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摘 要：水下混凝土灌注桩广泛应用于建筑工程中，因而提高水下混凝土灌注桩的施工技术尤为重要。文章结合工程实例，较为系统的介绍了水下混凝土灌注桩施工设备的要求、水下混凝土的配制和运输、水下混凝土的灌注等，以确保工程质量。
关键词：水下混凝土；灌注桩；配制；成孔；施工技术
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0089－02
随着科学技术的进步，水下混凝土灌注桩被广泛应用于建筑工程中。但施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至造成巨大的经济损失和不良的社会影响。为使水下混凝土灌注桩施工质量得以保证，必须从施工设备、混凝土配制、灌注等方面加以控制，以提高水下施工质量。
1 工程概况
某水闸工程，钻孔灌注桩共108根，其中直径1 000钻孔桩48根，直径800钻孔桩60根，柱长最长为30.5 m，最短为13.25 m，地质情况较复杂，场地地下水位较高。砾砂层呈灰白、灰黄色，局部为粉细砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夹厚层黏土、粉土，厚度4～7.8 m，平均5.4 m，标贯击数为2.3～22.9击，平均11.8击。经技术分析研究决定，采用冲击成孔灌注桩方法进行施工。
根据工程实践，钻孔灌注桩的质量问题大多集中在水下混凝土灌注过程中（即成桩阶段），成桩阶段发生的质量问题主要与以下四方面有关：混凝土的质量、成孔质量、水下导管的控制、混凝土的顶升阻力及其他外界条件。而这些影响因素多是难以控制的。
2 水下混凝土配制
混凝土的配制决定着水下混凝土质量的好坏。除检查水下混凝土的强度、等级和材料应符合设计要求和《水利水电工程施工技术规范》的规定外，还应重点检查以下几点是否符合施工要求：
（1）水泥可选用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥和硅
酸盐水泥，使用矿渣水泥时应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5 h，水泥的强度等级应≥42.5 MPa，一般低标号如C20水下混凝土可采用32.5型水泥，不能采用早强型水泥。
（2）粗集料不宜采用单级配碎石，集料的最大粒径应≤导管内径的1/6～1/8和钢筋最小径距的1/4，同时应≥40 mm。
（3）细集料宜采用集配良好的中砂。为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选用0.5～0.6。根据强度要求和选用水泥品种与标号及施工中是否使用外加剂等，可适当增大或减小水灰比。
（4）根据预定的混凝土灌注时间、气温、水泥种类、缓凝剂的性能等试验决定混凝土掺加缓凝的品种和比例，要真正达到延长混凝土初凝时间和保证混凝土强度的目的，同时注意使用缓凝剂的品种和用量对钢筋的腐蚀作用。
（5）由于地下混凝土的整平和密实是靠混凝土自重下沉来完成的，因此，水下混凝土应有良好的流动性和粘聚性。为使混凝土的和易性满足施工工艺技术要求，一般要求坍落度控制在180～220 cm，施工开始时可略小，结束时酌量放大，以使混凝土表面能自动坍平。
（6）水下混凝土的强度与耐久性有着密切的联系。一般来说，当水下混凝土的强度高时，其耐久性好。水下混凝土的强度主要取决于水泥的标号、水泥的用量、粗集料的种类和性质及有无掺用外加剂等。根据有关资料和实践证明，水下施工混凝土成品强度要比空气中的低。有取芯法取样检验，水下混凝土强度为空气中的50%～90%。因此，水下混凝土的试配强度应高于混凝土设计强度的20%～30%。
3 水下混凝土运输
水下混凝土搅拌站距离施工现场一般都有一段距离，水下混凝土的运输必须采用可搅拌的混凝罐车，以确保混凝土的和易性。特别是在夏季施工时，要尽量缩短运输时间，混凝土进入现场后必须再进行一次坍落度检测。如果坍落度低于180 cm，则要适当加水搅拌，合格后方可进行灌注。
4 成孔检测
在进行钻孔施工前，应进行试成孔。特别是第1棵桩钻孔时，进展速度要稍慢一些，并不时在出渣泵口清渣，以确定钻孔的地质情况是否与地质勘察的结果相符，从而确定钻进方法及钻进速度，包括钻进的泥浆比重，是否需要加黏土或膨润土。钻孔达到设计标高后，应根据钻进方法对孔深、孔径、孔位及最大倾斜率等项目进行检查，符合设计及施工规范要求后，方可进行清孔；清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射等多种方法，现在常用的是正反循环换浆法。不论采用何种方法，必须保证孔内水头避免坍孔；清孔后应从孔底、孔中、孔上分别提取泥浆试样，进行性能指标试验，确定清孔后的泥浆比重、含砂率、粘度等。
5 水下混凝土灌注
根据首批混凝土量选用合适的料车，并选用贮量满足首批混凝土的罐车，料斗定在导管上，料斗下口长度为20～30 cm，且比导管稍细，确保料斗稳定及在灌注首批时不产生气阻。灌前先用专用阀门封闭住料斗下口，再把料斗存满混凝土，并使罐车配合好，在提开阀门的同时罐车加足马力，快速灌注，使首批混凝土一气呵成，确保封口成功。实践证明，这种方法比传统的球塞法操作简便。首批灌注后，就开始持续灌注，要适当控制灌注速度，并适当升降导管高度，使混凝土顺利通过导管压入孔内，避免满管下放，使起重能力不足，造成事故，并随时探测混凝土面。灌注水下混凝土是钻桩施工的重要工序，在灌注混凝土前及灌注过程中，应重点检查以下几个方面：
（1）钢筋笼加工及安装要准确、牢固，分节焊接要竖直，笼和桩孔的中心要对应，孔的中心用两条交叉线固定在护筒上，并用红漆标记，同时设置定位筋，牢固定位。特别是设计未放到孔底的钢筋笼，要注意吊环与吊钩的强度及牢固性。1 根桩的钢筋笼若因焊接不竖直或缩孔等原因下放，必须查明原因，进行处理后再下笼，严禁冲击下放。
（2）灌注混凝土前，应再次测量孔底沉渣厚度、泥浆含沙和泥浆比重，做到符合设计及施工规范要求。首批灌注混凝土数量应能满足导管首次埋深≥1.0 m和填充导管底部的需要，首批灌注混凝土的数量可按式（1）计算：
Vs≥（πD 2/4）×（H1+H2）+（πd 2/4）×h1 （1）
式中：Vs：灌注首批混凝土所需数量，m3；
D：桩孔直径，m；
H1：桩孔底至导管底端间距，一般为0.2～0.4 m；
H2：导管初次埋深，m；
d：导管内径，m；
h1：桩孔内混凝土达到埋深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/hc；Hw、Yw、hc为意义同式（1）。
（3）灌注混凝土的第1步是在导管中下入球塞，球塞初始位置应是其顶面与导管内的泥浆液面平齐。低于液面，则倒入的混凝土会有泥浆；高于液面，会产生气阻或形成高压气囊而破坏管接头的密封圈造成泥浆泄漏。
第2步倒入少量的泥浆沙浆，数量视桩径而定，缓缓下放球塞使沙浆全部进入导管内，停止下放球塞并向料斗内倒满混凝土，待吊运料斗也装满并吊至半斗上方后，剪断固定球塞的铁丝，开始灌注首批混凝土。吊支料斗内的混凝土放完后，继续装料、向孔品料斗内倒料过程中，要控制倒料速度，避免满管下放，而在导管内形成气囊。为防止灌注过程混凝土冲击钢筋笼上升，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部约1.0 m时，应降低灌注速度。当灌注的混凝土顶面上升至骨架底部约4.0 m，提升导管，使导管下口高于骨架底部2.0 m以上，即可恢复正常的灌注速度。混凝土面探测锤重随孔的深度而定，但应≥4 kg。
（4）为正确控制导管埋深，必须不断测量混凝土面的上升位置，始终保持导管在砼的埋入深度在2～6 m之间，不得少于1.5 m。如果在某个位置出现了较大扩孔现象，草率拆卸导管可能将导管提出混凝土面或埋深太小，拔出水面导管进水，必然造成断桩；埋深太小易造成夹泥层甚至断桩。正确的方法是在拆卸导管前后都要测量混凝土的位置。
（5）在灌注将结束时，由于导管内混凝土柱高度小，管内压力降低，从而导致导管外的泥浆及所含的渣土稠度增加，相对密度增大。若在此时出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注顺利进行。拔出最后1次导管时，应缓慢进行，以防桩顶沉淀的泥浆沿导管外壁挤入混凝土内形成夹泥。
（6）为了保证桩顶质量，灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度（0.5～1.0 m）。为减少以后凿除桩头的工作量，待灌注结束后，及时清除多余的一段桩头，但应保留0.1～0.2 m，以便随后修凿、浇筑墩台或承台。
6 结束语
总之，灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中要分工明确，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。
参考文献
1 黄初鹏、赵惠龙.浅谈深水钻孔灌注桩成桩技术［J］.广东水利水电，2001（6）
The Exploration of Construction Technology
for Underwater Concrete Bored Pile
Chen Genglong
Abstract: Underwater concrete bored piles are widely used in construction project, thus increasing the construction technology of underwater concrete bored pile is particularly important. Combined with project examples, the article makes a more systematic introduction to the construction equipment requirements of underwater concrete bored pile, preparation and transportation of underwater concrete and underwater concrete pouring, so as to ensure project quality.
Key words: underwater concrete; bored pile; preparation; into the hole; construction technology
关键词：水下混凝土；灌注桩；配制；成孔；施工技术
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0089－02
随着科学技术的进步，水下混凝土灌注桩被广泛应用于建筑工程中。但施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至造成巨大的经济损失和不良的社会影响。为使水下混凝土灌注桩施工质量得以保证，必须从施工设备、混凝土配制、灌注等方面加以控制，以提高水下施工质量。
1 工程概况
某水闸工程，钻孔灌注桩共108根，其中直径1 000钻孔桩48根，直径800钻孔桩60根，柱长最长为30.5 m，最短为13.25 m，地质情况较复杂，场地地下水位较高。砾砂层呈灰白、灰黄色，局部为粉细砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夹厚层黏土、粉土，厚度4～7.8 m，平均5.4 m，标贯击数为2.3～22.9击，平均11.8击。经技术分析研究决定，采用冲击成孔灌注桩方法进行施工。
根据工程实践，钻孔灌注桩的质量问题大多集中在水下混凝土灌注过程中（即成桩阶段），成桩阶段发生的质量问题主要与以下四方面有关：混凝土的质量、成孔质量、水下导管的控制、混凝土的顶升阻力及其他外界条件。而这些影响因素多是难以控制的。
2 水下混凝土配制
混凝土的配制决定着水下混凝土质量的好坏。除检查水下混凝土的强度、等级和材料应符合设计要求和《水利水电工程施工技术规范》的规定外，还应重点检查以下几点是否符合施工要求：
（1）水泥可选用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥和硅
酸盐水泥，使用矿渣水泥时应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5 h，水泥的强度等级应≥42.5 MPa，一般低标号如C20水下混凝土可采用32.5型水泥，不能采用早强型水泥。
（2）粗集料不宜采用单级配碎石，集料的最大粒径应≤导管内径的1/6～1/8和钢筋最小径距的1/4，同时应≥40 mm。
（3）细集料宜采用集配良好的中砂。为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选用0.5～0.6。根据强度要求和选用水泥品种与标号及施工中是否使用外加剂等，可适当增大或减小水灰比。
（4）根据预定的混凝土灌注时间、气温、水泥种类、缓凝剂的性能等试验决定混凝土掺加缓凝的品种和比例，要真正达到延长混凝土初凝时间和保证混凝土强度的目的，同时注意使用缓凝剂的品种和用量对钢筋的腐蚀作用。
（5）由于地下混凝土的整平和密实是靠混凝土自重下沉来完成的，因此，水下混凝土应有良好的流动性和粘聚性。为使混凝土的和易性满足施工工艺技术要求，一般要求坍落度控制在180～220 cm，施工开始时可略小，结束时酌量放大，以使混凝土表面能自动坍平。
（6）水下混凝土的强度与耐久性有着密切的联系。一般来说，当水下混凝土的强度高时，其耐久性好。水下混凝土的强度主要取决于水泥的标号、水泥的用量、粗集料的种类和性质及有无掺用外加剂等。根据有关资料和实践证明，水下施工混凝土成品强度要比空气中的低。有取芯法取样检验，水下混凝土强度为空气中的50%～90%。因此，水下混凝土的试配强度应高于混凝土设计强度的20%～30%。
3 水下混凝土运输
水下混凝土搅拌站距离施工现场一般都有一段距离，水下混凝土的运输必须采用可搅拌的混凝罐车，以确保混凝土的和易性。特别是在夏季施工时，要尽量缩短运输时间，混凝土进入现场后必须再进行一次坍落度检测。如果坍落度低于180 cm，则要适当加水搅拌，合格后方可进行灌注。
4 成孔检测
在进行钻孔施工前，应进行试成孔。特别是第1棵桩钻孔时，进展速度要稍慢一些，并不时在出渣泵口清渣，以确定钻孔的地质情况是否与地质勘察的结果相符，从而确定钻进方法及钻进速度，包括钻进的泥浆比重，是否需要加黏土或膨润土。钻孔达到设计标高后，应根据钻进方法对孔深、孔径、孔位及最大倾斜率等项目进行检查，符合设计及施工规范要求后，方可进行清孔；清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射等多种方法，现在常用的是正反循环换浆法。不论采用何种方法，必须保证孔内水头避免坍孔；清孔后应从孔底、孔中、孔上分别提取泥浆试样，进行性能指标试验，确定清孔后的泥浆比重、含砂率、粘度等。
5 水下混凝土灌注
根据首批混凝土量选用合适的料车，并选用贮量满足首批混凝土的罐车，料斗定在导管上，料斗下口长度为20～30 cm，且比导管稍细，确保料斗稳定及在灌注首批时不产生气阻。灌前先用专用阀门封闭住料斗下口，再把料斗存满混凝土，并使罐车配合好，在提开阀门的同时罐车加足马力，快速灌注，使首批混凝土一气呵成，确保封口成功。实践证明，这种方法比传统的球塞法操作简便。首批灌注后，就开始持续灌注，要适当控制灌注速度，并适当升降导管高度，使混凝土顺利通过导管压入孔内，避免满管下放，使起重能力不足，造成事故，并随时探测混凝土面。灌注水下混凝土是钻桩施工的重要工序，在灌注混凝土前及灌注过程中，应重点检查以下几个方面：
（1）钢筋笼加工及安装要准确、牢固，分节焊接要竖直，笼和桩孔的中心要对应，孔的中心用两条交叉线固定在护筒上，并用红漆标记，同时设置定位筋，牢固定位。特别是设计未放到孔底的钢筋笼，要注意吊环与吊钩的强度及牢固性。1 根桩的钢筋笼若因焊接不竖直或缩孔等原因下放，必须查明原因，进行处理后再下笼，严禁冲击下放。
（2）灌注混凝土前，应再次测量孔底沉渣厚度、泥浆含沙和泥浆比重，做到符合设计及施工规范要求。首批灌注混凝土数量应能满足导管首次埋深≥1.0 m和填充导管底部的需要，首批灌注混凝土的数量可按式（1）计算：
Vs≥（πD 2/4）×（H1+H2）+（πd 2/4）×h1 （1）
式中：Vs：灌注首批混凝土所需数量，m3；
D：桩孔直径，m；
H1：桩孔底至导管底端间距，一般为0.2～0.4 m；
H2：导管初次埋深，m；
d：导管内径，m；
h1：桩孔内混凝土达到埋深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/hc；Hw、Yw、hc为意义同式（1）。
（3）灌注混凝土的第1步是在导管中下入球塞，球塞初始位置应是其顶面与导管内的泥浆液面平齐。低于液面，则倒入的混凝土会有泥浆；高于液面，会产生气阻或形成高压气囊而破坏管接头的密封圈造成泥浆泄漏。
第2步倒入少量的泥浆沙浆，数量视桩径而定，缓缓下放球塞使沙浆全部进入导管内，停止下放球塞并向料斗内倒满混凝土，待吊运料斗也装满并吊至半斗上方后，剪断固定球塞的铁丝，开始灌注首批混凝土。吊支料斗内的混凝土放完后，继续装料、向孔品料斗内倒料过程中，要控制倒料速度，避免满管下放，而在导管内形成气囊。为防止灌注过程混凝土冲击钢筋笼上升，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部约1.0 m时，应降低灌注速度。当灌注的混凝土顶面上升至骨架底部约4.0 m，提升导管，使导管下口高于骨架底部2.0 m以上，即可恢复正常的灌注速度。混凝土面探测锤重随孔的深度而定，但应≥4 kg。
（4）为正确控制导管埋深，必须不断测量混凝土面的上升位置，始终保持导管在砼的埋入深度在2～6 m之间，不得少于1.5 m。如果在某个位置出现了较大扩孔现象，草率拆卸导管可能将导管提出混凝土面或埋深太小，拔出水面导管进水，必然造成断桩；埋深太小易造成夹泥层甚至断桩。正确的方法是在拆卸导管前后都要测量混凝土的位置。
（5）在灌注将结束时，由于导管内混凝土柱高度小，管内压力降低，从而导致导管外的泥浆及所含的渣土稠度增加，相对密度增大。若在此时出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注顺利进行。拔出最后1次导管时，应缓慢进行，以防桩顶沉淀的泥浆沿导管外壁挤入混凝土内形成夹泥。
（6）为了保证桩顶质量，灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度（0.5～1.0 m）。为减少以后凿除桩头的工作量，待灌注结束后，及时清除多余的一段桩头，但应保留0.1～0.2 m，以便随后修凿、浇筑墩台或承台。
6 结束语
总之，灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中要分工明确，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。
参考文献
1 黄初鹏、赵惠龙.浅谈深水钻孔灌注桩成桩技术［J］.广东水利水电，2001（6）
The Exploration of Construction Technology
for Underwater Concrete Bored Pile
Chen Genglong
Abstract: Underwater concrete bored piles are widely used in construction project, thus increasing the construction technology of underwater concrete bored pile is particularly important. Combined with project examples, the article makes a more systematic introduction to the construction equipment requirements of underwater concrete bored pile, preparation and transportation of underwater concrete and underwater concrete pouring, so as to ensure project quality.
Key words: underwater concrete; bored pile; preparation; into the hole; construction technology