桥梁钻孔灌注桩水下砼灌注施工工艺及质量控制.doc

浅谈桥梁钻孔灌注桩水下砼灌注施工工艺及质量控制中铁十一局五公司 刘涛摘要：目前，钻孔灌注桩在高速铁路桥梁工程中广泛应用，钻孔灌注桩的水下砼灌注是成桩的关键环节，但往往由于施工工艺不当，断桩、堵管、夹泥、蜂窝、少灌等质量问题也时有发生。本文根据现场施工经验和有关参考资料，就水下砼灌注施工工艺和质量控制提出分析和探讨。关键词：钻孔灌注桩 水下砼灌注 施工工艺 质量控制 一、前言钻孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大，因此在各地桥梁工程中得到了广泛的应用。钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。水下砼灌注是成桩的关键环节，必须防治在水下砼灌注过程中经常出现的施工质量问题，保质、保量地完成桩基施工任务。二、施工工艺（一）砼原料1、施工用水水质根据实际情况优先采用井水或地下水，但不论哪种水都应先进行水质化学分析。拌和氯化物的含量应不大于200mg/L；PH值小于4的酸性水和硫酸盐含量（按SO4计）超过水的质量0.27%时不得使用；水的对比试验，按AASHTO-T106规定与已知质量的蒸馏水进行对比试验时，如出现不稳定凝固时间显著变化（30min）或砂浆强度降低超过10%等现象时这些水都不能使用。2、集料粗骨料优先选用卵石，采用碎石宜适当增加砼配合比的含砂率，石子含泥量小于2，以提高砼的流动性，防止堵管。砂选用级配良好的中砂。3、水泥砼要求初凝时间和抗压强度试验选择水泥品种，严格按规范和设计确定水泥用量。4、外加剂根据预定的砼灌注时间，气温等试验决定砼掺加外加剂的品种和比例，达到砼初凝和保证砼强度的目的。5、砼配比砼含砂率宜为4050%，水灰比0.50.6，塌落度1822cm；通过设计、试验确定配合比，满足强度、和易性、塌落度、初凝时间等要求。由于高速铁路大部分为深桩，灌注时间较长，因此加缓凝剂，使砼初凝时间大于灌注时间。6、砼搅拌方法和搅拌时间为使砼具有良好的保水性和流动性，应按合理的配合比将水泥、石子、砂子倒入料斗后，先开动搅拌机并加入30的水，然后与拌合料一起均匀加入60的水，最后再加入10的水(如砂、石含水率较大时，可适当控制此部分水量)，最后加水到出料时间控制在6090秒内。（二）砼灌注砼的灌注过程直接影响砼灌注桩的质量，是桩基工程施工中最关键的工序。砼灌注前首先复核漏斗的初灌量，检查导管的密封性能，核算桩架的吊装能力，计算导管壁可能承受的最大内压力P（kpa），进行水密试验（压力不小于孔内水深1.3倍的压力，也不小于1.3倍最大内压力），试拼导管检验其垂直性、密封性、检查清孔是否达到设计要求。按公路桥涵施工技术规范进行最大内压力和砼初灌量计算。1、最大内压力导管可能承受的最大内压力P=chc-wHw c砼拌和物的重度（取24kNm3）；hc导管内砼柱的最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；w泥浆重度（kNm3）；Hw钻孔内泥浆深度；2、初灌量VD2(H1+H2)4+d2h14 式中d导管内径； D钻孔直径； H1桩孔底至导管底端间距，一般取0.4m； H2导管初次埋置深度（m）； h1桩孔内砼达到埋置深度H2时，导管内砼柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即h1=Hwwc；3、首批砼灌注灌注时在装满漏斗后，将搅拌车准备到落料状态，待剪球后即刻落料补充。导管的下端距孔底40cm，保证自由落体的砼冲击力能清除部分余渣。首批砼在下落过程中，由于和易性变差，受的阻力变大，常出现导管中堵满砼，甚至漏斗内还有部分砼，此时应加大设备的起重能力，以便迅速向漏斗加砼，然后再稍拉导管，若起重能力不足，则应用卷扬机拉紧漏斗晃动，这样能使砼顺利下滑至孔底，下灌后，继续向漏斗加入砼，进行后续灌注。4、后续砼灌注在灌注过程中，控制砼落料速度，不得太快，以防止钢筋骨架的上浮及形成气囊。后续砼灌注中，当出现非连续性灌注时，漏斗中的砼下落后，应当牵动导管，并观察孔口返浆情况，直至孔口不再返浆，再向漏斗中加入砼，牵动导管的作用如下：（1）有利于后续砼的顺利下落，否则砼在导管中存留时间稍长，其流动性能变差，与导管间磨擦阻力随之增强，造成水泥浆缓缓流坠，而骨料都滞留在导管中，使砼与管壁摩擦阻力增强，灌注砼下落困难，导致断桩，同时，由于粗骨料间有大量空隙，后续砼加入后形成的高压气囊，会挤破管节间的密封胶垫而导致漏水，有时还会形成蜂窝状砼，严重影响成桩质量。（2）牵动导管增强砼向周边扩散，加强桩身与周边地层的有效结合，增大桩体摩擦阻力，同时加大砼与钢筋笼的结合力，从而提高桩基承载力。由于导管埋在泥浆和混凝土中，混凝土的灌入阻力是相当大的。要克服很大的灌入阻力，保护混凝土桩身质量，就必须有相当大的冲击力，冲击力越大、完成每一斗混凝土灌注的时间越短，混凝土桩身越均匀。5、后期砼的灌注在砼灌注后期，由于孔内压力较小，往往上部砼不如下部密实，这时应稍提漏斗增大落差，以提高其密实度。6、砼灌注速度在控制砼初凝时间的同时，必须合理地加快灌注速度，这对提高砼的灌注质量十分重要。因此应做好灌注前的各项准备工作，以及灌注过程中各道工序的密切配合工作。导管埋置一定深度后应拆管，拆管时要迅速，控制在15min以内。导管埋在砼中的深度在26m左右，砼灌注连续进行，拆除导管应居中，不斜侧和牵动钢筋骨架，同时进行一定程度的反插，以排除部分空气及振实砼。7、过程分析有关资料表明，砼随周围介质的改变，其流动性也发生变化；桩孔内泥浆比重增大，砼流出导管后扩散受到的阻滞作用也随之增大；故在水下砼灌注前，控制泥浆的比重非常重要。首批砼在灌注压力作用下，冲出导管底口，并达到一定埋深，其顶部砼与泥浆相互掺合，形成浮浆层，砼表面呈现出导管周围高、孔壁处低的缓坡形。当导管埋深较小，因泥浆与砼的比重差及砼与导管、孔壁的摩阻力差，后续灌注的砼在表层流动，易形成夹层，桩身砼产生不连续和不均匀现象；当导管埋深较大，后续灌注的砼在已灌注的砼内部流动，砼表面平坦，呈均匀上升状态，首批灌注的砼始终处于最上层，保证了砼内部的连续、均匀和密实度；若导管埋深过大，导管内砼的压力不足以克服管外砼及泥浆的压力，则管内砼流出困难，进而产生堵管现象。故必须控制导管埋入深度，以使砼自由流动。三、水下砼灌注过程中易出现的施工质量问题及防治措施 1、卡管造成原因：混凝土和易性、流动性差造成离析；混凝土中粗骨料粒径过大；各种机械故障引起混凝土浇筑不连续，在导管中停留时间过长而卡管；导管进水造成混凝土离析等。防治措施：在混凝土灌注时，应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过实验室确定，坍落度宜为18-22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径的1618和钢筋最小净距的1/4，且应小于40mm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。应确保导管连接部位的密封性，导管使用前应试拼装、试压，以避免导管进水。在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中，时刻监控机械设备，确保机械运转正常，避免机械事故的发生。2、钢筋笼上浮造成原因：钢筋笼放置初始位置过高，混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升；当混凝土灌至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有1m左右时，由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼的上浮；由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。防治措施：钢筋笼初始位置应定位准确，并与孔口固定牢固。当灌注的砼顶面距钢筋骨架底部1m左右时，降低砼的灌注速度；在砼拌和物上升至骨架底口4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，同时恢复正常灌注速度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2-6m，严禁把导管提出混凝土面。当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消失。3、断桩造成原因：由于导管底端距孔底过远，混凝土被冲洗液稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固，形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充；受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入混凝土水灰比增大，形成桩身中段出现混凝土不凝体；由于在浇注混凝土时，导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹渣，出现桩身中岩渣沉积成层，将混凝土桩上下分开的现象。防治措施：成孔后，必须认真清孔，一般是采用冲洗液清孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次混凝土灌注量。混凝土浇注过程中，应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠，并严格遵守操作规程。严格确定混凝土的配合比，混凝土应有良好的和易性和流动性，坍落度损失应满足灌注要求。在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行处理，止水成功后方可灌注混凝土。灌注混凝土应从导管内灌入，要求灌注过程连续、快速，准备灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。绑扎水泥隔水塞的铁丝，应根据首次混凝土灌入量的多少而定，严防断裂。确保导管的密封性，导管的拆卸