浅谈钻孔灌注桩水下混凝土施工桥基工程中的应用

【摘 要】随着我国生产力水平的提高，水利工程得到了迅速发展,钻孔灌注桩施工技术在桥基工程中得到了广泛的应用。本文介绍了水下混凝土的性能参数，阐述了钻孔灌注桩水下混凝土的施工步骤，对钻孔灌注桩水下混凝土施工常见问题进行了探讨并提出了解决方法。

【关键词】钻孔灌注桩；水下混凝土；性能参数；施工步骤

前言

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。近年来，钻孔灌注桩在沿海地区的港口航道工程、交通工程、工业与民用建筑工程、市政工程中被广泛地应用于基础工程。

1 水下混凝土的性能参数

在进行钻孔灌注桩水下混凝土施工之前，首先应当选用适合的水泥、粗骨料和细骨料，配置成适合水下作业的混凝土。水下混凝土是一种具有高流态性的特殊混凝土，它能够在自重作用下填充密实，因而被广泛应用于灌注桩等地下工程的填充材料

1.1 原料

水泥可采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，强度不应低于32. 5 MPa, 混凝土水泥用量不少于350 kg/ m3。细骨料采用中粗砂, 砂率为0.45左右；粗骨料宜采用卵石、且含泥量小于2%；水灰比控制在0.5到0.6之间。

1.2 初凝时间

一般桩深的桩应该采用初凝时间为3到5小时的混凝土，而对于深桩应该采用初凝时间为5到7小时或大于7小时的用缓凝型水泥配置而成的缓凝混凝土。

1.3 坍落度

坍落度宜为180mm-220mm, 在灌注至离桩顶5米以内时, 坍落度应采用低值, 这样可以确保桩顶浮浆不过高。当气温高、深桩时，坍落度应取值为220mm左右；当气温低、低桩时，坍落度应取值为180mm左右。

1.4 流动性

混凝土在凝结硬化前, 若流动性稍差, 就会在混凝土形成孔洞和蜂窝,影响混凝土质量。由于水下施工又多是通过各种管道进行输送和浇注的, 如果流动性差又容易造成堵管事故, 延误施工进度。所以要求混凝土必须是富有粘性、较大的流动性和一定的保持能力。但流动性过大, 会导致砂浆数量的增加、浪费水泥,并且会造成施工时倾注过快的现象, 从而形成管口脱空和返水事故。

1.5 粘聚性和保水性

水下混凝土拌合物, 不仅要求具有较好的流动性, 而且还需要具备较好的粘聚性和保水性, 以防止混凝土在运输和灌注过程中产生离析现象和分层泌水现象。因此要求控制混凝土的泌水率在1.2%-1.8%，且2小时内析出的水分不大于混凝土体积的15%。

2 钻孔灌注桩水下混凝土施工步骤

2.1 选择施工机具

钻孔灌注桩水下混凝土施工的第一步是选择合适的施工机具。施工机具主要包括孔钻机、钻杆、钻头、泥浆循环设备、保径圈、导管、料斗、球塞、混凝土拌制与输送设备。对于不同的地质条件、不同的桩深、桩径，应选择不同的钻机。并且钻杆不易选择过细，过细的钻杆其内通道较小，泥浆循环量受限制，钻进速度慢，沉渣多，成桩质量很难得到保证。选择导管时，应该满足混凝土灌注量、接头密闭不漏水不漏气的要求。并且导管下口离孔底的距离应保持在0.5 m左右。导管最下一节一般易选用5米长，下端牢固焊接两吊点，其他可以为1米一节，上部安装0.5米一节导管的3节。

2.2 钻孔机的安装与定位

钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基坚硬稳固。对于地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。 钻机的定位包括钻桩为的平面位置控制和钻桩孔的立置控制。钻机的安装要做到水平、稳固、三点、一垂线，安装完毕后要用测锤和水平尺校验。

2.3 泥浆配置

配置泥浆是钻孔灌注桩施工步骤的重要环节，关系到成桩质量的好坏。配置的泥浆主要由用水、粘土（或膨润土）和添加剂组成。在泥浆的检查指标中，最重要的是比重。泥浆的比重过小则导致护壁性能差，容易坍孔；泥浆的比重过大既增加孔壁泥皮厚度、又影响钻进速度。

2.4 钻孔

钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量。首先必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在钻孔过程中要始终注意不断添加泥浆和抽渣，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。钻孔速度在开孔时候要慢，当钻头全部进入地层后才可加快。当桩孔的孔深、孔径、倾斜度检测合格后，方可终孔。

2.5 清孔

清孔的目的是达到混凝土灌注前规定的泥浆比重。当钻进至设计深度后可以直接利用钻具进行换浆清孔工作。这类清理方法具有冲力大，清孔能力强的特点。可以把绝大部分沉渣，包括较大的泥块返出孔外。当下好钢筋笼以后还可进行进一步的清孔工序，这次的清孔目的是清除被钢筋笼撞下去的泥块沉渣。在清孔过程中必须始终注意保持孔内水头，防止坍孔。清孔完毕后，须从孔底取出泥浆样品，随后进行性能指标试验。

2.6 放置钢筋笼

每节钢筋笼的长度应控制在5到9米之间。超过9米容易在起吊时发生弯曲变形，低于5米时导致焊接时间增加，降低施工速度。当使用法兰接头导管时，底部的第一节钢筋笼底端应使主筋向外张开，这样可以起到防导管挂钩导管造成钢筋笼上浮的问题。

2.7 灌注水下混凝土

水下混凝土施工与干地混凝土施工的最大区别在于，不能用振捣器振捣, 而是靠自身荷载或外界压力产生流动进行摊平和密实。灌注水下混凝土是钻孔桩施工的最重要工序。灌注凝土的第一步是在导管中下入球塞, 球塞初始位置应保持在其顶面与导管内的泥浆液面平齐且略低于液面,这样可以防止产生气阻或形成高压气囊而破坏导管接头的密封圈造成泥浆泄漏事故。第二步是倒入少量水泥砂浆, 慢速放下球塞，直到砂浆全部进入导管内方可停止, 接着向孔口料斗内倒满混凝土, 待吊运料斗装满并吊至孔口料斗上方后, 剪断固定球塞的铁丝,开始进行首批混凝土的灌注。首批灌注混凝土的数量必须能够满足导管首次埋深不小于1米和填充导管底部的需要。混凝土灌注过程中, 应该随时准确测量孔内混凝土上升高度。在灌注至孔口时，如果出现混凝土顶升困难，可在在孔内加水稀释泥浆, 并掏出部分沉淀土, 使灌注顺利进行。

3 钻孔灌注桩水下混凝土施工常见问题与解决方法

3.1 堵管

当发生堵管时, 在采取通管办法（钢筋插捣、提管突放）后仍然无法排除故障时, 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。

3.2 浮笼

钢筋笼上升，除了是由于导管提升挂住钢筋笼所致外，另一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3米至以上1米时, 混凝土灌注的速度过快, 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自重所致。一旦发现浮笼现象应该立即停止浇筑，并对钢筋笼顶部进行重新固定。然后尽量提升导管，降低浇筑速度。

3.3 埋管

埋管为混凝土浇注过程中导管难以提升的现象。解决方法是在导管上端预先安装附着式振捣器, 拔管前或停灌时间较长时, 均应振捣, 确保导管周围的混凝土不致过早的初凝。

参考文献

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