塌孔频率达到88%，因此确定影响钻孔灌注桩扩孔系数过大因素为成孔灌注桩易塌孔。再分别从“人员、设备、物料、方法”等方面进行认真分析研究，并做成鱼刺图，鱼刺图见图3。

图3 鱼刺图

2.3 要因确认

为找到成孔灌注桩易塌孔这一症结的主要原因，制定了要因确认表，要因确认表见表3。

表3 要因确认表

针对末端因素展开确认工作，确认情况如下：

要因确认（一）：技术交底不到位，经现场调查，技术交底覆盖率100%，且考核合格。经调查厂房基础灌注桩施工技术交底记录，现场施工人员均进行技术交底，并进行考核，考核合格率为100%。经检查所有参加施工的人员均进行交底，且施工人员有丰富的施工经验。

要因确认（二）：旋挖机操作手经验不足，经现场调查，操作手具有多年的施工经验。四名旋挖机操作人员都具有丰富的施工经验。

要因确认（三）：机械设备缺乏保养，经现场调查，设备保养到位率达100%，多次随机对现场旋挖机设备进行检查，发现设备运行良好，库房备足配件，同时对旋挖机保养及维修记录进行查看，结果发现油箱、减速机、钢丝绳、提引器、胶管、润滑和钻杆均正常，各项指标符合操作规范要求。

要因确认（四）：炭质泥岩地质缺陷，通过查阅资料并现场试验发现，炭质泥岩性能稳定，利于施工，但炭质泥岩遇水易软化崩解，强度低，易造成塌孔。确认结果：地质原因属不可抗力因素，无法改变。

要因确认（五）：泥浆黏度不足，经现场对泥浆黏度进行测量，最终确定成孔灌注桩易塌孔的主要原因为泥浆黏度不足。

3.对策及效果分析

3.1 对策

通过现场试验，对护壁泥浆进行工艺改造，同时严格控制泥浆黏稠度，扩孔系数可以控制在1.05～1.10之间。若解决成孔灌注桩易塌孔问题的93%，则未施工的灌注桩扩孔系数可根据下式计算：1.40-88%×93%×0.40=1.07；通过查阅资料使用同类设备，发现扩孔系数可以控制在1.08以内。据现场试验和已有工程经验，可将扩孔系数降低至1.08。

针对要因泥浆黏度不足，初步制定3套可供选择方案，对策方案一览表见表4。

表4 对策方案一览表

现针对表4的4种方案综合比较其优劣，从经济性、含砂量、黏度3方面进行评价以选取最佳方案，对策方案个人喜评价打分表见表5。

表5 对策方案个人喜评价打分表

对策实施：解决泥浆黏度不足。在实验室采用黄土+羧甲基纤维素钠对泥浆进行配制。通过反复试验最终取得配合比见表7，同时采用该试验成果，对现场拌制的泥浆进行检测，泥浆性能符合预期要求。

表7 护壁泥浆试验最终配合比

3.2 效果分析

实施效果验证：在旋挖机钻孔过程中，泥浆护壁效果良好，且扩孔系数达到预期效果。对已浇筑灌注桩进行了统计，共统计20组，统计结果显示平均扩孔系数为1.05，结果达到预期目标。灌注桩扩孔系数统计表见表8，灌注桩扩孔系数对比柱状图见图4。

表8 灌注桩扩孔系数统计表

图4 灌注桩扩孔系数对比柱状图

在施工期，对泥浆坚持采用表8配合比进行制备，并对后续30根灌注桩进行跟踪统计，结果表明施工期灌注桩扩孔系数平均值为1.06，低于目标值1.08，扩孔系数降低并得到控制，选取对策措施有效。通过本次研究，降低了钻孔灌注桩的扩孔系数，完成了预期的目标，节约成本数十万元，取得较大经济效益。

4.结论与建议

通过调查小塘水电站厂房基础灌注桩扩孔系数现状，分析影响钻孔灌注桩扩孔系数的原因，找出影响扩孔系数的主因，采取相应的对策进行解决，并在施工期对对策进行验证。为巩固此次研究成果，团队项目组正在编制《护壁泥浆制备作业指导书》，经批准后发布实施。作业指导书规范了泥浆的制备方法，明确了质量控制标准，为后续的泥浆加工具有指导性作用，为今后同类施工积累了宝贵的经验。□