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[摘要]：水下混凝土是一种应用于铁路桥梁工程钻孔灌注桩的一种较为特殊的混凝土，通过科学的配合比计算，设计出成本低廉，且能够满足设计要求的混凝土。但在一些实际工程中，往往由于设计配合比时没有仔细考虑到设计要求及标准规范要求，造成一些实际混凝土标准强度很难满足验收要求。因此，如何运用科学的、实用的设计方法以确保工程质量显得极为重要。
[关键词]：水下混凝土 灌注桩 配合比
1.引言
通常情况下，铁路桥涵钻孔灌注桩所用混凝土根据其地质环境情况设计为水下混凝土，由于桩基础为隐蔽工程，为保证其质量，配合比设计时，混凝土标准试件强度要求达到设计强度等级的1.15倍，这是因为，水下混凝土强度受浇筑密实程度和不分散性两方面的影响，抗压强度约为在无水（空气中）条件下制作试件强度的90%，弹性模量和垂直钢筋的黏结强度等性能也低于无水条件下的混凝土性能。因此本文从实际情况出发，讨论一下铁路工程水下混凝土配合比的设计理念。
2.配合比设计
2.1 原材料性能要求
2.1.1 水泥
通常采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，其性能需满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.2 矿物掺合料
为节约工程成本，提高混凝土拌合性能，在水下混凝土配合比设计时，可适当掺入粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料，对于设计强度不大于C50的水下混凝土，通常可采用Ⅱ级粉煤灰和S95级磨细矿渣粉作为混凝土的矿物掺合料，其性能满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.3 粗细骨料
细骨料宜选用中粗砂，粗骨料宜采用连续级配，最大粒径不应大于钢筋净距和导管内径的1/4，且不应大于60mm。其性能满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.4 外加剂
由于水下混凝土浇筑时应在上批混凝土达到初凝前连续浇筑完成，因此宜选用缓凝型减水剂，其性能需满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.5 水
可选用饮用水或满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定的其他水源，不得采用海水。
2.2 配合比设计分析
2.2.1 设计基本要求
依据设计和标准中的有关要求，并结合施工现场实际情况，配合比设计时应按下列要求进行设计：
⑴ 混凝土标准试件强度要求达到设计强度等级的1.15倍，
⑵ 胶凝材料的用量不宜小于350kg/m3，
⑶ 混凝土拌合物出机坍落度宜控制在180mm～220mm，1h坍落度保留值不宜低于150mm，
⑷ 混凝土初凝凝结时间应满足整根桩的灌注时间。
2.2.2 配合比计算过程分析
⑴ 配制强度的计算
此时计算出的配制强度要高于普通C30混凝土的配制强度（其差值为42.7 - 38.2 = 4.5MPa），即可知，配制水下混凝土时不应拘泥于规范中的要求，因为水下混凝土强度通常受浇筑密实程度和不分散性兩方面的影响导致实体强度会有所损失。这是由于在混凝土灌注过程中，不同时期混凝土浇筑量、浇筑压力、混凝土与导管的摩擦阻力、混凝土自身重力均有一定差异，这样就极易导致混凝土出现离析、蜂窝等现象，造成混凝土结构密实性较差；另外，由于水下混凝土结构自浇筑时起就会受到来自地表渗入水、地下水的长期侵蚀和渗入，会造成混凝土不密实部位离析、散失，同样会造成混凝土结构的实体强度降低。通过专家研究可知：其实体混凝土抗压强度约为在无水（空气中）条件下制作试件强度的90%。因此，在设计水下混凝土配合比时，应考虑到混凝土工程的实际情况，适当提高混凝土的配制强度。
⑵ 确定水胶比
通常情况下，水胶比都是采用标准中的经验公式计算而得的。如果在原材料不发生明显变化的情况下，也可以通过建立水胶比与混凝土强度关系而确定。但是目前，由于铁路工程的特殊性，且施工现场的材料稳定性较差，工程试验室很难建立水胶比与混凝土强度关系，因此大多数依然采用公式进行计算。另外，通过大量的试验表明，掺入掺合料时，尤其是掺合料为粉煤灰时，由于其活性不高且不够稳定，其影响系数宜取上限，否则试件强度不宜达到95%的保证率。
⑶ 用水量及外加剂用量
通常依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）中相关的经验数据表查得，水下混凝土（通常掺入一定比例的掺合料）也可根据实际材料情况或依据经验进行适当调整。其中，水泥的标准稠度用水量、粉煤灰的需水量比、磨细矿渣粉的流动度比等指标都是影响混凝土用水量的主要因素，因此数值选用的时候应多因素综合考虑。
⑷ 砂率的选定
水下混凝土配合比的砂率选择原则可参考“泵送混凝土配合比设计”时的相关要求，即砂率宜控制在35%～45%。但通过大量试验表明，为保证水下混凝土的密实性和可泵性，降低混凝土的泌水率，砂率不宜低于40%，若经过验证混凝土拌合物性能较差，可重新进行调整。
⑸ 计算粗、细集料的质量
此处可采用两种计算方法，一种是体积法，一种是质量法，两种方法各有利弊。体积法计算比较准确，混凝土各材料的用量偏差较小，但其需要事先检测各种材料的实际密度，准备工作量较大，并且在使用引气型外加剂时需要一定的经验进行重新调整，因此工程试验室较少使用该种方法计算配合比。质量法在估定假定质量（通常假定质量取2350kg/m3～2450kg/m3）后，计算步骤简单，适用范围较广，工程上普遍使用。但其缺点是往往由于技术人员经验不足，混凝土假定质量的取值产生偏差，会造成在配合比确定调整时的工作量加大。尽管在《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241）中建议铁路混凝土配合比采用体积法，但通过试验表明，质量法计算出的混凝土质量可以满足施工要求，因此本文认为，在施工进度要求较紧且技术人员具备由一定工作经验的情况下，可采用质量法计算粗、细骨料质量。 2.2.3 配合比试配及调整
⑴ 试配：通过上述的计算过程可初步完成基准配合比工作，之后分别将基准配合比的水胶比增加、减少0.05，砂率随之也增加、减少1%，共配制出三组不同水胶比的混凝土，测试其拌合物性能并留置混凝土试件。注意在配制三组水胶比不同的配合比时，为保证可比性，此时不应更改混凝土单位用水量。试配工作主要是出于混凝土经济性、合理性的考虑，选择出能够满足施工要求的最优混凝土配合比。
⑵ 调整：建立同龄期（通常情况下，铁路水下混凝土掺入的矿物掺合料用量较多，此处建议龄期为56d，在《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中也有相应规定）强度与胶水比的关系曲线，采用内插法选用略大于配制强度时对应的水胶比，根据此水胶比所计算出的配合比配制混凝土拌合物，实测混凝土表观密度，与假定质量相比较，确定是否盈方或者亏方，并按照规范要求适当校正。
3.应用实例
3.1 工程情况
新建沈阳南站铁路工程桩基用水下混凝土，设计强度为C30，坍落度要求180-220mm。
3.2 试验数据
4.结论
通过对铁路工程水下混凝土配合比设计方法的分析，我们得出以下结论：
⑴ 在设计铁路工程水下混凝土配合比时，应考虑到混凝土工程的实际情况，适当提高混凝土的配制强度，一般情况要求达到设计强度等级的1.15倍。
⑵ 掺入的掺合料为粉煤灰时，在配合比计算时，“影响系数”宜取上限。
⑶ 在选择混凝土单位用水量时，应考虑水泥的标准稠度用水量、粉煤灰的需水量比、磨细矿渣粉的流动度比等指标。
⑷ 根据实际情况，砂率选择宜控制在40%以上。
参考文献：
[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999
[2]陈建奎，王栋民.高性能混凝土（HPC）配合比设计新法—全计算法[J].硅酸盐学报，2000，28（2）：194-198
[3]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程施工质量验收标准[Z].北京：中国铁道出版社，2011
[4]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程施工技术指南[Z].北京：中国铁道出版社，2011
[5]中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[Z].北京：中国铁道出版社，2011
[6]中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工技术指南[Z].北京：中国铁道出版社，2011
[7]中華人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土配合比设计规程[Z].北京：中国建筑工业出版社，2011
[8]高华，庄永.浅谈桩基础施工中混凝土配合比的控制[J].辽宁交通科技，2000，23（4）：31-32
[关键词]：水下混凝土 灌注桩 配合比
1.引言
通常情况下，铁路桥涵钻孔灌注桩所用混凝土根据其地质环境情况设计为水下混凝土，由于桩基础为隐蔽工程，为保证其质量，配合比设计时，混凝土标准试件强度要求达到设计强度等级的1.15倍，这是因为，水下混凝土强度受浇筑密实程度和不分散性两方面的影响，抗压强度约为在无水（空气中）条件下制作试件强度的90%，弹性模量和垂直钢筋的黏结强度等性能也低于无水条件下的混凝土性能。因此本文从实际情况出发，讨论一下铁路工程水下混凝土配合比的设计理念。
2.配合比设计
2.1 原材料性能要求
2.1.1 水泥
通常采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，其性能需满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.2 矿物掺合料
为节约工程成本，提高混凝土拌合性能，在水下混凝土配合比设计时，可适当掺入粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料，对于设计强度不大于C50的水下混凝土，通常可采用Ⅱ级粉煤灰和S95级磨细矿渣粉作为混凝土的矿物掺合料，其性能满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.3 粗细骨料
细骨料宜选用中粗砂，粗骨料宜采用连续级配，最大粒径不应大于钢筋净距和导管内径的1/4，且不应大于60mm。其性能满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.4 外加剂
由于水下混凝土浇筑时应在上批混凝土达到初凝前连续浇筑完成，因此宜选用缓凝型减水剂，其性能需满足设计要求及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定。
2.1.5 水
可选用饮用水或满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中的相关规定的其他水源，不得采用海水。
2.2 配合比设计分析
2.2.1 设计基本要求
依据设计和标准中的有关要求，并结合施工现场实际情况，配合比设计时应按下列要求进行设计：
⑴ 混凝土标准试件强度要求达到设计强度等级的1.15倍，
⑵ 胶凝材料的用量不宜小于350kg/m3，
⑶ 混凝土拌合物出机坍落度宜控制在180mm～220mm，1h坍落度保留值不宜低于150mm，
⑷ 混凝土初凝凝结时间应满足整根桩的灌注时间。
2.2.2 配合比计算过程分析
⑴ 配制强度的计算
此时计算出的配制强度要高于普通C30混凝土的配制强度（其差值为42.7 - 38.2 = 4.5MPa），即可知，配制水下混凝土时不应拘泥于规范中的要求，因为水下混凝土强度通常受浇筑密实程度和不分散性兩方面的影响导致实体强度会有所损失。这是由于在混凝土灌注过程中，不同时期混凝土浇筑量、浇筑压力、混凝土与导管的摩擦阻力、混凝土自身重力均有一定差异，这样就极易导致混凝土出现离析、蜂窝等现象，造成混凝土结构密实性较差；另外，由于水下混凝土结构自浇筑时起就会受到来自地表渗入水、地下水的长期侵蚀和渗入，会造成混凝土不密实部位离析、散失，同样会造成混凝土结构的实体强度降低。通过专家研究可知：其实体混凝土抗压强度约为在无水（空气中）条件下制作试件强度的90%。因此，在设计水下混凝土配合比时，应考虑到混凝土工程的实际情况，适当提高混凝土的配制强度。
⑵ 确定水胶比
通常情况下，水胶比都是采用标准中的经验公式计算而得的。如果在原材料不发生明显变化的情况下，也可以通过建立水胶比与混凝土强度关系而确定。但是目前，由于铁路工程的特殊性，且施工现场的材料稳定性较差，工程试验室很难建立水胶比与混凝土强度关系，因此大多数依然采用公式进行计算。另外，通过大量的试验表明，掺入掺合料时，尤其是掺合料为粉煤灰时，由于其活性不高且不够稳定，其影响系数宜取上限，否则试件强度不宜达到95%的保证率。
⑶ 用水量及外加剂用量
通常依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）中相关的经验数据表查得，水下混凝土（通常掺入一定比例的掺合料）也可根据实际材料情况或依据经验进行适当调整。其中，水泥的标准稠度用水量、粉煤灰的需水量比、磨细矿渣粉的流动度比等指标都是影响混凝土用水量的主要因素，因此数值选用的时候应多因素综合考虑。
⑷ 砂率的选定
水下混凝土配合比的砂率选择原则可参考“泵送混凝土配合比设计”时的相关要求，即砂率宜控制在35%～45%。但通过大量试验表明，为保证水下混凝土的密实性和可泵性，降低混凝土的泌水率，砂率不宜低于40%，若经过验证混凝土拌合物性能较差，可重新进行调整。
⑸ 计算粗、细集料的质量
此处可采用两种计算方法，一种是体积法，一种是质量法，两种方法各有利弊。体积法计算比较准确，混凝土各材料的用量偏差较小，但其需要事先检测各种材料的实际密度，准备工作量较大，并且在使用引气型外加剂时需要一定的经验进行重新调整，因此工程试验室较少使用该种方法计算配合比。质量法在估定假定质量（通常假定质量取2350kg/m3～2450kg/m3）后，计算步骤简单，适用范围较广，工程上普遍使用。但其缺点是往往由于技术人员经验不足，混凝土假定质量的取值产生偏差，会造成在配合比确定调整时的工作量加大。尽管在《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241）中建议铁路混凝土配合比采用体积法，但通过试验表明，质量法计算出的混凝土质量可以满足施工要求，因此本文认为，在施工进度要求较紧且技术人员具备由一定工作经验的情况下，可采用质量法计算粗、细骨料质量。 2.2.3 配合比试配及调整
⑴ 试配：通过上述的计算过程可初步完成基准配合比工作，之后分别将基准配合比的水胶比增加、减少0.05，砂率随之也增加、减少1%，共配制出三组不同水胶比的混凝土，测试其拌合物性能并留置混凝土试件。注意在配制三组水胶比不同的配合比时，为保证可比性，此时不应更改混凝土单位用水量。试配工作主要是出于混凝土经济性、合理性的考虑，选择出能够满足施工要求的最优混凝土配合比。
⑵ 调整：建立同龄期（通常情况下，铁路水下混凝土掺入的矿物掺合料用量较多，此处建议龄期为56d，在《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）中也有相应规定）强度与胶水比的关系曲线，采用内插法选用略大于配制强度时对应的水胶比，根据此水胶比所计算出的配合比配制混凝土拌合物，实测混凝土表观密度，与假定质量相比较，确定是否盈方或者亏方，并按照规范要求适当校正。
3.应用实例
3.1 工程情况
新建沈阳南站铁路工程桩基用水下混凝土，设计强度为C30，坍落度要求180-220mm。
3.2 试验数据
4.结论
通过对铁路工程水下混凝土配合比设计方法的分析，我们得出以下结论：
⑴ 在设计铁路工程水下混凝土配合比时，应考虑到混凝土工程的实际情况，适当提高混凝土的配制强度，一般情况要求达到设计强度等级的1.15倍。
⑵ 掺入的掺合料为粉煤灰时，在配合比计算时，“影响系数”宜取上限。
⑶ 在选择混凝土单位用水量时，应考虑水泥的标准稠度用水量、粉煤灰的需水量比、磨细矿渣粉的流动度比等指标。
⑷ 根据实际情况，砂率选择宜控制在40%以上。
参考文献：
[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999
[2]陈建奎，王栋民.高性能混凝土（HPC）配合比设计新法—全计算法[J].硅酸盐学报，2000，28（2）：194-198
[3]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程施工质量验收标准[Z].北京：中国铁道出版社，2011
[4]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程施工技术指南[Z].北京：中国铁道出版社，2011
[5]中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[Z].北京：中国铁道出版社，2011
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[8]高华，庄永.浅谈桩基础施工中混凝土配合比的控制[J].辽宁交通科技，2000，23（4）：31-32