混凝土灌注樁在水利工程施工中的應用

戴群勁

（湛江市經緯水利水電工程有限公司，廣東 湛江 524000）

隨著建筑經濟快速發展，水下混凝土的施工方法越來越多，工程規模越來越大，應用范圍越來越廣，是一種極有發展潛力的混凝土施工技術。鉆孔灌注樁是一種風險性較大的施工項目。若準備不充分或某個環節出了問題都可能出現斷樁事故。斷樁事故的處理有兩種方法，一是打騎馬樁，即在斷樁兩側各打一樁；另一種是用沖擊鉆把斷樁處理掉，再重新進行施工。不論哪種處理方法，都會給施工單位造成極大的經濟損失，且嚴重影響工程工期。

1 工程概況

某水利工程位于東莞虎門，地質情況較復雜，場地地下水位較高。礫砂層呈灰白、灰黃，局部為粉細砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夾薄層黏土、粉土，厚度0.6～7.8 m，平均5.4 m，標貫擊數為2.3～22.9擊，平均11.8擊。經分析研究決定，采用沖擊成孔灌注樁方法進行施工。

根據工程實踐，鉆孔灌注樁的質量問題大多集中在水下混凝土灌注過程中（即成樁階段），成樁階段發生的質量問題主要與混凝土的質量、成孔質量、水下導管的控制、混凝土的頂升阻力及其他外界條件有關。而這些影響因素多是難以控制的。

2 水下混凝土配制

水下混凝土質量的好壞，其決定因素是混凝土的配制。除檢查水下混凝土的強度、等級和材料應符合設計要求和《公路橋涵施工技術規范》的規定外，還應重點檢查以下幾點是否符合施工要求：

（1）水泥可選用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥和硅酸鹽水泥，使用礦渣水泥時應采取防離析措施。水泥的初凝時間不宜早于2.5 h，水泥的強度等級應≥42.5 MPa，一般低標號如C20水下混凝土可采用32.5型水泥，不能采用早強型水泥。

（3）細集料宜采用集配良好的中砂。為使混凝土有良好的和易性，混凝土的含砂率宜采用 40%～50%。水下混凝土的水灰比可選用 0.5～0.6。根據強度要求和選用水泥品種與標號及施工中是否使用外加劑等，可適當增大或減小水灰比。水灰比的確定必須經過試驗，以保證符合設計的試配強度和滿足施工規定的和易性。

（4）根據預定的混凝土灌注時間、氣溫、水泥種類、緩凝劑的性能等試驗決定混凝土摻加緩凝的品種和比例，要真正達到延長混凝土初凝時間和保證混凝土強度的目的，同時注意使用緩凝劑的品種和用量對鋼筋的腐蝕。

（5）由于地下混凝土的整平和密實是靠混凝土自重下沉來完成的，因此，水下混凝土應有良好的流動性和黏聚性。為使混凝土的和易性滿足施工工藝技術要求，一般要求坍落度控制在180～220 cm，施工開始時可略小，結束時酌量放大，以使混凝土表面能自動坍平。

（6）水下混凝土的強度與耐久性有密切聯系。一般來說，當水下混凝土的強度高時，其耐久性也好。水下混凝土的強度主要取決于水泥的標號、水泥的用量、粗集料的種類和性質及有無摻用外加劑等。根據有關資料和實踐證明，水下施工混凝土成品強度要比空氣中的低。有取芯法取樣檢驗，水下混凝土強度為空氣中的 50%～90%。因此，水下混凝土的試配強度應高于混凝土設計強度的20%～30%。

3 水下混凝土運輸

水下混凝土攪拌站距離施工現場一般都有一段距離，水下混凝土的運輸必須采用可攪拌的混凝罐車，以確保混凝土的和易性。特別是在夏季施工時，要盡量縮短運輸時間，混凝土進入現場后必須再進行一次坍落度檢測。如果坍落度低于180 cm，則要適當加水攪拌，合格后方可進行灌注。

4 設備檢修

機械設備的完好、配套，是保證水下混凝土灌注質量的前提。機械設備的檢查重點在于：

（1）鉆孔樁灌注混凝土施工中，工地應備有性能良好的備用發電機，防止因斷電而延誤灌注時間，甚至造成斷樁事故。

（2）攪拌站要滿足混凝土連續灌注和控制灌注時間的需要。混凝土攪拌機每次使用前應進行住址的檢查維修，確保灌注期間的正常使用。混凝土拌和機宜采用強制式，其容量應≥400 L。

隨著城市規模擴大，消防水源、道路數據增大，更新速度加快，依靠傳統的手繪地圖、臺賬資料難以實現消防救援隊高效、快速、準確的滅火救援需求，利用定位技術可以通過在火情發生時快速定位著火位置、消火栓及道路,提升應急救援能力,對于保障城市消防安全具有一定現實意義。

（3）水下混凝土一般用鋼導管灌注，導管內徑為200～350 mm，可根據樁徑大小而定。導管使用前必須進行水密承壓和接頭抗拉試驗，不得用壓氣試壓。進行水密試驗的水壓不應小于孔內水深1.3倍的壓力，也不應小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力的1.3倍，可按公式（1）計算：

式中，p：導管可能承受的最大壓力，kPa；

Yc：混凝土攔和物的重度，一般取24 kN/m3；

hc：導管內混凝土柱最大高度（m），以導管全長或預計的最大高度計；

Yw：樁孔內水或泥漿的重度，kN/m3；

Hw：樁孔內水或泥漿的深度，m。

（4）專用灌料架或起重機配吊斗提灌混凝土，以及其他有關灌注機具（如扳手、鋼絲繩吊鋼管）用前都要進行檢查，確認可靠后方可進行混凝土灌注。

5 成孔檢測

在進行鉆孔施工時，特別是第1棵樁鉆孔時，進展速度要稍慢一些，并不時在出渣泵口清渣，以確定鉆孔的地質情況與地質勘察的結果相符，從而確定鉆進方法及鉆進速度，包括鉆進的泥漿比重，是否需要加黏土或膨潤土。鉆孔達到設計標高后，應根據鉆進方法對孔深、孔徑、孔位及傾斜度等項目進行檢查，符合設計及施工規范要求后，方可進行清孔；清孔方法有換漿、抽漿、掏渣、空壓機噴射等多種方法，現在常用的是正反循環換漿法。不論采用何種方法，必須保證孔內水頭避免坍孔；清孔后應從孔底、孔中、孔上分別提取泥漿試樣，進行性能指標試驗，確定清孔后的泥漿比重、含砂率、黏度等。

6 水下混凝土灌注

根據首批混凝土量選用合適的料車，并選用貯量滿足首批混凝土的罐車，料斗定在導管上，料斗下口長度為20～30 cm，并比導管稍細，確保料斗穩定及在灌注首批時不產生氣阻。灌前先用專用閥門封閉住料斗下口，再把料斗裝滿混凝土，并使罐車配合好，在提開閥門的同時罐車加足馬力，快速灌注，使首批混凝土一氣呵成，確保封口成功。實踐證明，這種方法比傳統的球塞法操作簡便。首批灌注后，就開始持續灌注，要適當控制灌注速度，并適當升降導管高度，使混凝土順利通過導管壓入孔內，避免滿管下放，使起重能力不足，造成事故，并隨時探測混凝土面。灌注水下混凝土是鉆樁施工的重要工序，在灌注混凝土前及灌注過程中，應重點檢查：

（1）鋼筋籠加工及安裝要準確、牢固，分節焊接要豎直，籠和樁孔的中心要對應，孔的中心用兩條交叉線固定在護筒上，并用紅漆標記，同時設置定位筋，牢固定位。特別是設計未放到孔底的鋼筋籠，要注意吊環與吊鉤的強度及牢固性。1 根樁的鋼筋籠若因焊接不豎直或縮孔等原因下放，必須查明原因，進行處理后再下籠，嚴禁沖擊下放。

（2）灌注混凝土前，應再次測量孔底沉渣厚度、泥漿含沙和泥漿比重，做到符合設計及施工規范要求。首批灌注混凝土數量應滿足導管首次埋深≥1.0 m和填充導管底部的需要，首批灌注混凝土的數量可按式（2）計算：

式中，Vs：灌注首批混凝土所需數量，m3；

D：樁孔直徑，m；

H1：樁孔底至導管底端間距，一般為0.2～0.4 m；

H2：導管初次埋深，m；

d：導管內徑，m；

h1：樁孔內混凝土達到埋深H2時導管內混凝土柱平衡導管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即 h1＝HwYw/hc；Hw、Yw、hc的意義同式（1）。

（3）灌注混凝土的第1步是在導管中下入球塞，球塞初始位置應是其頂面與導管內的泥漿液面平齊。低于液面，則倒入的混凝土會有泥漿；高于液面，會產生氣阻或形成高壓氣囊而破壞管接頭的密封圈造成泥漿泄漏。

第2步倒入少量的泥漿、沙漿，數量視樁徑而定，緩緩下放球塞使沙漿全部進入導管內，停止下放球塞并向料斗內倒滿混凝土，待吊運料斗也裝滿并吊至半斗上方后，剪斷固定球塞的鐵絲，開始灌注首批混凝土。吊運料斗內的混凝土放完后，繼續裝料，向孔口料斗內倒料過程中，要控制倒料速度，避免滿管下放，而在導管內形成氣囊。為防止灌注過程混凝土沖擊鋼筋籠上升，當灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部約1.0 m時，應降低灌注速度。當灌注的混凝土頂面上升至骨架底部約4.0 m，提升導管，使導管下口高于骨架底部2.0 m以上，即可恢復正常的灌注速度。混凝土面探測錘重隨孔的深度而定，但應≥4 kg。

（4）為正確控制導管埋深，必須不斷測量混凝土面的上升位置，決不能憑經驗和灌注體積主觀判斷混凝土面上升位置。如果在某個位置出現了較大擴孔現象，草率拆卸導管可能將導管提出混凝土面或埋深太小，拔出水面導管進水，必然造成斷樁；埋深太小易造成夾泥層甚至斷樁。正確的方法是在拆卸導管前后都要測量混凝土的位置。

（5）在灌注即將結束時，由于導管內混凝土柱高度小，管內壓力降低，從而導致導管外的泥漿及所含的渣土稠度增加，相對密度增大。若在此時出現混凝土頂升困難，可在孔內加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注順利進行。拔出最后 1次導管時，應緩慢進行，以防樁頂沉淀的泥漿沿導管外壁擠入混凝土內形成夾泥。

（6）為了保證樁頂質量，灌注的樁頂標高應比設計高出一定高度（0.5～1.0 m）。為減少以后鑿除樁頭的工作量，待灌注結束后，及時清除多余的一段樁頭，但保留0.1～0.2 m，以便隨后修鑿、澆筑墩臺或承臺。

7 結束語

總之，水下混凝土灌注樁施工中，施工的各道工序要嚴格要求，嚴格把關，否則將影響成孔及成樁質量。由于樁的各個階段施工時間較長，會產生很多不利因素。特別是樁孔孔壁長時間晾孔，對孔壁穩定不利，易產生縮頸、坍塌。成孔、成樁過程中必須加強機械和人力配備，確保鉆孔灌注樁的施工質量。

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［2］胡開庭.三峽專用碼頭混凝土灌注樁技術分析［J］.人民長江，2004（4）.

［3］張利新，肖強等.西霞院水電站廠房基礎混凝土灌注樁施工［J］.人民黃河，2006（9）.