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水下灌注桩施工难点及注意事项

2022-10-17

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常见的施工难点

由于水下钻孔灌注桩基础施工速度快、质量相对稳定、受气候因素影响不大，所以它们已被普遍采用。钻孔灌注桩基础的施工基本流程：施工放样、铺设套管、钻机到位、清除孔底孔、浸渍钢笼镇流器、次级留置导管、水下混凝土灌注清孔、桩。在水下混凝土灌注的质量影响因素的复杂性，施工质量控制环节往往成为水下钻孔灌注桩基础质量控制点的困难。

水下混凝土灌注施工经常出现的问题有：导管严重的空气和水的泄漏，桩的折断。形成一个松散的层次结构的混凝土、泥或胶囊，有浮浆夹层出现直接造成断桩，混凝土的质量受到影响，造成废桩重作；导管埋入混凝土的长度过深，致使周围的摩擦力增加，导管拔不出来，继而出现了桩断的现象，导致灌注不能顺畅的进行，致使导管外部的混凝土跟着时间的变化降低流动性损失导致恶化；含砂率小的混凝土的和易性和坍落度太小以及其他因素，都有可能导致导管堵塞，致使浇筑断条，再次进行浇注时位置发生偏差没有及时得到处理，混凝土内就会出现浮浆夹层，产生桩断的现象；由于混凝土等待时间增加，使混凝土在管道内部流动性变差，使混合混凝土不能进行正常灌注；套管与地基基础不好，就会造成套管壁带水，引起周边地面沉降，不能保证成桩质量；由于实际的地质原因问题和不正确的钻孔，就有可能致使孔壁坍塌；由于终孔试验误差或者过程中严重塌孔致使之后的钢筋笼下沉淀过厚，或浇筑高度不到位，导致桩长；由于工作人员的不细致或者是认为的操作错误，导致声测管不能正常进行工作，导致对桩基的超声波的检测不能正常进行。

混凝土的配合比要准确

1、水泥的选择

通常情况下。我们一般施工建设中所使用的水泥大多是普通硅酸盐和硅酸盐水泥两种。一般初步凝结时间最好不要早于两个半小时，其强度应该高于四十二点五度。施工中的所使用的水泥应该在实验室里通过物理性能测试，才能满足实际施工中的要求，并且混凝土中水泥的实际用量最好不要超过五百千克每立方米，要严格按照其规定的标准进行使用。

2、骨料的选择

骨料的实际选择有两种，一种是卵砾石，一种是碎石，在实际施工过程中应该把卵砾石作为首选。选择骨料的实际粒径应该是导管的0.1667到0.125之间与钢筋最小距离应该是0.25，并且粒径要保证在40毫米内。粗骨料的实际等级配比要确保混凝土要具有很好的和易性，而细骨料最好使用中、粗砂砾。混凝土中实际含砂概率应该在9/20到1/2之间。水和灰的比例应该在1/2到3/5之间。

3、提升和易性

为了增加混凝土的和易性，在混凝土中不要加入其他外加剂，水下施工中使用的混凝土外加剂有减水、缓释以及旱强剂等，想要在混凝土中加入外加剂，就一定要经过实验确定其使用种类、使用分量，以及加入的程序等。

总而言之，混凝土配合比必须适应导管水下灌注，混凝土配比的适合性可以让其具有足够的塑性和粘聚性，在灌注过程中在导管内具有良好的流动性又不容易发生离析现象，通常来说当水下混凝土强度高，其混凝土的耐久性也会很好。所以从水泥的强度等级，水泥和水的实际用量的总比例和性能等各种掺杂添加剂等多个方面进行考虑，保证混凝土质量。并确保混凝土的等级配比强度等级应高于设计时的强度。混凝土搅拌时间要合适并且要搅拌均匀，如混凝土搅拌运输过程中，发生搅拌不均匀或泌水离析等现象现象，混凝土流动性差，就不能进行使用。

首灌量要求

混凝土首灌量应能保证混凝土灌入后导管埋入混凝土内的深度不小于1.0m，使导管内混凝土柱与管外泥浆压力平衡。混凝土首灌量按下式应通过计算确定。

V=π/4（d 2h1+kD 2h2）

式中 V—混凝土初灌量，m3；

h1—导管内混凝土柱与管外泥浆压力平衡所需高度：

h1=（h-h2）γw /γc，m；

h—钻孔深度，m；

h2—初灌混凝土下灌后，导管外混凝土面高度，取1.3～ 1.8m；

γw—泥浆重度，取11～12kN/m3；

γc—混凝土重度，取23～24kN/m3；

d—导管内径，m；

D—桩孔直径，m；

k—混凝土充盈系数，取k =1.1～1.3。

首灌量对灌注桩成桩质量极其重要。合理的首灌量，既能顺利施工，又能使漏斗灌满后混凝土埋管深度满足要求；同时，通过首灌对孔底沉渣进行又一次的冲洗，可有效提高桩基承载能力，所以对首灌量必须严格要求。

灌注速度控制

首先，分析一下桩身自重传力给土层的转换机理。钻孔桩的桩土相互作用在桩身混凝土灌注时即开始形成，先灌注的混凝土在后灌混凝土的压力下逐渐密实、压缩，并发生沉降，这种相对于土的位移即受周围土层向上的阻力，桩身重量通过这种阻力逐步传递到土层中去。灌注快的桩，当全部灌完后，混凝土虽然还未初凝，但经过灌注时不断冲击和压实，并渗透到四周土层中，这时的混凝土已不同于一般的流体，对土的粘着作用及本身抗剪已形成阻力；而灌注慢的桩，由于混凝土已接近初凝，与土壁之间的阻力将更大。

钻孔桩自重传给周围土层的比例与灌注速度有直接关系。灌注速度快，作用给桩周土层的比例小；灌注速度慢的，作用给桩周土层的比例大。因此提高灌注速度不但对保证桩身混凝土的均质性起到良好的作用，同时可使桩身重量较多地储存于桩底，减少桩周摩阻力的负担，而桩底反力在以后的使用中很少得到发挥，这对改善桩基受力状况、提高使用效果起到一定作用。

实践证明，一根桩的灌注工作越快越顺利，这根桩的质量也一般较好；越是拖拉延误，越容易出事故，因此一定要做到快速连续灌注。

每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，必要时可适量掺入缓凝剂。

控制导管埋深

水下混凝土灌注过程中，导管埋入混凝土的深度适中，则混凝土扩散均匀，密实性好，其表面也较平坦；反之，混凝土扩散不均匀，表面坡度大，易于分散离析，影响质量，所以必须控制导管的合理埋深，保证桩身质量。

导管埋深太大、太小对成桩质量均有影响。埋深太小时，混凝土容易冲翻孔内的混凝土面而将沉渣卷入，造成加泥甚至断桩，在操作过程中也易将导管拔出混凝土面；埋深太大时，混凝土顶升阻力很大，混凝土无力平行上推而仅沿导管外壁向上推挤至顶面附近再向四侧运动，这种涡流也易将沉渣卷入桩身四周，产生一圈劣质混凝土，影响桩身强度。此外埋深较大时，上部混凝土长时间不动，塌落度损失大，容易发生堵管的断桩事故。因此导管的埋深一般控制在2～6m，对大直径超长桩可控制在3～8m范围内。灌注过程应勤提勤拆，拆卸导管前应准确测量孔内混凝土面标高。

控制清孔时间

成孔结束后，应及时进行下道工序施工，二次清孔验收合格后尽快进行混凝土灌注，不能停滞时间太长。若停滞时间太长，由于孔壁土层有一定的渗透性，而使泥浆中的固体颗粒粘附在孔壁上形成较厚泥皮，泥皮在混凝土灌注中被夹在混凝土与土壁之间，有润滑作用，使混凝土与土壁之间摩阻力降低。另外，土壁长时间浸泡在泥浆中，土的某些性质也会改变，有的土层可能会膨胀，强度变低同样也影响桩的承载能力。因此，施工时应严格按规范要求，尽量缩短成孔后至混凝土灌注时间，清孔合格后在30min内尽快灌注混凝土。

控制桩顶混凝土质量

由于上部荷载通过桩顶传递，所以必须保证桩顶混凝土强度满足设计要求。当浇注接近桩顶标高位置时，应控制好最后一次浇注量，可适当减少混凝土的塌落度，使桩顶混凝土的超灌高于设计桩顶标高一倍桩径，以便凿除桩顶部浮浆层后达到设计标高的要求，且必须保证桩顶混凝土强度满足设计要求。大直径超长桩的超灌高度应依据桩长、桩径综合考虑，比一般灌注桩大一些，因为大直径超长桩灌注时间长，沉渣及浮浆积聚厚，防止测绳难以准确判别浓泥浆或混凝土的表面而发生误测。在拔出最后一节导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的浓泥浆挤入而形成“泥心”。

在水下混凝土灌注过程中，为了保证成桩质量，还有许多值得注意的环节。二次清孔时对泥浆各项性能指标的控制，泥浆比重根据不同土层情况宜在1.15～1.25之间，含砂率≤8%，粘度≤28s；灌注前对孔底沉渣厚度的测定要准确，直到满足设计要求才能浇注；导管的连接要求平直、密封，导管使用前及使用一段时间后应做压力试验，压力试验用的压力依据施工中可能出现的最大压力来做，耐压应达到0.6～0.9MPa；灌注前，为使隔水栓能顺利排出，导管底部距孔底距离宜控制在0.3～0.5m，对直径标准＜600的桩，可适当加大导管底部距孔底距离；混凝土灌入前，应先在漏斗内灌入0.1～0.2m3的1∶1.5水泥砂浆，然后再灌入混凝土。

另外，在浇注过程中，当导管内混凝土不满而进入空气时，后续的混凝土宜通过溜槽慢慢注入到漏斗和导管，不得将混凝土从上面倾入导管内，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡胶垫而使导管漏水。在浇注过程中，应有专人测量孔内混凝土面的上升高度，填写水下混凝土灌注记录，对灌注过程中的一切故障均应记录备案。

常见问题和解决措施

1、导管进泥水

灌注水下混凝土所用导管内进泥水也是灌注桩施工中常发生的一种施工质量问题，主要现象表现为浇筑混凝土时，导管内出现涌泥，混凝土被污染，降低了强度，造成夹层，引起渗漏。主要由以下几种原因所致。

1）首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入。

2）导管插入混凝土内深度不够，使泥浆混入导管中。

3）导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入。拔出导管过快，泥浆被挤入管内。

为避免发生导管进泥水，事前要采取相应措施加以预防，主要预防措施有以下几种。

1）首批混凝土量应经计算确定，保持足够的数量和下冲力，使泥浆排出导管外。

2）导管口离槽底应保持不小于300 mm～500 mm的距离。

3）导管插入混凝土深度保持不小于2.0 m。

4）浇灌中注意控制浇灌速度，经常用测锤测定混凝土上升面，根据测定高度，确定拔导管的速度和高度。

如在施工中发生导管进水（泥），要当即查明事故原因，采取以下处理方法。

1）若是上述第一、二种原因引起的，如槽底混凝土深度小于0.5 m，可重新放隔水塞浇筑混凝土，否则应将导管拔出，将槽底的混凝土用空气吸泥机清出，重新浇筑混凝土；或改用带活底盖子导向管插入混凝土内，重新浇筑混凝土。

2）若是第三种原因引起的,应浆导管拔出重新下导插入混凝土内1 m左右，用吸泥泵浆导管内的泥水吸出抽干，然后加防水塞重新灌注混凝土，对于重新灌注的砼，前两盘要加大水泥用量，导管内装灌混凝土后稍提导管，利用新混凝土自重将底塞压出，然后继续灌注。

2、堵管

在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为堵管。堵管有以下两种情况。

1）混凝土开始浇灌时，隔水塞卡在导管内，造成浇灌临时中断，其原因为：隔水塞（球）制作、加工尺寸不规矩，尺寸偏差过大，被卡在导管内，冲不出来；导管下入前，内壁混凝土浆渣未彻底清除干净；混凝土坍落度过大，和易性差，砂子挤夹在隔水塞（球）与导管之间，使隔水塞下不去。

2）混凝土导管内被混凝土堵塞，混凝土下不去，难以顺利进行浇灌。其原因为：导管口离孔底距离过小或插入到孔底沉渣中，混凝土难以从管底挤出；混凝土下冲力不够或混凝土坍落度过小，石子粒径过大，砂率过小，流动度差，混凝土难以下落；浇灌下料间隔时间过长，混凝土变稠，流动度下降，或已凝固。

针对以上两种情况，分析其发生的原因，要采取有利的预防措施，比如隔水塞加工、制作尺寸要符合要求，浇灌砼前导管要清理干净，严格控制砼的拌制质量及浇灌时间，计算好导管距孔底的距离，准确计算初灌混凝土的数量。

如发生堵管问题分析其产生的原因属哪类堵管问题，针对堵管类型可采用以下两种办法进行处理：如为上述第一种类型可采用捣（上部堵塞）、镦、拆（中下部堵塞）的办法处理，如为第二种类型可采用长钢筋焊接冲捣管内砼使砼下落，对于轻微堵管可利用吊车抖动导管吊绳及在导管口安装附着式振捣器使砼下落，如仍不能下落时，应立即拔出导管逐段拆除，并将管内混凝土清理干净，按照导管进水第三种原因引起的方法重新进行灌注工作。

3、埋管

灌注过程中导管拔不动或灌注完毕导管无法拔出统称为埋管，常因导管埋深所致，但浇灌砼时间过长，没有及时活动导管或钢筋笼上钢筋焊接不牢，吊放和浇灌混凝土时被碰撞散开，将导管卡住也是埋管的原因。

预防办法：灌注水下砼时，要派专人经常测定导管在砼内的埋置深度，一般宜控制在2 m~6 m内，并且灌注砼时要经常小幅度的抖动导管以防止导管与砼粘结，并且要尽可能的缩短砼的灌注时间，如必须间歇时应将导管拔到最小埋置深度，下钢筋笼前要检查焊接牢固，不得有开焊，在下导管时发现钢筋笼有散开时，要及时进行纠正补焊牢固。

若埋管事故已发生，应立即用大吨位的吊车进行提升导管，若仍无法拔出导管，应采取措施将导管强力拔断，然后按照处理断桩的办法处理。如果埋导管时已灌砼未初凝且流动性还未减少，可以将砼表面的泥渣用吸泥泵吸出，然后重新下导管重新灌注砼，灌注时与导管进水第三种原因的处理办法类同。

4、少灌

少灌又称短桩，产生原因：灌注结束后，由于孔口坍方或下部顶上的泥浆比重过大，使得浆渣过稠，施工人员用测锤未测到砼表面，而误以为砼已灌注到桩顶设计高程，使得桩灌短所造成的事故。

预防办法包括以下几方面。

1）孔口护筒要埋设要严格按规范要求，以防止孔口坍方，且在钻孔过程中发现有孔口塌方现象要及时进行处理。

2）桩成孔后，要及时清除沉渣，使得沉渣厚度符合规范要求。

3）严格控制钻孔护壁的泥浆比重，使得泥浆比重控制在1.1～1.15之间，而且浇注砼前孔底500 mm以内的泥浆比重应小于1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。

处理办法视具体情况而定，如无地下水时，可将桩头挖出，人工凿除桩头浮浆及泥土，露出砼新槎，然后支模进行接桩；如为在地下水里，可将护筒接长埋至原灌砼面下50 cm，用泥浆泵浆泥浆抽干，清除渣物，然后浆桩头清理干净进行接桩。

5、断桩

大都是以上各种问题引起的次生结果。此外，由于清孔不彻底，或灌注时间过长，首批混凝土已初凝，流动性降低，而续灌的混凝土冲破顶层而上升，因而也会在两层混凝土中夹有泥浆渣土，甚至全桩夹有泥浆渣土形成断桩。对于断桩问题的防治，主要是要做好上述问题的预防及治理。对于已发生的断桩，应会同主管部门、设计单位、工程监理以及施工单位的上级领导单位，共同研究，提出切实可行的处理办法。

据以往的经验，如发生断桩可采用如下处理办法。

1）断桩后，如能提出钢筋笼，要迅速将其提出，然后用冲击钻重新钻孔，清孔后下钢筋笼，重新灌注砼。

2）如因堵管断桩，且已灌砼未初凝，在提出并清理导管后使用测锤测出已灌砼顶面位置，并准确计算漏斗及导管容积，将导管下到已灌砼顶面以上10 cm位置，加球胆。继续灌注砼，当漏斗内的砼充满导管的瞬间将导管压入已灌砼顶面以下，即完成湿接桩。

3）若因坍孔、导管无法拔出造成断桩等无法处理时，可会同设计单位结合质量事故处理报告提出补桩方案，在原桩两侧进行补桩。

4）如在桩身检测中发现断桩，此时桩已成型，可以会同有单位研究采用压浆补强的处理办法进行处理。详参见有关桩基补强资料。

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