钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺研究

钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺研究

谢成贵

广西桂川建设集团有限公司

【摘要】钻孔灌注桩是桥涵工程中桩基础的一种形式，在桥涵工程中应用广泛。它具有承载能力好、施工作业方便、 设备简单、 操作程序化的优点，近些年来，在我国得到了广泛的应用。本文结合笔者多年的研究与实践，探讨钻孔灌注桩水下混凝土配合比的设计及施工工艺，以供参考。

【关键词】钻孔灌注桩水下混凝土；配合比设计；施工工艺

    在钻孔灌注桩项目工程施工建设期间，水下的混凝土灌注属于最为关键的施工环节。混凝土的水下灌注，通常被称之为导管式混凝土灌注，主要是把混凝土经过相应竖立管子，借助于混凝土自重来进行灌注施工操作的一种方法及手段，被广泛应用于围堰灌注、沉井基础、桩基础等各类水下、地下工程当中，应用效果相对较好。但因该类工程的复杂性特征较为明显，故对于混凝土的配合比、施工工艺等要求极高。那么，为了能够确保钻孔的灌注桩项目工程当中水下的混凝土实际灌注施工效率、质量有效提升，就需广大设计技术员结合以往工作经验，对其配比设计、施工工艺两方面内容，予以系统化的分析及研究。从而全面掌握其配合比的设计与施工工艺要点，保证钻孔灌注桩项目工程能够高标准完工。

1.配比设计分析

1.1材料性能

    首先是水泥材料。应当尽可能选用普通的硅酸盐类水泥材料，实际强度等级应当为42.5

及以上；其次是矿物的掺合料。适当掺入磨细的矿渣粉及粉煤灰，以确保混凝土自身拌和性有效提高。针对C50类水下的混凝土，一般可选用s95磨细的矿渣粉或者Ⅱ级的粉煤灰为矿物的掺合料；再者是粗细骨料。细骨料，最好择选中粗砂，而粗骨料则最好择选连续级配，其最大的粒径不可超过钢筋的京剧及导管内径1/4 范围；还有是外加剂。应当择选缓凝型的减水剂，以确保水下的混凝土可实现初凝前期连续完成浇筑施工；最后是使用水应当择选饮用水[1]。

1.2配比设计的基本要求

    混凝土的标准试件实际强度等级，必须达到总体设计强度所要求等级1.15倍以上，胶凝材料实际用量需超出350kg/m3范围。混凝土，其拌合物的塌落度需处180mm~220mm范围内，1小时内塌落度的保留值需超过160mm 范围，混凝土的初凝时间必须满足于整根桩灌注的时间。

1.3配比的计算

    首先，需计算配比强度。所计算分析出配比的强度等级，必须超过C30普通混凝土配比强度。在一定程度上，在计算分析水下的混凝土实际配比期间，广大设计者不应当仅仅局限于配比设计规范及相关要求当中，而是应当结合水下的混凝土自身强度受浇筑的密实度、不分散性等方面应所致实体的强度损失。可以说，处于不同时期状况下，混凝土的浇筑量及压力等均存在着较大差异性，极易有蜂窝及离折情况出现，以至于水下的混凝土自身结构缺乏良好密实性。故在计算分析水下的混凝土实际配比期间，设计者必须充分结合水下的混凝土及其工程施工建设实际要求，将混凝土的配比强度适当提高；其次，确定好水胶比。一般来说，水胶比是由表中经验公式所计算分析得出[2]。倘若材料并未出现明显变化情况时，可建立起水胶比与该混凝土的强度关系。但是，因钻孔灌注桩该工程项目对于水下的混凝土总体配比要求相对较高，且复杂性较为突出，故需结合实际情况合理确定该水胶比，以提高水下的混凝土实际配比设计效果；再者，在外加剂与水实际用量方面，也需结合施工具体情况，予以合理化调整，不要局限于一定设计形式及标准，遵从合理的配比设计原则即可；还有，合理确定砂率。为能够确保水下的混凝土自身泌水率可有效降低，其砂率必须超出40%范围，并结合实际情况予以科学调整；最后，做好试配工作。从经济实用性及合理性两个方面入手，进行三组以上的试配操作，并结合试配结果，合理的确定最终配比设计参数。从而提高配比设计的科学性、合理性[3]。

2.施工工艺应用分析

2.1制作及放置钢筋笼

    采用现场的吊装入孔方式，集中制作钢筋笼。钢筋笼，其下端20cm处需进行2cm的收缩处理；每隔2m均需设置加强的箍筋，与主筋一同焊接；清孔前期，需吊放钢筋笼；在钢筋笼的上端处，需安置固定杆或吊环，其外侧对称处需安置钢筋的保护层垫块；钢筋笼吊放期间，不可碰撞到孔壁，校正好标高，将钢筋笼固定好，防止走位情况出现。

2.2合理设置声测管及导管

    首先，在设置声测管期间，需固定于钢筋笼内侧处，使用粗铁丝予以牢固捆扎，接头与底部需设好固定点；钢筋笼下端的放入孔，需分节予以固定安装，管内清水必须注满，待安装完成后需这加盖封闭管口，防止孔道被堵塞；声测管的上端位置，必须超过混凝土灌注的顶面50cm；其次，在设置导管期间，应当使用内径Φ30cm钢管，其尾部长度需为3.8m，而中间节长度应当为2.7m。为便于施工操作，需配置两节长度为1.0m调节管，并选用螺旋丝的扣型接头。安装完毕后，轴线实际偏差不可大于孔深0.5%范围[4]。

2.3做好清孔的施工

    采用置换方法做好清孔施工操作，于导管顶部设置皮笼、弯头，利用泥浆泵把泥浆压入至导管中，从孔底部沿着导管进行沉渣的外置换操作，孔底部沉渣实际厚度不可超出5cm范围。

2.4灌注施工

    采用拔塞法进行灌注施工，漏斗底口需设置塞子将其封好，混凝土装满后将塞子拔出，入孔后探测顶面高度，并计算出导管的埋深，严格按照施工要求实施灌注施工操作。导管埋深需控制于1.0m~3.0m范围内，灌注速度需控制在15min范围内。

3.举例分析钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺

3.1工程概况

    例举的项目位于广西区内的民族大道上，工程涉及的桩基类型较多，如C35混凝土的筏板基础、C30混凝土柱下独立基础及钻孔灌注桩基础。本文对该工程钻孔灌注桩基础的施工过程进行了详细研究，其钻孔灌注桩的直径为80cm，桩身由C35混凝土浇筑而成。在桩的底板处和基础梁下设置了C15混凝土垫层，该垫层厚度为100mm。在柱下独立基础桩的底板处和基础梁下也设置了混凝土垫层，其规格和钻孔灌注桩相同。

3.2配合比设计分析

3.2.1材料性能

   （1）普通硅酸盐类水泥是本工程选用的水泥类型，在选择原料时需验证其实际强度等级，原则上其强度最小值为42.5MPa。（2）选择矿粉时，要尽量将其磨细，以提高混凝土拌合后的相关性能。通常，混凝土强度等级低于C50时，矿粉渣规格要选择S95。粉煤灰一般选用二级即可。（3）粗骨细料的选择标准如下：为确保配制好的混凝土性能符合设计标准，在选择细骨料时最好使用中粗砂；选择粗骨料时，最好选择连续级配来配制，其粗骨料的粒径最大值不可超过导管内径的1/4。外加剂可选择缓凝功能较强的减水剂，以确保水下混凝土在初凝之前就能连续完成施工。此外，配制混凝土时，最好选择饮用水来拌合。

3.2.2合比设计基本要求

在实际配制中，所配制的混凝土等级最小值要达到设计标准的115%，需使用胶凝材料用量最小值为350kg/m3。此外，要控制混凝土拌合材料的坍落度。原则上，坍落度最小值为0.18m，最大值为 0.22m。在配制1h内，坍落度最小值要达0.16m。

3.2.3配合比的计算

    （1）配合比的强度，混凝土配制后的强度需要计算出等级，所得强度要大于普通混凝土（即混凝土规格为C30）配合比强度。在计算时，不仅要考虑到相关设计标准，还要结合工程实际，包括浇筑过程中的浇筑密实度对混凝土硬度的影响等。随着浇筑过程的不断推进，混凝土所需承受的压力指数也在不断变化，加之浇筑量的增加，混凝土结构发生变化，增大了蜂窝或离析现象出现的概率，造成混凝土的密实度不达标。鉴于此，在计算混凝土强度等级时，既要考虑水下混凝土的设计标准，又要考虑具体工程的应用情况，使其等级得到有效提升。（2）水胶比。确定水胶比与混凝土强度之间关系的前提是混凝土材料并没有出现明显变化。本工程中，该混凝土应用于水下施工，因此对混凝土的配合比有较高的要求，由于施工情况相对复杂，所以在确定水胶比时需结合实际情况。（3）使用合理的外加剂可提高混凝土的相关性能，本工程在选择外加剂时除了要遵循相关设计标准，还要结合现场实际情况选择科学的配合比，以确保混凝土的性能符合相关标准。（4）砂率的大小直接关系到混凝土自身泌水性能的高低。要想将混凝土自身泌水性能控制在有效范围之内，需确保含砂率不小于40%。

3.3施工工艺

3.3.1平整场地与桩位放样

    参照施工设计标准平整场地，使施工场地及作业面干净整洁，替换软土时应确保场地的硬度符合标准。在施工现场，粉土是地表土的主要成分，这类土质的透水性很强，尤其是经雨水冲刷后，容易产生水土流失，给钻机工作带来很大影响，同时会产生较大位移或沉降。为确保钻机在软土地区正常操作，需铺垫枕木。桩位放样施工需遵循以下标准：施工前应确定桩位中心线、桩位，并使用全站仪进行核准；为方便核准桩位，要在每根桩上进行标注；核准时，应对全站仪扫描出的数据与设计标准进行比对；核对后，执行桩位放样操作。在护筒埋设前需核对误差值，桩位距离中线产生的偏差需符合设计标准。

3.3.2埋设护筒

    埋设护筒的目的在于即使在土层较厚的施工层也能准确地进行钻孔灌注施工。本工程选用的钢护筒厚度为1cm，在埋设时用振动沉拔锤锤至标准距离。在刃脚处进行加固处理，其钢板厚度需达到1cm。

3.3.3泥浆制备

    泥浆不仅可增加护壁稳定性，还能起到冷却钻头的作用，使施工过程顺利进行，但泥浆质量会受到地质条件和气候因素的影响。为了尽量降低泥浆受到的影响，一般造浆护壁会使用更优质的黏土，并且在打孔过程中，随时对泥浆质量进行检测，根据具体位置泥浆指标的含量来确定黏土的投放数量。当钻孔施工的较软岩层时，为避免出现塌落情况，需提高泥浆比重和黏度，并且孔内水头的高度需比地下水位高1～1.5m。

3.3.4成孔

    为避免串孔，在钻孔时需控制好两孔间距。当钻孔深入到孔内后，保持钻头与孔底的距离在5～8cm，打开泥浆泵进行循环冲洗，时间为3～5min。待上述操作完成后，钻机可正

常工作。钻头缓慢下沉，待其到达护筒底部1m位置时，增加钻机的转速和压力，使之钻进成孔。在钻机工作过程中，若无特殊情况，钻头不可被随机提起。若因实际需要，钻杆需加长处理，要在关闭钻机之后，再将其向上抬升，并将抬升距离控制在8～10cm。在这一过程中，浆液需处于循环清洗状态，并将时间控制在60～120s，待残渣排净后，再进行钻杆加接。

3.3.5清孔和钻孔质量检测

    成孔之后还需保持10转/min的速度空转，之后再将钻杆提起。待成孔检测后，根据水下混凝土的标准及时检测泥浆的指标性能。清孔处理是控制钻孔灌注桩质量的重要措施，一般会使用抽浆法。测量孔深一般使用绳测法，测量孔的直径长度时需用专业的探孔器进行探测。本工程选择拔塞法进行灌注施工，封好漏斗底口处的塞子，待装满混凝土后，拔出塞子，计算出导管的埋深距离，最浅的距离控制在1m处，最深的距离控制在3m处，并在15min内完成灌注处理。

4.结束语

综上所述，为能确保钻孔灌注桩项目工程顺利完成，项目单位应当愈加重视水下的混凝土实际配比设计与实际施工工艺，结合钻孔灌注桩项目工程实际情况及各方面要求，对水下的混凝土进行科学的、合理的配比设计，并合理设计该项目工程总体的施工工艺。从而能够通过科学的配合比与施工工艺设计，成能提高设计水平，保证施工质量。

【参考文献】

[1]赵红阳.南水北调中线工程灌浆桩水下混凝土配合比设计[J].商品与质量,2017,2(11):803-805.

[2]范卫玲.钻孔灌注桩水下灌注混凝土配合比设计研究[C].江苏省混凝土新技术研讨会暨应用技术交流会,2016,2(12)：258-259.

[3]张岩.钻孔灌注桩水下混凝土配比及其灌注工艺分析[J].建筑工程技术与设计,2015,2(7):124-125.

[4]左春丽.钻孔灌注桩废弃泥浆快速泥水分离试验研究[J].施工技术,2018,47910:66-69.