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摘要：根据后横港工程案例从混凝土配制、浇注等方面介绍了钻孔灌注桩水下混凝土施工方法，严格查验每道工序，确保工程质量。
关键词：钻孔灌注桩；水下混凝土；浇注；
钻孔灌注桩已广泛应用于港口、河道等工程建设，在此类工程建设中常需要进行水下浇注混凝土。而成桩质量问题大多集中在水下混凝土灌注过程中,若处理不当, 则易造成断桩事故。成桩阶段发生的质量问题主要与下列四方面有关: (1)混凝土的质量；(2)成孔质量；(3)水下导管的控制；(4)混凝土的顶升阻力及其它外界条件。
一、混凝土的配制及性能要求
水下混凝土质量的好坏, 其关键是混凝土的配制。除要求检查水下混凝土的强度、等级和材料应符合设计要求和《公路桥涵施工技术规范》的规定外, 还应检查以下几点是否符合施工要求:
(1) 水泥可选用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥或硅酸盐水泥, 使用矿渣水泥时应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5h, 水泥的强度等级应≥42.5R，水泥用量不得小于370kg/m。
(2) 粗集料, 不宜采用单级配碎石, 集料的最大粒径应不大于导管内径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4, 同时应＞40mm。泵送砼应≤30mm, 扁平状含量不应超过规范规定值。
(3) 细集料宜采用集配良好的中砂。为使混凝土有良好的和易性, 混凝土的含砂率宜采用40%～50%。水下混凝土的水灰比可选用0.5～0.6。根据强度要求和选用水泥品种与标号及施工中是否使用外加剂等, 可适当增大或减小水灰比。水灰比的确定必须经过试验, 以保证符合设计的试配强度和满足施工规定的和易性。
(4) 根据预定的混凝土灌注时间、气温、水泥种类、缓凝剂的性能等试验决定混凝土掺加缓凝剂的品种和比例, 要做到真正达到延长混凝土初凝时间和保证混凝土强度的目的。同时注意使用缓凝剂的品种和用量对钢筋的腐蚀作用。
(5) 由于水下混凝土的整平和密实是靠混凝土自重下沉来完成的, 因此, 水下混凝土应有良好的流动性和粘聚性。为使混凝土的和易性满足施工工艺技术要求, 一般要求坍落度控制在180～220mm, 施工开始时可略小, 结束时酌量放大, 以使混凝土表面能自动坍平。
(6) 水下混凝土的强度与耐久性有密切联系。一般来说, 当水下混凝土的强度高时, 其耐久性也好。水下混凝土的强度主要取决于水泥的标号、水泥及水的用量、粗集料的种类和性质及有无掺用外加剂等。根据有关资料和实践证明, 水下施工混凝土成品强度要比在空气中的低。用取芯法取样检验, 水下混凝土强度约为混凝土标准强度的80%左右, 一般水下混凝土强度为空气中的50%～90%。因此, 水下混凝土的试配强度应高于混凝土设计强度的20%～30%。这一点应有足够的认识和充分的估计, 这也是保证混凝土质量的有效措施。
二、机械设备检修与试压
机械设备的完好、配套, 是保证水下混凝土灌注质量的基本前提。机械设备的检查重点在于:
(1) 钻孔桩灌注混凝土施工中, 工地应备有性能良好的备用发电机, 防止断电而延误灌注时间, 甚至造成断桩事故。
(2) 搅拌站要满足混凝土连续灌注和控制灌注时间的需要。混凝土搅拌机每次使用前应进行认真的检查维修, 确保灌注期间的正常使用。混凝土拌和机宜采用强制式, 其容量应≥400L。
(3) 水下混凝土一般用钢导管灌注, 导管内径为200～350mm, 可根据桩径大小而定。导管使用前必须进行水密承压和接头抗拉试验, 不得用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力, 也不应大于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍, 可按式(1)计算:
p= γchc- γw H w(1)
式中: p：导管可能承受的最大内压力, kPa；
γc：混凝土拌和物的重度, 一般取24kN/m3；
hc ：导管内混凝土柱最大高度, m, 以导管全长或预计的最大高度计；
γw：桩孔内水或泥浆的重度, kN/m3；
Hw：桩孔内水或泥浆的深度, m。
(4) 钻孔机带爬斗或起重机配吊斗提灌混凝土, 以及其他有关灌注机具, 用前都要进行检查, 确认可靠后方可进行混凝土灌注。
三、成孔检测
钻孔深度达到设计标高后, 应根据钻进方法对孔深、孔径、孔位及倾斜度等项目进行检查, 符合设计及施工规范要求后, 方可进行清孔；清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射、砂浆置换等多种, 不论采用何种方法, 必须保证孔内水头, 避免坍孔；清孔后应从孔底提取泥浆试样, 进行性能指标试验, 试验结果应符合规范的相关规定。灌注水下混凝土前, 要严格测量孔底沉渣厚度,保证其满足设计及施工规范要求。
四、水下混凝土的灌注
灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序, 在灌注混凝土前及灌注过程中, 应重点检查以下几个方面:
(1) 钢筋笼加工及安装要准确、坚固, 下孔时分节焊接要竖直, 笼和桩孔的中心要对应, 并设置定位筋, 牢固定位。特别是设计未放到孔底的钢筋笼, 要注意吊环与吊钩的强度及牢固性。一根桩的钢筋笼若因焊接不竖直或缩孔等原因下不去, 必须查明原因, 进行处理后再下笼, 严禁冲击下放。
(2) 灌注混凝土前, 应再次测量孔底沉渣厚度、泥浆含砂率和泥浆比重, 做到符合设计及施工规范要求。首批灌注混凝土的數量应能满足导管首次埋深不小于1. 0m 和填充导管底部的需要, 首批灌注混凝土的数量可按式(2)计算:
Vs ≥(πD2/4)•(H 1+ H 2)＋(πd2/4)•h1 (2)
式中: V s：灌注首批混凝土所需数量, m3；
D：桩孔直径, m；
H 1：桩孔底至导管底端间距, 一般为0.4m；
H 2：导管初次埋深, m；
D：导管内径, m；
h1：桩孔内混凝土达到埋深H 2时, 导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆) 压力所需的高度(m), 即h1= Hwγw/γc ；
Hw、γw 、γc --意义同式(1) 。
(3)灌注混凝土的第一步是在导管中下入球塞, 球塞初始位置应是其顶面与导管内的泥浆液面平齐, 低于液面, 则倒入的混凝土会有泥浆, 高于液面, 会产生气阻或形成高压气囊而破坏导管接头的密封圈造成泥浆泄漏。
第二步是倒入少量水泥砂浆, 数量视桩径而定, 缓缓下放球塞使砂浆全部进入导管内, 停止下放球塞并向孔口料斗内倒满混凝土, 待吊运料斗也装满并吊至孔口料斗上方后, 剪断固定球塞的铁丝, 开始灌注首批混凝土。吊运料斗内的混凝土放完后,继续装料、向孔口料斗内倒料, 倒料过程中, 要控制倒料速度, 避免满管下放, 而在导管内形成气囊。为防止灌注过程混凝土冲击钢筋笼上升, 当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部约1.0m时, 应降低灌注速度。当灌注的混凝土顶面上升至骨架底部约4.0m, 提升导管, 使导管下口高于骨架底部2.0m以上, 即可恢复正常的灌注速度。混凝土面探测锤重随孔的深度而定, 但应≥4kg 。
(4)为了正确控制导管埋深, 必须不断测量混凝土面的上升位置, 草率拆导管可能将导管下口拔出混凝土面或是埋深太小,再次灌注时易冲翻混凝土面, 造成夹泥甚至断桩。埋深应控制在2～6m。在掺缓凝剂、灌注速度快、起重能力足够的条件下, 可酌情加大埋深, 减少拆管次数。拆出导管的时间要短, 一般控制在15min以内。
(5)在灌注将结束时, 由于导管内混凝土柱高度小, 管内压力降低, 而导管外的泥浆及所含的渣土稠度增加, 相对密度增大。若在此时出现混凝土顶升困难, 可在孔内加水稀释泥浆, 并掏出部分沉淀土, 使灌注顺利进行。拔出最后一段长导管时, 应缓慢进行, 以防桩顶沉淀的泥浆沿导管外壁挤入混凝土内形成夹泥。
(6)为了保证桩顶质量, 灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度(0.5～1.0m)。为减少以后凿除桩头的工作量,待灌注结束后,及时清除多余的一段桩头,但应保留0.1～0.2m,以便随后修凿,浇筑墩台或承台。
（7) 混凝土应连续浇注。浇注水下混凝土应对混凝土的拌制能力、运输时间、运途长短等因素进行综合考虑, 以防混凝土在浇注过程中出现长时间突然中断情况, 造成质量事故。
五、结语
围绕工程特点，积极开展TQC普及教育，每道工序必须按有关规定的隐蔽工程及技术复核项目认真查验，坚持优良标准控制，加强监督，使每道工序都处于受控状态，确保工程质量创优。
参考文献
[1]崔国涛,颜庆祥.预防钻孔灌注桩施工中堵管的措施[J].黑龙江交通科技, 2006.
[2]高瞻,刘文猛,卢晓东.钻孔灌注桩施工过程中常见事故分析及预防措施[J]. 现代交通技术,2005.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：钻孔灌注桩；水下混凝土；浇注；
钻孔灌注桩已广泛应用于港口、河道等工程建设，在此类工程建设中常需要进行水下浇注混凝土。而成桩质量问题大多集中在水下混凝土灌注过程中,若处理不当, 则易造成断桩事故。成桩阶段发生的质量问题主要与下列四方面有关: (1)混凝土的质量；(2)成孔质量；(3)水下导管的控制；(4)混凝土的顶升阻力及其它外界条件。
一、混凝土的配制及性能要求
水下混凝土质量的好坏, 其关键是混凝土的配制。除要求检查水下混凝土的强度、等级和材料应符合设计要求和《公路桥涵施工技术规范》的规定外, 还应检查以下几点是否符合施工要求:
(1) 水泥可选用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥或硅酸盐水泥, 使用矿渣水泥时应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5h, 水泥的强度等级应≥42.5R，水泥用量不得小于370kg/m。
(2) 粗集料, 不宜采用单级配碎石, 集料的最大粒径应不大于导管内径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4, 同时应＞40mm。泵送砼应≤30mm, 扁平状含量不应超过规范规定值。
(3) 细集料宜采用集配良好的中砂。为使混凝土有良好的和易性, 混凝土的含砂率宜采用40%～50%。水下混凝土的水灰比可选用0.5～0.6。根据强度要求和选用水泥品种与标号及施工中是否使用外加剂等, 可适当增大或减小水灰比。水灰比的确定必须经过试验, 以保证符合设计的试配强度和满足施工规定的和易性。
(4) 根据预定的混凝土灌注时间、气温、水泥种类、缓凝剂的性能等试验决定混凝土掺加缓凝剂的品种和比例, 要做到真正达到延长混凝土初凝时间和保证混凝土强度的目的。同时注意使用缓凝剂的品种和用量对钢筋的腐蚀作用。
(5) 由于水下混凝土的整平和密实是靠混凝土自重下沉来完成的, 因此, 水下混凝土应有良好的流动性和粘聚性。为使混凝土的和易性满足施工工艺技术要求, 一般要求坍落度控制在180～220mm, 施工开始时可略小, 结束时酌量放大, 以使混凝土表面能自动坍平。
(6) 水下混凝土的强度与耐久性有密切联系。一般来说, 当水下混凝土的强度高时, 其耐久性也好。水下混凝土的强度主要取决于水泥的标号、水泥及水的用量、粗集料的种类和性质及有无掺用外加剂等。根据有关资料和实践证明, 水下施工混凝土成品强度要比在空气中的低。用取芯法取样检验, 水下混凝土强度约为混凝土标准强度的80%左右, 一般水下混凝土强度为空气中的50%～90%。因此, 水下混凝土的试配强度应高于混凝土设计强度的20%～30%。这一点应有足够的认识和充分的估计, 这也是保证混凝土质量的有效措施。
二、机械设备检修与试压
机械设备的完好、配套, 是保证水下混凝土灌注质量的基本前提。机械设备的检查重点在于:
(1) 钻孔桩灌注混凝土施工中, 工地应备有性能良好的备用发电机, 防止断电而延误灌注时间, 甚至造成断桩事故。
(2) 搅拌站要满足混凝土连续灌注和控制灌注时间的需要。混凝土搅拌机每次使用前应进行认真的检查维修, 确保灌注期间的正常使用。混凝土拌和机宜采用强制式, 其容量应≥400L。
(3) 水下混凝土一般用钢导管灌注, 导管内径为200～350mm, 可根据桩径大小而定。导管使用前必须进行水密承压和接头抗拉试验, 不得用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力, 也不应大于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍, 可按式(1)计算:
p= γchc- γw H w(1)
式中: p：导管可能承受的最大内压力, kPa；
γc：混凝土拌和物的重度, 一般取24kN/m3；
hc ：导管内混凝土柱最大高度, m, 以导管全长或预计的最大高度计；
γw：桩孔内水或泥浆的重度, kN/m3；
Hw：桩孔内水或泥浆的深度, m。
(4) 钻孔机带爬斗或起重机配吊斗提灌混凝土, 以及其他有关灌注机具, 用前都要进行检查, 确认可靠后方可进行混凝土灌注。
三、成孔检测
钻孔深度达到设计标高后, 应根据钻进方法对孔深、孔径、孔位及倾斜度等项目进行检查, 符合设计及施工规范要求后, 方可进行清孔；清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射、砂浆置换等多种, 不论采用何种方法, 必须保证孔内水头, 避免坍孔；清孔后应从孔底提取泥浆试样, 进行性能指标试验, 试验结果应符合规范的相关规定。灌注水下混凝土前, 要严格测量孔底沉渣厚度,保证其满足设计及施工规范要求。
四、水下混凝土的灌注
灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序, 在灌注混凝土前及灌注过程中, 应重点检查以下几个方面:
(1) 钢筋笼加工及安装要准确、坚固, 下孔时分节焊接要竖直, 笼和桩孔的中心要对应, 并设置定位筋, 牢固定位。特别是设计未放到孔底的钢筋笼, 要注意吊环与吊钩的强度及牢固性。一根桩的钢筋笼若因焊接不竖直或缩孔等原因下不去, 必须查明原因, 进行处理后再下笼, 严禁冲击下放。
(2) 灌注混凝土前, 应再次测量孔底沉渣厚度、泥浆含砂率和泥浆比重, 做到符合设计及施工规范要求。首批灌注混凝土的數量应能满足导管首次埋深不小于1. 0m 和填充导管底部的需要, 首批灌注混凝土的数量可按式(2)计算:
Vs ≥(πD2/4)•(H 1+ H 2)＋(πd2/4)•h1 (2)
式中: V s：灌注首批混凝土所需数量, m3；
D：桩孔直径, m；
H 1：桩孔底至导管底端间距, 一般为0.4m；
H 2：导管初次埋深, m；
D：导管内径, m；
h1：桩孔内混凝土达到埋深H 2时, 导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆) 压力所需的高度(m), 即h1= Hwγw/γc ；
Hw、γw 、γc --意义同式(1) 。
(3)灌注混凝土的第一步是在导管中下入球塞, 球塞初始位置应是其顶面与导管内的泥浆液面平齐, 低于液面, 则倒入的混凝土会有泥浆, 高于液面, 会产生气阻或形成高压气囊而破坏导管接头的密封圈造成泥浆泄漏。
第二步是倒入少量水泥砂浆, 数量视桩径而定, 缓缓下放球塞使砂浆全部进入导管内, 停止下放球塞并向孔口料斗内倒满混凝土, 待吊运料斗也装满并吊至孔口料斗上方后, 剪断固定球塞的铁丝, 开始灌注首批混凝土。吊运料斗内的混凝土放完后,继续装料、向孔口料斗内倒料, 倒料过程中, 要控制倒料速度, 避免满管下放, 而在导管内形成气囊。为防止灌注过程混凝土冲击钢筋笼上升, 当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部约1.0m时, 应降低灌注速度。当灌注的混凝土顶面上升至骨架底部约4.0m, 提升导管, 使导管下口高于骨架底部2.0m以上, 即可恢复正常的灌注速度。混凝土面探测锤重随孔的深度而定, 但应≥4kg 。
(4)为了正确控制导管埋深, 必须不断测量混凝土面的上升位置, 草率拆导管可能将导管下口拔出混凝土面或是埋深太小,再次灌注时易冲翻混凝土面, 造成夹泥甚至断桩。埋深应控制在2～6m。在掺缓凝剂、灌注速度快、起重能力足够的条件下, 可酌情加大埋深, 减少拆管次数。拆出导管的时间要短, 一般控制在15min以内。
(5)在灌注将结束时, 由于导管内混凝土柱高度小, 管内压力降低, 而导管外的泥浆及所含的渣土稠度增加, 相对密度增大。若在此时出现混凝土顶升困难, 可在孔内加水稀释泥浆, 并掏出部分沉淀土, 使灌注顺利进行。拔出最后一段长导管时, 应缓慢进行, 以防桩顶沉淀的泥浆沿导管外壁挤入混凝土内形成夹泥。
(6)为了保证桩顶质量, 灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度(0.5～1.0m)。为减少以后凿除桩头的工作量,待灌注结束后,及时清除多余的一段桩头,但应保留0.1～0.2m,以便随后修凿,浇筑墩台或承台。
（7) 混凝土应连续浇注。浇注水下混凝土应对混凝土的拌制能力、运输时间、运途长短等因素进行综合考虑, 以防混凝土在浇注过程中出现长时间突然中断情况, 造成质量事故。
五、结语
围绕工程特点，积极开展TQC普及教育，每道工序必须按有关规定的隐蔽工程及技术复核项目认真查验，坚持优良标准控制，加强监督，使每道工序都处于受控状态，确保工程质量创优。
参考文献
[1]崔国涛,颜庆祥.预防钻孔灌注桩施工中堵管的措施[J].黑龙江交通科技, 2006.
[2]高瞻,刘文猛,卢晓东.钻孔灌注桩施工过程中常见事故分析及预防措施[J]. 现代交通技术,2005.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。