人工挖孔桩水下混凝土的施工管理

/K43+105大桥人工挖孔桩水下混凝土施工技术郝玉峰（中铁十三局集团公司第五工程有限公司水麻高速马路项目部）云南水富摘要：介绍水麻高速马路第九合同段内K43+105大桥人工挖孔桩水下混凝土施工过程及留意事项。关键词：高速马路；人工挖孔桩；水下混凝土；施工技术K43+105大桥位于国道主干线（GZ40）二连浩特至河口云南水富至麻柳湾高速马路9合同段内，左、右幅均为6—30mT形连续梁桥，双柱式桥墩，人工挖孔桩基础。该桥左幅2#、3#墩及右幅1#、2#墩均位于河道边缘处，有8棵桩基干脆受河道水位影响，采纳水下混凝土灌注。结合施工现场实际条件，该桥水下混凝土灌注采纳直升导管法，挖掘机协作转运混凝土及导管吊装施工，混凝土拌和为2台750型强制式搅拌机集中拌和，混凝土运输采纳2台8m3混凝土运输车干脆运输至浇筑地点，混凝土运距650m。一、水下混凝土简介1、水下混凝土灌注技术简介混凝土借助于管道，利用重力将肯定比例协作的混凝土拌和物灌注到水下，靠自密形成具有肯定强度的混凝土称为水下混凝土。自20世纪60年头在我国首次应用以来，历经40多年的实践，在工程中特殊是在马路桥梁中愈来愈显示出其巨大的技术优越性和经济效益。水下混凝土灌注技术多用于钻孔灌注桩混凝土灌注，在人工挖孔灌注桩中用的不多。2、水下混凝土灌注技术的特点及难点由于在水下施工的特殊缘由，桩基水下混凝土灌注施工技术比一般桩基混凝土灌注要困难，技术含量较高，施工过程中稍有大意，就会出现断桩或其它质量问题，其主要缘由在于：水下混凝土的工艺流程中的每一道施工工序都干脆影响着桩基的施工质量，尤其是混凝土的配置、导管的连接及密封状态、灌注过程中的压力、混凝土上升时的顶升阻力、桩孔的边界条件等因素的影响更为干脆，而这些因素往往又是无法预料、难以限制的。结合对K43+105大桥人工挖孔桩水下混凝土灌注的施工实践，从桩基混凝土施工方法、方案的选择、水下混凝土施工设备的选择和管理、劳动力的组织、水下混凝土的配制等方面简述人工挖桩水下混凝土灌注的施工技术管理。二、人工挖孔桩混凝土施工方案、方法的选择人工挖孔桩混凝土施工方法的选择在人工挖孔桩完成后，要对桩基孔底及孔壁渗入的地下水的状况进行观测，依据渗水量的大小分别采纳不同的混凝土灌注方法。（1）人工挖孔桩完成后，当自孔底及孔壁渗入的地下水，其上升速度较小（参考值≤6mm/min）时可不采纳水下混凝土的方法；（2）人工挖孔桩完成后，当自孔底及孔壁渗入的地下水，其上升速度较大（参考值≥6mm/min）时则应采纳水下混凝土的方法；2、水下混凝土的灌注施工方案的选取水下混凝土的灌注施工方案的选取，主要结合现场的实际状况、工程的设计要求以及设备状况来选择合理的施工方案，使工程能满意设计及规范要求。水下混凝土施工方式有：直升导管法、箱袋法、铺石灌浆法、混凝土泵输送法等。K43+105桥依据施工现场的实际状况，采纳直升导管法进行混凝土的灌注。水下混凝土浇筑设备布置图水下混凝土施工设备的选择和管理机械设备的合理配套及完好是保证水下混凝土灌注施工质量的基本保证。在开工前，应对全部施工设备的完好性进行必要检查，以确保施工机械能满意水下混凝土施工的强度和质量要求。1、组织一台性能良好的备用发电机是桩基水下混凝土灌注施工中必备的设备，以防止电网断电或发电机损坏，从而影响水下混凝土的灌注施工，甚至发生断桩的质量事故。2、混凝土的搅拌机械的选择。其主要依据为水下混凝土的灌注时间，即第一盘混凝土拌和至桩基水下混凝土灌注结束止。依据钻孔桩长度、桩基的直径等因素确定。所选择搅拌机械地容量和数量要满意混凝土连续灌注时间的须要，同时在每次运用前都应进行细致地检查和修理，确保灌注期间的正常运用。混凝土拌和机宜采纳强制式，其容量不宜小于400L。3、混凝土运输设备的选择。其主要依据为混凝土的初凝时间，以不影响水下混凝土的灌注施工及保持混凝土浇筑的连续性为准，若运距较远或运输时间较长时，可掺用缓凝剂、缓凝剂的种类和掺用量需通过试验确定。也可采纳搅拌和运输车，按协作比运输干拌料到灌注地点，再加水搅拌匀称后，进行灌注施工。4、水下混凝土导管一般选用钢导管，导管管径视桩径大小而定，由200～350的管子组成，用装有垫圈的法兰盘连接管节。水下混凝土导管的基本要求是满意混凝土灌注量、接头密封不漏水不漏气。导管必需坚实，内壁圆滑、顺直、光滑和无局部凸凹。各节导管内径大小必需一样。导管每次运用前都要细致的检查，包括焊接缝、管壁的光滑度、平直度，有无穿孔裂纹等。各节导管接口之间的弹性垫物在每次安装前要细致检查，要求完整无损并且要满涂黄油，用于连接法兰盘的螺栓必需确定拧紧，以保证导管在施工过程中不漏水。另外在开工前，还必需对导管进行水密水压试验和接头抗拉试验，严禁用气压试压，合格后方可运用。进行水密试验的水压不应小于孔内水深的1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力的1.3倍，p可按（1）式进行计算：p=γcHc-γwHw（1）式中：p——导管可能受到的最大内压力（kPa）；γc——混凝土拌和物的重度（取24KN/m3）；hc——导管内混凝土柱最大高度（m），以导管全长或预料的最大高度计；γw——井孔内水或泥浆的重度（KN/m3）；Hw——井孔内水或泥浆的深度（m）。5、提灌混凝土等提升设备以及其他有关灌注机具，在运用前都应进行细致检查，以确保水下混凝土的灌注顺当进行。水下混凝土施工的劳动力组织水下混凝土的灌注施工，其劳动力组织要依据所选取的灌注施工方案、灌注施工相关设备及现场实际施工状况等因素来确定工种和人数。由于水下混凝土施工的特殊性，它除了要求组织常态混凝土浇筑的人员外，还必需增加一般较为娴熟的导管组施工工人，以便能快速地拆卸和组装导管，同时必需强调统一指挥、亲密协作。水下混凝土的配制水下混凝土的配制状况干脆关系到水下混凝土的质量的好坏，除了要求水下混凝土的强度、等级和材料应符合设计要求和《马路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）的规定外，并应符合下列要求：1、水泥的选择要符合设计及规范要求，可采纳火山灰水泥、粉煤灰水泥、一般硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，其出凝时间不宜早于2.5h，其强度等级不宜低于42.5MPa，并且在运用中不能采纳早强型水泥。肯定要通过水泥的初凝时间和抗压强度等试验来选择合适的水泥品种，并应严格按施工规范和设计要求确定水泥用量。由于水下混凝土施工的特殊性，因此规范规定每立方米混凝土的用量一般不应少于350kg。2、粗集料宜优先选用卵石。如选用碎石，宜适当加大含砂率，且不宜采纳单级配碎石，集料的最大粒径应不大于导管内径的1/6—1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于40mm，泵送混凝土不宜大于30mm，扁平状含量不应超过规范规定值。3、细集料宜采纳级配良好的中砂。为使混凝土有较好的和易性，混凝土的含砂率宜采纳40%—50%，水下混凝土的水灰比宜采纳0.5—0.6。依据施工的实际状况如混凝土的强度要求，所选用水泥的品种及强度等级，以及施工中掺用外加剂等，可适当加大或减小水灰比，而且必需经过试验来确定，以满意设计和规范要求及施工的须要。4、在正常状况下，水下混凝土的密实是靠混凝土自重下沉来进行的，这就要求水下混凝土具有良好的流淌性和粘聚性。为了满意施工要求，水下混凝土的坍落度一般限制在180～220mm。为使混凝土表面表面能自动坍平，施工起先时可略小，结束时适当加大坍落度。为了提高混凝土的和易性，可适量掺加外加剂、粉煤灰等材料，其品种和掺量除要符合有关规定规定外，还应通过试验来确定。同时首批混凝土的初凝时间不得早于灌注桩全部混凝土灌注完成时间。当混凝土数量较大，需灌注时间较长，可通过试验，在首批混凝土中掺入缓凝剂，延长其初凝时间，以满意水下混凝土灌注施工要求。5、混凝土的强度和其耐久性关系亲密。一般状况下，混凝土的强度高时，其耐久性也好。水下混凝土的强度主要取决和水泥的标号、水及水泥的用量、粗骨料的种类和性质、有无掺用外加剂等。依据施工实践证明，水下施工混凝土成品强要比在空气中的低，用取芯法取样检验，水下混凝土抗压强度约为混凝土标准强度的80%左右，一般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%，这样才能有效地保证水下混凝土的施工质量。6、在一些易受海水侵蚀或对混凝土有特殊要求的地区，则应按有关规定，通过试验选取合适的水泥或掺入外加剂，以保证水下混凝土的灌注施工能满意设计和规范要求。六、水下混凝土施工前技术打算及设备安装1、首批灌注混凝土的数量的计算首批灌注混凝土的数量应能满意首次埋置深度（H≥1.0m）填充导管底部的须要，见上图，所需混凝土数量可参考下列公式计算：V≥πD2（H1+H2）/4+πd2h1/4（2）式中：V——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0.4mH2——导管初次埋置深度（m）d——导管内径（m）h1——桩孔内混凝土达到埋置深度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=Hwγw/γc；Hw、γw、γc意义同（1）式；2、导管的安装（1）导管顶部应设置一漏斗，能够存储肯定数量的混凝土，漏斗的容积以满意首批混凝土的储备量。首批灌注下去的混凝土必需满意导管初次埋置深度的须要，否则将会发生桩间夹泥，导管内进泥或进水等现象，严峻影响桩基混凝土的施工质量。漏斗底部高度位置也需进行限制。漏斗底口应比桩内水面至少高出4—6m。一般在漏斗下面的设置阀门以保证首批混凝土的数量，如漏斗内储存的混凝土数量不能满意首批混凝土须要量，则需在导管内设置隔水栓或阀门，还可防止水或泥浆和混凝土相接触。阀门的种类较多，一般提倡采纳提板软垫或阀门二法，其位置一般应设置在孔内水面以上30cm左右导管内。（2）导管每次运用前都要细致的检查，包括焊接缝、管壁的光滑度、平直度，有无穿孔裂纹等。各节导管接口之间的弹性垫物在每次安装前要细致检查，要求完整无损并且要满涂黄油，用于连接法兰盘的螺栓必需确定拧紧，以保证导管在施工过程中不漏水。并进行水密水压试验和接头抗拉试验合格后方。（2）安装导管时要保证导管底部至孔底有250mm～400mm的空间，以混凝土下落时能保证把桩底部的虚渣、残渣冲起。（3）导管在下放过程中肯定要保持导管的垂直度，并且其位置应居于桩孔轴线上，以使其轴线顺直，稳步沉放，以防止其和钢筋骨架碰撞。另外避开在导管提升的过程中，导管法兰盘和钢筋笼或用于桩基检测的声测管相互挂接。七、水下混凝土的灌注施工水下混凝土的灌注施工在整个灌注过程中，必需严格加以限制。起先灌注前，桩基孔应经过成孔质量检验合格，且须细致检查如下部位：（1）、将人工挖孔桩内的积水尽量抽干后对桩底进行彻底的清理，然后将桩内灌清水或符合要求的泥浆至符合要求的高度，然后马上灌下首批混凝土。（2）、计算出首批混凝土储备量，检查所存储混凝土是否能满意灌注要求，即混凝土埋深不不小于1m，同时必需埋设导管底口。（3）、钢筋笼加工安装要精确坚固，下孔时分节焊接要垂直，钢筋笼和桩孔中心要对应，并适当设置必要的定位筋，坚固定位。（4）、导管中隔水栓或阀门等安装是否到位，导管的连接是否平顺及密封，确保坚固及不漏水、不漏气。对于其他相关设备的完好性，以及劳动力的组织到位等状况，都必需经过细致检查，一切符合要求后才可起先灌注混凝土。2、在起先灌注水下混凝土时，必需依据施工工序，对以下施工环节进行严格限制：（1）、在整个水下混凝土灌注施工过程中，都必需对水面或泥浆以下的孔深和所灌注的混凝土面高度时常地进行探测，以限制沉淀层厚度、导管埋置深度和桩顶高度。如探测不准，将造成沉淀层过厚、导管提漏、埋深过深等现象，因而简单发生夹层断桩、短桩或导管拔不出来等事故。因此探测工作相当重要，应依据工程实际状况，采纳较为精确、快速的方法和探测工具，并时常对灌入的混凝土数量进行核对，如混凝土面上升值少于预升值，说明该段有扩径；如上升值比预料值多得多，不是测量发生错误就是发生坍孔或缩径，此时应进行重新换位测量，弄清缘由，不能草率的进行处理，以防出现错误。常用的探测方法有：测深锤法、钢管取样盒法及仪器法等。目前多采纳测深锤法，锤重不小于4kg，在运用时需由两人用两个测锤测深，并相互校核，以防误测。（2）、在灌注水下混凝土整个施工过程中，还必需严格限制导管的埋深，出料口应伸入从前灌注的混凝土内至少2m，以防止泥浆及水冲入管内，且不得大于6m，当拌和物掺有缓凝剂，或灌注施工较快且导管连接坚固又有足够起重实力时，依据现场状况，可适当加大埋深，但也不宜超过8m。（3）、当首批混凝土储备量足够后，开启阀门将混凝土灌入孔底，马上测探孔内混凝土高度，计算出导管埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。（4）、灌注起先后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停止。要留意防止混凝土从导管外落入孔内，使泥浆稠度变浓，影响测深的精确度。同时应留意视察管内混凝土的下降和孔内水位升降状况，这也是最直观推断是否须要提升导管的一个重要标记。当管内混凝土不再向下运动或孔口不再返出泥浆时，说明混凝土压力已等于或小于其在孔桩内顶升的阻力，此时略微向上提升导管，混凝土还能灌入。若须要提升较大时，这说明动力大大小于阻力，此时应提升导管，减小导管在混凝土中的埋深，使混凝土的动力重新大于顶升阻力。当导管提升到法兰接头漏出孔内以上肯定距离后，应对孔内混凝土面实际高度进行探测，确保导管埋深限制在2—6m，并结合每节导管的实际长度状况，暂停灌注，进行拆除部分导管。（5）、拆除导管时，应暂停灌注，取走孔口漏斗，采纳提升设备系牢导管，将所需导管快速拆除后，重新设置好漏斗，并调整好导管位置，接着灌注。当提升设备及施工状况允许时，可酌情加大埋深，削减拆管次数。拆管动作要快，一般不宜超过30min。要防止螺栓、橡胶垫等杂物掉如孔内。对于拆下的导管，要马上清洗干净，对方整齐，便于管理。在拆管过程中，必需严格限制导管埋深，切不行将导管拔出混凝土面或是因埋深过小，出现浇筑时冲翻混凝土面，造成严峻夹泥甚至断桩事故。因此必需支配专人协作探测工作，记录混凝土灌入量、混凝土面上上升度、导管拆前长度、导管拆后长度等基本数据，以便严格限制导管埋深。（6）、当灌注首批混凝土或在灌注过程中出现导管内混凝土不满、含有空气时，后续混凝土要缓缓灌入，不行整斗地灌入漏斗和导管内，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，破坏导管接头，造成漏水或泥浆渗漏。（7）、当混凝土灌注接近钢筋笼下端时，防止混凝土冲击致使钢筋笼上升。应加大混凝土的流淌性，使导管底口处于钢筋笼口3m以下和1m以上处，并适当放慢灌注速度以减小混凝土向上的冲击力。当混凝土埋置钢筋笼骨架超过4～5m后，可提升导管，减小导管埋置深度，增大钢筋笼骨架的埋置深度，从而能有效避开出现钢筋笼骨架被顶升的事故。（8）、为了确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌肯定高度，以便灌注结束后将此段混凝土清除。增加的高度，可按孔深、成孔方法和清孔方法确定，一般不宜小于50cm。为削减以后凿除桩头的工作量，可在浇筑结束后，混凝土凝聚前挖除多余的一段桩头，但应保留10～20cm，以待随后修凿。当灌注混凝土结束时，导管内混凝土压力减小，而导管外的泥浆的相对密度增大，可能出现顶升困难，这时可向孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土或残渣，使灌注工作顺当进行。在拔出最终一节导管时，拔管速度肯定要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下，形成泥心现象。（9）、在灌注施工过程中，还要严格限制混凝土的拌和质量，严格按协作比进行拌制，并要求搅拌匀称，当混凝土拌和物运至灌注地点时，如混凝土的匀称性及坍落度不符合要求时，应进行二次拌和，二次拌和仍达不到要求时，不得运用。为了检验所灌注的水下混凝土的强度，还必需留取混凝土试块以便试压检验。每根桩至少留取2组试块，桩长20m以上者不少于3组。（10）、最终，为了便于检验所灌注的桩体，还需记录下有关施工状况，如灌注时间，混凝土的深度、导管埋深、导管拆除，尤其是施工中发生的异样现象等，必需指定专人进行记录。八、水下混凝土施工中常见事故及处理方法由于水下混凝土是在特殊的条件下施工，受不利因素的影响较多。而水下混凝土的灌注施工是成桩的关键性工作，应当快速、连续施工。实践证明，一根桩的浇筑施工组织越好，浇筑的越快、越顺当，桩的质量一般比较好，越是施工组织不紧凑，越简单出现施工中的质量事故。如出现质量事故，应分析缘由，实行合理的技术措施，刚好设法补救，不宜轻易废弃，以免造成过大的损失。在水下混凝土施工中，常见的质量事故有如下几种：1、导管内进水或进泥浆。应依据施工状况查明缘由，用泥浆泵或其他设备将导管内的水或泥浆吸出。同时也必需将孔内受影响的混凝土清除掉，必要时重新设置导管，并确保导管在混凝土中的埋深不小于2m，方可接着灌注混凝土，且许灌的混凝土协作比应适当加大水泥用量，使原混凝土损失的流淌性得以弥补，以后