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摘 要：水下混凝土灌注桩，越来越被应用到实际工程中，灌注桩的施工质量好坏决定了桩基工程的质量。本文通过研究水下不分散混凝土的施工工艺，分析了混凝土灌注桩的初始灌入量、灌注高度的确定方法，介绍了导管灌注法导管埋深以及灌入时间的标准，需要保证导管埋深应控制在2-6m的范围内，灌注时间应控制住8h以内；同时，介绍了导管直径和厚度的选择标准，确定了导管内压的计算方法。最后，介绍了储料斗的应用，分析表明；储料斗底部必须至少比水面高4-6m。
关键词：水下不分散混凝土；灌注桩；施工工艺；导管法
1引言
钻孔桩的使用越来越广泛，大量的桩基工程采用水下混凝土的浇筑成桩[1]。水下混凝土灌入是钻孔桩的最后一步，也是最重要的工艺。为了防止孔的坍塌，经常使用泥井壁，但在泥浆下不能看到混凝土，因此难以准确确定管道深度和间，灌入速度[2]。水下混凝土又称水下不分散混凝土，到目前为止，混凝土工程在水中的应用已达到9亿立方米以上[3]。中国在20世纪80年代后期研究水下混凝土并开始应用，如钻孔灌注桩浇注、地下连续墙浇注等一系列水下工程[4]。目前，水下混凝土施工方法主要有导管法、柔性管法、倾注法等[5-6]。水下混凝土灌注技术是开挖桩基础施工的重要组成部分，施工质量与桩基质量直接相关。因此，有必要研究水下混凝土灌注桩施工工艺。
2水下混凝土施工工艺
2.1混凝土初灌量
考虑到桩底的扩径程度、管底到孔底的距离、埋管的深度、泥浆的比重，井底沉积物的厚度等因素，计算混凝土的灌入容量。根据以下公式计算混凝土的初始量。
（1）
式中：-混凝土高度達到时，混凝土与水压的平衡高度，m。可按下式计算：
（2）
2.2连续灌注水下混凝土
水下混凝土灌注主要包括导管插入和泥浆浇筑两个步骤。（1）将导管插入球塞中。球塞的初始位置应使球塞的顶部与管道内的泥浆表面齐平，泥浆密封。（2）浇筑少量水泥砂浆，但数量取决于桩的直径。缓慢降低球塞，将砂浆放入管道，停止球塞并用混凝土填充孔漏斗。悬挂在孔板料斗顶部后，切断或拔出固定球塞的钢丝，倒出第一批混凝土。在提升料斗中注入混凝土后继续填充，并将材料注入孔的料斗中。
管口和孔底之间的距离应保持在约300至500毫米的距离。在填充过程中，必须经常检测混凝土表面的高度，抬起管子，逐渐拆开管子，使管子保持在合理的深度。灌注孔内混凝土的高度按如下公式计算：
（3）
式中：-孔内混凝土灌注高度（m）；-搅拌机数；-混凝土拌和量（m3）；-混凝土灌注充盈系数。
2.3 导管埋深
如果导管埋入深度太深，混凝土在导管中不能平稳流动，不仅影响注入速度，而且还会引起管道堵塞事故。因此，存在一个最佳导管埋置深度，大约等于流动性保持指标与混凝土面上升速度乘积的2倍[7]。导管的埋置深度一般为2-6m。如果导管有足够的起重能力时，可以适当增加导管的埋置深度，达到6-8m。
2.4混凝土灌注时间
每个桩的注入时间不能太长，并且必须尽可能控制在6小时内，并且每小时的填充高度不小于10米。水下混凝土的灌注时间选择见表1。
2.5混凝土灌注施工的技术要点
由于灌注桩的隐秘性很强，必须严格控制混凝土浇筑质量，水下混凝土灌注的技术要点可以概括为：（1）混凝土的泥浆浓度必须合适，保持混凝土浇筑工作紧凑，保证混凝土的灌注量；（2）在灌注过程中，需严格控制灌注的速度和时间，严格控制导管的埋置深度，并且每隔15min检查一次。
2.6 灌注桩质量控制
对于灌注桩的质量，常从以下几个方面进行控制。
（1）初始灌注量可以根据桩径确定，通常采用桩体体积的10%。桩的高度应当比设计桩高0.5-1.0m。
（2）在进行灌注之前，需要提前做试验钻孔，初步确定钻孔的直径，孔壁稳定性等；施工后，护臂用的泥浆必须高地下水位0.5m以上。
（3）在混凝土灌注期间，确保孔壁的稳定性。孔底沉积物的厚度必须满足以下标准：端承桩≤50mm，摩擦桩≤300mm。
3导管法灌注的主要工具
导管法混凝土灌注的主要工具有：导管、漏斗和储备料等。研究导管直径、厚度、连接方式以及检查，储料斗的设计，对于水下混凝土灌注桩的质量，也相当重要。
3.1导管
3.1.1导管的直径
导管的直径决定着导管的通过能和混凝土的最大直径。为了保证水下混凝土的浇筑质量，需要提前确定导管的作用半径，其计算公式如下：
（4）
式中：-混凝土拌合物水下扩散平均坡率；-混凝土流动性保持时间，h；-水下混凝土面上升的速度，m/h。其中由下式确定：
（5）
式中：-混凝土高度，m；-混凝土的初凝时间，h。
灌注水下混凝土时，还有以下三个因素决定了导管的直径[8]：
（1）粗骨料的粒径。为了防止混凝土在运输过程中的出现离析现象，必须保证混凝土的粒径要小，一般保证粒径为导管内径的1/6-1/8，这样才能保证混凝土在运输过程中的正常流动。如果混凝土的最大粒径为30mm，则建议导管的内径为200-250mm较好。
（2混凝土中的气体含量严重影响了混凝土的质量，从而影响灌注桩的质量。
过多的气体不仅削弱集料和水泥的粘结强度，不仅降低了有效横截面，导致混凝土强度降低。
（3）选择管道的直径，钢筋笼的内径要注意，必须比管接头的外直径大于10厘米。导管直径越小，占地面积越小，运输和移动越方便。
2.1.2导管的厚度 为了便于安装，导管不宜太厚，同时为了保证足够的抗拉强度，又不能太薄，导管多为钢管，其厚度选择依据表2所示。
3.1.3导管的检查与试验
在使用导管一段时间之后，必须进行拼接，质量和水密性，压力，张力等进行测试检查。水密性试验期间的水压必须是井中水深的1.3倍，并且压力试验期间的水压不应低于管壁可承受的最大内压。最大内压可以安装下式计算：
（6）
式中：-混凝土灌注时，导管壁的最大内压，kPa；-混凝土柱的高度，m；；-孔内泥浆深度，m。
3.2储料斗
如果初始灌入容量很大，则还必须配备储料斗。为了保证导管的埋深能够达到1.0-1.4m，储料斗的容量按照下式确定。
（7）
式中：-储料斗的容量，m3；-灌注孔的深度，m；-混凝土面至孔底距离，m；-灌注孔直径，m；-导管内径，m。
如果钻孔桩的上端低于钻孔中的水面，则储料斗底部必须至少比水面高4-6m。如果计算值大于上述值，则应使用计算值。
4 结论
通过以上的分析，得到以下幾点结论：
（1）介绍了混凝土初始灌入量的确定方法，以及灌入混凝土高度的计算公式；确定了导管埋深和混凝土的灌注时间，总结了水下混凝土的施工技术要点，研究了成桩质量控制。管口和孔底之间的距离应保持在约300至500mm的距离，导管埋入混凝土的深度一般应控制在2-6m的范围内，每个灌注桩尽可能在8h内灌注完成，并且每小时的填充高度是不小于10m，初始灌注量通常采用桩体体积的10%，护臂用的泥浆必须高地下水位0.5m以上。
（2）研究了导管灌注混凝土方法，介绍了导管的直径，厚度的选择依据，以及导管质量检查措施。导管的内径为粗骨料粒径的6-8倍，水下混凝土的最大粒径为30mm，管的优选的内径为200?250mm，同时，储料斗底部必须至少比水面高4-6m。
参考文献
[1]陆青涛.旋挖钻孔灌注桩施工技术[J].技术与市场，2012，19（1）：24-25.
[2]H.Y.Moon，K.J.Shin.Evaluation on steel bar corrosion embedded in antiwashout underwater concrete containing mineral admixtures，Cement and Concrete Research.2016，36：521-529.
[3]陈迎明.提高水下混凝土灌注桩强度的试验研究与应用：[硕士学位论文].湖南：中南大学，2003.
[4]William Ve?lez，Fabio Matta，Paul Ziehl.Electrochemical characterization of early corrosion in prestressed concrete exposed to salt water[J].Materials and Structures.2014，49（1）：507-520.
[5]常亚杰.钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺研究：[硕士学位论文].郑州：郑州大学，2017.
[6]Xudong Fu，Zhengbing Zhou.Study on bearing capacity of bored cast-in-situ piles by post pressure grouting.Grouting，2003，127（41）：707-715.
[7]张鸣，周思通，王付鸣等.水下不分散混凝土主要参数对性能的影响研究[J].混凝土，2017，8（334）：140-145.
[8] 王文忠，韦灼彬，唐军务等.水下不分散混凝土配合比及其性能研究[J].中外公路，2012，32（1）：265-267.
作者简介
张自怀，1992.11.26，男，汉族，河北省邯郸市，沈阳建筑大学，无职称，研究生学历，研究方向结构加固
（作者单位：沈阳建筑大学）
关键词：水下不分散混凝土；灌注桩；施工工艺；导管法
1引言
钻孔桩的使用越来越广泛，大量的桩基工程采用水下混凝土的浇筑成桩[1]。水下混凝土灌入是钻孔桩的最后一步，也是最重要的工艺。为了防止孔的坍塌，经常使用泥井壁，但在泥浆下不能看到混凝土，因此难以准确确定管道深度和间，灌入速度[2]。水下混凝土又称水下不分散混凝土，到目前为止，混凝土工程在水中的应用已达到9亿立方米以上[3]。中国在20世纪80年代后期研究水下混凝土并开始应用，如钻孔灌注桩浇注、地下连续墙浇注等一系列水下工程[4]。目前，水下混凝土施工方法主要有导管法、柔性管法、倾注法等[5-6]。水下混凝土灌注技术是开挖桩基础施工的重要组成部分，施工质量与桩基质量直接相关。因此，有必要研究水下混凝土灌注桩施工工艺。
2水下混凝土施工工艺
2.1混凝土初灌量
考虑到桩底的扩径程度、管底到孔底的距离、埋管的深度、泥浆的比重，井底沉积物的厚度等因素，计算混凝土的灌入容量。根据以下公式计算混凝土的初始量。
（1）
式中：-混凝土高度達到时，混凝土与水压的平衡高度，m。可按下式计算：
（2）
2.2连续灌注水下混凝土
水下混凝土灌注主要包括导管插入和泥浆浇筑两个步骤。（1）将导管插入球塞中。球塞的初始位置应使球塞的顶部与管道内的泥浆表面齐平，泥浆密封。（2）浇筑少量水泥砂浆，但数量取决于桩的直径。缓慢降低球塞，将砂浆放入管道，停止球塞并用混凝土填充孔漏斗。悬挂在孔板料斗顶部后，切断或拔出固定球塞的钢丝，倒出第一批混凝土。在提升料斗中注入混凝土后继续填充，并将材料注入孔的料斗中。
管口和孔底之间的距离应保持在约300至500毫米的距离。在填充过程中，必须经常检测混凝土表面的高度，抬起管子，逐渐拆开管子，使管子保持在合理的深度。灌注孔内混凝土的高度按如下公式计算：
（3）
式中：-孔内混凝土灌注高度（m）；-搅拌机数；-混凝土拌和量（m3）；-混凝土灌注充盈系数。
2.3 导管埋深
如果导管埋入深度太深，混凝土在导管中不能平稳流动，不仅影响注入速度，而且还会引起管道堵塞事故。因此，存在一个最佳导管埋置深度，大约等于流动性保持指标与混凝土面上升速度乘积的2倍[7]。导管的埋置深度一般为2-6m。如果导管有足够的起重能力时，可以适当增加导管的埋置深度，达到6-8m。
2.4混凝土灌注时间
每个桩的注入时间不能太长，并且必须尽可能控制在6小时内，并且每小时的填充高度不小于10米。水下混凝土的灌注时间选择见表1。
2.5混凝土灌注施工的技术要点
由于灌注桩的隐秘性很强，必须严格控制混凝土浇筑质量，水下混凝土灌注的技术要点可以概括为：（1）混凝土的泥浆浓度必须合适，保持混凝土浇筑工作紧凑，保证混凝土的灌注量；（2）在灌注过程中，需严格控制灌注的速度和时间，严格控制导管的埋置深度，并且每隔15min检查一次。
2.6 灌注桩质量控制
对于灌注桩的质量，常从以下几个方面进行控制。
（1）初始灌注量可以根据桩径确定，通常采用桩体体积的10%。桩的高度应当比设计桩高0.5-1.0m。
（2）在进行灌注之前，需要提前做试验钻孔，初步确定钻孔的直径，孔壁稳定性等；施工后，护臂用的泥浆必须高地下水位0.5m以上。
（3）在混凝土灌注期间，确保孔壁的稳定性。孔底沉积物的厚度必须满足以下标准：端承桩≤50mm，摩擦桩≤300mm。
3导管法灌注的主要工具
导管法混凝土灌注的主要工具有：导管、漏斗和储备料等。研究导管直径、厚度、连接方式以及检查，储料斗的设计，对于水下混凝土灌注桩的质量，也相当重要。
3.1导管
3.1.1导管的直径
导管的直径决定着导管的通过能和混凝土的最大直径。为了保证水下混凝土的浇筑质量，需要提前确定导管的作用半径，其计算公式如下：
（4）
式中：-混凝土拌合物水下扩散平均坡率；-混凝土流动性保持时间，h；-水下混凝土面上升的速度，m/h。其中由下式确定：
（5）
式中：-混凝土高度，m；-混凝土的初凝时间，h。
灌注水下混凝土时，还有以下三个因素决定了导管的直径[8]：
（1）粗骨料的粒径。为了防止混凝土在运输过程中的出现离析现象，必须保证混凝土的粒径要小，一般保证粒径为导管内径的1/6-1/8，这样才能保证混凝土在运输过程中的正常流动。如果混凝土的最大粒径为30mm，则建议导管的内径为200-250mm较好。
（2混凝土中的气体含量严重影响了混凝土的质量，从而影响灌注桩的质量。
过多的气体不仅削弱集料和水泥的粘结强度，不仅降低了有效横截面，导致混凝土强度降低。
（3）选择管道的直径，钢筋笼的内径要注意，必须比管接头的外直径大于10厘米。导管直径越小，占地面积越小，运输和移动越方便。
2.1.2导管的厚度 为了便于安装，导管不宜太厚，同时为了保证足够的抗拉强度，又不能太薄，导管多为钢管，其厚度选择依据表2所示。
3.1.3导管的检查与试验
在使用导管一段时间之后，必须进行拼接，质量和水密性，压力，张力等进行测试检查。水密性试验期间的水压必须是井中水深的1.3倍，并且压力试验期间的水压不应低于管壁可承受的最大内压。最大内压可以安装下式计算：
（6）
式中：-混凝土灌注时，导管壁的最大内压，kPa；-混凝土柱的高度，m；；-孔内泥浆深度，m。
3.2储料斗
如果初始灌入容量很大，则还必须配备储料斗。为了保证导管的埋深能够达到1.0-1.4m，储料斗的容量按照下式确定。
（7）
式中：-储料斗的容量，m3；-灌注孔的深度，m；-混凝土面至孔底距离，m；-灌注孔直径，m；-导管内径，m。
如果钻孔桩的上端低于钻孔中的水面，则储料斗底部必须至少比水面高4-6m。如果计算值大于上述值，则应使用计算值。
4 结论
通过以上的分析，得到以下幾点结论：
（1）介绍了混凝土初始灌入量的确定方法，以及灌入混凝土高度的计算公式；确定了导管埋深和混凝土的灌注时间，总结了水下混凝土的施工技术要点，研究了成桩质量控制。管口和孔底之间的距离应保持在约300至500mm的距离，导管埋入混凝土的深度一般应控制在2-6m的范围内，每个灌注桩尽可能在8h内灌注完成，并且每小时的填充高度是不小于10m，初始灌注量通常采用桩体体积的10%，护臂用的泥浆必须高地下水位0.5m以上。
（2）研究了导管灌注混凝土方法，介绍了导管的直径，厚度的选择依据，以及导管质量检查措施。导管的内径为粗骨料粒径的6-8倍，水下混凝土的最大粒径为30mm，管的优选的内径为200?250mm，同时，储料斗底部必须至少比水面高4-6m。
参考文献
[1]陆青涛.旋挖钻孔灌注桩施工技术[J].技术与市场，2012，19（1）：24-25.
[2]H.Y.Moon，K.J.Shin.Evaluation on steel bar corrosion embedded in antiwashout underwater concrete containing mineral admixtures，Cement and Concrete Research.2016，36：521-529.
[3]陈迎明.提高水下混凝土灌注桩强度的试验研究与应用：[硕士学位论文].湖南：中南大学，2003.
[4]William Ve?lez，Fabio Matta，Paul Ziehl.Electrochemical characterization of early corrosion in prestressed concrete exposed to salt water[J].Materials and Structures.2014，49（1）：507-520.
[5]常亚杰.钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺研究：[硕士学位论文].郑州：郑州大学，2017.
[6]Xudong Fu，Zhengbing Zhou.Study on bearing capacity of bored cast-in-situ piles by post pressure grouting.Grouting，2003，127（41）：707-715.
[7]张鸣，周思通，王付鸣等.水下不分散混凝土主要参数对性能的影响研究[J].混凝土，2017，8（334）：140-145.
[8] 王文忠，韦灼彬，唐军务等.水下不分散混凝土配合比及其性能研究[J].中外公路，2012，32（1）：265-267.
作者简介
张自怀，1992.11.26，男，汉族，河北省邯郸市，沈阳建筑大学，无职称，研究生学历，研究方向结构加固
（作者单位：沈阳建筑大学）