水下不分散混凝土灌注樁施工工藝研究

摘 要：水下混凝土灌注樁，越來越被應用到實際工程中，灌注樁的施工質量好壞決定了樁基工程的質量。本文通過研究水下不分散混凝土的施工工藝，分析了混凝土灌注樁的初始灌入量、灌注高度的確定方法，介紹了導管灌注法導管埋深以及灌入時間的標準，需要保證導管埋深應控制在2-6m的范圍內，灌注時間應控制住8h以內；同時，介紹了導管直徑和厚度的選擇標準，確定了導管內壓的計算方法。最后，介紹了儲料斗的應用，分析表明；儲料斗底部必須至少比水面高4-6m。

關鍵詞：水下不分散混凝土；灌注樁；施工工藝；導管法

1引言

鉆孔樁的使用越來越廣泛，大量的樁基工程采用水下混凝土的澆筑成樁[1]。水下混凝土灌入是鉆孔樁的最后一步，也是最重要的工藝。為了防止孔的坍塌，經常使用泥井壁，但在泥漿下不能看到混凝土，因此難以準確確定管道深度和間，灌入速度[2]。水下混凝土又稱水下不分散混凝土，到目前為止，混凝土工程在水中的應用已達到9億立方米以上[3]。中國在20世紀80年代后期研究水下混凝土并開始應用，如鉆孔灌注樁澆注、地下連續墻澆注等一系列水下工程[4]。目前，水下混凝土施工方法主要有導管法、柔性管法、傾注法等[5-6]。水下混凝土灌注技術是開挖樁基礎施工的重要組成部分，施工質量與樁基質量直接相關。因此，有必要研究水下混凝土灌注樁施工工藝。

2水下混凝土施工工藝

2.1混凝土初灌量

考慮到樁底的擴徑程度、管底到孔底的距離、埋管的深度、泥漿的比重，井底沉積物的厚度等因素，計算混凝土的灌入容量。根據以下公式計算混凝土的初始量。

（1）

式中：-混凝土高度達到時，混凝土與水壓的平衡高度，m。可按下式計算：

（2）

2.2連續灌注水下混凝土

水下混凝土灌注主要包括導管插入和泥漿澆筑兩個步驟。（1）將導管插入球塞中。球塞的初始位置應使球塞的頂部與管道內的泥漿表面齊平，泥漿密封。（2）澆筑少量水泥砂漿，但數量取決于樁的直徑。緩慢降低球塞，將砂漿放入管道，停止球塞并用混凝土填充孔漏斗。懸掛在孔板料斗頂部后，切斷或拔出固定球塞的鋼絲，倒出第一批混凝土。在提升料斗中注入混凝土后繼續填充，并將材料注入孔的料斗中。

管口和孔底之間的距離應保持在約300至500毫米的距離。在填充過程中，必須經常檢測混凝土表面的高度，抬起管子，逐漸拆開管子，使管子保持在合理的深度。灌注孔內混凝土的高度按如下公式計算：

（3）

式中：-孔內混凝土灌注高度（m）；-攪拌機數；-混凝土拌和量（m3）；-混凝土灌注充盈系數。

2.3 導管埋深

如果導管埋入深度太深，混凝土在導管中不能平穩流動，不僅影響注入速度，而且還會引起管道堵塞事故。因此，存在一個最佳導管埋置深度，大約等于流動性保持指標與混凝土面上升速度乘積的2倍[7]。導管的埋置深度一般為2-6m。如果導管有足夠的起重能力時，可以適當增加導管的埋置深度，達到6-8m。

2.4混凝土灌注時間

每個樁的注入時間不能太長，并且必須盡可能控制在6小時內，并且每小時的填充高度不小于10米。水下混凝土的灌注時間選擇見表1。

2.5混凝土灌注施工的技術要點

由于灌注樁的隱秘性很強，必須嚴格控制混凝土澆筑質量，水下混凝土灌注的技術要點可以概括為：（1）混凝土的泥漿濃度必須合適，保持混凝土澆筑工作緊湊，保證混凝土的灌注量；（2）在灌注過程中，需嚴格控制灌注的速度和時間，嚴格控制導管的埋置深度，并且每隔15min檢查一次。

2.6 灌注樁質量控制

對于灌注樁的質量，常從以下幾個方面進行控制。

（1）初始灌注量可以根據樁徑確定，通常采用樁體體積的10%。樁的高度應當比設計樁高0.5-1.0m。

（2）在進行灌注之前，需要提前做試驗鉆孔，初步確定鉆孔的直徑，孔壁穩定性等；施工后，護臂用的泥漿必須高地下水位0.5m以上。

（3）在混凝土灌注期間，確保孔壁的穩定性。孔底沉積物的厚度必須滿足以下標準：端承樁≤50mm，摩擦樁≤300mm。

3導管法灌注的主要工具

導管法混凝土灌注的主要工具有：導管、漏斗和儲備料等。研究導管直徑、厚度、連接方式以及檢查，儲料斗的設計，對于水下混凝土灌注樁的質量，也相當重要。

3.1導管

3.1.1導管的直徑

導管的直徑決定著導管的通過能和混凝土的最大直徑。為了保證水下混凝土的澆筑質量，需要提前確定導管的作用半徑，其計算公式如下：

（4）

式中：-混凝土拌合物水下擴散平均坡率；-混凝土流動性保持時間，h；-水下混凝土面上升的速度，m/h。其中由下式確定：

（5）

式中：-混凝土高度，m；-混凝土的初凝時間，h。

灌注水下混凝土時，還有以下三個因素決定了導管的直徑[8]：

（1）粗骨料的粒徑。為了防止混凝土在運輸過程中的出現離析現象，必須保證混凝土的粒徑要小，一般保證粒徑為導管內徑的1/6-1/8，這樣才能保證混凝土在運輸過程中的正常流動。如果混凝土的最大粒徑為30mm，則建議導管的內徑為200-250mm較好。

（2混凝土中的氣體含量嚴重影響了混凝土的質量，從而影響灌注樁的質量。

過多的氣體不僅削弱集料和水泥的粘結強度，不僅降低了有效橫截面，導致混凝土強度降低。

（3）選擇管道的直徑，鋼筋籠的內徑要注意，必須比管接頭的外直徑大于10厘米。導管直徑越小，占地面積越小，運輸和移動越方便。

2.1.2導管的厚度

為了便于安裝，導管不宜太厚，同時為了保證足夠的抗拉強度，又不能太薄，導管多為鋼管，其厚度選擇依據表2所示。

3.1.3導管的檢查與試驗

在使用導管一段時間之后，必須進行拼接，質量和水密性，壓力，張力等進行測試檢查。水密性試驗期間的水壓必須是井中水深的1.3倍，并且壓力試驗期間的水壓不應低于管壁可承受的最大內壓。最大內壓可以安裝下式計算：

（6）

式中：-混凝土灌注時，導管壁的最大內壓，kPa；-混凝土柱的高度，m；；-孔內泥漿深度，m。

3.2儲料斗

如果初始灌入容量很大，則還必須配備儲料斗。為了保證導管的埋深能夠達到1.0-1.4m，儲料斗的容量按照下式確定。

（7）

式中：-儲料斗的容量，m3；-灌注孔的深度，m；-混凝土面至孔底距離，m；-灌注孔直徑，m；-導管內徑，m。

如果鉆孔樁的上端低于鉆孔中的水面，則儲料斗底部必須至少比水面高4-6m。如果計算值大于上述值，則應使用計算值。

4 結論

通過以上的分析，得到以下幾點結論：

（1）介紹了混凝土初始灌入量的確定方法，以及灌入混凝土高度的計算公式；確定了導管埋深和混凝土的灌注時間，總結了水下混凝土的施工技術要點，研究了成樁質量控制。管口和孔底之間的距離應保持在約300至500mm的距離，導管埋入混凝土的深度一般應控制在2-6m的范圍內，每個灌注樁盡可能在8h內灌注完成，并且每小時的填充高度是不小于10m，初始灌注量通常采用樁體體積的10%，護臂用的泥漿必須高地下水位0.5m以上。

（2）研究了導管灌注混凝土方法，介紹了導管的直徑，厚度的選擇依據，以及導管質量檢查措施。導管的內徑為粗骨料粒徑的6-8倍，水下混凝土的最大粒徑為30mm，管的優選的內徑為200?250mm，同時，儲料斗底部必須至少比水面高4-6m。

參考文獻

[1]陸青濤.旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J].技術與市場，2012，19（1）：24-25.

[2]H.Y.Moon，K.J.Shin.Evaluation on steel bar corrosion embedded in antiwashout underwater concrete containing mineral admixtures，Cement and Concrete Research.2016，36：521-529.

[3]陳迎明.提高水下混凝土灌注樁強度的試驗研究與應用：[碩士學位論文].湖南：中南大學，2003.

[4]William Ve?lez，Fabio Matta，Paul Ziehl.Electrochemical characterization of early corrosion in prestressed concrete exposed to salt water[J].Materials and Structures.2014，49（1）：507-520.

[5]常亞杰.鉆孔灌注樁水下混凝土配合比設計及施工工藝研究：[碩士學位論文].鄭州：鄭州大學，2017.

[6]Xudong Fu，Zhengbing Zhou.Study on bearing capacity of bored cast-in-situ piles by post pressure grouting.Grouting，2003，127（41）：707-715.

[7]張鳴，周思通，王付鳴等.水下不分散混凝土主要參數對性能的影響研究[J].混凝土，2017，8（334）：140-145.

[8] 王文忠，韋灼彬，唐軍務等.水下不分散混凝土配合比及其性能研究[J].中外公路，2012，32（1）：265-267.

作者簡介

張自懷，1992.11.26，男，漢族，河北省邯鄲市，沈陽建筑大學，無職稱，研究生學歷，研究方向結構加固

（作者單位：沈陽建筑大學）