混凝土灌注樁在水利工程施工中的應(yīng)用

戴群勁

（湛江市經(jīng)緯水利水電工程有限公司，廣東 湛江 524000）

隨著建筑經(jīng)濟快速發(fā)展，水下混凝土的施工方法越來越多，工程規(guī)模越來越大，應(yīng)用范圍越來越廣，是一種極有發(fā)展?jié)摿Φ幕炷潦┕ぜ夹g(shù)。鉆孔灌注樁是一種風(fēng)險性較大的施工項目。若準(zhǔn)備不充分或某個環(huán)節(jié)出了問題都可能出現(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，再重新進行施工。不論哪種處理方法，都會給施工單位造成極大的經(jīng)濟損失，且嚴重影響工程工期。

1 工程概況

某水利工程位于東莞虎門，地質(zhì)情況較復(fù)雜，場地地下水位較高。礫砂層呈灰白、灰黃，局部為粉細砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夾薄層黏土、粉土，厚度0.6～7.8 m，平均5.4 m，標(biāo)貫擊數(shù)為2.3～22.9擊，平均11.8擊。經(jīng)分析研究決定，采用沖擊成孔灌注樁方法進行施工。

根據(jù)工程實踐，鉆孔灌注樁的質(zhì)量問題大多集中在水下混凝土灌注過程中（即成樁階段），成樁階段發(fā)生的質(zhì)量問題主要與混凝土的質(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他外界條件有關(guān)。而這些影響因素多是難以控制的。

2 水下混凝土配制

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

（1）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，使用礦渣水泥時應(yīng)采取防離析措施。水泥的初凝時間不宜早于2.5 h，水泥的強度等級應(yīng)≥42.5 MPa，一般低標(biāo)號如C20水下混凝土可采用32.5型水泥，不能采用早強型水泥。

（3）細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)強度要求和選用水泥品種與標(biāo)號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)過試驗，以保證符合設(shè)計的試配強度和滿足施工規(guī)定的和易性。

（4）根據(jù)預(yù)定的混凝土灌注時間、氣溫、水泥種類、緩凝劑的性能等試驗決定混凝土摻加緩凝的品種和比例，要真正達到延長混凝土初凝時間和保證混凝土強度的目的，同時注意使用緩凝劑的品種和用量對鋼筋的腐蝕。

（5）由于地下混凝土的整平和密實是靠混凝土自重下沉來完成的，因此，水下混凝土應(yīng)有良好的流動性和黏聚性。為使混凝土的和易性滿足施工工藝技術(shù)要求，一般要求坍落度控制在180～220 cm，施工開始時可略小，結(jié)束時酌量放大，以使混凝土表面能自動坍平。

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

3 水下混凝土運輸

水下混凝土攪拌站距離施工現(xiàn)場一般都有一段距離，水下混凝土的運輸必須采用可攪拌的混凝罐車，以確?；炷恋暮鸵仔浴Ｌ貏e是在夏季施工時，要盡量縮短運輸時間，混凝土進入現(xiàn)場后必須再進行一次坍落度檢測。如果坍落度低于180 cm，則要適當(dāng)加水?dāng)嚢瑁细窈蠓娇蛇M行灌注。

4 設(shè)備檢修

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

（1）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，防止因斷電而延誤灌注時間，甚至造成斷樁事故。

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

隨著城市規(guī)模擴大，消防水源、道路數(shù)據(jù)增大，更新速度加快，依靠傳統(tǒng)的手繪地圖、臺賬資料難以實現(xiàn)消防救援隊高效、快速、準(zhǔn)確的滅火救援需求，利用定位技術(shù)可以通過在火情發(fā)生時快速定位著火位置、消火栓及道路,提升應(yīng)急救援能力,對于保障城市消防安全具有一定現(xiàn)實意義。

（3）水下混凝土一般用鋼導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管內(nèi)徑為200～350 mm，可根據(jù)樁徑大小而定。導(dǎo)管使用前必須進行水密承壓和接頭抗拉試驗，不得用壓氣試壓。進行水密試驗的水壓不應(yīng)小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力，也不應(yīng)小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力的1.3倍，可按公式（1）計算：

式中，p：導(dǎo)管可能承受的最大壓力，kPa；

Yc：混凝土攔和物的重度，一般取24 kN/m3；

hc：導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱最大高度（m），以導(dǎo)管全長或預(yù)計的最大高度計；

Yw：樁孔內(nèi)水或泥漿的重度，kN/m3；

Hw：樁孔內(nèi)水或泥漿的深度，m。

（4）專用灌料架或起重機配吊斗提灌混凝土，以及其他有關(guān)灌注機具（如扳手、鋼絲繩吊鋼管）用前都要進行檢查，確認可靠后方可進行混凝土灌注。

5 成孔檢測

在進行鉆孔施工時，特別是第1棵樁鉆孔時，進展速度要稍慢一些，并不時在出渣泵口清渣，以確定鉆孔的地質(zhì)情況與地質(zhì)勘察的結(jié)果相符，從而確定鉆進方法及鉆進速度，包括鉆進的泥漿比重，是否需要加黏土或膨潤土。鉆孔達到設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)根據(jù)鉆進方法對孔深、孔徑、孔位及傾斜度等項目進行檢查，符合設(shè)計及施工規(guī)范要求后，方可進行清孔；清孔方法有換漿、抽漿、掏渣、空壓機噴射等多種方法，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，進行性能指標(biāo)試驗，確定清孔后的泥漿比重、含砂率、黏度等。

6 水下混凝土灌注

根據(jù)首批混凝土量選用合適的料車，并選用貯量滿足首批混凝土的罐車，料斗定在導(dǎo)管上，料斗下口長度為20～30 cm，并比導(dǎo)管稍細，確保料斗穩(wěn)定及在灌注首批時不產(chǎn)生氣阻。灌前先用專用閥門封閉住料斗下口，再把料斗裝滿混凝土，并使罐車配合好，在提開閥門的同時罐車加足馬力，快速灌注，使首批混凝土一氣呵成，確保封口成功。實踐證明，這種方法比傳統(tǒng)的球塞法操作簡便。首批灌注后，就開始持續(xù)灌注，要適當(dāng)控制灌注速度，并適當(dāng)升降導(dǎo)管高度，使混凝土順利通過導(dǎo)管壓入孔內(nèi)，避免滿管下放，使起重能力不足，造成事故，并隨時探測混凝土面。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程中，應(yīng)重點檢查：

（1）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應(yīng)，孔的中心用兩條交叉線固定在護筒上，并用紅漆標(biāo)記，同時設(shè)置定位筋，牢固定位。特別是設(shè)計未放到孔底的鋼筋籠，要注意吊環(huán)與吊鉤的強度及牢固性。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，進行處理后再下籠，嚴禁沖擊下放。

（2）灌注混凝土前，應(yīng)再次測量孔底沉渣厚度、泥漿含沙和泥漿比重，做到符合設(shè)計及施工規(guī)范要求。首批灌注混凝土數(shù)量應(yīng)滿足導(dǎo)管首次埋深≥1.0 m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（2）計算：

式中，Vs：灌注首批混凝土所需數(shù)量，m3；

D：樁孔直徑，m；

H1：樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.2～0.4 m；

H2：導(dǎo)管初次埋深，m；

d：導(dǎo)管內(nèi)徑，m；

h1：樁孔內(nèi)混凝土達到埋深H2時導(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＝HwYw/hc；Hw、Yw、hc的意義同式（1）。

（3）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，待吊運料斗也裝滿并吊至半斗上方后，剪斷固定球塞的鐵絲，開始灌注首批混凝土。吊運料斗內(nèi)的混凝土放完后，繼續(xù)裝料，向孔口料斗內(nèi)倒料過程中，要控制倒料速度，避免滿管下放，而在導(dǎo)管內(nèi)形成氣囊。為防止灌注過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1.0 m時，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4.0 m，提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管下口高于骨架底部2.0 m以上，即可恢復(fù)正常的灌注速度?；炷撩嫣綔y錘重隨孔的深度而定，但應(yīng)≥4 kg。

（4）為正確控制導(dǎo)管埋深，必須不斷測量混凝土面的上升位置，決不能憑經(jīng)驗和灌注體積主觀判斷混凝土面上升位置。如果在某個位置出現(xiàn)了較大擴孔現(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)管前后都要測量混凝土的位置。

（5）在灌注即將結(jié)束時，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，相對密度增大。若在此時出現(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，使灌注順利進行。拔出最后 1次導(dǎo)管時，應(yīng)緩慢進行，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。

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

7 結(jié)束語

總之，水下混凝土灌注樁施工中，施工的各道工序要嚴格要求，嚴格把關(guān)，否則將影響成孔及成樁質(zhì)量。由于樁的各個階段施工時間較長，會產(chǎn)生很多不利因素。特別是樁孔孔壁長時間晾孔，對孔壁穩(wěn)定不利，易產(chǎn)生縮頸、坍塌。成孔、成樁過程中必須加強機械和人力配備，確保鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。

［1］王日蓮.混凝土灌注樁在防洪堤險段處理中的應(yīng)用［J］.中國農(nóng)村水利水電，2005（7）.

［2］胡開庭.三峽專用碼頭混凝土灌注樁技術(shù)分析［J］.人民長江，2004（4）.

［3］張利新，肖強等.西霞院水電站廠房基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工［J］.人民黃河，2006（9）.