钻孔灌注桩水下混凝土施工技术
时间：2022-07-20 02:11:16
摘要： 结合沙河桥及近年来的施工经验，就灌注桩施工中需要注意的几个问题进行了分析探讨，并提出了具体的处理方法，指出应有针对性地提出实施方案，确保工程质量。
中图分类号： U443 文献标识码： A 文章编号：
近些年来，随着国民经济的发展，我国的现代化建设加速发展，城市基础设施建设越来越多，桥梁建设更是日新月异。在城市桥梁建设中，水下混凝土灌注桩以其单桩承载力大、适应性广等特点，被普遍采用。但在施工中由于各地区的地质情况不同，具体工程设计要求也不同，如果不能很好地掌握施工技术及施工工艺，就有可能出现很多问题。在水下灌注桩施工中要注意的问题很多，比如测量放线、钢筋笼的制作、钻机的安迁、成空、清空、灌注混凝土等等。
我公司承建的迁西县西外环路道路升级改造工程中的沙河桥工程位于迁西县西外环路与沙河桥交汇处，本桥为扩建新桥，原有B、C两桥，现扩建A、D两桥。桥孔跨度为13孔10米，桥长共130米。桥梁类型为装配式钢筋混凝土空心板桥，桥梁设计荷载为公路一级。桥梁基础为钻孔灌注桩基础，共有56棵，灌注桩采用C25水下混凝土，灌注桩直径为1.2m，墩桩长度为15m，桥台桩长为14m。
现根据在迁西县西外环路道路升级改造工程中的沙河桥施工中的情况，结合过去的施工经验，就灌注桩施工中需要注意的几个问题以及对常见事故的处理方法，谈几点体会。
一、灌注水下混凝土的准备工作
1、砼备料
配制砼所用的水泥，应采用标号为425号以上的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥。水泥的初凝时间不宜早于2.5h；粗集料宜优先选用卵石，亦可用碎石，如采用碎石宜适当增加混凝土配合比的含砂率，集料的最大粒径不应大于导管内径的1/6~1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于40mm。细集料宜采用继配良好的中砂。
钢筋砼桩所用钢筋：按工程设计要求确定，材料新鲜无锈蚀。应有出厂质量合格证或试验报告单。进工地时，应按不同的规格型号分别检验存放。按现行国家有关标准的规定抽检复验，合格后，方可使用。
2、砼制备
砼施工的配合比，应以质量比计，并应通过设计和试配选定。试配时应使用施工实际采用的材料，配置的混凝土拌和物应满足和易性、凝结速度等施工技术条件，配置的混凝土强度应符合强度、耐久性等质量要求。
水灰比不大于0.5～0.6；水泥用量不小于350kg/m3；坍落度宜为18cm～22cm；含砂率宜为0.4～0.5。并在砼拌制和灌注过程中，随机检查其规格和用量，每工作班不少于两次。
将按照设计配合比（重量比）所需的原材料（水泥、砂、碎石、水）经严格计量运送进搅拌机的上料斗，经搅拌机的按时强制搅拌，配置成质量密度为1950kg/m3的砼，以备使用，砼生料的上料顺序：水－粗骨料（碎石）－细骨料（黄砂）－水泥。砼的最短搅拌时间（自上料入筒始至出料止）为90s。
3、机具准备
（1）、导管：导管是灌注水下混凝土的重要工具，本工程采用D=300mm导管，用σ=5mm钢板卷制焊成。导管连接为法兰盘连接，导管长度分别为：漏斗下配长1m的上端节导管，下端节导管加长为6m，中间节导管长为3m。本工程需备：1m的上端节导管一根；6m长的下端节导管一根；3m长的中间节导管4根。
（2）、漏斗（即储料斗）
导管顶部设置5mm厚的钢板制成的圆锥形漏斗一个，其容量应使首批灌注下去的混凝土能满足导管初次埋置深度的需要；以及16t汽车吊吊送混凝土用5mm厚的钢板制成的泄料棱锥形漏斗一个。
漏斗（储料斗）最小容量的确定：
为了确保首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要，漏斗（储料斗）的最小容量按下式进行计算确定：
式中：V——灌注首批混凝土所需数量（m3）；
D——桩孔直径（m）；
H1——桩孔底至导管底端间距，取0.4m；
H2——导管初次埋置深度，取1.0m；
d——导管内径，取0.3m；
h1——桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即h1=Hwγw/γc；
Hw——井孔内水或泥浆的深度（m）；
γw——井孔内水或泥浆的重度（取11kN/m3）；
γc——混凝土拌合物的重度（取24kN/m3）。
该工程钻孔灌注桩桩径D=1.2m，长15m及14m桩统一按桩径D=1.2m，长19m进行配置漏斗，其计算如下：
≥20.15m3取2.3m3
（3）、混凝土搅拌设备
本工程混凝土搅拌采用两台JSY750砼搅拌机搅拌，搅拌机就位安装完毕，需试运转正常，确保桩孔在规定时间内灌注完毕方可开盘。
（4）、混凝土运输设备：采用两台翻斗车及一辆16t汽车吊。
二、砼的灌注
1、初灌
钻孔经成孔质量检验合格后，方可进行灌注工作。灌注前，对孔底沉淀层厚度应再进行一次测定。如厚度超过规定，可用喷射法向孔底喷射3～5min，使沉渣悬浮，然后立即灌注首批混凝土。
将能满足孔底埋管深度1m以上的砼装满储料斗，利用主机升降将储料斗下口封闭板打开，利用砼的自重力和超压力推动隔水栓塞（一般采用篮球）向孔底位移并排出导管外，使料斗内的砼经导管内注入桩孔底部，将孔底沉渣及桩孔内的泥浆泛起回顶出孔外，使导管底端埋入砼中1m以上，以确保其回顶压力与成桩质量。
2、正式灌桩
灌注首批混凝土后立即测探孔内混凝土面的高度，计算出导管的埋置深度，同时检测导管内砼面的高度，检查导管的密封性能，如符合要求后立即转入正式灌注。
混凝土的运输采用翻斗车运送，砼经拌制、检测合格后，用翻斗车将砼运送至施工地点，再用吊车将砼送入储砼料斗。在输送过程中，宜以最短的时间，将砼从搅拌地点运至灌注地点。以防转运时间过长造成桩孔内砼初凝，影响施工及成桩质量。
将砼连续不断的输送进储砼料斗，提升串动导管，排出砼，直至灌注成桩，在提升串动导管时，严禁碰撞钢筋笼，以防钢筋笼上浮和下沉。
在灌注过程中，要随机进行检查。若发现钢筋笼有上浮和下沉现象，应采取措施及时处理，并查清其原因：埋管深度较大，提升导管被挂住，使钢筋笼上浮；串动导管时碰撞钢筋笼，钢筋笼定位失灵，使钢筋笼下沉。若处理无效，及时采取措施提出钢筋笼，做清孔钻进，直至桩孔符合验前标准，方可转入设立钢筋笼等工序的施工，直至重新进行灌注。
在灌注过程中，若发生堵管，在埋管深度不小于1m的前提下，适当增加导管的上下串动高度及速度，使管内砼受力位移排出。如无效，可用8P大锤锤击导管或用粗钢筋插入管内上下拢动。仍无效时，提出导管作事故处理，并检查分析其原因：石子粒径过大；坍落度过小；和易性差；在导管中产生离析；砼在导管停留时间过长；其凝结（固）时间与灌注速度不相适应等等。对灌注过程中的一切故障均应记录备案。
在灌注砼时，若气温低于0摄氏度，应采取措施（增加添加剂等），使砼进入导管时的自身温度不低于5摄氏度。若气温高于30摄氏度，应在砼中掺入缓凝剂。
3、测量砼面上升高度及随机拆卸导管
在连续进行砼浇筑的过程中，将测锤沉至砼面，试测其深度，并将测值记录于现场施工记录纸上，以正确判断砼的埋管深度，借以准确控制导管的提升与拆卸长度。砼的埋管深度以2.0m～6.0m为宜，不大于6.0m，以便于砼由导管内排出。
随着灌注砼量的增加，砼面的逐渐上升，导管的埋管深度增加，导管外砼对导管内砼的负压力增加，灌注超压力降低。为降低其负压力、提高其超压力，使砼在导管内顺利排出，在保证导管底端埋入砼中2.0m～3.0m的前提下根据所测的埋管深度，随机提升与拆卸相应长度的导管。并严禁提高导管底端砼面，严禁碰撞钢筋笼。
导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。在拆除导管时，暂停灌注，先取走漏斗，重新系牢井口的导管，并挂上升降设备，然后松动导管的接头套筒，同时将起吊导管用的吊钩挂上待拆除的导管上端的吊环，待接头套筒全部拆除后，吊起待拆的导管，徐徐放在地上，然后将漏斗重新插入井口的导管内，校正好位置，继续灌注。拆除导管动作要快，时间不宜超过15min。要防止工具掉入孔内，要注意安全。
提升与拆卸导管时，必须使用专用强套及拆卸工具，以缩短作业时间及砼在导管内的停留时间，防止堵管事故。在导管的使用、搬运和堆放过程中，应注意不得碰撞其螺纹压坏管口。使用完毕后，立即将导管内外清洗干净，将螺纹涂油防锈。
为保证凿出浮浆后桩顶砼达到设计强度值，桩顶砼超灌高度一般以0.5~1.0m以保证混凝土的强度，多余部分接桩前必须凿出，残余桩头应无松散层。在灌注砼的最后阶段，应核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的灌注高度是否正确。
在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大。如出现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释浆，并掏出部分沉淀土，使灌注顺序进行。在拔出最后一节长导管时，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。
我公司施工的54棵灌注桩施工完毕后，经过对桩基逐一进行检测，均符合质量要求。
三、施工时应注意的问题
1、初灌量的问题及导管埋深的控制
初灌量就是在开始浇筑砼时，一次连续浇筑的砼数量。它应满足埋管至0.8m的要求，由此求出初灌量，并且在浇筑砼的过程中尽量不动导管，因为如果在此过程中上下串动导管，可能会使导管底临时脱离砼面，在桩底形成“混桩”，降低桩身强度。在清空时控制好沉渣与泥浆指标，初灌时导管不动是完全可以的。
2、堵管产生的原因、预防及处理
堵管是在成桩中比较严重的问题，造成堵管的原因，主要是砼质量不好，混有杂物造成堵塞；浇筑过程中等待时间过长，砼产生初凝，在砼面形成结硬层，使再次浇筑砼时，砼冲不破硬层面的阻力而造成堵塞；导管漏水使砼受水冲洗后粗骨料聚集在一起，也造成堵管。
3钢筋笼上浮的原因及防治
在施工过程中对通长钢筋笼，在开始浇筑时，尽量少动导管，在浇筑过程中，串动导管时，主意不要挂钢筋笼；如果是悬挂，在砼面接近钢筋笼底时，少动导管，控制灌注速度，减缓砼面的上升速度，也即减小砼对钢筋笼的粘滞力，当钢筋笼埋入砼内一定深度后，拆管时将导管底进入钢筋笼中；同时要做清孔工作，以清除孔内泥块；另外要选择与钢筋笼内径相匹配的导管，应做到钢筋笼内径与导管外径的环状间隙保持在100mm以上；认真控制成孔垂直度，防止斜孔发生；多节钢筋笼分段吊装连结，以确保轴度。
4、断桩产生的原因、预防及处理
泥浆或泥浆与水泥砂浆混合物把灌注的上下两端砼隔开，使砼变质或截面积受损，形成断桩。
施工中可采取如下预防措施来防止断桩，灌注前应很好的清孔，灌注速度要快，保证在适当时间内灌注完毕；导管提升不可过猛，要慢而稳，砼面要反复测量，导管长度的埋深、统计均要做到准确无误；避免导管堵塞、漏水事故的发生，遇到导管堵塞后，慢慢提升导管。
四、结束语
在施工中不解要了解规范，认真执行规范，同时还要按照工程特点、设计要求、地质条件等有针对性地提出工程实施方案，以减少问题的出现。
总之，只要在施工过程中，严格按照规范施工，针对具体问题作细致的分析，钻孔桩灌注水下砼事故是完全可以避免的。
