水下混凝土钻孔灌注桩施工技术的应用
2014-08-15刘铁
刘铁
【摘 要】水下混凝土灌注由于其施工的隐蔽性、工艺的复杂性和连续性，容易出现钢筋笼浮起、坍孔等灌注施工事故，给工程带来了极大的经济损失与安全隐患。水下混凝土灌注施工技术、质量是保证成桩质量的关键所在，因此，要加强施工质量与管理控制，密切抓好施工过程中的每一个环节的质量，将隐患消除在过程当中。
【关键词】钻孔灌注桩；水下混凝土；质量
现阶段我国钻孔灌注桩水下混凝土灌注工程的施工通常采用导管法进行施工。其原理是在一定的落差压力作用下，将混凝土拌和物通过密封连接的钢管（或强度较高的硬质非金属管）入口，进入到初期灌注的混凝土下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆或水上升，形成连续密实的混凝土桩身。导管法施工技术要求非常严格，为使水下混凝土灌注桩施工质量得以保证，必须要从施工设备、混凝土配制、灌注等几方面加以控制，以提高水下施工质量。本文将结合东互通立交桥工程来阐述钻孔灌注桩水下灌注混凝土的施工技术问题。
东互通立交桥采用全苜蓿叶互通立交形式，其中包括主桥1座、匝道桥8座。其中主线桥桥长1117.2米，桩基共288个，桩径分为1.5m、2.0m两种。A、B、C、D、E、F、G、H匝道桥共长3149.6m，桩基共176根，桩径为1.2m。
1 施工准备
桩基水下混凝土灌注前应按照规范要求进行孔底沉渣厚度和泥浆性能指标检测，若沉碴厚度和泥浆指标不符合设计要求，须进行二次清孔，然后重新测定，直到满足设计要求，并经现场监理工程师确认后，才能灌注水下混凝土。
2 施工方案
2.1 导管制备与安装
2.1.1 导管制备
导管采用Φ273×6mm快速螺纹接头导管，无缝钢管制成，导管内壁应光滑、圆顺、内径一致、接口严密；导管采用快速螺纹接头，导管接头处设2道密封圈，保证接头的密封性；导管？准内=250mm，壁厚δ=6mm，导管中间标准节长2m～3m，底节4m～5m，底节导管下端不得有法兰盘，同时配备若干节1m和0.5m的导管。
导管使用前需要进行水密、承压及接头抗拉试验，水密试验的水压大于孔内水深1.3倍的压力，承压试验的水压大于管壁可能承受的最大内压Pmax。导管必须接头严密、牢固，并按顺序编号和标示尺度。
导管长度按孔深和工作平台高度决定，漏斗底口距桩顶距离以一节中间导管长度为宜。导管下放前检查每根导管是否干净、畅通以及密封圈的完好性。导管安装顺序逐节吊装接长下放，直至距孔底40cm为止，下放过程中注意保持与孔位中心线一致，严防导管法兰盘和钢筋笼相碰。导管接长时通过活动卡盘固定。
2.1.2 导管水密试验
导管使用前必须进行水密承压和接头抗拉试验，按照《钻孔灌注桩施工规程》中规定，水密试验的水压不小于孔内水深压力的1.3倍，也不应小于可能承受灌注混凝土时最大内压力的1.3倍，每根导管均要试压。
2.2 混凝土搅拌
混凝土浇筑采取中心搅拌站集中拌制，通过输送车将砼送至现场，直接通过混凝土输送车将混凝土输送到料斗中，经料斗进入导管进行水下混凝土灌注。
2.3 混凝土施工
2.3.1 首批混凝土数量
按《公路桥涵施工技术规范》要求，首批混凝土量应满足导管初次埋深≥1.0m和填充导管底部间隙的需要，设导管下口离孔底40cm，参照规范进行计算桩基首批混凝土量（按照？准150㎝桩基最大桩长40m进行计算），首批混凝土量计算简图见图1。
2.3.3 混凝土浇注
在安装好钢筋笼、导管，浇筑砼前应按照规范要求进行孔底沉渣厚度和泥浆性能指标检测，若沉碴厚度和泥浆指标不符合设计要求，须进行二次清孔，然后重新测定，直到满足设计要求。清孔方法：在浇筑导管顶部安设一个弯头和皮笼，用泥浆泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣，要求沉渣厚度≤10cm；清孔时应保持孔内泥浆面高出地下水位1.5～2.0m，以防止塌孔。清孔完成后，应立即进行水下砼的浇筑。
混凝土封底灌注采用拔塞法施工，即在料斗的底部、导管的顶口用盖板等封住导管口，在导管的顶部放一个直径等于导管内经的篮球做为隔水球，当大料斗内灌满混凝土后立即吊出盖板，使混凝土沿导管下落，通过隔水球将泥浆强行排除导管外，同时保持混凝土不间断地通过大料斗和导管灌注至水下，从而完成首批混凝土的灌注。首批混凝土灌注成功后，大料斗换成小料斗，转入正常灌注阶段，混凝土经泵车输送，不断地通过小料斗、导管灌注至水下，直至完成整根桩的浇筑。正常灌注阶段保持导管埋深在2～6m范围，每次拆除导管1节，拆除导管后，导管底口的埋置深度不应小于2.0m。在混凝土灌注的过程中应经常测量混凝土面标高，以确定导管埋深、拆除导管的时机。另外还应该在拆除导管之前询问搅拌站已经泵送至现场的混凝土理论方量，以便与现场根据实测标高计算的混凝土方量进行比较，防止出现差错。当混凝土灌注临近结束时，再一次核对混凝土的灌入方量，以确定所测混凝土的高度是否准确，混凝土顶面标高到位后，停止灌注，拆除灌注导管。砼面标高控制在比设计桩顶标高高1.0m，以保证桩头砼质量。
在灌注过程中，由混凝土置换出来的孔内泥浆经连通管引流至泥浆池中，在混凝土初凝前，用吊车拔出钢护筒。
2.4 水下混凝土灌注的注意事项
1）砼灌注前必须准备充足的砂、石料、水泥、外加剂等原材料；设备必须维修保养、调试运转，并备足够的易损件；集料斗每次灌注砼前均应清理干净。
2）严格控制进入料斗内砼的坍落度。坍落度太小，砼流动性差，易造成堵管；坍落度太大，砼容易泌水离析，也会造成堵管。发现砼有异常应停止灌注，处理不合格混凝土，同时查明原因处理后才能继续施工。
3）导管连接时，接头须清洗干净、涂上黄油，并加上密封圈，对于破损的密封圈进行调换，接头的螺纹要旋转到位，以防漏水。每次砼浇注拆管后应及时清洗导管，以免水泥砂浆附着凝固后下次浇注时造成堵管。
4）在灌注过程中，若发生意外而导致暂停，应不时地上下缓慢提升导管，以免导管埋置太深而提升不动或砼假凝而堵管。
5）认真监测砼面上升高度、导管埋深，并和已灌入的砼数量校核，以便确定扩孔率或砼面上升是否正常。
6）在灌注将近结束时，混凝土顶升困难，在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一节导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
7）导管进水
为了防止导管进水，灌注水下混凝土前严格检查、控制导管的焊缝和接头的质量；并控制好导管底口的位置，确保首批混凝土量能够埋住导管底口；灌注过程中控制好导管底口的位置，根据浇筑量并经常测定砼面标高，以确保导管有足够的埋置深度。当发生导管进水现象，及时查明原因，果断采取相应的措施。
如果首批混凝土储量不足，或虽然混凝土的储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用空气吸泥机吸出，重新按正确方法进行灌注施工。
8）浮笼
钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于导管提升挂住钢筋笼所致外，主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，混凝土灌注的速度（m3/min）过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼重力所致。
9）导管堵塞
当发生堵管时，采取办法后无法排除故障，应立即拔出导管，用钻机快速钻进清理孔内混凝土，至设计标高时重新验收合格后再灌注混凝土。
10）埋管
导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已经初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。
预防办法：应按前述要求严格控制埋管深度，一般不得超过6m；在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早的初凝。
11）灌短桩头
灌短桩头亦称短桩。产生原因：灌注将近结束时，浆渣过稠，用测深锤测难以判断浆渣或混凝土面，或由于测深锤太轻，沉不到混凝土表面，发生误测，以致拔出导管终止灌注而造成短桩头事故。还有些是灌注混凝土时，发生孔壁坍塌，未被发觉，测深锤或测深仪探头达不到混凝土表面，这种情况最危险，有时会灌短数米。
预防方法是：在灌注过程中注意将用测绳测的混凝土位置与根据已经灌注的混凝土方量计算出的理论混凝土浇注高度互相校核，确保不误测。
2.5 质量控制措施
1）为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书（水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告），如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料（如水泥、砂、石、水质），严禁用于混凝土灌注桩。
2）钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。
3）为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm～20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m～10m时，应及时将坍落度调小至12cm～16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，《建筑施工操作规程》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1。
3 结束语
目前，东互通立交桥主线桥288根桩基已施工完毕14根，A匝道48根桩基已施工完毕41根，G匝道桩基30根已施工完毕6根。没有出现一例坍孔、浮笼、断桩等质量问题。
钻孔灌注桩水下混凝土施工为隐蔽性工程，施工工序复杂且难度较大，施工前必须认真做好施工准备，严格按照JTJ041-2000《公路桥通施工技术规范》的要求进行各工序操作，确保桩基的完整合格。
【参考文献】
[1]JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]沈保汉.水下混凝土灌注[J].经施工技术，2001（3）：50.
[3]崔登云.深水起长钻孔桩成孔工艺及水下混凝土施工技术[J].铁道建筑技术，2007（2）.
[4]张明，金畅.钻孔灌注桩的施工质量控制[J].长春工程学院学报：自然科学版，2005（4）.
[5]赵勤劳.桩基水下混凝土灌注施工中导管上浮问题的探讨[J].广西大学学报：自然科学版，2004，29（1）.
[责任编辑：曹明明]
4）在灌注过程中，若发生意外而导致暂停，应不时地上下缓慢提升导管，以免导管埋置太深而提升不动或砼假凝而堵管。
5）认真监测砼面上升高度、导管埋深，并和已灌入的砼数量校核，以便确定扩孔率或砼面上升是否正常。
6）在灌注将近结束时，混凝土顶升困难，在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一节导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
7）导管进水
为了防止导管进水，灌注水下混凝土前严格检查、控制导管的焊缝和接头的质量；并控制好导管底口的位置，确保首批混凝土量能够埋住导管底口；灌注过程中控制好导管底口的位置，根据浇筑量并经常测定砼面标高，以确保导管有足够的埋置深度。当发生导管进水现象，及时查明原因，果断采取相应的措施。
如果首批混凝土储量不足，或虽然混凝土的储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用空气吸泥机吸出，重新按正确方法进行灌注施工。
8）浮笼
钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于导管提升挂住钢筋笼所致外，主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，混凝土灌注的速度（m3/min）过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼重力所致。
9）导管堵塞
当发生堵管时，采取办法后无法排除故障，应立即拔出导管，用钻机快速钻进清理孔内混凝土，至设计标高时重新验收合格后再灌注混凝土。
10）埋管
导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已经初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。
预防办法：应按前述要求严格控制埋管深度，一般不得超过6m；在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早的初凝。
11）灌短桩头
灌短桩头亦称短桩。产生原因：灌注将近结束时，浆渣过稠，用测深锤测难以判断浆渣或混凝土面，或由于测深锤太轻，沉不到混凝土表面，发生误测，以致拔出导管终止灌注而造成短桩头事故。还有些是灌注混凝土时，发生孔壁坍塌，未被发觉，测深锤或测深仪探头达不到混凝土表面，这种情况最危险，有时会灌短数米。
预防方法是：在灌注过程中注意将用测绳测的混凝土位置与根据已经灌注的混凝土方量计算出的理论混凝土浇注高度互相校核，确保不误测。
2.5 质量控制措施
1）为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书（水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告），如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料（如水泥、砂、石、水质），严禁用于混凝土灌注桩。
2）钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。
3）为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm～20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m～10m时，应及时将坍落度调小至12cm～16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，《建筑施工操作规程》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1。
3 结束语
目前，东互通立交桥主线桥288根桩基已施工完毕14根，A匝道48根桩基已施工完毕41根，G匝道桩基30根已施工完毕6根。没有出现一例坍孔、浮笼、断桩等质量问题。
钻孔灌注桩水下混凝土施工为隐蔽性工程，施工工序复杂且难度较大，施工前必须认真做好施工准备，严格按照JTJ041-2000《公路桥通施工技术规范》的要求进行各工序操作，确保桩基的完整合格。
【参考文献】
[1]JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]沈保汉.水下混凝土灌注[J].经施工技术，2001（3）：50.
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[5]赵勤劳.桩基水下混凝土灌注施工中导管上浮问题的探讨[J].广西大学学报：自然科学版，2004，29（1）.
[责任编辑：曹明明]
4）在灌注过程中，若发生意外而导致暂停，应不时地上下缓慢提升导管，以免导管埋置太深而提升不动或砼假凝而堵管。
5）认真监测砼面上升高度、导管埋深，并和已灌入的砼数量校核，以便确定扩孔率或砼面上升是否正常。
6）在灌注将近结束时，混凝土顶升困难，在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一节导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
7）导管进水
为了防止导管进水，灌注水下混凝土前严格检查、控制导管的焊缝和接头的质量；并控制好导管底口的位置，确保首批混凝土量能够埋住导管底口；灌注过程中控制好导管底口的位置，根据浇筑量并经常测定砼面标高，以确保导管有足够的埋置深度。当发生导管进水现象，及时查明原因，果断采取相应的措施。
如果首批混凝土储量不足，或虽然混凝土的储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用空气吸泥机吸出，重新按正确方法进行灌注施工。
8）浮笼
钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于导管提升挂住钢筋笼所致外，主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，混凝土灌注的速度（m3/min）过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼重力所致。
9）导管堵塞
当发生堵管时，采取办法后无法排除故障，应立即拔出导管，用钻机快速钻进清理孔内混凝土，至设计标高时重新验收合格后再灌注混凝土。
10）埋管
导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已经初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。
预防办法：应按前述要求严格控制埋管深度，一般不得超过6m；在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早的初凝。
11）灌短桩头
灌短桩头亦称短桩。产生原因：灌注将近结束时，浆渣过稠，用测深锤测难以判断浆渣或混凝土面，或由于测深锤太轻，沉不到混凝土表面，发生误测，以致拔出导管终止灌注而造成短桩头事故。还有些是灌注混凝土时，发生孔壁坍塌，未被发觉，测深锤或测深仪探头达不到混凝土表面，这种情况最危险，有时会灌短数米。
预防方法是：在灌注过程中注意将用测绳测的混凝土位置与根据已经灌注的混凝土方量计算出的理论混凝土浇注高度互相校核，确保不误测。
2.5 质量控制措施
1）为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书（水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告），如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料（如水泥、砂、石、水质），严禁用于混凝土灌注桩。
2）钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。
3）为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm～20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m～10m时，应及时将坍落度调小至12cm～16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，《建筑施工操作规程》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1。
3 结束语
目前，东互通立交桥主线桥288根桩基已施工完毕14根，A匝道48根桩基已施工完毕41根，G匝道桩基30根已施工完毕6根。没有出现一例坍孔、浮笼、断桩等质量问题。
钻孔灌注桩水下混凝土施工为隐蔽性工程，施工工序复杂且难度较大，施工前必须认真做好施工准备，严格按照JTJ041-2000《公路桥通施工技术规范》的要求进行各工序操作，确保桩基的完整合格。
【参考文献】
[1]JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]沈保汉.水下混凝土灌注[J].经施工技术，2001（3）：50.
[3]崔登云.深水起长钻孔桩成孔工艺及水下混凝土施工技术[J].铁道建筑技术，2007（2）.
[4]张明，金畅.钻孔灌注桩的施工质量控制[J].长春工程学院学报：自然科学版，2005（4）.
[5]赵勤劳.桩基水下混凝土灌注施工中导管上浮问题的探讨[J].广西大学学报：自然科学版，2004，29（1）.
[责任编辑：曹明明]
