水下灌注樁混凝土生產(chǎn)與施工質(zhì)量控制

陳智榮，陳明

（1. 重慶興投實業(yè)有限公司，重慶 400060；2. 重慶五府實業(yè)有限公司，重慶 400023）

水下灌注樁混凝土生產(chǎn)與施工質(zhì)量控制

陳智榮1，陳明2

（1. 重慶興投實業(yè)有限公司，重慶 400060；2. 重慶五府實業(yè)有限公司，重慶 400023）

目前在房建和橋梁等工程領域中，鉆孔灌注樁基礎已占據(jù)了重要地位，并向大直徑、深基礎、多樣化方向發(fā)展，其質(zhì)量控制亦成為大家所關注的焦點。本文就水下混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量控制和灌注施工過程控制進行了綜合闡述，并以實例予以說明。

水下灌注樁；水下混凝土；生產(chǎn)控制；事故的預防及處理

0 前言

隨著建筑行業(yè)技術的不斷發(fā)展、進步，高樓層深基礎工程大量增加，大量市政路橋工程出現(xiàn)。目前，地基和地下水位的不穩(wěn)定性，水下灌注樁基礎混凝土施工法則以“技術進步”、“質(zhì)量可靠”和“生產(chǎn)安全”為工程界所普及。但與此同時，水下灌注樁基礎質(zhì)量控制問題亦是困擾大家的一個難題。為此，本文就水下樁基礎混凝土的生產(chǎn)和灌注施工等各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制展開分析、探討，并提出相應的質(zhì)控措施建議。

1 水下混凝土生產(chǎn)控制

1.1 材料控制

（1）水泥宜采用粉煤灰水泥、火山灰水泥、硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于 42.5 級，安定性必須合格，凝結時間應不小于 2.5h，進場溫度不宜超過 60℃。

（2）粗集料最大粒徑不大于導管內(nèi)徑的 1/6～1/8 和鋼筋最小間距的 1/4，且最大粒徑宜不大于 25mm，級配宜控制在Ⅱ 區(qū)間。細集料宜采用中砂或混合砂，級配宜控制在 Ⅱ 區(qū)間，含泥量小于 2.0%。當采用混合砂時，人工砂的 MB 值不大于 1.4%。

（3）粉煤灰應采用 Ⅱ 級以上粉煤灰，需水比不大于105%，燒失量小于 8% 以內(nèi)，游離氧化鈣應小于 1%。

（4）外加劑應選用緩凝型高效減水劑，進場時須進行必要的適應性驗證試驗，發(fā)現(xiàn)問題立即進行調(diào)整處理，以避免因適應性問題導致后續(xù)的質(zhì)量事故。

1.2 配合比設計

（1）水下混凝土配合比配制強度應高于設計強度的10%～20%，膠材用量應不低于 350kg/m3，水泥用量不低于 300kg/m3，砂率宜控制在 40%～50%，坍落度宜控制在220mm 左右，2h 坍損應小于 20mm，終凝時間宜控制在 9h左右。

（2）在配合比設計前，生產(chǎn)方應事先對施工現(xiàn)場的情況做詳盡了解，包含混凝土等級、樁基成型工藝、樁基尺寸、鋼筋骨架、基礎土基和水文情況、澆注工藝等情況，以便能設計出滿足施工要求的配合比。如某防洪護岸整治工程基礎樁全為水下樁，樁基深度基本在 25m 左右，直徑 2m，地下水非常豐富，且鋼筋間距較小，加之混凝土生產(chǎn)灌注前，雙方又未能就相關問題進行及時詳盡的溝通交底，生產(chǎn)方在進行 C30 水下混凝土配合比設計時，對于現(xiàn)場條件因素的考慮不夠全面，以至于部分樁基灌注成型后出現(xiàn)不同程度的混凝土不充盈現(xiàn)象（見圖1）。后經(jīng)及時對生產(chǎn)配合比進行調(diào)整后，該問題得到了有效的解決。

（3）當原材料發(fā)生較大變化時，在混凝土生產(chǎn)前應進行必要的驗證試配，以驗證混凝土流動性、粘聚性、保水性、和易性、坍落度經(jīng)時損失和物料級配情況，發(fā)現(xiàn)問題應立即進行糾正，再次調(diào)整驗證，直至滿足要求為止。

圖1　混凝土不充盈

1.3 生產(chǎn)控制

（1）啟動攪拌設備時，應先進行設備空轉檢查和計量系統(tǒng)零點校對檢查，發(fā)現(xiàn)問題當及時糾正處理。

（2）水下混凝土生產(chǎn)前，應進行嚴格的生產(chǎn)配合比調(diào)整審核和“開盤鑒定”工作，攪拌時間不應低于 35s；生產(chǎn)過程中應加強定時和不定時的抽檢，嚴格控制各項材料的計量偏差不超過規(guī)范所要求的允許誤差范圍，發(fā)現(xiàn)問題應立即進行糾正處理，確保出廠混凝土具有良好的流動性、粘聚性、保水性與和易性，不能滿足設計和施工要求的混凝土嚴禁出廠。

1.4 供應保障

（1）根據(jù)水下樁基礎混凝土灌注工藝特點和質(zhì)量控制要求，決定了該混凝土的供應必須保證高度的連續(xù)性，為此，混凝土生產(chǎn)方應事先掌握現(xiàn)場灌注安排情況，特別是當次需要混凝土總量、單個樁基需混凝土量、灌注方式及速度等，并以此制訂周全的混凝土保供措施（車輛安排、運輸線路安排和應急方案等），確保供應連續(xù)不間斷，避免因長時間停工待料而發(fā)生斷樁等質(zhì)量事故。

（2）混凝土攪拌運輸車在裝料前應清除罐體內(nèi)的積水或其它雜物。運輸過程中，拌筒應保持 3～6r/min 的慢速轉動，以防止混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象。

2 施工準備

2.1 樁孔成型

按施工工藝成孔方法有“螺旋鉆孔”、“正循環(huán)回轉鉆孔”、“反循環(huán)回轉鉆孔”、“潛水鉆機鉆孔”、“沖抓鉆孔”、“沖擊鉆孔”、“鉆斗成孔”、“挖孔”等?，F(xiàn)場應嚴格按設計要求，結合現(xiàn)場土基情況、水文情況和施工條件，編制嚴謹?shù)臉痘煽资┕し桨?，并嚴以?zhí)行，以確保樁孔質(zhì)量和施工安全。

2.2 樁孔護壁

受地質(zhì)條件和水文的影響，樁孔在成型施工過程、成型后檢測、鋼筋骨架吊裝和混凝土灌注過程中均易出現(xiàn)坍塌或流沙等問題，為確保樁基質(zhì)量，需根據(jù)實際情況采取相應的樁孔保護措施。一般工程中采用的多為泥漿護壁和鋼護筒。

（1）泥漿護壁

據(jù)樁孔的大小、深度及成孔方法的差異，且當土基堅實穩(wěn)定、地下滲水量較小時，可采用水、膨潤土和添加劑調(diào)制出相應比重和粘稠度的泥漿，在孔壁形成泥皮隔斷孔內(nèi)外滲流，防止坍孔。

（2）護筒

當遇土基松軟、淤泥質(zhì)土、地下水位高、滲水量大或存在嚴重流沙時，應選用鋼護筒法做樁孔保護，以隔離地表水，防止孔壁坍塌，防止孔口地面土石掉入孔內(nèi)（見圖2）。

鋼護筒壁厚宜在 5mm 以上，內(nèi)徑應比樁徑大 200～400mm，以樁位中心為圓心定位，施加壓力將護筒垂直埋入地下。埋入過程中護筒中心豎直線應與樁中心線重合（設計另有規(guī)定除外），平面允許誤差為 ±50mm，垂直傾斜不大于 1%。

圖2　樁孔護筒

2.3 清孔控制

鉆孔達到設計深度后，應及時組織專職人員對孔位、孔徑、孔深等進行檢查，確定樁孔符合設計要求后，及時進行清孔作業(yè)，抽、換原鉆孔內(nèi)泥漿，降低泥漿的相對密度、粘度、含砂率等，以防止樁底沉淀土過厚而降低樁的承載力；更為灌注水下混凝土創(chuàng)造良好條件，使得測探正確、灌注順利，保證灌注質(zhì)量，避免出現(xiàn)斷樁等質(zhì)量事故。

2.4 鋼筋骨架吊裝

（1）清孔后立即組織鋼筋骨架吊裝，起吊前須檢查鋼筋骨架標牌信息（含墩號、樁號、節(jié)號等）是否與樁號相符，吊繩、吊環(huán)、吊鉤應有足夠的強度和牢固性。

（2）為保證骨架起吊時不變形，宜采用兩吊點式，第一吊點設在骨架的下部，第二吊點設在骨架長度的中點到上三分點之間。對于長骨架，起吊前應在骨架內(nèi)部臨時綁扎兩根木桿以輔助加強其剛度，防止鋼筋彎曲影響。當中途出現(xiàn)鋼筋彎曲時，應及時進行修正處理。

（3）鋼筋骨架入孔前應將其垂直扶穩(wěn)，對準孔位中心勻速緩慢下降，避免搖晃碰撞孔壁。

（4）吊裝完成后，仔細檢測骨架的底面標高是否與設計相符，偏差不大于 50mm，然后進行焊接定位固定，以防止混凝土灌注過程中鋼筋骨架移位、上浮等問題發(fā)生。

2.5 施工組織安排

（1）技術交底

混凝土灌注前，現(xiàn)場應及時組織包括業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工、生產(chǎn)及勞務分包等有關各方，就本項目水下灌注樁基工程情況進行必要的專項技術交底，一則讓混凝土生產(chǎn)單位盡可能地了解設計要求、現(xiàn)場工程技術背景和施工技術要求；再則對“施工方案”進行交底，包括現(xiàn)場樁基情況、施工流水劃分、灌注順序、布料方式、進度計劃等，確保各工序工作安排落實到位。

（2）施工組織

混凝土灌注前，保證現(xiàn)場水、電、交通、通訊通暢和場地平整，管理人員（施工員、技術員及監(jiān)理員等）及各班組人員均按要求就位，機具設備準備到位并保證能正常運轉。

（3）灌注機具準備

① 導管

導管是灌注水下混凝土的重要工具，其直徑應根據(jù)樁長、樁徑和每小時需通過的混凝土數(shù)量計算確定，內(nèi)徑一般為 200～350mm（誤差小于 2mm），壁厚不小于 3mm，光滑、順直、無局部凹凸、無穿孔及裂紋，長度一般控制在 2～4m，采用絲扣或卡口連接。導管使用前應進行水密承壓和接頭抗拉試驗，水壓不應小于孔內(nèi)水深 1.3 倍的壓力，也不應小于灌注混凝土時管壁和焊縫可能承受最大內(nèi)徑壓力的 1.3 倍。

② 漏斗

導管頂部應設置漏斗，其上設溜槽、儲料斗和工作平臺，漏斗和儲料斗高度除應滿足導管拆卸等操作需要外，還應在灌注到最后階段時，不致影響導管內(nèi)混凝土柱的灌注高度。漏斗一般用 5～6mm 厚的鋼板制成類似圓錐形或棱錐形，上口直徑一般 800～1000mm，高約 900～1200mm，插入導管的長度應保證 150mm 為宜。

③ 儲料斗

儲料斗即為儲放灌注首批混凝土時所必需儲量的容器。一般采用 5～6mm 厚鋼板焊制，為使混凝土拌合物能迅速自動流進導管，底部常做成斜坡，出口設閘門（見圖3）。其容量應使首批灌注下去的混凝土能滿足導管初次埋置深度的需要，故其容量大小需根據(jù)設計和施工要求驗算而定。

圖3　儲料斗

④ 起吊設備

儲料斗、漏斗及導管的吊掛和升降，可采用鉆機的起吊設備、吊車或倒鏈，同時需保證導管升降平穩(wěn)和高度準確，起重能力滿足設計和施工要求。

⑤ 測探設備

灌注水下混凝土時，應探測水面或泥漿面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制沉淀層厚度、導管埋深和樁頂高度。如果探測不準，將會造成沉淀過厚、導管提漏、埋管過深，進而發(fā)生夾層斷樁、短樁或導管拔不出等事故。根據(jù)設計和施工要求有測探錘法、鋼管取樣盒、熱敏電阻測探儀、感應式測探儀、電導式測探儀等，一般常采用測探錘法和鋼管取樣盒法。

3 水下混凝土灌注控制

3.1 進場檢測

（1）混凝土進場后，首先檢查入場報驗資料（含配合比及原材料檢驗資料）和出廠小票，以確定工程名稱、澆注部位及混凝土標記等準確無誤，同時還需檢查出廠時間和到達時間等，發(fā)現(xiàn)有不符合要求的項目，現(xiàn)場應予以拒收，嚴禁強行簽收灌注。

（2）混凝土到場后，應及時組織專職專業(yè)人員對拌合物性能進行檢測，檢查坍落度、流動性、粘聚性、保水性、和易性及溫度（入模溫度不超過 32℃）是否滿足設計和施工要求，并填寫好各項檢測記錄。

（3）當運至現(xiàn)場的混凝土坍落度損失過大，且混凝土無異常凝結現(xiàn)象，可由技術人員采用后添加外加劑的方法在現(xiàn)場調(diào)整坍落度，調(diào)整時將適量的外加劑加入混凝土攪拌運輸車中并快速攪拌均勻，直至滿足要求止。

3.2 灌注控制

（1）灌注準備

① 灌注前，應對孔底沉淀層厚度進行認真檢測，如厚度超過規(guī)定，可采用噴射法向孔底噴射 3～5min，使沉渣懸浮，然后立即灌注首批水下混凝土。

② 準備好導管、漏斗和儲料斗，確保吊裝設施安全牢固，將導管下口與孔底的距離控制在 300～500mm。

③ 喂料前應對混凝土進行強拌 1min，以確?；炷恋膭蛸|(zhì)性良好。

（2）灌注控制

① 各項工作準備完畢后，按要求放足首批混凝土，剪球、拔栓或開閥，將首批混凝土灌入孔底后，立即測探孔內(nèi)混凝土面高度，計算出導管埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。如發(fā)現(xiàn)導管內(nèi)大量進水，表明出現(xiàn)灌注事故，應按規(guī)定及時進行處理。

② 灌注應緊湊、連續(xù)進行，灌注速度宜控制為0.6～1.0m3/min，嚴禁中途長時間停工或中斷作業(yè)，每根樁的灌注時間應按首批混凝土的凝結時間控制。

③ 灌注過程中，要防止混凝土從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔底，使泥漿因含有水泥而變稠、凝結，致使測探不準確和混凝土頂升困難。

④ 灌注過程中，應安排專人觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時測量孔內(nèi)混凝土高度，正確指揮混凝土下料、導管提升和拆除。導管提升時應保持垂直、平緩，防止導管被拔出混凝土面形成泥心、斷樁等事故；導管埋深應控制在 2～6m，防止埋管過深造成堵管或不易拔出等事故。拔出的導管應逐級拆卸，拆除導管動作要快，時間不宜超過15min。

⑤ 灌注過程中，應適時牽引蠕動導管，以利于混凝土順利下落，防止導管中的混凝土因停滯而發(fā)生集料與漿體分離的現(xiàn)象。當導管內(nèi)混凝土不滿、含有空氣時，后續(xù)混凝土要慢慢灌入，不可整斗灌入導管，以免在導管內(nèi)形成高壓氣囊，擠出管節(jié)間的橡皮墊，而使導管漏水。

⑥ 當混凝土面接近和初進入鋼筋骨架時，應徐徐灌注混凝土，以減小混凝土從導管底口出來后對鋼筋骨架的沖擊和頂托力；當混凝土進入鋼筋骨架 4～5m 以后，適當提升導管，減小導管埋置長度，以增加骨架在導管口以下的埋置深度，從而增加混凝土對鋼筋骨架的握裹力，以防止鋼筋骨架被混凝土頂托上升。

⑦ 臨近灌注結束時，極易因導管內(nèi)混凝土柱高度減小，超壓力降低，而導管外的泥漿稠度增大，出現(xiàn)混凝土頂升困難。此時應在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀渣土，使灌注工作順利進行，并提升漏斗和導管增加澆注高度，增大落差，以確?；炷恋拿軐嵍取?/p>

⑧ 為保證樁頂質(zhì)量，在樁頂設計標高以上應加灌一定高度（一般 800～1000mm），灌注結束后將此段多余部分混凝土鑿除，以確保樁頂混凝土強度滿足設計要求。

4 事故的預防及處理

4.1 導管進水

（1）當首批混凝土儲量不足，導管底口與孔底間距過大，混凝土無法充分封底和埋管，導致泥水進入導管。

此時應立即將導管提出，將散落在孔底的混凝土經(jīng)攪拌后用泥石泵吸出或用抓斗清除，必要時提出鋼筋骨架復鉆清渣，然后再進行重新灌注。

（2）當導管接頭不嚴、導管焊縫破裂或導管提升過猛使管口脫出混凝土面時，即會造成泥水進入導管。

此時應根據(jù)具體情況進行處理，如能用原導管插入續(xù)灌，則在灌注前應將進入導管的水和沉淀土吸出；如換拔原管以重新下管，則必須用潛水泵將管內(nèi)的漿水抽干后才能繼續(xù)灌注混凝土。

4.2 坍孔

在灌注過程中，如遇樁孔漏水不能保持原有靜水壓力、樁孔周圍堆放重物過多或受機械振動等，樁內(nèi)水（泥漿）位忽然急速上升溢出，隨即驟降并冒出氣泡，即可判定為坍孔。

此時，應在查明原因后采取相應的措施，如保持或加大水頭、移開重物、排除振動等，防止繼續(xù)坍孔，然后用吸泥機吸出坍入孔中的泥渣。如不繼續(xù)坍孔，可恢復正常灌注；如坍孔仍不停止，且坍塌部位較深，則應將導管拔出，鉆開并抓出已灌混凝土，同時將鋼筋抓出，只求保存孔位，用粘土摻砂礫回填，待回填土沉實后，再重新鉆孔成樁灌注。

4.3 埋管

當遇導管埋入混凝土過深，或因混凝土初凝使得導管與混凝土間摩擦阻力過大，或因提管過猛將導管拉斷，致使導管無法拔出，即為埋管。

（1）當發(fā)生埋管時，起初可用鏈滑車、千斤頂試拔。如仍拔不出來，且并非因混凝土初凝造成時，可插入一直徑稍小的護筒至已灌混凝土中，用吸泥機吸出混凝土表面泥水和渣土，然后派專業(yè)工人下至混凝土表面，在水下將導管齊混凝土面截斷，拔出小護筒，重新下導管灌注。但此樁灌注完成后，上下斷層間應按設計要求進行補強處理。

（2）如因混凝土初凝造成埋管，應停止繼續(xù)灌注，按以上辦法將導管齊混凝土面截斷，然后按接樁法進行處理。

4.4 灌短樁頭

灌注臨近結束時，因漿渣過稠，使得測探不準造成誤測誤判，以致拔出導管終止灌注而造成短樁事故，或是在灌注過程中發(fā)生孔壁坍塌且未被發(fā)覺，測探誤判，造成短樁（見圖4）。

圖4　短樁

出現(xiàn)以上問題時，應根據(jù)具體情況，采取接長護筒、或在原護筒里面或外面加設護筒，壓入已灌注的混凝土內(nèi)，然后抽水、除渣，接澆混凝土；或用高壓水將泥渣和松軟層沖松，再用吸泥機將混凝土表面的泥漿沉渣吸除干凈，重新下導管灌注混凝土。

4.5 樁身夾泥斷樁

樁身夾泥斷樁，大都是因導管進水、坍孔、埋管等引起的次生事故；同時，如清孔不徹底，或灌注時間過長，首批混凝土已初凝失去流動性，而續(xù)灌的混凝土沖破頂層而上升，也會在兩層混凝土中夾有泥漿渣土，甚至全樁夾有泥漿渣土形成斷樁。

當已發(fā)生或估計可能發(fā)生夾泥斷樁時，應采用專用鉆機鉆芯取樣，做深入的探測檢查，再按設計要求進行相應的整改處理。

4.6 鋼筋骨架上升

鋼筋骨架上升，一般是由于上拔護筒及支撐護壁、導管提升鉤掛或混凝土下落時反沖頂托力大于鋼筋骨架重力所致。為防止出現(xiàn)鋼筋骨架上升問題，應采取以下措施：

（1）防止頂層混凝土進入鋼筋骨架時混凝土的流動性過小，建議混凝土摻加緩凝劑、粉煤灰等以增大其流動性。

（2）根據(jù)以上 3.2 條嚴格把控混凝土灌注施工作業(yè)，盡量縮短灌注時間。

（3）在保證質(zhì)量的情況下，適當減少鋼筋骨架下端的箍筋數(shù)量，減少混凝土的向上頂托力。

（4）在孔底設置直徑小于主筋的 1～2 道加強環(huán)形筋，并以適當數(shù)量的牽引筋牢固地焊接于鋼筋骨架的底部，有效克服鋼筋骨架的上升。

5 總結

水下樁基礎混凝土灌注，實為水下樁基免振搗混凝土灌注成型施工作業(yè)，其工藝特點要求了灌注施工必須一次性成功，否則將會造成嚴重的損失。為此，要求對混凝土配合比設計、生產(chǎn)供應和灌注施工等各環(huán)節(jié)嚴加管控，嚴格按照相關規(guī)范標準、設計要求和施工方案進行施工作業(yè)，以確保水下灌注樁基礎質(zhì)量得到有力的保障。

[1] 重慶市城鄉(xiāng)建設委員會．關于發(fā)布《重慶市建設領域禁止、限制使用落后技術通告（第七號）》的通知，2011.12．

[2] JTJ/T F50—2011．公路橋涵施工技術規(guī)范[S]．

[3] DBJ 50—156—2012．旋挖成孔灌注樁工程技術規(guī)程[S]．

[4] 交通部第一公路工程總公司．公路施工手冊——橋涵．人民交通出版社，2010.07．

［通訊地址］重慶市南岸區(qū)江南大道 64 號 萬凱新都會 B 座22-1 號（400060）

Production and construction quality control of underwater bored concrete

Chen Zhirong1, Chen Ming2
(1. Chongqing Xingtou Building Materials Co., Ltd., Chongqing 400060; 2. Chongqing Wufu Building Materials Co., Ltd., Chongqing 400023)

At present, bored pile foundation has occupied an important position in the housing construction, bridges and other projects, and it develops to the large diameter, deep foundations, and diversification. Its quality control has become the focus of attention. This paper synthetically elaborated the quality control and construction process control of underwater concrete production, and gave some examples to illustrate.

underwater pil; underwater concrete; production control; accident prevention and treatment

陳智榮（1977—），男，高級工程師，主要從事施工管理，預拌混凝土、混凝土預制構件及礦場集料等生產(chǎn)與技術管理。