混凝土灌注桩水下施工技术控制探讨
【摘 要】结合工程实例，介绍了水下灌注桩的施工方法和施工工艺，详细叙述了水下灌注桩的施工工艺流程和施工过程中混凝土浇注的过程控制。
【关键词】施工工艺、水下混凝土
Light on the concrete cast-in-place pile construction technology control
Xing Chao-yang
(Anhui and huai river water resources reseach institute Bengbu Anhui 233000)
【Abstract】With an engineering example, introduced the underwater cast-in-place pile the construction of the methods and construction processes elaborates underwater cast-in-place pile the construction process and workmanship during construction to concrete is the process of control.
【Key words】The construction process;The underwater concrete
1. 前言
水下混凝土灌注桩的施工是隐蔽工程施工，主要应用于水下混凝土封底和混凝土桩的水下灌注，由于钻孔灌注桩是在水下进行的，其施工过程和成桩质量是关键，这就要求对施工的前期条件和施工工艺进行控制，对每一个环节进行严格要求，力争把隐患消除在成桩之前，避免不必要的损失。
2. 某工程水下混凝土棍注桩的施工
新建某大桥全长303.8m，共设桥墩9座，桥梁一般以32m的简支T梁为主，24m简支梁用于调跨，大于40m的通航主跨，采用40+64+40m预应力混凝土连续梁。其中3#、4#墩为水中墩，水面宽度约为100m，水深最大约为3.5m。
2.1 施工方法及施工工艺。本桥3#、4#两个水中墩采用钻孔桩柱桩基础，桩直径均为1.5m；桩长:3#墩为40m、4#墩为42m；承台高度均为3.0m。根据现有水文资料确定围堰尺寸及堰顶标高，先进行围堰施工。从河岸上游做起点对水中平台用土袋以U字形填成临时施工围堰，堰体围好后，将堰内围起部分水抽干，清除里面淤泥， 设置防渗层，回填粘土，并压碾密实。对围堰各控制点进行坐标计算，在现场对填土围堰轴线及高程控制采用设置方向标，临时拟定点等，保证轴线及高程正确。钢板桩围堰利用钢管桩进行定位，在钢管桩上焊接工字钢设置导向架和高程控制标志，确保打入的钢板桩在同一直线上，同时打入的深度符合设计要求。
2.1.1 钢板桩施工注意事项。
（1）导向桩打好之后，以槽钢焊接牢固，确保导向桩不晃动，以便提高打桩精确度。
（2）线桩插打，钢板桩起吊后人力将桩插入锁口，动作应缓慢，防止碰撞损坏锁口，插入后可稍松吊绳，使桩凭自重滑入。
（3）钢板桩振动插打到离设计标高40cm时，小心施工，防止发生超深。
（4）封口时，精确计算异形钢板桩的尺寸，确保止水质量。
2.1.2 钢板桩围堰填芯。钢板桩插打施工完成后，在钢板桩顶下来1米处，采用［40］槽钢设置内撑及外箍，加强钢板桩的平面结构；围堰填芯材料采用片石垫层、粘土回填，片石、粘土由汽车运至施工地点，钢板桩围堰填芯的目的是构筑桩基施工作业平台。填芯完毕后在钢板桩围堰平台两侧堆码2米宽的沙袋对平台进行加固。其施工工艺与上述土袋围堰相同。
2.2 钻孔桩施工工艺。钢板桩施工、平台填筑完成后进行钻孔桩的施工。
2.2.1 护筒加工及埋设。
（1）护筒按规范要求加工，护筒直径较桩基设计直径加大20cm。护筒用15mm厚钢板通过卷板机卷制而成，每节高度2.0m左右。护筒上部留一个高40cm、宽20cm的出浆口，并设吊环。护筒按规范要求打入河床下深度不小于1m.并高出施工水位50cm。
（2）为减少护筒打入时的摩阻力，确保护筒打入河床面下的深度不小于1m，钢板桩插打完成后在围堰填芯前进行护筒的打入施工，利用已打入的钢板桩设置导向架，确保护筒的垂直度符合规范要求。
2.2.2 泥浆制备。泥浆采用重粘土。根据钻孔方法及地层情况，泥浆性能指标如下：泥浆比重：1.1～1.3 ；PH值：大于6.5；粘度：19～28s ；含砂率：小于4％。
2.2.3 冲击成孔。
（1）开孔：为防止冲击振动使邻孔坍壁或邻孔刚灌注砼的凝固，待邻孔砼灌注完毕，一般经24小时后或待邻孔混凝土灌注完毕并达到2.5MPa抗压强度后方可开钻。开孔前在孔内多放一些粘土，使用旋挖钻机，泥浆比重1.1～1.3左右。开钻时，宜低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。
（2）钻孔：在钻进过程中，应该经常注意土层变化，对不同的土层采用不同的钻速、压钻、泥浆比重和泥浆量。在砂土、软土等容易坍孔的土层宜采用低档慢速钻进，同时提高孔内水头，加大泥浆比重。使用反循环钻机钻孔时，应将钻头提离孔底约20cm，待泥浆循环畅通，方可开始钻进。
（3）钻孔异常处理：钻孔中发生坍孔后，应查明原因和位置，进行分析处理。坍孔不严重者，可加大泥浆比重继续钻进，严重者回填重钻；出现流沙现象后，应增大泥浆比重，提高孔内压力或用粘土做成大泥块或泥砖投下；弯孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进。发生严重弯孔时，应回填修孔，必要时反复几次修孔；出现缩孔时，可提高孔内泥浆面或加大泥浆比重采用上下扫孔的方法恢复孔径。
（4）检孔：为保证孔形正直，钻进中，应常用检孔器检孔，检孔器用钢筋制成，直径与钻头直径相同，高度为钻孔直径4～6倍。更换钻头前，必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻到的深度，或钢丝绳拉紧时的位置偏移护筒中心，则可能造成了缩孔、弯孔、斜孔等，应及时纠正或回填重钻。
（5）终孔检查：当孔底已达到设计标高，可停止钻进，把钻头提到孔外，进行成孔检查（孔径、孔深、倾斜率等检查），符合施工规范要求后方可清孔，在终孔与清孔的间隙时间应保持孔内水头高度。
2.2.4 清孔。
（1）钻孔达到设计标高，经终孔检查后，即可清孔，清孔标准，设计为摩擦桩，其沉碴厚度不应大于20cm。
（2）清孔采用换浆法：抽碴或吸泥时，应及时向孔内注入清水或新鲜泥浆，保持孔内水位，避免坍孔。换浆法的清孔时间，以排出泥浆的含沙率与换入泥浆的含沙率接近为度。
（3）清孔后的泥浆性能指标：含砂率不大于2%，比重为1.03～1.10，粘度为17s～20s。
2.2.5 钻孔灌注桩施工技术措施。
2.2.5.1 钻孔要连续进行，不得随意中途停钻。孔内水位始终保持在地下水位线以上2m，以加强护壁，防止塌孔。升降钻头要平稳，以免碰撞孔壁。拆装钻杆要迅速，尽量减少停钻时间。
2.2.5.2 钢筋笼在钻进过程中提前进行加工制作，钢筋笼在钢筋加工场分段制作，运至现场，汽车吊吊装。在孔口进行焊接接长。主筋钢筋焊接采用搭接焊，焊缝长度须满足施工技术规范的要求。为使钢筋笼有足够的刚度以保证在运输和吊放过程中不产生变形，在钢筋笼内部设十字撑。为了保证钢筋笼起吊时不变形，用两点吊。第一吊点设在钢筋笼的下部，第二吊点设在其长度的中点到上三分点一之间。起吊时，先提起第一吊点，使钢筋笼稍提起，再与第二吊点同时起吊。待钢筋笼离开地面后，第一吊点停止起吊，继续提升第二点。随着第二吊点不断上升，慢慢放送第一吊点，直至钢筋笼同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直。如有弯曲应整直。当钢筋笼进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。钢筋笼达到标高后，要牢固地用吊筋将笼体与孔口护筒电焊联接，以防掉笼或浮笼。2.2.5.3 水下混凝土灌注。
（1）混凝土灌注采用下导管水下灌注，导管采用壁厚6mm无缝钢管，底部距孔底30～50cm，导管要有足够的刚度和强度，导管使用前和使用一个时期后应做压水试验，并试验隔水栓能否顺利通过。水密试验时的水压不小于孔内水深的1.3 倍压力；压水试验根据施工中可能出现的最大压力确定。导管自下而上作标尺和编号，灌注前还要进行升降试验。
（2）混凝土灌注要及时进行，若时间过长须再测沉渣，沉渣厚度摩擦桩不大于20cm，超过此范围需重新清孔。
（3）混凝土必须具有良好的和易性，配合比由项目部中心搅拌站提供。为防止水下混凝土在灌注过程时间较长，混凝土凝固而导致重大事故的发生，混凝土中可掺入高效缓凝减水剂以延缓凝结时间，改善混凝土的和易性及节约水泥。混凝土集中搅拌，泵送浇筑。
（4）首批封底混凝土的隔水措施采用拔球法，灌注砼后必须即时清洗导管。首批混凝土灌注前精确计算首盘混凝土方量，制作足够容积的封底用漏斗，确保封底顺利，确认封底成功后，进行正常浇注。灌注过程严格依照规范进行，随时进行混凝土质量、导管埋置深度等各项检测以保证整个灌注过程的顺利。
（5）浇注开始时，要连续有节奏地进行，当导管内混凝土不满时，徐徐地浇注，防止在导管内造成高压气囊，压漏导管。导管底端要始终埋入混凝土面以下2～6m，严禁把导管提出混凝土面。混凝土浇筑过程中注意观察钢筋笼是否上浮，否则采取加固措施。
（6）在浇注将近结束时，导管内混凝土柱高度相对减少，导管内混凝土压力降低，而导管外井孔的泥浆稠度增加、比重增大。若出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，减少泥浆比重，使浇注工作顺利进行。拆除导管时速度要快，时间不宜超过15min。拆下的导管立即冲洗干净。在混凝土灌注过程中，专人测量导管埋深并填写水下混凝土灌注记录表。
（7）灌注结束后，用测绳准确测出桩顶的混凝土面标高，并按规范要求考虑超灌余量，超灌深度按1m考虑，以便凿除浮浆。
（8）该工程3#、4#墩混凝土灌注桩通过超声波和低应变检测，结果均为Ⅰ类桩，说明灌注效果良好。
3. 结语
水下混凝土灌注桩施工是隐蔽工程项目，要保证施工质量，必须做好每一道施工工序，对施工过程中发生的问题进行分析后制定出适合的方案，严格控制施工过程，只有这样才能有效的控制桩基质量，灌注处高质量的水下混凝土。
参考文献
［1］ 杨全华，费涵昌.水工混凝土研究与应用 中国水利出版社，2005.2.
［2］ 宋功业，邵界立.混凝土工程施工技术与质量控制 中国建材工业出版社，2003.1.
［作者简介］ 邢朝阳（1978-），男，学历：大学本科，职称：工程师，就职于安徽省?水利部淮委水利科学研究院，主要从事地基基础及桥梁结构研究检测工作。
【关键词】施工工艺、水下混凝土
Light on the concrete cast-in-place pile construction technology control
Xing Chao-yang
(Anhui and huai river water resources reseach institute Bengbu Anhui 233000)
【Abstract】With an engineering example, introduced the underwater cast-in-place pile the construction of the methods and construction processes elaborates underwater cast-in-place pile the construction process and workmanship during construction to concrete is the process of control.
【Key words】The construction process;The underwater concrete
1. 前言
水下混凝土灌注桩的施工是隐蔽工程施工，主要应用于水下混凝土封底和混凝土桩的水下灌注，由于钻孔灌注桩是在水下进行的，其施工过程和成桩质量是关键，这就要求对施工的前期条件和施工工艺进行控制，对每一个环节进行严格要求，力争把隐患消除在成桩之前，避免不必要的损失。
2. 某工程水下混凝土棍注桩的施工
新建某大桥全长303.8m，共设桥墩9座，桥梁一般以32m的简支T梁为主，24m简支梁用于调跨，大于40m的通航主跨，采用40+64+40m预应力混凝土连续梁。其中3#、4#墩为水中墩，水面宽度约为100m，水深最大约为3.5m。
2.1 施工方法及施工工艺。本桥3#、4#两个水中墩采用钻孔桩柱桩基础，桩直径均为1.5m；桩长:3#墩为40m、4#墩为42m；承台高度均为3.0m。根据现有水文资料确定围堰尺寸及堰顶标高，先进行围堰施工。从河岸上游做起点对水中平台用土袋以U字形填成临时施工围堰，堰体围好后，将堰内围起部分水抽干，清除里面淤泥， 设置防渗层，回填粘土，并压碾密实。对围堰各控制点进行坐标计算，在现场对填土围堰轴线及高程控制采用设置方向标，临时拟定点等，保证轴线及高程正确。钢板桩围堰利用钢管桩进行定位，在钢管桩上焊接工字钢设置导向架和高程控制标志，确保打入的钢板桩在同一直线上，同时打入的深度符合设计要求。
2.1.1 钢板桩施工注意事项。
（1）导向桩打好之后，以槽钢焊接牢固，确保导向桩不晃动，以便提高打桩精确度。
（2）线桩插打，钢板桩起吊后人力将桩插入锁口，动作应缓慢，防止碰撞损坏锁口，插入后可稍松吊绳，使桩凭自重滑入。
（3）钢板桩振动插打到离设计标高40cm时，小心施工，防止发生超深。
（4）封口时，精确计算异形钢板桩的尺寸，确保止水质量。
2.1.2 钢板桩围堰填芯。钢板桩插打施工完成后，在钢板桩顶下来1米处，采用［40］槽钢设置内撑及外箍，加强钢板桩的平面结构；围堰填芯材料采用片石垫层、粘土回填，片石、粘土由汽车运至施工地点，钢板桩围堰填芯的目的是构筑桩基施工作业平台。填芯完毕后在钢板桩围堰平台两侧堆码2米宽的沙袋对平台进行加固。其施工工艺与上述土袋围堰相同。
2.2 钻孔桩施工工艺。钢板桩施工、平台填筑完成后进行钻孔桩的施工。
2.2.1 护筒加工及埋设。
（1）护筒按规范要求加工，护筒直径较桩基设计直径加大20cm。护筒用15mm厚钢板通过卷板机卷制而成，每节高度2.0m左右。护筒上部留一个高40cm、宽20cm的出浆口，并设吊环。护筒按规范要求打入河床下深度不小于1m.并高出施工水位50cm。
（2）为减少护筒打入时的摩阻力，确保护筒打入河床面下的深度不小于1m，钢板桩插打完成后在围堰填芯前进行护筒的打入施工，利用已打入的钢板桩设置导向架，确保护筒的垂直度符合规范要求。
2.2.2 泥浆制备。泥浆采用重粘土。根据钻孔方法及地层情况，泥浆性能指标如下：泥浆比重：1.1～1.3 ；PH值：大于6.5；粘度：19～28s ；含砂率：小于4％。
2.2.3 冲击成孔。
（1）开孔：为防止冲击振动使邻孔坍壁或邻孔刚灌注砼的凝固，待邻孔砼灌注完毕，一般经24小时后或待邻孔混凝土灌注完毕并达到2.5MPa抗压强度后方可开钻。开孔前在孔内多放一些粘土，使用旋挖钻机，泥浆比重1.1～1.3左右。开钻时，宜低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。
（2）钻孔：在钻进过程中，应该经常注意土层变化，对不同的土层采用不同的钻速、压钻、泥浆比重和泥浆量。在砂土、软土等容易坍孔的土层宜采用低档慢速钻进，同时提高孔内水头，加大泥浆比重。使用反循环钻机钻孔时，应将钻头提离孔底约20cm，待泥浆循环畅通，方可开始钻进。
（3）钻孔异常处理：钻孔中发生坍孔后，应查明原因和位置，进行分析处理。坍孔不严重者，可加大泥浆比重继续钻进，严重者回填重钻；出现流沙现象后，应增大泥浆比重，提高孔内压力或用粘土做成大泥块或泥砖投下；弯孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进。发生严重弯孔时，应回填修孔，必要时反复几次修孔；出现缩孔时，可提高孔内泥浆面或加大泥浆比重采用上下扫孔的方法恢复孔径。
（4）检孔：为保证孔形正直，钻进中，应常用检孔器检孔，检孔器用钢筋制成，直径与钻头直径相同，高度为钻孔直径4～6倍。更换钻头前，必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻到的深度，或钢丝绳拉紧时的位置偏移护筒中心，则可能造成了缩孔、弯孔、斜孔等，应及时纠正或回填重钻。
（5）终孔检查：当孔底已达到设计标高，可停止钻进，把钻头提到孔外，进行成孔检查（孔径、孔深、倾斜率等检查），符合施工规范要求后方可清孔，在终孔与清孔的间隙时间应保持孔内水头高度。
2.2.4 清孔。
（1）钻孔达到设计标高，经终孔检查后，即可清孔，清孔标准，设计为摩擦桩，其沉碴厚度不应大于20cm。
（2）清孔采用换浆法：抽碴或吸泥时，应及时向孔内注入清水或新鲜泥浆，保持孔内水位，避免坍孔。换浆法的清孔时间，以排出泥浆的含沙率与换入泥浆的含沙率接近为度。
（3）清孔后的泥浆性能指标：含砂率不大于2%，比重为1.03～1.10，粘度为17s～20s。
2.2.5 钻孔灌注桩施工技术措施。
2.2.5.1 钻孔要连续进行，不得随意中途停钻。孔内水位始终保持在地下水位线以上2m，以加强护壁，防止塌孔。升降钻头要平稳，以免碰撞孔壁。拆装钻杆要迅速，尽量减少停钻时间。
2.2.5.2 钢筋笼在钻进过程中提前进行加工制作，钢筋笼在钢筋加工场分段制作，运至现场，汽车吊吊装。在孔口进行焊接接长。主筋钢筋焊接采用搭接焊，焊缝长度须满足施工技术规范的要求。为使钢筋笼有足够的刚度以保证在运输和吊放过程中不产生变形，在钢筋笼内部设十字撑。为了保证钢筋笼起吊时不变形，用两点吊。第一吊点设在钢筋笼的下部，第二吊点设在其长度的中点到上三分点一之间。起吊时，先提起第一吊点，使钢筋笼稍提起，再与第二吊点同时起吊。待钢筋笼离开地面后，第一吊点停止起吊，继续提升第二点。随着第二吊点不断上升，慢慢放送第一吊点，直至钢筋笼同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直。如有弯曲应整直。当钢筋笼进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。钢筋笼达到标高后，要牢固地用吊筋将笼体与孔口护筒电焊联接，以防掉笼或浮笼。2.2.5.3 水下混凝土灌注。
（1）混凝土灌注采用下导管水下灌注，导管采用壁厚6mm无缝钢管，底部距孔底30～50cm，导管要有足够的刚度和强度，导管使用前和使用一个时期后应做压水试验，并试验隔水栓能否顺利通过。水密试验时的水压不小于孔内水深的1.3 倍压力；压水试验根据施工中可能出现的最大压力确定。导管自下而上作标尺和编号，灌注前还要进行升降试验。
（2）混凝土灌注要及时进行，若时间过长须再测沉渣，沉渣厚度摩擦桩不大于20cm，超过此范围需重新清孔。
（3）混凝土必须具有良好的和易性，配合比由项目部中心搅拌站提供。为防止水下混凝土在灌注过程时间较长，混凝土凝固而导致重大事故的发生，混凝土中可掺入高效缓凝减水剂以延缓凝结时间，改善混凝土的和易性及节约水泥。混凝土集中搅拌，泵送浇筑。
（4）首批封底混凝土的隔水措施采用拔球法，灌注砼后必须即时清洗导管。首批混凝土灌注前精确计算首盘混凝土方量，制作足够容积的封底用漏斗，确保封底顺利，确认封底成功后，进行正常浇注。灌注过程严格依照规范进行，随时进行混凝土质量、导管埋置深度等各项检测以保证整个灌注过程的顺利。
（5）浇注开始时，要连续有节奏地进行，当导管内混凝土不满时，徐徐地浇注，防止在导管内造成高压气囊，压漏导管。导管底端要始终埋入混凝土面以下2～6m，严禁把导管提出混凝土面。混凝土浇筑过程中注意观察钢筋笼是否上浮，否则采取加固措施。
（6）在浇注将近结束时，导管内混凝土柱高度相对减少，导管内混凝土压力降低，而导管外井孔的泥浆稠度增加、比重增大。若出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，减少泥浆比重，使浇注工作顺利进行。拆除导管时速度要快，时间不宜超过15min。拆下的导管立即冲洗干净。在混凝土灌注过程中，专人测量导管埋深并填写水下混凝土灌注记录表。
（7）灌注结束后，用测绳准确测出桩顶的混凝土面标高，并按规范要求考虑超灌余量，超灌深度按1m考虑，以便凿除浮浆。
（8）该工程3#、4#墩混凝土灌注桩通过超声波和低应变检测，结果均为Ⅰ类桩，说明灌注效果良好。
3. 结语
水下混凝土灌注桩施工是隐蔽工程项目，要保证施工质量，必须做好每一道施工工序，对施工过程中发生的问题进行分析后制定出适合的方案，严格控制施工过程，只有这样才能有效的控制桩基质量，灌注处高质量的水下混凝土。
参考文献
［1］ 杨全华，费涵昌.水工混凝土研究与应用 中国水利出版社，2005.2.
［2］ 宋功业，邵界立.混凝土工程施工技术与质量控制 中国建材工业出版社，2003.1.
［作者简介］ 邢朝阳（1978-），男，学历：大学本科，职称：工程师，就职于安徽省?水利部淮委水利科学研究院，主要从事地基基础及桥梁结构研究检测工作。
