水下不分散混凝土灌注樁施工工藝研究

摘 要：水下混凝土灌注樁，越來越被應(yīng)用到實(shí)際工程中，灌注樁的施工質(zhì)量好壞決定了樁基工程的質(zhì)量。本文通過研究水下不分散混凝土的施工工藝，分析了混凝土灌注樁的初始灌入量、灌注高度的確定方法，介紹了導(dǎo)管灌注法導(dǎo)管埋深以及灌入時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，需要保證導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在2-6m的范圍內(nèi)，灌注時(shí)間應(yīng)控制住8h以內(nèi)；同時(shí)，介紹了導(dǎo)管直徑和厚度的選擇標(biāo)準(zhǔn)，確定了導(dǎo)管內(nèi)壓的計(jì)算方法。最后，介紹了儲(chǔ)料斗的應(yīng)用，分析表明；儲(chǔ)料斗底部必須至少比水面高4-6m。

關(guān)鍵詞：水下不分散混凝土；灌注樁；施工工藝；導(dǎo)管法

1引言

鉆孔樁的使用越來越廣泛，大量的樁基工程采用水下混凝土的澆筑成樁[1]。水下混凝土灌入是鉆孔樁的最后一步，也是最重要的工藝。為了防止孔的坍塌，經(jīng)常使用泥井壁，但在泥漿下不能看到混凝土，因此難以準(zhǔn)確確定管道深度和間，灌入速度[2]。水下混凝土又稱水下不分散混凝土，到目前為止，混凝土工程在水中的應(yīng)用已達(dá)到9億立方米以上[3]。中國(guó)在20世紀(jì)80年代后期研究水下混凝土并開始應(yīng)用，如鉆孔灌注樁澆注、地下連續(xù)墻澆注等一系列水下工程[4]。目前，水下混凝土施工方法主要有導(dǎo)管法、柔性管法、傾注法等[5-6]。水下混凝土灌注技術(shù)是開挖樁基礎(chǔ)施工的重要組成部分，施工質(zhì)量與樁基質(zhì)量直接相關(guān)。因此，有必要研究水下混凝土灌注樁施工工藝。

2水下混凝土施工工藝

2.1混凝土初灌量

考慮到樁底的擴(kuò)徑程度、管底到孔底的距離、埋管的深度、泥漿的比重，井底沉積物的厚度等因素，計(jì)算混凝土的灌入容量。根據(jù)以下公式計(jì)算混凝土的初始量。

（1）

式中：-混凝土高度達(dá)到時(shí)，混凝土與水壓的平衡高度，m?？砂聪率接?jì)算：

（2）

2.2連續(xù)灌注水下混凝土

水下混凝土灌注主要包括導(dǎo)管插入和泥漿澆筑兩個(gè)步驟。（1）將導(dǎo)管插入球塞中。球塞的初始位置應(yīng)使球塞的頂部與管道內(nèi)的泥漿表面齊平，泥漿密封。（2）澆筑少量水泥砂漿，但數(shù)量取決于樁的直徑。緩慢降低球塞，將砂漿放入管道，停止球塞并用混凝土填充孔漏斗。懸掛在孔板料斗頂部后，切斷或拔出固定球塞的鋼絲，倒出第一批混凝土。在提升料斗中注入混凝土后繼續(xù)填充，并將材料注入孔的料斗中。

管口和孔底之間的距離應(yīng)保持在約300至500毫米的距離。在填充過程中，必須經(jīng)常檢測(cè)混凝土表面的高度，抬起管子，逐漸拆開管子，使管子保持在合理的深度。灌注孔內(nèi)混凝土的高度按如下公式計(jì)算：

（3）

式中：-孔內(nèi)混凝土灌注高度（m）；-攪拌機(jī)數(shù)；-混凝土拌和量（m3）；-混凝土灌注充盈系數(shù)。

2.3 導(dǎo)管埋深

如果導(dǎo)管埋入深度太深，混凝土在導(dǎo)管中不能平穩(wěn)流動(dòng)，不僅影響注入速度，而且還會(huì)引起管道堵塞事故。因此，存在一個(gè)最佳導(dǎo)管埋置深度，大約等于流動(dòng)性保持指標(biāo)與混凝土面上升速度乘積的2倍[7]。導(dǎo)管的埋置深度一般為2-6m。如果導(dǎo)管有足夠的起重能力時(shí)，可以適當(dāng)增加導(dǎo)管的埋置深度，達(dá)到6-8m。

2.4混凝土灌注時(shí)間

每個(gè)樁的注入時(shí)間不能太長(zhǎng)，并且必須盡可能控制在6小時(shí)內(nèi)，并且每小時(shí)的填充高度不小于10米。水下混凝土的灌注時(shí)間選擇見表1。

2.5混凝土灌注施工的技術(shù)要點(diǎn)

由于灌注樁的隱秘性很強(qiáng)，必須嚴(yán)格控制混凝土澆筑質(zhì)量，水下混凝土灌注的技術(shù)要點(diǎn)可以概括為：（1）混凝土的泥漿濃度必須合適，保持混凝土澆筑工作緊湊，保證混凝土的灌注量；（2）在灌注過程中，需嚴(yán)格控制灌注的速度和時(shí)間，嚴(yán)格控制導(dǎo)管的埋置深度，并且每隔15min檢查一次。

2.6 灌注樁質(zhì)量控制

對(duì)于灌注樁的質(zhì)量，常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制。

（1）初始灌注量可以根據(jù)樁徑確定，通常采用樁體體積的10%。樁的高度應(yīng)當(dāng)比設(shè)計(jì)樁高0.5-1.0m。

（2）在進(jìn)行灌注之前，需要提前做試驗(yàn)鉆孔，初步確定鉆孔的直徑，孔壁穩(wěn)定性等；施工后，護(hù)臂用的泥漿必須高地下水位0.5m以上。

（3）在混凝土灌注期間，確保孔壁的穩(wěn)定性。孔底沉積物的厚度必須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：端承樁≤50mm，摩擦樁≤300mm。

3導(dǎo)管法灌注的主要工具

導(dǎo)管法混凝土灌注的主要工具有：導(dǎo)管、漏斗和儲(chǔ)備料等。研究導(dǎo)管直徑、厚度、連接方式以及檢查，儲(chǔ)料斗的設(shè)計(jì)，對(duì)于水下混凝土灌注樁的質(zhì)量，也相當(dāng)重要。

3.1導(dǎo)管

3.1.1導(dǎo)管的直徑

導(dǎo)管的直徑?jīng)Q定著導(dǎo)管的通過能和混凝土的最大直徑。為了保證水下混凝土的澆筑質(zhì)量，需要提前確定導(dǎo)管的作用半徑，其計(jì)算公式如下：

（4）

式中：-混凝土拌合物水下擴(kuò)散平均坡率；-混凝土流動(dòng)性保持時(shí)間，h；-水下混凝土面上升的速度，m/h。其中由下式確定：

（5）

式中：-混凝土高度，m；-混凝土的初凝時(shí)間，h。

灌注水下混凝土?xí)r，還有以下三個(gè)因素決定了導(dǎo)管的直徑[8]：

（1）粗骨料的粒徑。為了防止混凝土在運(yùn)輸過程中的出現(xiàn)離析現(xiàn)象，必須保證混凝土的粒徑要小，一般保證粒徑為導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6-1/8，這樣才能保證混凝土在運(yùn)輸過程中的正常流動(dòng)。如果混凝土的最大粒徑為30mm，則建議導(dǎo)管的內(nèi)徑為200-250mm較好。

（2混凝土中的氣體含量嚴(yán)重影響了混凝土的質(zhì)量，從而影響灌注樁的質(zhì)量。

過多的氣體不僅削弱集料和水泥的粘結(jié)強(qiáng)度，不僅降低了有效橫截面，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。

（3）選擇管道的直徑，鋼筋籠的內(nèi)徑要注意，必須比管接頭的外直徑大于10厘米。導(dǎo)管直徑越小，占地面積越小，運(yùn)輸和移動(dòng)越方便。

2.1.2導(dǎo)管的厚度

為了便于安裝，導(dǎo)管不宜太厚，同時(shí)為了保證足夠的抗拉強(qiáng)度，又不能太薄，導(dǎo)管多為鋼管，其厚度選擇依據(jù)表2所示。

3.1.3導(dǎo)管的檢查與試驗(yàn)

在使用導(dǎo)管一段時(shí)間之后，必須進(jìn)行拼接，質(zhì)量和水密性，壓力，張力等進(jìn)行測(cè)試檢查。水密性試驗(yàn)期間的水壓必須是井中水深的1.3倍，并且壓力試驗(yàn)期間的水壓不應(yīng)低于管壁可承受的最大內(nèi)壓。最大內(nèi)壓可以安裝下式計(jì)算：

（6）

式中：-混凝土灌注時(shí)，導(dǎo)管壁的最大內(nèi)壓，kPa；-混凝土柱的高度，m；；-孔內(nèi)泥漿深度，m。

3.2儲(chǔ)料斗

如果初始灌入容量很大，則還必須配備儲(chǔ)料斗。為了保證導(dǎo)管的埋深能夠達(dá)到1.0-1.4m，儲(chǔ)料斗的容量按照下式確定。

（7）

式中：-儲(chǔ)料斗的容量，m3；-灌注孔的深度，m；-混凝土面至孔底距離，m；-灌注孔直徑，m；-導(dǎo)管內(nèi)徑，m。

如果鉆孔樁的上端低于鉆孔中的水面，則儲(chǔ)料斗底部必須至少比水面高4-6m。如果計(jì)算值大于上述值，則應(yīng)使用計(jì)算值。

4 結(jié)論

通過以上的分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）介紹了混凝土初始灌入量的確定方法，以及灌入混凝土高度的計(jì)算公式；確定了導(dǎo)管埋深和混凝土的灌注時(shí)間，總結(jié)了水下混凝土的施工技術(shù)要點(diǎn)，研究了成樁質(zhì)量控制。管口和孔底之間的距離應(yīng)保持在約300至500mm的距離，導(dǎo)管埋入混凝土的深度一般應(yīng)控制在2-6m的范圍內(nèi)，每個(gè)灌注樁盡可能在8h內(nèi)灌注完成，并且每小時(shí)的填充高度是不小于10m，初始灌注量通常采用樁體體積的10%，護(hù)臂用的泥漿必須高地下水位0.5m以上。

（2）研究了導(dǎo)管灌注混凝土方法，介紹了導(dǎo)管的直徑，厚度的選擇依據(jù)，以及導(dǎo)管質(zhì)量檢查措施。導(dǎo)管的內(nèi)徑為粗骨料粒徑的6-8倍，水下混凝土的最大粒徑為30mm，管的優(yōu)選的內(nèi)徑為200?250mm，同時(shí)，儲(chǔ)料斗底部必須至少比水面高4-6m。

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作者簡(jiǎn)介

張自懷，1992.11.26，男，漢族，河北省邯鄲市，沈陽(yáng)建筑大學(xué)，無職稱，研究生學(xué)歷，研究方向結(jié)構(gòu)加固

（作者單位：沈陽(yáng)建筑大學(xué)）