水下混凝土灌注桩施工工艺与质量控制

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摘要：水下混凝土灌注是钻孔灌注桩成桩的关键环节，但往往由于施工工艺不当，断桩、堵管、夹泥、蜂窝、少灌等质量问题时有发生，因此，选用科学、实用的混凝土灌注工艺，对确保工程质量显得尤为重要。现针对某高速符田村大桥桩基础工程，详细阐述了水下混凝土灌注桩的施工工艺与质量控制要点。

关键词：水下混凝土；灌注桩；施工工艺；与质量控制

中图分类号：U443.15+4

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)08-0153-02

1　工程概况

某大桥长755m，位于某高速第五合同段符田村，桥面总宽度为26m，上部结构采用后张法预力T梁，下部结构采用柱式墩，桩基础，桥台采用柱式台，桩基础，设计荷载为汽一超20、挂－120。全桥共有桩基128根，其中桩径1.2m的桩基16根，桩径1.5m的桩基112根，全部为磨擦桩，由于桩基所处位置地下水丰富，采用了水下混凝土灌注桩施工工艺。

2　施工工艺

2.1准备场地、测量放线

对场地进行平整，根据施工图上提供的相关数据，进行桩位的坐标计算，以核算施工图提供的坐标的准确性，报经监理工程师审核后，利用全站仪对桩位进行精确放样，并经测量监理工程师复测合格后埋设护桩，施工中护桩要妥善保护，不得移位和丢失，以利于钻孔过程的桩位复核。

2.2埋设护筒

2.2.1护筒因考虑多次周转，采用3～5mm钢板制成，护筒内径亦比桩径大200～400mm。

2.2.2埋设护筒要考虑桩位处的地质和水文情况，护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0～2.0m，为避免护筒底悬空，造成塌孔、漏水、漏浆，护筒底应坐在天然的结实的土层上(或夯实的粘土层上)，护筒四周应回填粘土并夯实，护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差为5mm，竖直线倾斜不大于1％，干处可实测定位，水域可依靠导向架定位。

2.2.3护筒的埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为2-4m，有冲刷影响时，应深入局部；中刷线以下不少于1.0～1.5m(见图1)。水中桩基采用筑岛法施工，护筒的埋置深度可根据具体情况适当加深，以保证钻机和灌注混凝土的顺利进行。护筒的埋置要严格按照测量放样的桩位准确就位，垂直入土。

2.2.4护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压，不漏水。

2.3制备泥浆

钻孔泥浆一般由水、粘土(或膨胀土)和添加剂组成，制备泥浆应选用塑性指数IP>10的粘性土或膨胀土，对不同土层泥浆比重可按下列数据选用：粘性土和亚粘土可以就地造浆，泥浆比重在1.05～1.2之间；粉土和砂土应制备泥浆，泥浆比重在1.2～1.45之间。泥浆池的设置要根据每根桩所处位置的特点而定。陆上一般挖基坑形成，同时宜将泥浆池低于井口。泥浆池分沉淀池和造浆池。为了做到文明施工、不污染环境，在桥位处指定地点开挖一泥浆积蓄坑，把多余、废弃的泥浆集中统一排放到积蓄坑里，坑边要树立警示牌、标语，以防危险、确保安全。

2.4钻机就位、钻孔施工

本工程地层主要为低液限粘土及有机质低液限粘土，设计桩基为钻孔灌注桩，桩基成孔拟采用回旋钻机进行成孔施工。待场地平整夯实后，钻机即可就位，把钻头吊起进行钻机对中、整平工作，保证桩位中、钻盘中、钻机吊点在同一铅垂线上，然后把钻头徐徐放入护筒内，对正桩位，启动泥浆泵，等泥浆输到孔内一定数量后，方可开始钻孔。具有导向装置的钻机开钻时，应慢速推进，待导向部位全部钻进土层后，方可全速钻进。钻孔应连续进行，不得间断，视土质及钻进部位调整钻进速度。开始钻进及钻至护筒刃脚部位时，应低档慢速钻进，进入砂性土时应低速慢档钻进，并随时测定泥浆性能指标，以保证泥浆护壁良好。钻进过程中，要确保泥浆水头高度高出孔外水位0.5m以上，泥浆如有损失、漏失，应及时补充，并采取堵漏措施。钻进过程中，每进尺2～3m应在泥浆池捞取钻渣，以便和设计地质资料相核对。钻进时，为减少扩孔、弯孔和斜孔，应采用减压法钻进，使钻杆维持垂直状态，使钻头平稳回转。钻至设计深度时，用测绳测定孔的深度，算出孔底标高，采用换浆法进行一次清孔。清孔时必须保证孔内水头，清孔后的泥浆性能指标、沉渣厚度应符合规范要求(相对密度：1.03-1.10，粘度：17-20Pa・s，含砂率：

2.5安放钢筋笼、导管

经监理工程师验孔合格后，即可进行钢筋笼的安放工作。首先按照图纸要求及分节长度对钢筋进行调直、切断、弯曲、绑扎，钢筋笼在钢筋加工场做成骨架后，用平板拖车运输至钻机旁，钢筋笼存放场地应平整，保证钢筋笼不受损变形，骨架长度由起吊设备的高度控制，一般每9m做成一节，骨架分段焊接，钢筋笼的接长，采用搭接焊，焊接时注意焊条的使用一定要符合规范要求。放置钢筋笼时必须严格控制其标高，根据护筒上口标高和钢筋笼总长度推算钢筋笼顶端离护筒顶的长度，并依据其长度制作四根钢筋吊环焊接在钢筋笼上口，用吊环把钢筋笼固定在钻机底盘上，使钢筋笼准确定位，并可防止在砼浇筑过程中钢筋笼浮起，钢筋笼周边要安放圆形砼垫块，以确保钢筋保护层厚度。

2.6清孔、灌注水下砼

砼浇注前要进行二次清孔。水下砼采用导管法进行灌注，导管内径为25cm，导管使用前要进行闭水试验(水密、承压、接头抗拉)，合格的导管才能使用，导管应居中稳步沉放，不能接触到钢筋笼，以免导管在提升中将钢筋笼提起，导管可吊挂在钻机顶部滑轮上或用卡具吊在孔口上，导管底部距桩底的距离应符合规范要求，一般0.25～0.4m，导管顶部的贮料斗内砼量，必须满足首次灌注剪球后导管端能埋入砼中1.0～1.2m(见图2)，施工前要仔细计算贮料斗容积，剪球后向导管内倾倒砼，宜徐徐进行，以防止产生高压气囊。随着砼的不断浇入，及时用测绳测量砼顶面高度，根据砼顶面高度和导管剩余长度推算导管埋置深度，根据埋管深度，及时提拔拆除导管，使导管埋入砼中的深度始终保持在2～4m之间(见图3)，防止导管埋置过深或过浅。浇筑过程中要不断上下抽动导管，以保证导管周围砼的密实。

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，所需混凝土数量可参考公式计算：

V≥riD2／4*(H1+H2)+nd2／4*h式中：V――灌注首批混凝土所需数量(m3)；

D――桩孔直径(m)；

H，――桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；

H2――导管初次埋置深度(m)；

d――导管内径(m)；

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=HWyW／YC；

每根桩的水下砼浇筑工作，应在该桩首批砼初凝前完成，因桩长较长在做钻孔桩砼配合比试验时应掺入一定量缓凝剂，推迟砼初凝时间。砼的坍落度应满足水下砼施工要求，砼浇筑应连续进行，为保证成桩的质量，应留比桩顶标高高出0.5-0.8m左右的桩头，处于地表处的桩头，可在砼初凝后、终凝前清除。

现场施工人员应对钻孔灌注桩各项原始记录及时进行整理签认。施工前要充分做好工料机的准备工作，调试好备用电源，以确保砼施工的连续性，杜绝断桩事故的发生。

2.7环保措施

由于钻孔桩施工过程中，要产生大量的泥浆，容易造成环境污染，因此，施工时要特别注意。按照施工实际作业场地及环保要求，在指定区域设置一个大的泥浆储存池，把废弃及多余泥浆统一由泥浆泵或排浆沟排放至储浆池。禁止泥浆乱流、乱排，既要保证现场的文明施工，又要保证不污染周围环境。

2.8检测

基桩达到7天强度后，用超声波对成桩的砼质量进行检测。

3　质量控制要点

3.1钻机的选择

对于有同的地质条件，不同的桩径，其选择使用的成孔机具如钻机、钻杆、钻头有很大差别。选择钻机，首先要看功率和扭矩够不够，因为桩径越大，钻进时切削阻力越大，要求功率和扭矩也越大。钻杆选择则不宜采用过细的钻杆，过细的钻杆其杆内通道小，泥浆循环量受限制，钻进速度慢，沉渣多，成桩质量难以保证，同时钻杆细则刚度小，受压时容易发生弯曲，造成斜孔形状不规则。钻头直径必须保证桩的设计直径，一般比设计桩径小5-6cm，钻头形状应对称，锥尖角度不应小于120°，因为不对称的钻头易产生斜孔，锥尖过尖会在孔底产生一个锥形，在其中埋藏大量泥块沉渣，影响桩的承载力。

3.2导管的质量控制

①能承受其自重和盛满混凝土的重量

②下端一节导管长度长一些，一般为5～6m，其底端不得带法兰盘，在混凝土内，每节导管的长度要整齐统一，便于丈量长度，并作出标记和记录。

③导管使用前做好水密性试验。导管埋人混凝土不宜过深，严格控制混凝土配合比、和易性等技术指标。

④导管内径应一致，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞。

⑤所有法兰盘接头均须垫入5-7mm厚橡胶垫圈，安放时须对正放平，拧紧螺栓，严防漏水。

3.3泥浆的质量控制

泥浆一般采用水、粘土(或膨润土)和添加剂按适当比例配置而成。在施工中应注意检测泥浆的各项指标，尤其是比重和粘度这两项最直观、最重要的指标。泥浆的比重过大既影响钻进速度，也使孔壁泥皮增厚；泥浆的比重过小则护壁性能差，容易坍孔。为预防孔壁坍塌，在松散沙土中钻进时，应控制进尺速度，选用较大比重、粘度、胶体率的泥浆，在操作中避免碰撞孔壁，并随时注意控制泥浆的比重和含砂率。

3.4混凝土的质量控制

混凝土的强度等级必须满足设计要求，砂石料、水泥、水等应符合国家标准，一般要求所提供砼配比的初凝时间是实际浇灌时间的两倍，否则容易在浇灌过程中出现导管凝死等事故，砼坍落度宜在18-22cm之间，当坍落度小时，易堵塞导管，坍落度大时易发离析。混凝土自拌合机出料至开灌时间不宜超过30min，施工中间每30min要上下活动导管，防止因混凝土失去流动性，导致提升导管困难，而引起事故。在施工过程中，中途中断浇注时间不宜超过30min，整个桩的浇注时间不宜过长，注意灌注所需混凝土数量。

3.5清孔的质量控制

通常进行两次清孔，以此来达到允许的泥浆性能指标和孔底沉淀厚度。第一次清孔是钻进至设计深度后直接利用钻具进行的换浆清孔工作。第二次清孔是在下完钢筋笼和导管以后利用导管进行的清孔，目的是清除这段时间里从泥浆中沉淀到孔底或是被钢筋笼碰撞下去的泥块沉渣。在清孔过程中必须注意保持孔内水头，防止坍孔。清孔完毕后，应从孔底取出泥浆样品，进行性能指标试验。

4　结束语

实践经验告诉我们，现场技术人员按照标准的施工工艺和质量控制要点进行施工，是获得优质工程的必要条件，由于采用的施工工艺得当，符田村大桥所有桩基超声波检测均达到了设计要求，为下一步桥梁的建设打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]交通部第一公路工程总公司.路施工手册一桥涵.北京：人民交通出版社，2000.

[2]刘吉士等.公路桥涵施工技术规范实施手册.北京：人民交通出版社，2004.

[3]秦瑞祥.桩基础水下混凝土灌注施工工艺与质量控制.中国新技术产品2010.N0.16.

[4]肖建平，桥梁工程施工[M].北京：机械工业出版社，2007.