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摘要：在建筑工程施工中，钻孔灌注桩水下混凝土施工相对比较普遍，应用范围大多为沿海地区的项目，但随着我国经济的发展和科技的进步，钻孔灌注桩的水下混凝土灌注施工工艺逐渐改进与完善，本文主要就钻孔灌注桩水下混凝土配比及其灌注工艺进行研究。
关键词：钻孔灌注桩；混凝土配比；灌注工艺
1引言
近年来，随着时代的不断进步，社会经济的不断提升，使交通行业的发展日新月异，城市地面的局域性促使市政桥梁工程项目越来越多。而钻孔灌注桩作为桥梁工程项目桩基的“根本”，技术要求十分严格，施工比较复杂，施工质量难以利用直观方式得到有效的控制与管理。为了保证水下混凝土的质量，提高经济效益，对水下混凝土所用的各种材料，应根据工程实际，科学选配，合理使用，现结合镇江丁卯快速化改造工程中钻孔灌注桩的水下混凝土施工提出一些认识。
2水下混凝土灌注桩特点
作为桥梁工程、高层建筑的隐蔽工程的桩基础，钻孔灌注桩已广泛应用，现结合实际施工中总结发现的特点总结如下：属于少量或非挤土桩，开孔时会有稍许噪音，施工时基本无噪音和振捣，无地面隆起和侧移，对周边环境危害影响较小；可穿透各种硬、软夹层，将桩端置于坚硬的土层或基岩中；大直径的灌注桩具有直径大、入土深，单桩承载力高，沉降量小的特点；可采用把底部扩大的形式，充分发挥桩身稳定性和持力层的效果；施工设备简单，能够用简单的设备施工；施工后的缺陷难以修补，施工的环节比较复杂，大直径灌注桩的沉降性难以保证；现场施工人员的生疏和混凝土质量的不稳定，有时会造成灌注桩的断桩、缩颈、桩身混凝土离析，桩上顶端混凝土疏松等质量事故。
3水下灌注混凝土质量要求
从施工角度而言，混凝土质量的优劣直接关系到灌注施工能否顺利进行。实际工程中分析钻孔灌注桩发生事故的原因，发现大部分事故往往是由混凝土质量不稳定造成的。灌注桩配合比试验过程中，都知道桩内混凝土是水下自流平混凝土，其整平和密实是靠混凝土自重和水压流动扩展的。如何有效控制施工混凝土的质量，可以从以下方面加以控制。
3.1粘聚性
粘聚性是反映混凝土拌合物抗离析的性能。有试验资料表明，在水中抗分散混凝土的粘性高，有效防止混凝土的分离和冲散，钻孔灌注桩和水接触的只是下半部分，另一部分不会与水接触或少部分与水有短暂的接触，因为不采用振动使其密实，所以粘聚性好，钻孔灌注桩水下混凝土桩身就密实，而密实是混凝土强度保障的前提。混凝土密实质量才能有保障。
3.2流动性
流动性是指混凝土拌合物能在自身重力作用下，自行流动的性能。钻孔灌注桩水下混凝土是依靠混凝土拌合物的自重、上层混凝土对下面混凝土的压力及混凝土的流动性来使混凝土摊平与密实的。流动性差的混凝土顺着导管不易往下流，也不易摊平，使施工难度变大，更容易堵管；但流动性过大了，不仅浪费胶凝材料，而且易使管口脱空，形成返水或返泥浆，从而引发夹泥、断桩现象。《公路桥涵施工技术规范》中规定：混凝土拌和物应有良好的和易性，灌注时应能保持足够的流动性，当桩孔直径D＜1.5m时，坍落度宜为（180～220）mm；D≥1.5m时，坍落度宜为（160～200）mm，且应充分考虑气温，运距及施工时间的影响导致的坍落度损失。
3.3匀质性
混凝土本身是一种非均质性材料，正常施工时，混凝土在原材料方面不会有任何变化，只是混凝土拌合物会逐渐失去塑性，最后凝固。在混凝土运输、浇筑的短暂几小时过程中，要保持钻孔灌注桩水下混凝土的均质性和塑性，在原材料选择及配制时注意，是可以满足这个要求的。粘聚性、流动性好，还要有较好的保持能力，坍落度经时损失小，施工过程中才能易灌注，且无浆体、骨料分层现象，从而保证桩基的完整性。
4 水下灌注桩混凝土配合比
为了满足水下灌注桩混凝土的基本要求，配合比试验极为关键，因此，公路桥涵施工技术规范对水下混凝土的材料和混凝土的配制提出了相应技术要求，归纳起来有以下几点：
4.1混凝土用原材料
4.1.1水泥
水泥可选用水化热较低的水泥，强度等级不宜低于42.5级，不能采用早强型。最小水泥用量由于混凝土所处的特殊环境和不利条件，因此对水泥最小用量有严格规定。规范规定：每立方米商品混凝土中水泥用量不少于350kg。
4.1.2细集料
细集料宜采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的中砂。
4.1.3粗集料
粗集料宜采用质地坚硬、洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小的卵石或碎石，集料中存在的有害杂质一定要满足有关规定需求，为了确保混凝土具备良好的和易性，防止浇筑过程中出现分层与离析问题。而且石子的含泥量应该低于 2%，从而可以在一定程度上提升混凝土流动性，避免出现堵管。如采用碎石，应适当提高含砂率，一般可提高3%～5%，粗集料最大粒径应小于导管内径的1/6～1/3和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于40mm。
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4.1.4掺加剂
合理的选择缓凝型减水剂，并与水泥、矿物掺合料之间应具有良好的相容性。适当的掺加粉煤灰或矿渣粉等掺合料。
4.1.5混凝土的工作性能
灌注桩施工过程中，一方面，混凝土需要有较长的初凝时间，因为要考虑混凝土运输、到工地后等待和灌注的时间，还要为可能发生堵管预留一部分处置时间，所以一般保证混凝土的初凝时间在6h或更长些；另一方而，混凝土随着时间的增加，坍落度经时损失要小，不宜很快失去流动性。对于这两点，可以通过在减水剂中加入缓凝成分、用粉煤灰或矿渣粉等掺合料代替部分水泥、选择水化热较低的水泥品种来解决。
其次是混凝土的初凝时间，通常混凝土的初凝时间为3到5小时，仅可满足匝道桩等浅孔小桩径的灌注需求，然而主线桩等深桩的灌注时间通常较长，对此需用合适的缓凝型减水剂，从而使混凝土的初凝时间满足现场施工需求；再次是混凝土的搅拌方式与搅拌时间，为了能够确保混凝土的保水性与流动性，搅拌站生产混凝土时把胶凝材料及骨料等注入料斗过后，再均匀的注入拌合水及缓凝型减水剂进行搅拌，将加水至出料的有关时间合理控制于60 至90秒内；最后是选取塌落度，塌落度一般要控制在（180～220）mm区间。
4.1.6强度及耐久性
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强度等级、水泥用量、水的用量、粗集料的种类和性质及有无掺用外加剂等。根据资料和实践证明，水下施工混凝土的强度要比在空气中施工的混凝土强度低，用取芯法取样检验，水下混凝土抗压强度约为混凝土标准强度的85%左右，因此，水下混凝土的试验强度应高于混凝土设计强度的20%～30%，也可参考有关公式计算，最后确定其高出数值。试配时要留有足够的富余强度，其次是在施工中要严格要求，采取有效措施认真施工，把易产生质量事故的因素消灭在萌芽之前，这也是保证混凝土质量的有效措施。
5水下混凝土灌注施工
5.1灌注前的准备
5.1.1孔内泥浆性能的指标
水下混凝土灌注前应控制好泥浆的三大性能指标，根据施工经验，泥浆比重控制为1.10～1.25、含砂率小于等于8%、粘度小于等于28s。因为泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用，如果泥浆的比重过大、过稠会降低泥浆流动性，增加浇注混凝土的阻力，使置换混凝土产生困难，从而影响成桩的质量。
5.1.2灌注用导管的选择
灌注导管的选择应根据桩孔的深度、钢筋笼的设计直径及导管的活动范围等因素来综合考虑，选择合适导管直径。一般大直径导管可以缩短混凝土灌注时间。导管每节长度可视工艺要求、桩深来确定，一般为0.5m、1.0m、2.0m，底管长度不小于4m。导管之间的连接采用高强螺栓，在使用前应试拼装、试压，试水压力为0.6～1.0MPa，使用时将导管内壁杂物清除，并检验防水胶垫是否完好、有无老化现象，对导管进行量长度、编号，确保导管连接可靠、使用有序、易于装卸及良好的密封性。
5.1.3设置隔水栓塞
隔水栓塞的选择直接影响混凝土的初期灌注。所选用的隔水栓直径应与导管内径相配，同时具有良好的隔水性能，保证顺利排出。隔水栓塞一般有预制砼圆柱塞、球胆及橡胶栓塞，球胆栓塞采用篮球或排球胆。在实际施工中，一般选用球胆栓塞，因为混凝土活塞极易因导管细微变形而卡死在导管内，易造成混凝土灌注的困难，而球胆栓塞却具有良好的弹性、隔水性、可多次重复使用及排出顺利等优点。
5.2首批孔底混凝土灌注
首批孔底混凝土灌注时的灌注量与导管低口以及桩尖标高等存在密切关系，准确计算出首批混凝土的用量，初灌量过小会造成脱管现象、底管口混凝土离析，造成断桩等事故，影响成桩质量。应采用大、小储料斗同时储料，料斗的出口应能方便快捷地开启或关闭，储料斗的体积应大于或等于首批灌注桩混凝土的体积，并应满足混凝土能完全充满导管连续灌注的要求。
开始灌注时尽量准备足够的混凝土，混凝土下降产生的巨大冲击力可将孔底泥浆泛起，从而带动孔底沉渣返出，减少桩底沉渣厚度，提高桩的承载力。因为混凝土量比较大，需要搅拌的时间比较长，所以有可能发生离析问题。在首批混凝土下落时，因为和易性发生变化，就会导致阻力逐渐变大，往往造成导管中堵满大量混凝土，甚至漏洞中还存在许多混凝土，在此种状况下，应该在一定程度上加大起重能力，便于快速向漏斗中有效加入混凝土，同时轻轻拉导管，如果起重力不够，就要利用吊机拉紧漏斗并进行晃动，从而可以使混凝土正常下滑到孔底。
在首批混凝土顺利下滑至孔底后，立即检测导管内外的混凝土高度，检查导管是否埋入混凝土中，合格后应继续向漏斗加入混凝土，转入中期灌注，另外，灌注过程中，要保证向漏斗中有效注入混凝土的持续稳定性，完成后续灌注。
5.3中期混凝土灌注
在中期灌注过程中，应匀速向漏斗内灌注混凝土，若突然灌注大量的混凝土，导管内空气将不能立即排出，会导致堵管。在灌注时需适当提升串动导管，串动导管时严禁碰撞钢筋笼，以防钢筋笼有上浮或下沉，严重的会出现导管挂卡在钢筋笼，导致导管拔不上来，更甚者造成断桩。串动导管作用：有利于后续混凝土的灌注。因为混凝土在导管内停留时间长，骨料滞留在导管中，使混凝土与管壁摩擦阻力增强，其流动性将变差，易造成上部混凝土下落困难，从而发生堵管；有利于提高混凝土密实度，保证成桩质量。串动导管可将混凝土挤入桩周围孔壁中，起到提高桩侧阻力的作用，另外也加大了混凝土与钢筋笼的握裹力。
在灌注中若发生堵管，在埋管深度不大时，可采用适当增加导管的上下串动高度及速度，使管内混凝土受力排出。如无效，可用大锤锤击导管或用钢管插入管内上下串动，仍无效应提出导管做事故处理，并做好记录备案。
在灌注过程中要及时拆卸导管。因为若导管埋深过大，将导致已灌注砼流动性降低，导管外混凝土对导管内混凝土的负压力增高，灌注超压力降低，使砼在导管内不易下落，若埋管过浅易造成断桩。据实际经验导管插入混凝土面深度以3.0～5.0m为宜，导管串动幅度以1.0m左右为宜。在灌注过程中，应经常用测锤探测混凝土面的上升高度，以正确判断混凝土的埋管深度，从而准确拆卸相应长度的导管，保持导管的合理埋深，以降低导管外混凝土对导管内混凝土的负压力，提高其超压力，使混凝土在导管内顺利排出。拆卸导管时应尽量缩短作业时间及混凝土在导管内的停留时间，以防堵管。拆卸下的导管应立即清洗干净。
5.4后续混凝土灌注
在进行灌注时，若是发生非连续性灌注，此时漏斗里的混凝土在下落过后，就会牵动导管，同时观察孔口的返浆状况，一直到孔口不会发生返浆，才可以向漏斗注入混凝土。灌注桩的深度到上部时因为孔内压力相对比较小，往往上部混凝土与下部混凝土相比较而言并不是很密实，此种状况下，应该合理提升漏斗加大落差，从而加大混凝土的密实度。混凝土灌注施工在距离桩顶大致5米的位置时，塌落度应该控制在规定值的下限，来控制桩顶的浮浆高度。要控制好最后一次混凝土灌注量，避免浪费混凝土材料。混凝土超灌高度应符合设计要求，确保凿除浮浆后桩顶混凝土达到设计强度，实际施工可制作简易打捞工具捞取混凝土样以控制好混凝土超过高度，为防止桩顶空心，在灌注结束后，导管拔出混凝土之前应串动导管，幅度不超过50cm，并且导管提升速度要慢。
5.5混凝土灌注速度
在控制管理混凝土的初凝时间时，一定要科学、有效提升灌注速度，从而可以在一定程度上加强混凝土灌注质量。对此，必须要处理好灌注之前所有准备工作，加强灌注时所有施工工序的有效配合。
6结束语
钻孔灌注桩的水下混凝土施工工程隐蔽性比较强，存在许多不可预见因素，施工工序比较复杂，容易出现质量问题。此文主要从水下混凝土灌注桩特点出发，浅述水下灌注混凝土质量要求，灌注桩对混凝土性能的要求和水下混凝土灌注施工。因此需要不断总结经验，加强对混凝土灌注的各环节的科学管理及控制，以确保钻孔灌注桩水下混凝土的质量。
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论文作者:张宁
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/26
标签：混凝土论文; 导管论文; 水下论文; 钻孔论文; 流动性论文; 密实论文; 时间论文; 《防护工程》2017年第7期论文;