水下灌注樁的施工

□田 冰 □李 猛（范縣水利局）

□張建勇（范縣審計(jì)局）

水下灌注樁的施工

□田 冰 □李 猛（范縣水利局）

□張建勇（范縣審計(jì)局）

鉆孔灌注樁是一種風(fēng)險(xiǎn)性較大的施工項(xiàng)目。鉆孔灌注樁的水下混凝土灌注施工是成樁的關(guān)鍵，為確保成樁質(zhì)量，提高生產(chǎn)效益，運(yùn)用先進(jìn)、科學(xué)、實(shí)用的水下混凝土施工工藝顯得特別重要。

灌注樁；水下施工

鉆孔灌注樁是一種風(fēng)險(xiǎn)性較大的施工項(xiàng)目。若準(zhǔn)備不充分或某個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題都可能出現(xiàn)斷樁事故。斷樁事故的處理有兩種方法，一是打騎馬樁，即在斷樁兩側(cè)各打一樁。另一種是用沖擊鉆把斷樁處理掉，再重新進(jìn)行施工。不論哪種處理方法，都會(huì)給施工單位造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，并且嚴(yán)重影響工程工期。

根據(jù)工程實(shí)踐，鉆孔灌注樁的質(zhì)量問(wèn)題大多集中在水下混凝土灌注過(guò)程中（即成樁階段），成樁階段發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題主要與下列4方面有關(guān)：混凝土的質(zhì)量，成孔質(zhì)量，水下導(dǎo)管的控制，混凝土的頂升阻力及其它外界條件。而這些影響因素又多是難以控制的。

現(xiàn)結(jié)合在濮范高速濮陽(yáng)段施工實(shí)踐，從混凝土、設(shè)備、成孔及灌注這4個(gè)方面，簡(jiǎn)要介紹鉆孔灌注樁水下混凝土施工的要點(diǎn)。

一、水下混凝土配制

水下混凝土質(zhì)量的好壞，其關(guān)鍵決定因素是混凝土的配制。除檢查水下混凝土的強(qiáng)度、等級(jí)和材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定外,還應(yīng)重點(diǎn)檢查以下幾點(diǎn)是否符合施工要求：

一是水泥可選用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥和硅酸鹽水泥，使用礦渣水泥時(shí)應(yīng)采取防離析措施。水泥的初凝時(shí)間不宜早于2.5h,水泥的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)≥42.5MPa，一般低標(biāo)號(hào)如C20水下混凝土可采用32.5型水泥。不能采用早強(qiáng)型水泥。

二是粗集料，不宜采用單級(jí)配碎石，集料的最大粒徑應(yīng)≤導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6～1/8和鋼筋最小徑距的1/4，同時(shí)應(yīng)≥40mm。

三是細(xì)集料宜采用集配良好的中砂。為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選用0.5～0.6。根據(jù)強(qiáng)度要求和選用水泥品種與標(biāo)號(hào)及施工中是否使用外加劑等，可適當(dāng)增大或減小水灰比。水灰比的確定必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，以保證符合設(shè)計(jì)的試配強(qiáng)度和滿(mǎn)足施工規(guī)定的和易性。

四是根據(jù)預(yù)定的混凝土灌注時(shí)間、氣溫、水泥種類(lèi)、緩凝劑的性能等試驗(yàn)決定混凝土摻加緩凝的品種和比例，要真正達(dá)到延長(zhǎng)混凝土初凝時(shí)間和保證混凝土強(qiáng)度的目的，同時(shí)注意使用緩凝劑的品種和用量對(duì)鋼筋的腐蝕作用。

五是由于地下混凝土的整平和密實(shí)是靠混凝土自重下沉來(lái)完成的，因此，水下混凝土應(yīng)有良好的流動(dòng)性和粘聚性。為使混凝土的和易性滿(mǎn)足施工工藝技術(shù)要求，一般要求坍落度控制在180～220cm，施工開(kāi)始時(shí)可略小，結(jié)束時(shí)酌量放大，以使混凝土表面能自動(dòng)坍平。

六是水下混凝土的強(qiáng)度與耐久性有密切聯(lián)系。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水下混凝土的強(qiáng)度高時(shí)，其耐久性也好。水下混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥的標(biāo)號(hào)、水泥的用量、粗集料的種類(lèi)和性質(zhì)及有無(wú)摻用外加劑等。根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)踐證明，水下施工混凝土成品強(qiáng)度要比空氣中的低。有取芯法取樣檢驗(yàn)，水下混凝土強(qiáng)度為空氣中的50～90%。因此，水下混凝土的試配強(qiáng)度應(yīng)高于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的20～30%。

二、水下混凝土運(yùn)輸

水下混凝土攪拌站距離施工現(xiàn)場(chǎng)一般都有一段距離，水下混凝土的運(yùn)輸必須采用可攪拌的混凝罐車(chē)，以確?；炷恋暮鸵仔浴Ｌ貏e是在夏季施工時(shí)，要盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間，混凝土進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后必須再進(jìn)行一次坍落度檢測(cè)。如果坍落度低于180cm，則要適當(dāng)加水?dāng)嚢?，合格后方可進(jìn)行灌注。

三、設(shè)備檢修

機(jī)械設(shè)備的完好、配套，是保證水下混凝土灌注質(zhì)量的前提。機(jī)械設(shè)備的檢查重點(diǎn)在于：

（一）鉆孔樁灌注混凝土施工中，工地應(yīng)備有性能良好的備用發(fā)電機(jī)，防止因斷電而延誤灌注時(shí)間，甚至造成斷樁事故。

（二）攪拌站要滿(mǎn)足混凝土連續(xù)灌注和控制灌注時(shí)間的需要?；炷翑嚢铏C(jī)每次使用前應(yīng)進(jìn)行住址的檢查維修，確保灌注期間的正常使用。混凝土拌和機(jī)宜采用強(qiáng)制式，其容量應(yīng)≥400L。

（三）水下混凝土一般用鋼導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管內(nèi)徑為200～350mm，可根據(jù)樁徑大小而定。導(dǎo)管使用前必須進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，不得用壓氣試壓。進(jìn)行水密試驗(yàn)的水壓≥孔內(nèi)水深1.3倍的壓力，也≤導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力p的1.3倍，可按式⑴計(jì)算：

式中：p為導(dǎo)管可能承受的最大壓力，kPa；γc為混凝土攔和物的重度，一般取24KN/m3；hc為導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱最大高度，m，以導(dǎo)管全長(zhǎng)或預(yù)計(jì)的最大高度計(jì)；γw為樁孔內(nèi)水或泥漿的重度，kN/m3；Hw為樁孔內(nèi)水或泥漿的深度，m。

（四）專(zhuān)用灌料架或起重機(jī)配吊斗提灌混凝土，以及其他有關(guān)灌注機(jī)具（如扳手、鋼絲繩吊鋼管）用前都要進(jìn)行檢查，確認(rèn)可靠后方可進(jìn)行混凝土灌注。

四、成孔檢測(cè)

在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，特別是第1棵樁鉆孔時(shí)，進(jìn)展速度要稍慢一些，并不時(shí)在出渣泵口清渣，以確定鉆孔的地質(zhì)情況是否于地質(zhì)勘察的結(jié)果相符，從而確定鉆進(jìn)方法及鉆進(jìn)速度，包括鉆進(jìn)的泥漿比重，是否需要加粘土或膨潤(rùn)土。

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)方法對(duì)孔深、孔徑、孔位及傾斜度等項(xiàng)目進(jìn)行檢查，符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求后，方可進(jìn)行清孔；清孔方法有換漿、抽漿、掏渣、空壓機(jī)噴射等多種方法，現(xiàn)在常用的是正反循環(huán)換漿法。不論采用何種方法，必須保證孔內(nèi)水頭避免坍孔；清孔后應(yīng)從孔底、孔中、孔上分別提取泥漿試樣，進(jìn)行性能指標(biāo)試驗(yàn)，確定清孔后的泥漿比重、含砂率、粘度等。

五、水下混凝土灌注

根據(jù)首批混凝土量選用合適的料車(chē)，并選用貯量滿(mǎn)足首批混凝土的罐車(chē)，料斗定在導(dǎo)管上，料斗下口長(zhǎng)度為20～30cm，并比導(dǎo)管稍細(xì)，確保料斗穩(wěn)定及在灌注首批時(shí)不產(chǎn)生氣阻。灌前先用專(zhuān)用閥門(mén)封閉住料斗下口，再把料斗存滿(mǎn)混凝土，并使罐車(chē)配合好，在提開(kāi)閥門(mén)的同時(shí)罐車(chē)加足馬力，快速灌注，使首批混凝土一氣呵成,確保封口成功。實(shí)踐證明，這種方法比傳統(tǒng)的球塞法操作簡(jiǎn)便。

首批灌注后，就開(kāi)始持續(xù)灌注，要適當(dāng)控制灌注速度，并適當(dāng)升降導(dǎo)管高度，使混凝土順利通過(guò)導(dǎo)管壓入孔內(nèi)，避免滿(mǎn)管下放，使起重能力不足，造成事故，并隨時(shí)探測(cè)混凝土面。

灌注水下混凝土是鉆樁施工的重要工序，在灌注混凝土前及灌注過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)檢查以下幾個(gè)方面。

（一）鋼筋籠加工及安裝要準(zhǔn)確、牢固，分節(jié)焊接要豎直，籠和樁孔的中心要對(duì)應(yīng)，孔的中心用兩條交叉線(xiàn)固定在護(hù)筒上，并用紅漆標(biāo)記，同時(shí)設(shè)置定位筋，牢固定位。特別是設(shè)計(jì)未放到孔底的鋼筋籠，要注意吊環(huán)與吊鉤的強(qiáng)度及牢固性。1根樁的鋼筋籠若因焊接不豎直或縮孔等原因下放，必須查明原因，進(jìn)行處理后再下籠，嚴(yán)禁沖擊下放。

（二）灌注混凝土前，應(yīng)再次測(cè)量孔底沉渣厚度、泥漿含沙和泥漿比重，做到符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。首批灌注混凝土數(shù)量應(yīng)能滿(mǎn)足導(dǎo)管首次埋深≥1.0m和填充導(dǎo)管底部的需要，首批灌注混凝土的數(shù)量可按式⑵計(jì)算：

式中：Vs為灌注首批混凝土所需數(shù)量，m3；D為樁孔直徑，m；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.2～0.4m；H2為導(dǎo)管初次埋深，m；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m；h1為樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋深H2時(shí)導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即h1=Hwγw/hc；Hw、γw、hc為意義同式（1）。

（三）灌注混凝土的第1步是在導(dǎo)管中下入球塞，球塞初始位置應(yīng)是其頂面與導(dǎo)管內(nèi)的泥漿液面平齊。低于液面，則倒入的混凝土?xí)心酀{；高于液面，會(huì)產(chǎn)生氣阻或形成高壓氣囊而破壞管接頭的密封圈造成泥漿泄漏。

第2步倒入少量的泥漿沙漿，數(shù)量視樁徑而定，緩緩下放球塞使沙漿全部進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)，停止下放球塞并向料斗內(nèi)倒?jié)M混凝土，待吊運(yùn)料斗也裝滿(mǎn)并吊至半斗上方后，剪斷固定球塞的鐵絲，開(kāi)始灌注首批混凝土。吊支料斗內(nèi)的混凝土放完后，繼續(xù)裝料、向孔品料斗內(nèi)倒料過(guò)程中，要控制倒料速度，避免滿(mǎn)管下放，而在導(dǎo)管內(nèi)形成氣囊。

為防止灌注過(guò)程混凝土沖擊鋼筋籠上升，當(dāng)灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部約1.0m時(shí)，應(yīng)降低灌注速度。當(dāng)灌注的混凝土頂面上升至骨架底部約4.0m，提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管下口高于骨架底部2.0m以上，即可恢復(fù)正常的灌注速度。混凝土面探測(cè)錘重隨孔的深度而定，但應(yīng)≥4kg。

（四）為正確控制導(dǎo)管埋深，必須不斷測(cè)量混凝土面的上升位置，決不能憑經(jīng)驗(yàn)和灌注體積主觀(guān)判斷混凝土面上升位置。如果在某個(gè)位置出現(xiàn)了較大擴(kuò)孔現(xiàn)象，草率拆卸導(dǎo)管可能將導(dǎo)管提出混凝土面或埋深太小，拔出水面導(dǎo)管進(jìn)水，必然造成斷樁；埋深太小易造成夾泥層甚至斷樁。正確的方法是在拆卸導(dǎo)管前后都要測(cè)量混凝土的位置。拆卸前測(cè)量是確定是否可以拆卸導(dǎo)管；拆卸導(dǎo)管后測(cè)量混凝土面位置以確定現(xiàn)有埋深，從而控制繼續(xù)灌注時(shí)導(dǎo)管的升降幅度。導(dǎo)管埋深正常應(yīng)控制在2～6m。在摻緩凝劑，灌注速度快，起重能力足夠的條件下，可酌情加大埋深，增加拆管次數(shù)，1次可拆2節(jié)甚至以上的導(dǎo)管。拆除導(dǎo)管要迅速，一般控制在10min以?xún)?nèi)。

（五）在灌注將結(jié)束時(shí)，由于導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高度小，管內(nèi)壓力降低，從而導(dǎo)致導(dǎo)管外的泥漿及所含的渣土稠度增加，相對(duì)密度增大。若在此時(shí)出現(xiàn)混凝土頂升困難，可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注順利進(jìn)行。拔出最后1次導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)緩慢進(jìn)行，以防樁頂沉淀的泥漿沿導(dǎo)管外壁擠入混凝土內(nèi)形成夾泥。

（六）為了保證樁頂質(zhì)量，灌注的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)高出一定高度（0.5～1.0m）。為減少以后鑿除樁頭的工作量，待灌注結(jié)束后，及時(shí)清除多余的一段樁頭，但應(yīng)保留0.1～0.2m，以便隨后修鑿、澆筑墩臺(tái)或承臺(tái)。

2010-04-28