旋挖钻孔桩水下混凝土灌注工艺探讨

旋挖钻孔桩水下混凝土灌注工艺探讨

屈健（中铁四局北京分公司，北京100055）

摘要：对北京芦求路项目太福庄桥桩基工程的水下混凝土灌注施工方法进行了详细阐述，并对首批混凝土量进行了运算分析，并得到了几点有意义的结论。

关键词：钻孔桩；水下混凝土；灌注工艺

1工程概况

太福庄桥位于芦求路（京良公路~黄良路段）改建工程桩号K5+775.06处，跨越埝坛引水渠，原桥设计及竣工资料缺失，据《北京市公路资料汇编》记载，原桥建于1997年，荷载标准为汽车-15级，挂车-80（桥梁荷载等级低于规划院提出的汽车-20级，挂车-100）。

因现况桥梁荷载等级低，桥梁宽度不能满足改建道路要求，本桥采用新建桥梁结构：桥梁全长53m，全宽25.5m。上部结构为3孔16mC50预应力混凝土简支宽腹T梁，下部结构为柱式墩台，钻孔灌注桩基础。桥梁与水流法线方向斜交角度为45°。

2地质情况

（1）地形地貌。场地位于北京市大兴区现状芦求路与埝坛引水渠交汇处，渠内有水，场地地势平坦，钻孔标高为41.14～41.68m。

（2）地基土层。钻孔揭露35m内地层，表层为人工填土：素填土层，其下为新近沉积粉细砂层、第四纪冲洪积形成亚粘土层、亚粘土层、细砂层。各层土分布稳定。

（3）地下水。地下水位两层，上层滞水静止水位标高为30.83～31.43m，埋深10.0～10.6m；第二层为层间水，静止水位标高为16.44～18.51m，埋深23.0～24.8m。对地下水水质分析结果，场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。

（4）抗震条件。场地抗震设防烈度为8度，地震加速度值为0.2g，地震分组为第一组。根据勘察中的测试成果并结合区域地质调查资料分析，场地土类型为Ⅲ类场地，范围内的天然沉积地基土层不会发生地震液化。

3施工工艺

3.1钻孔灌注桩的施工工艺流程图：

3.2首批混凝土方量计算分析。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（见图2），所需混凝土数量可参考公式计算：

V≥■（H1+H2）+■h1

式中：V-灌注首批混凝土所需数量（m3）；D-桩的直径1.2m；H1-桩孔底至导管底端的间距，一般为0.4m；H2-导管初次埋置深度（m）；d-导管直径（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=■

γc-混凝土拌和物的重度（取24KN/m3）；γw-井孔内水或泥浆的重度（11KN/m3）；Hw-井孔内水或泥浆的深度（m）。

按井孔内水或泥浆的深度30m计算，首盘混凝土数量为3m3。

3.3水下灌注混凝土施工工艺

水下混凝土的灌注：

（1）检验成孔的质量合格后，开始灌注工作。

（2）灌注前，对孔底沉淀层厚度再进行一次测定。灌注混凝土前，孔底沉淀厚度不得大于5cm。可用喷射法向孔底喷射3～5分钟，使沉淀悬浮，然后立即灌注首批混凝土。

导管采用使用双螺纹方扣导管，直径Φ300mm。每根导管安装密封圈，防止导管内进水或者导管漏浆。导管吊装前进行试拼，检查其垂直度，进行水密承压和接头抗拉试验。根据孔深提前做好配管工作，按导管底距孔底距离0.40m控制。

导管拼接完，需进行水密承压试验，严禁用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力Ρ的1.3倍，Ρ可按下式计算：P=γchc-γwHw

式中：P-导管可能受到的最大内压力（kPa）；γc-混凝土拌和物的重度（取24KN/m3）；γw-井孔内水或泥浆的重度（13KN/m3）；Hw-井孔内水或泥浆的深度（m）；hc-导管内混凝土柱最大高度（m）,以导管全长或预计的最大高度计。

按导管长30m计算，导管受到的最大压力429kPa。

（3）开阀，将首批混凝土灌入孔底后，立即测探孔内混凝土面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。

（4）灌注开始后，应紧凑地、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底。使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不准确。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的升降和拆除。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移动钻孔中心。当导管提升到接头露孔口以上有一定高度，可拆除1节和2节导管。此时，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，然后松动导管导管的接头螺栓或快速接头，同时将起吊导管用的吊钩挂上待拆的导管上端的吊环，待螺栓全部拆除或快速接头拆除后，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，时间一般不宜超过15分钟。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，并注意安全，已拆下的管节要立即洗干净，堆放整齐。

（5）在灌注过程中，当导管内混凝土不满、含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。

（6）当混凝土面上升到钢筋骨架下端时，为防止钢筋骨架被混凝土顶托上升，可采取以下措施：尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时，混凝土的流动性过小，使用缓凝剂、粉煤灰等增加混凝土的流动性；混凝土接近或初进入钢筋骨架时，应保持较深埋管，并徐徐灌入混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力；当孔内混凝土面进入钢筋骨架4～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置深度，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。

（7）为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应增加灌一定高度，以便灌注结束后，将此段混凝土清除。增加的高度，可按孔深、成孔方法、清孔方法确定，一般不宜小于0.5m，深桩不宜小于1.0m。

混凝土灌注到接近设计标高时，工地值班人员要计算还需要的混凝土数量（计算时将导管内的数量估计在内），通知拌和机按需要数量拌制，以免造成浪费。

为减少以后凿除桩头的工作量，在灌注结束后、混凝土凝结前，挖除多余的一段桩头，保留10～20cm，以待随后修凿，接灌桥墩。旱地施工用的护筒，在灌注结束、混凝土凝结后拆除。

（8）在灌注快结束时，导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大。如出现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔除最后一段长导管时，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。

灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中要明确分工，密切配合，统一指挥，做到快速、连续施工，灌注成高质量的水下混凝土，防止发生质量事故。

4结论

（1）从首批混凝土计算分析结果可知道，本工程首批砼方量必须大于2.8m3，才能满足水下混凝土施工工艺要求，因此，在桩基水下混凝土施工中，均可采用本文中的计算方法，进行首批混凝土方量运算，保障桩基的施工质量。

（2）从不同角度对水下混凝土的施工工艺进行阐述，对水下混凝土的灌注施工具有一定的参考价值。

参考文献

[1]史佩栋.桩基工程手册[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]中华人民共和国交通部.JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].第一册.土建工程.

作者简介：屈健（1984~），男，助理工程师，2006年毕业于大连理工大学土木工程专业。