C35水下灌注桩机制砂混凝土的配制与应用

颜海滨

（漳州市龙海市福中福建材有限公司，福建 漳州 363100）

0 引言

水下灌注桩混凝土有别于普通混凝土。其原理是混凝土拌合物能够在一定的落差作用下依靠自身重力，无需振捣，通过密封连接的导管流动，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，从而形成均匀密实的混凝土桩身。因此，水下灌注桩混凝土除了要有较高的流动性、抗离析性、均匀性及稳定性外最主要是要具备良好的导管输送性。因此水下灌注桩混凝土在原材料、配合比设计、混凝土性能、施工等方面均与普通混凝土有着较大的区别。

1 工程概况

某房地产项目位于漳州九龙江下游江边，地基土层主要是深厚淤泥。该工程设计 1100 余根钻孔灌注桩、桩径 Φ800 与 Φ1000 的钻孔灌注桩。设计强度等级C35P6，于 2019 年 9 月桩基全部合格验收。

2 配合比设计

2.1 原材料

2.1.1 胶凝材料

水下灌注桩混凝土拌合物须具备高流动性、良好的粘聚性、低泌水性，因此选用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉与水泥形成良好的级配，有利于改善混凝土的保水性能，提高粘聚性，改善拌合物的工作性并延缓水化放热，提高长期强度及耐久性。

水泥：安徽芜湖海螺 P·O42.5 水泥，3 天抗压强度27.3MPa，28 天抗压强度 50.9MPa。

粉煤灰：厦门嵩屿电厂生产的 F 类Ⅱ级粉煤灰，细度 23.8%，需水量 99%，活性指数 74%。

粒化高炉矿渣粉：三钢集团（龙海）矿微有限公司生产的 S95 级矿粉，流动度比 105%，7 天活性指数78%，28 天活性指数 103%。

2.1.2 骨料

碎石的粒型、尺寸和级配对混凝土工作性能影响很大。粗骨料的针、片状颗粒含量过高、粒径过大、单级配，易造成拌合物粗骨料堆积，增大拌合物中粗骨料之间的内摩擦，从而增大拌合物流动阻力。

近年来受自然资源的限制，机制砂在混凝土工程中的应用越来越普遍。机制砂受制于颗粒形状（表面粗糙、尖锐多棱角）、石粉含量高，应用于大流动性混凝土容易产生泌水、离析，不利于混凝土的工作性。石粉含量是控制水下灌注桩混凝土流变性能的主要技术指标之一。合适的石粉含量能改善混凝土的流变性能，但过多的石粉含量会增加机制砂的吸水率，增加拌合物的黏性，使混凝土流动性降低。

细砂：漳州漳浦产的整形机制砂，Ⅱ区中砂，无针片状、表面粗糙，颗粒尖锐。细度模数 3.0，MB 值1.0，石粉含量 3.0%，总压碎值 18.0%。

石：漳州漳浦 5～25mm 碎石，压碎值 11.4%，针片状含量 0.0%。

2.1.3 外加剂

由于水下灌注桩混凝土拌合物流动性较大，对用水量较为敏感，往往会有离析的倾向，为了使拌合物在较高流动性条件下不产生离析、泌水且能保持较好的坍落度，因此选用福建建工建材科技开发有限公司生产的缓凝型聚羧酸高效减水剂，减水率 22%。

2.2 配制思路

水下灌注混凝土所用原材料种类与普通混凝土大致相同，与普通混凝土最大的差异在于胶凝材料总量、骨料用量，以及具有较高的流变性、抗离析性、保水性。

（1）调整骨料的级配，使水泥浆相对富余。骨料空隙越少，骨料之间的水泥浆层也就越厚，这将使混凝土中的水泥浆显得较多一些。

（2）适当提高砂率，在混凝土中，砂浆填充粗骨料的空隙。砂浆量是水泥浆与细骨料的总和。适当地提高砂率意味着提高混凝土中的砂浆量，以满足对粗骨料空隙填充的需要。但是，砂率的提高也意味着细骨料空隙的增加，造成水泥浆量的不足，因此，必须适度。

（3）较大量地掺用矿物掺合料，可以减少混凝土的泌水和离析，改善拌合物的保水性能。

（4）通过胶凝材料和粗细骨料的选择与搭配及配合比的设计，最终调整外加剂与原材料的相容性，使之具备足够的流动性、粘聚性、保水性和较好的混凝土坍落度保持能力，防止混凝土直接落入水下时出现材料分离现象，同时也具备了良好的导管输送性，形成密实且均匀的结构。

2.3 配合比计算

根据福建省掺合料大体积要求及 JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》配制要求，掺入粉煤灰 16%、矿粉23%，选用三组配合比比对试验，配合比见表 1。

水下桩灌注桩混凝土区别于普通混凝土的最大特点在于对拌合物工作性能的要求，由于工作性的显著差异，笔者认为仅仅采用普通混凝土工作性测试方法和指标已经不能完全满足需要，因此试验室和施工现场采用坍落度、坍落扩展度、T500时间组合控制水下灌注桩混凝土的工作性能。

对三组配合比混凝土拌合物性能进行检测，包括坍落度、扩展度、流动性时间、和易性（流动性、粘聚性、保水性）试验结果如表 2。

由表 2 可知拌合物初始工作性能及后续 3 小时工作性能以方案 B 试验性能时最佳，扩展时间满足要求，具有良好的粘聚性（拌合物表面及边缘不析浆、石子不外露），因此选用 B 方案为生产配合比。

3 浇注

3.1 现场配制性能

按照 B 方案配合比生产、灌注并于施工现场对混凝土的工作性能、强度进行检测。检测结果如表 3。

3.2 生产灌注要点

本工程钻孔灌注桩混凝土工程量大、工期紧，为确保施工进度的正常进行，在生产灌注过程中应该特别关注如下几个方面的问题：

（1）水下灌注桩混凝土现场混凝土拌合物应保持较好的流动性、不泌水、良好的粘聚性，能较好地保持混凝土的坍落度，坍落度建议控制在 200～220mm，坍落扩展度建议控制在 550～650mm，扩展时间（T500）建议控制在 4～6s。

（2）由于大流动性混凝土拌合物对含水量较为敏感，应当在生产过程中注意含水率的控制，及时、准确测定含水率，用以指导控制生产。避免混凝土流动性、和易性出现较大波动影响灌注水下混凝土的灌注质量。

（3）混凝土初凝时间应根据运输时间、桩的体量与施工灌注时间调整，因此初凝时间宜控制在 8～10h。

（4）水下灌注桩混凝土搅拌时间应比普通混凝土适当延长，足够的搅拌时间能使外加剂有效成分充分释放；机制砂石粉含量相对较高，颗粒粒型不规则等特点宜增加搅拌时间，保证搅拌的均匀性，因此搅拌时间不宜少于 60s。

（5）水下混凝土灌注应综合考虑运输能力、运输时间及混凝土浇筑速率以保证混凝土供应的连续性，避免拌合物工作性能损失而不能一直保持流动状态，导致卡管、堵管、断桩等。

表 2 试配混凝土拌合物工作性及试件性能检测结果

表 3 灌注现场交货混凝土工作性及性能检测结果

（6）及时调整导管提拔速度、埋入深度，防止导管埋入过深造成埋管或钢筋笼上浮或埋管过短产生缩桩、断桩，埋入导管埋入深度一般为 3～6m。

（7）初始灌注混凝土应有足够的储备量以保证混凝土能够顺利封底，防止泥水倒灌。

灌注桩属于隐蔽工程，影响灌注桩施工质量的因素很多，而混凝土的工作性能对桩质量的影响尤为重要。因此良好的混凝土工作性对水下灌注桩施工质量具有积极意义。

4 结语

本工程在灌注桩整个施工过程中，所用混凝土工作性能良好，满足施工和易性要求，降低施工难度，提高施工速度，为工程顺利进行提供了技术保障，并取得了良好的经济效益。