摘要：水下桩的隐蔽性和复杂性特征，决定了混凝土施工独有的特点，在实际施工时，常有钢筋笼上浮、断管、塌孔等事故发生。为提高水下桩混凝土施工质量，笔者认为有必要在剖析水下桩混凝土特性的基础上，深入研讨水下桩混凝土使用的技术要点，以保证成桩的质量。
关键词：水下桩；混凝土；特性；技术
佛山和北公路主干线平胜大桥北引桥横跨50m宽的河道，其桩基础距河边7m，施工前采用筑岛方法填筑一施工平台以便进行桩基施工，从两侧河岸向河中推进填筑，材料采用砂土。回填标高高于最高水位0.5m，考虑到水流较急，填筑位置周边用沙包围堰，并施打间距0.5～0.8的松木桩作保护。桩基础为水下灌注桩，桩径200cm，共8根。考虑到施工时间为旱季，共投入4台钻机分布各墩施工，以赶在雨季来临前完成。
1.水下桩混凝土特性分析
水下桩混凝土，适用于水下结构部位的混凝土施工，通过搅拌和直接灌注，即可就地成型和硬化。然而，水下桩所使用的混凝土，本身与普通混凝土工程的材料并无两样，关键在于特殊施工工艺的采用，譬如基坑排水、基础防渗和围堰施工等。其特性可归纳为优缺点两个方面研讨。
1.1优点分析
水下桩混凝土施工，既不需要制备和运输，同时可以免去打入的程序，在施工时，桩基不会受到弯折和锤击应力影响，仅需考虑轴向压力布控问题，因此在耗费少量钢筋后，并根据钢筋笼工作荷载的性能需求，即可完成施工，相比于普通桩基混凝土工程，表现出节约材料和设备的优点。水下桩混凝土施工时，紧扣水文地质条件，灵活调整桩长和桩径，可避免地面的隆起和侧移，因此不会对环境造成比较大的影响，尤其是周围的建筑物和地下设施，危害性被降至最低状态，属于典型的挤土桩效应现象。当桩端嵌入基岩之后，混凝土一次灌注成型，中间不需要设置接头，可有效保证单桩的承载能力。
1.2缺点分析
在清孔时，泥浆清除难度大，直接排入水体，容易污染环境，孔底沉渣物也不容易清除，以致在拔球时，泥浆和混凝土相互作用，使桩段承载力大打折扣，甚至可能造成沉降；在成孔时，无论选用任何类型的成孔方式，它们都会形成较大的噪音；在灌注时，必须保证灌注的连续性，中断时仅能停留短时间，否则会出现埋管和断桩等问题。除此之外，由于水下桩是在水底施工，隐蔽的水下结构部位，无法直观控制和检验桩身的质量，在缺乏必要的监测工作时，容易由于操作不当，而导致各种质量事故。从以上水下桩混凝土施工优缺点的分析，可看出水下桩施工程序并不复杂，但由于施工环境的特殊多变，从侧面要求我们进一步掌握其使用的技术要点，方可确保施工质量的无虞。
2.主要施工工艺
2.1护筒埋设
筑岛完成后即埋设护筒。护筒长3.5m、直径2.3m，采用振锤施打入土，穿透河床，深入到不透水粘质土层内1～1.5m为宜，防止漏浆；护筒顶高出填筑面30～50cm。
2.2泥浆处理系统
每个墩的施工平台上设一台QJ-250型反循环电动空压机及一台BAVER-BE250型泥浆处理器（排渣），并利用自行加工的泥浆罐进行排渣。排出的泥浆渣土用泥浆船运走。在基础成孔过程中，泥浆具有护壁、排渣、冷却机具和切土、润滑作用。泥浆的配制是保证成孔质量的关键。根据本工程地层含砂率高、砂层厚的特点，采用优质粘土加膨润土配制泥浆。新制备的泥浆、回收重复利用的泥浆及浇砼前孔内的泥浆均进行物理性能指标测定，各项指标均符合规范及设计要求后方可使用。泥浆循环时，泥浆带上来的渣屑先流经沉淀池沉淀下来，泥浆则流进循环池进行二级沉淀后再进储浆池，最后由泥浆泵通过胶管注入孔中。施工过程中要根据不同地层的地质条件控制泥浆比重，以提高成孔质量和进尺速度，泥浆的各项指标要求如下表。
2.3钻孔
为了保证施工质量及进度，根据本工程的特点，桩基采用KTL-300型反循环回旋钻机进行施工。成孔是控制桩基质量的关键工序。由于在水中施工，地质条件复杂，钻进时要控制好泥浆质量。桩基钻孔前需对泥浆进行反循环：先往孔底注入优质的膨润土泥浆，置换出孔内的清水，钻孔过程不断补充优质泥浆。在河床冲积粗砂层钻进时，加大泥浆的浓度，必要时抛填粘土、片石以防漏浆，若发现有泥浆漏失，应及时补充，使孔内液面保持稳定方可继续钻进。桩孔的钻进应分班连续作业，不得中途停止。经常注意土层及岩屑的变化，在土层、岩层中均应采取渣样，判断土层、岩层状况，记入记录表中，与地质剖面图核对，并通知监理进行签证。每次的岩样应编号密封保存，直至工程竣工验收。
2.4钢筋笼下放
加工后的钢筋笼，放置于长线胎膜之上，每节都有固定编号，接头参照编号依次焊接，并用加劲骨架强化。焊接后的钢筋笼，利用专用的吊装工具下放，其标准是保持上节与下节中心线的垂直，吊装时可往内稍微弯折底部的钢筋，实践证明能够起到导向效果。在安装到位后，利用超声波检测管检查各节安装情况。经检查，确定主筋间距、箍筋间距、骨架外径、骨架倾斜度、骨架保护层厚度、骨架中心平面位置、骨架顶端高程、骨架地面高程等，都能够满足本次水下混凝土施工的基本要求。
3.水下桩灌注过程之中常见的事故的预防与处理
3.1水下桩灌注的导管堵塞问题
以本文所选取的案例为例，在施工过程之中，如果水下桩灌注的持续时间很长，首先进入水下桩体的混凝土材料已经凝结，生成硬壳物质，并随着混凝土材料的不断注入而不断扩大，桩体之中原先存在的泥浆也和混凝土材料杂糅在一起，最终形成了具有一定体积的沉淀物质，堵塞混凝土材料注入的导管，产生管路堵塞问题。针对这样的情况，就要求在混凝土材料的注入过程之中，尽可能的提升混凝土材料的输入速度，依靠混凝土材料的注入速度冲击掉管路之中的泥浆材料形成的管路阻力。通过加快混凝土材料的灌注速度，可以保证混凝土材料和桩体底部的泥浆物质时刻保持动态的流动状态，有效的避免管路堵塞问题的产生。与此同时，在水下桩灌注的过程之中，混凝土材料的灌注速度应该保持在一个定值之上，避免由于混凝土材料灌注速度不均匀而产生管路空气堵塞问题。
针对这样的情况，就要求严格审查混凝土材料的质量，保证混凝土材料具有足够的流动性，防止导管堵塞问题的产生。当导管输送完混凝土材料之后，要及时进行对输送导管的清洗工作，防止残留在导管管壁之上的混凝土材料粘结在导管之内，保证导管内部的光滑性能。如果导管堵塞问题已经产生，就可以使用相应的钢筋材料进行对导管的疏导工作，进行对导管的震动，在保证输送混凝土的导管不被提出的情况之下，尽可能的摇动导管，保证混凝土材料可以通过导管顺利的灌注进入孔底，形成桩体结构。
3.2外加剂和掺和料质量控制
混凝土外加剂是改善混凝土和易性、抗渗性、抗蚀性、抗冻性等性质的掺和料，-般包括缓凝剂、减水剂、加气剂、早强剂、膨胀剂等类型应根据混凝土水泥成份、骨料组成等因素结合后续的施工环境和条件选择合理的外加剂。实践证明当水下混凝土掺入15%左右的缓凝高效减水剂（如聚竣酸）时，可配制具有缓凝、早强、保塑性良好的混凝土；当水下混凝土掺入20%左右的粉煤灰使用时棍凝土的和易性、抗渗性、抗冻性、抗蚀性、耐碱性等性质具有明显提高，且混凝土水化热大幅降低适应对水下桩基强度的高要求。此外，混凝土在搅拌场站的现场配制时河根据配合比掺和粉煤灰和矿渣粉等掺和料，其中粉煤灰含有大量的硅酸根、铝酸根，其与氢氧化钙发生化学反应后生成结构紧密的化合物能起到一定程度上的减水作用改善混凝土的流动性和密实性，特别是当水下用混凝土的配制中掺和含碳量低的粉煤灰时能有效避免混凝土产生干缩裂缝从而提升混凝土的耐久性和稳定性。矿渣粉能改善混凝土内部的微观结构提升混凝土的抗渗性和密实性，减缓混凝土的凝结时间和水化时间并降低其水化热。
结论
综上所述，水下桩混凝土的施工，具有施工流程简便和节省成本的优势，但由于施工位置特殊，在施工期间难免会出现各种施工问题，对此本文提出了一系列的施工技术建议，可供相关水下桩混凝土工程参考借鉴，但考虑到不同水下桩混凝土工程施工要求和条件的差异性，笔者建议在实际工程中，应紧扣施工主客观详情，因地制宜地利用以上施工技术，方可确保这些技术的适用性。
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论文作者:陈华雄
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：混凝土论文; 水下论文; 泥浆论文; 导管论文; 材料论文; 桩基论文; 钢筋论文; 《基层建设》2019年第6期论文;