水下灌注桩混凝土生产与施工质量控制

陈智荣，陈明

（1. 重庆兴投实业有限公司，重庆 400060；2. 重庆五府实业有限公司，重庆 400023）

水下灌注桩混凝土生产与施工质量控制

陈智荣1，陈明2

（1. 重庆兴投实业有限公司，重庆 400060；2. 重庆五府实业有限公司，重庆 400023）

目前在房建和桥梁等工程领域中，钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，并向大直径、深基础、多样化方向发展，其质量控制亦成为大家所关注的焦点。本文就水下混凝土的生产质量控制和灌注施工过程控制进行了综合阐述，并以实例予以说明。

水下灌注桩；水下混凝土；生产控制；事故的预防及处理

0 前言

随着建筑行业技术的不断发展、进步，高楼层深基础工程大量增加，大量市政路桥工程出现。目前，地基和地下水位的不稳定性，水下灌注桩基础混凝土施工法则以“技术进步”、“质量可靠”和“生产安全”为工程界所普及。但与此同时，水下灌注桩基础质量控制问题亦是困扰大家的一个难题。为此，本文就水下桩基础混凝土的生产和灌注施工等各环节质量控制展开分析、探讨，并提出相应的质控措施建议。

1 水下混凝土生产控制

1.1 材料控制

（1）水泥宜采用粉煤灰水泥、火山灰水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级不低于 42.5 级，安定性必须合格，凝结时间应不小于 2.5h，进场温度不宜超过 60℃。

（2）粗集料最大粒径不大于导管内径的 1/6～1/8 和钢筋最小间距的 1/4，且最大粒径宜不大于 25mm，级配宜控制在Ⅱ 区间。细集料宜采用中砂或混合砂，级配宜控制在 Ⅱ 区间，含泥量小于 2.0%。当采用混合砂时，人工砂的 MB 值不大于 1.4%。

（3）粉煤灰应采用 Ⅱ 级以上粉煤灰，需水比不大于105%，烧失量小于 8% 以内，游离氧化钙应小于 1%。

（4）外加剂应选用缓凝型高效减水剂，进场时须进行必要的适应性验证试验，发现问题立即进行调整处理，以避免因适应性问题导致后续的质量事故。

1.2 配合比设计

（1）水下混凝土配合比配制强度应高于设计强度的10%～20%，胶材用量应不低于 350kg/m3，水泥用量不低于 300kg/m3，砂率宜控制在 40%～50%，坍落度宜控制在220mm 左右，2h 坍损应小于 20mm，终凝时间宜控制在 9h左右。

（2）在配合比设计前，生产方应事先对施工现场的情况做详尽了解，包含混凝土等级、桩基成型工艺、桩基尺寸、钢筋骨架、基础土基和水文情况、浇注工艺等情况，以便能设计出满足施工要求的配合比。如某防洪护岸整治工程基础桩全为水下桩，桩基深度基本在 25m 左右，直径 2m，地下水非常丰富，且钢筋间距较小，加之混凝土生产灌注前，双方又未能就相关问题进行及时详尽的沟通交底，生产方在进行 C30 水下混凝土配合比设计时，对于现场条件因素的考虑不够全面，以至于部分桩基灌注成型后出现不同程度的混凝土不充盈现象（见图1）。后经及时对生产配合比进行调整后，该问题得到了有效的解决。

（3）当原材料发生较大变化时，在混凝土生产前应进行必要的验证试配，以验证混凝土流动性、粘聚性、保水性、和易性、坍落度经时损失和物料级配情况，发现问题应立即进行纠正，再次调整验证，直至满足要求为止。

图1　混凝土不充盈

1.3 生产控制

（1）启动搅拌设备时，应先进行设备空转检查和计量系统零点校对检查，发现问题当及时纠正处理。

（2）水下混凝土生产前，应进行严格的生产配合比调整审核和“开盘鉴定”工作，搅拌时间不应低于 35s；生产过程中应加强定时和不定时的抽检，严格控制各项材料的计量偏差不超过规范所要求的允许误差范围，发现问题应立即进行纠正处理，确保出厂混凝土具有良好的流动性、粘聚性、保水性与和易性，不能满足设计和施工要求的混凝土严禁出厂。

1.4 供应保障

（1）根据水下桩基础混凝土灌注工艺特点和质量控制要求，决定了该混凝土的供应必须保证高度的连续性，为此，混凝土生产方应事先掌握现场灌注安排情况，特别是当次需要混凝土总量、单个桩基需混凝土量、灌注方式及速度等，并以此制订周全的混凝土保供措施（车辆安排、运输线路安排和应急方案等），确保供应连续不间断，避免因长时间停工待料而发生断桩等质量事故。

（2）混凝土搅拌运输车在装料前应清除罐体内的积水或其它杂物。运输过程中，拌筒应保持 3～6r/min 的慢速转动，以防止混凝土发生离析现象。

2 施工准备

2.1 桩孔成型

按施工工艺成孔方法有“螺旋钻孔”、“正循环回转钻孔”、“反循环回转钻孔”、“潜水钻机钻孔”、“冲抓钻孔”、“冲击钻孔”、“钻斗成孔”、“挖孔”等。现场应严格按设计要求，结合现场土基情况、水文情况和施工条件，编制严谨的桩基成孔施工方案，并严以执行，以确保桩孔质量和施工安全。

2.2 桩孔护壁

受地质条件和水文的影响，桩孔在成型施工过程、成型后检测、钢筋骨架吊装和混凝土灌注过程中均易出现坍塌或流沙等问题，为确保桩基质量，需根据实际情况采取相应的桩孔保护措施。一般工程中采用的多为泥浆护壁和钢护筒。

（1）泥浆护壁

据桩孔的大小、深度及成孔方法的差异，且当土基坚实稳定、地下渗水量较小时，可采用水、膨润土和添加剂调制出相应比重和粘稠度的泥浆，在孔壁形成泥皮隔断孔内外渗流，防止坍孔。

（2）护筒

当遇土基松软、淤泥质土、地下水位高、渗水量大或存在严重流沙时，应选用钢护筒法做桩孔保护，以隔离地表水，防止孔壁坍塌，防止孔口地面土石掉入孔内（见图2）。

钢护筒壁厚宜在 5mm 以上，内径应比桩径大 200～400mm，以桩位中心为圆心定位，施加压力将护筒垂直埋入地下。埋入过程中护筒中心竖直线应与桩中心线重合（设计另有规定除外），平面允许误差为 ±50mm，垂直倾斜不大于 1%。

图2　桩孔护筒

2.3 清孔控制

钻孔达到设计深度后，应及时组织专职人员对孔位、孔径、孔深等进行检查，确定桩孔符合设计要求后，及时进行清孔作业，抽、换原钻孔内泥浆，降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等，以防止桩底沉淀土过厚而降低桩的承载力；更为灌注水下混凝土创造良好条件，使得测探正确、灌注顺利，保证灌注质量，避免出现断桩等质量事故。

2.4 钢筋骨架吊装

（1）清孔后立即组织钢筋骨架吊装，起吊前须检查钢筋骨架标牌信息（含墩号、桩号、节号等）是否与桩号相符，吊绳、吊环、吊钩应有足够的强度和牢固性。

（2）为保证骨架起吊时不变形，宜采用两吊点式，第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。对于长骨架，起吊前应在骨架内部临时绑扎两根木杆以辅助加强其刚度，防止钢筋弯曲影响。当中途出现钢筋弯曲时，应及时进行修正处理。

（3）钢筋骨架入孔前应将其垂直扶稳，对准孔位中心匀速缓慢下降，避免摇晃碰撞孔壁。

（4）吊装完成后，仔细检测骨架的底面标高是否与设计相符，偏差不大于 50mm，然后进行焊接定位固定，以防止混凝土灌注过程中钢筋骨架移位、上浮等问题发生。

2.5 施工组织安排

（1）技术交底

混凝土灌注前，现场应及时组织包括业主、设计、监理、施工、生产及劳务分包等有关各方，就本项目水下灌注桩基工程情况进行必要的专项技术交底，一则让混凝土生产单位尽可能地了解设计要求、现场工程技术背景和施工技术要求；再则对“施工方案”进行交底，包括现场桩基情况、施工流水划分、灌注顺序、布料方式、进度计划等，确保各工序工作安排落实到位。

（2）施工组织

混凝土灌注前，保证现场水、电、交通、通讯通畅和场地平整，管理人员（施工员、技术员及监理员等）及各班组人员均按要求就位，机具设备准备到位并保证能正常运转。

（3）灌注机具准备

① 导管

导管是灌注水下混凝土的重要工具，其直径应根据桩长、桩径和每小时需通过的混凝土数量计算确定，内径一般为 200～350mm（误差小于 2mm），壁厚不小于 3mm，光滑、顺直、无局部凹凸、无穿孔及裂纹，长度一般控制在 2～4m，采用丝扣或卡口连接。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，水压不应小于孔内水深 1.3 倍的压力，也不应小于灌注混凝土时管壁和焊缝可能承受最大内径压力的 1.3 倍。

② 漏斗

导管顶部应设置漏斗，其上设溜槽、储料斗和工作平台，漏斗和储料斗高度除应满足导管拆卸等操作需要外，还应在灌注到最后阶段时，不致影响导管内混凝土柱的灌注高度。漏斗一般用 5～6mm 厚的钢板制成类似圆锥形或棱锥形，上口直径一般 800～1000mm，高约 900～1200mm，插入导管的长度应保证 150mm 为宜。

③ 储料斗

储料斗即为储放灌注首批混凝土时所必需储量的容器。一般采用 5～6mm 厚钢板焊制，为使混凝土拌合物能迅速自动流进导管，底部常做成斜坡，出口设闸门（见图3）。其容量应使首批灌注下去的混凝土能满足导管初次埋置深度的需要，故其容量大小需根据设计和施工要求验算而定。

图3　储料斗

④ 起吊设备

储料斗、漏斗及导管的吊挂和升降，可采用钻机的起吊设备、吊车或倒链，同时需保证导管升降平稳和高度准确，起重能力满足设计和施工要求。

⑤ 测探设备

灌注水下混凝土时，应探测水面或泥浆面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制沉淀层厚度、导管埋深和桩顶高度。如果探测不准，将会造成沉淀过厚、导管提漏、埋管过深，进而发生夹层断桩、短桩或导管拔不出等事故。根据设计和施工要求有测探锤法、钢管取样盒、热敏电阻测探仪、感应式测探仪、电导式测探仪等，一般常采用测探锤法和钢管取样盒法。

3 水下混凝土灌注控制

3.1 进场检测

（1）混凝土进场后，首先检查入场报验资料（含配合比及原材料检验资料）和出厂小票，以确定工程名称、浇注部位及混凝土标记等准确无误，同时还需检查出厂时间和到达时间等，发现有不符合要求的项目，现场应予以拒收，严禁强行签收灌注。

（2）混凝土到场后，应及时组织专职专业人员对拌合物性能进行检测，检查坍落度、流动性、粘聚性、保水性、和易性及温度（入模温度不超过 32℃）是否满足设计和施工要求，并填写好各项检测记录。

（3）当运至现场的混凝土坍落度损失过大，且混凝土无异常凝结现象，可由技术人员采用后添加外加剂的方法在现场调整坍落度，调整时将适量的外加剂加入混凝土搅拌运输车中并快速搅拌均匀，直至满足要求止。

3.2 灌注控制

（1）灌注准备

① 灌注前，应对孔底沉淀层厚度进行认真检测，如厚度超过规定，可采用喷射法向孔底喷射 3～5min，使沉渣悬浮，然后立即灌注首批水下混凝土。

② 准备好导管、漏斗和储料斗，确保吊装设施安全牢固，将导管下口与孔底的距离控制在 300～500mm。

③ 喂料前应对混凝土进行强拌 1min，以确保混凝土的匀质性良好。

（2）灌注控制

① 各项工作准备完毕后，按要求放足首批混凝土，剪球、拔栓或开阀，将首批混凝土灌入孔底后，立即测探孔内混凝土面高度，计算出导管埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。如发现导管内大量进水，表明出现灌注事故，应按规定及时进行处理。

② 灌注应紧凑、连续进行，灌注速度宜控制为0.6～1.0m3/min，严禁中途长时间停工或中断作业，每根桩的灌注时间应按首批混凝土的凝结时间控制。

③ 灌注过程中，要防止混凝土从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆因含有水泥而变稠、凝结，致使测探不准确和混凝土顶升困难。

④ 灌注过程中，应安排专人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高度，正确指挥混凝土下料、导管提升和拆除。导管提升时应保持垂直、平缓，防止导管被拔出混凝土面形成泥心、断桩等事故；导管埋深应控制在 2～6m，防止埋管过深造成堵管或不易拔出等事故。拔出的导管应逐级拆卸，拆除导管动作要快，时间不宜超过15min。

⑤ 灌注过程中，应适时牵引蠕动导管，以利于混凝土顺利下落，防止导管中的混凝土因停滞而发生集料与浆体分离的现象。当导管内混凝土不满、含有空气时，后续混凝土要慢慢灌入，不可整斗灌入导管，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 当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应徐徐灌注混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后对钢筋骨架的冲击和顶托力；当混凝土进入钢筋骨架 4～5m 以后，适当提升导管，减小导管埋置长度，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，以防止钢筋骨架被混凝土顶托上升。

⑦ 临近灌注结束时，极易因导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆稠度增大，出现混凝土顶升困难。此时应在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀渣土，使灌注工作顺利进行，并提升漏斗和导管增加浇注高度，增大落差，以确保混凝土的密实度。

⑧ 为保证桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌一定高度（一般 800～1000mm），灌注结束后将此段多余部分混凝土凿除，以确保桩顶混凝土强度满足设计要求。

4 事故的预防及处理

4.1 导管进水

（1）当首批混凝土储量不足，导管底口与孔底间距过大，混凝土无法充分封底和埋管，导致泥水进入导管。

此时应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土经搅拌后用泥石泵吸出或用抓斗清除，必要时提出钢筋骨架复钻清渣，然后再进行重新灌注。

（2）当导管接头不严、导管焊缝破裂或导管提升过猛使管口脱出混凝土面时，即会造成泥水进入导管。

此时应根据具体情况进行处理，如能用原导管插入续灌，则在灌注前应将进入导管的水和沉淀土吸出；如换拔原管以重新下管，则必须用潜水泵将管内的浆水抽干后才能继续灌注混凝土。

4.2 坍孔

在灌注过程中，如遇桩孔漏水不能保持原有静水压力、桩孔周围堆放重物过多或受机械振动等，桩内水（泥浆）位忽然急速上升溢出，随即骤降并冒出气泡，即可判定为坍孔。

此时，应在查明原因后采取相应的措施，如保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续坍孔，然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥渣。如不继续坍孔，可恢复正常灌注；如坍孔仍不停止，且坍塌部位较深，则应将导管拔出，钻开并抓出已灌混凝土，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，用粘土掺砂砾回填，待回填土沉实后，再重新钻孔成桩灌注。

4.3 埋管

当遇导管埋入混凝土过深，或因混凝土初凝使得导管与混凝土间摩擦阻力过大，或因提管过猛将导管拉断，致使导管无法拔出，即为埋管。

（1）当发生埋管时，起初可用链滑车、千斤顶试拔。如仍拔不出来，且并非因混凝土初凝造成时，可插入一直径稍小的护筒至已灌混凝土中，用吸泥机吸出混凝土表面泥水和渣土，然后派专业工人下至混凝土表面，在水下将导管齐混凝土面截断，拔出小护筒，重新下导管灌注。但此桩灌注完成后，上下断层间应按设计要求进行补强处理。

（2）如因混凝土初凝造成埋管，应停止继续灌注，按以上办法将导管齐混凝土面截断，然后按接桩法进行处理。

4.4 灌短桩头

灌注临近结束时，因浆渣过稠，使得测探不准造成误测误判，以致拔出导管终止灌注而造成短桩事故，或是在灌注过程中发生孔壁坍塌且未被发觉，测探误判，造成短桩（见图4）。

图4　短桩

出现以上问题时，应根据具体情况，采取接长护筒、或在原护筒里面或外面加设护筒，压入已灌注的混凝土内，然后抽水、除渣，接浇混凝土；或用高压水将泥渣和松软层冲松，再用吸泥机将混凝土表面的泥浆沉渣吸除干净，重新下导管灌注混凝土。

4.5 桩身夹泥断桩

桩身夹泥断桩，大都是因导管进水、坍孔、埋管等引起的次生事故；同时，如清孔不彻底，或灌注时间过长，首批混凝土已初凝失去流动性，而续灌的混凝土冲破顶层而上升，也会在两层混凝土中夹有泥浆渣土，甚至全桩夹有泥浆渣土形成断桩。

当已发生或估计可能发生夹泥断桩时，应采用专用钻机钻芯取样，做深入的探测检查，再按设计要求进行相应的整改处理。

4.6 钢筋骨架上升

钢筋骨架上升，一般是由于上拔护筒及支撑护壁、导管提升钩挂或混凝土下落时反冲顶托力大于钢筋骨架重力所致。为防止出现钢筋骨架上升问题，应采取以下措施：

（1）防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小，建议混凝土掺加缓凝剂、粉煤灰等以增大其流动性。

（2）根据以上 3.2 条严格把控混凝土灌注施工作业，尽量缩短灌注时间。

（3）在保证质量的情况下，适当减少钢筋骨架下端的箍筋数量，减少混凝土的向上顶托力。

（4）在孔底设置直径小于主筋的 1～2 道加强环形筋，并以适当数量的牵引筋牢固地焊接于钢筋骨架的底部，有效克服钢筋骨架的上升。

5 总结

水下桩基础混凝土灌注，实为水下桩基免振捣混凝土灌注成型施工作业，其工艺特点要求了灌注施工必须一次性成功，否则将会造成严重的损失。为此，要求对混凝土配合比设计、生产供应和灌注施工等各环节严加管控，严格按照相关规范标准、设计要求和施工方案进行施工作业，以确保水下灌注桩基础质量得到有力的保障。

[1] 重庆市城乡建设委员会．关于发布《重庆市建设领域禁止、限制使用落后技术通告（第七号）》的通知，2011.12．

[2] JTJ/T F50—2011．公路桥涵施工技术规范[S]．

[3] DBJ 50—156—2012．旋挖成孔灌注桩工程技术规程[S]．

[4] 交通部第一公路工程总公司．公路施工手册——桥涵．人民交通出版社，2010.07．

［通讯地址］重庆市南岸区江南大道 64 号 万凯新都会 B 座22-1 号（400060）

Production and construction quality control of underwater bored concrete

Chen Zhirong1, Chen Ming2
(1. Chongqing Xingtou Building Materials Co., Ltd., Chongqing 400060; 2. Chongqing Wufu Building Materials Co., Ltd., Chongqing 400023)

At present, bored pile foundation has occupied an important position in the housing construction, bridges and other projects, and it develops to the large diameter, deep foundations, and diversification. Its quality control has become the focus of attention. This paper synthetically elaborated the quality control and construction process control of underwater concrete production, and gave some examples to illustrate.

underwater pil; underwater concrete; production control; accident prevention and treatment

陈智荣（1977—），男，高级工程师，主要从事施工管理，预拌混凝土、混凝土预制构件及矿场集料等生产与技术管理。