钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺

刘 明

（中铁十一局集团房地产开发有限公司，湖北 武汉 430050）

在基础建设中，应用较为广泛的当属钻孔灌注桩技术。该技术具有良好的承载性能、施工作业方便、操作简单、施工效率高等优点，在我国基础建设中备受青睐。但工程造价较高，完工后不易修复，必须在施工中严格控制混凝土配合比，选用恰当的施工工艺辅助施工，以确保桩基础的成品质量。

1 工程概况

梧桐苑项目位于武汉市武昌区民族大道，工程涉及的桩基础类型较多，如C35混凝土筏板基础、C30混凝土的柱下独立基础和C35钻孔灌注桩基础。本文详细研究钻孔灌注桩基础的施工过程，钻孔灌注桩直径达80cm，桩身由C35混凝土灌注而成。在桩的底板处和基础梁下设置C15混凝土垫层，垫层厚度100mm。在柱下独立基础桩的底板处和基础梁下也设置混凝土垫层，规格与钻孔灌注桩一致。

2 配合比设计分析

2.1 材料性能

①选用普通硅酸盐类水泥，选择原料时还需验证其实际强度等级，原则上其强度最小值可达42.5MPa。②矿粉应尽可能磨细，以提高混凝土拌合后的相关性能。混凝土规格等级低于C50时，矿粉渣规格应选择s95。粉煤灰选用2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，粗骨料粒径最大值不可超过导管内径的1/4。④选择外加剂时，可用缓凝功能较强的碱水剂，以确保水下混凝土初凝前能连续完成施工。[5]配制混凝土时，最好选择用饮用水来拌合。

2.2 配合比设计基本要求

在实际配制中，所配制的混凝土等级最小值应达到设计标准的115%。胶凝材料的用量最小值需达350kg/m3。要控制混凝土拌合材料的坍落度，原则上，坍落度控制在0.18～0.22m，配制混凝土1h内坍落度最小值约16cm。

2.3 配合比计算

1）强度 混凝土配制完成后的强度需计算出等级，数值应大于普通混凝土的配合比强度。计算C30时不仅要考虑相关设计标准，还要考虑工程实际情况，包括浇筑过程中浇筑密实度对混凝土强度的影响。随着浇筑过程不断推进，混凝土承受的压力指数不断变化，加之浇筑量的改变使混凝土结构发生很大变化，增加了蜂窝或离析出现的概率，易造成混凝土密实度不达标。因此，在计算混凝土强度等级时，需考虑水下混凝土的设计标准及具体工程应用情况，使其等级得到提升。

2）水胶比 混凝土水下施工对其配合比有更高要求，施工现场情况复杂，在确定水胶比时需结合实际情况而定。

3）使用适合的外加剂可增强混凝土性能。工程中选择外加剂不仅要遵循设计标准，还要结合现场条件选择合理配合比，确保混凝土性能符合相关的标准。

4）砂率大小直接关系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内，需确保含砂量＞40%。

3 施工工艺

3.1 平整场地与桩位放样

参照施工设计标准，完成平整场地的工作，使现场干净整洁，替换软土，保证场地硬度符合标准。在施工现场，粉土是地表土的主要成分，这类土质的透水性较强，尤其经雨水冲涮后易发生水土流失，给钻机工作带来较大影响，如位移较大或产生较大沉降量。为确保钻机正常工作，需铺垫枕木，方便钻机在软土地区进行操作。

桩位放样需遵循以下标准:施工前应确定好桩位中心线、桩位位置，借助全站仪进行核准。为方便核准桩位，要用十字方式在每根桩上进行标注。核准时，需对全站仪扫描出的数据与设计标准进行比对，核对无误后方能执行桩位放样操作。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，具体结构尺寸如图1所示。

图1 护筒护桩尺寸

3.2 埋设护筒

埋设护筒的作用是能在土层较厚的施工层准确进行钻孔灌注施工。本工程选用的钢护筒厚度为1cm，埋设时采用振动沉拔锤锤至标准深度。刃角处进行加固处理，其钢板厚度需达1cm，具体埋设如图2所示。

图2 护筒埋设

3.3 泥浆制备

泥浆不仅使孔壁更稳定，还可使钻头受到冷却，使施工过程更顺利，但泥浆质量易受地质条件和气候影响。为尽可能降低泥浆所受影响，造浆护壁采用更为优质的黏土，并在钻孔过程中随时对泥浆指标进行检测。根据不同位置泥浆指标含量确定黏土投放数量。当钻孔施工岩层较软时，为避免施工出现坍塌，需提高泥浆相对密度和黏度，且孔内水头高度需较地下水位高1.0～1.5m。

3.4 成孔

为避免串孔，钻孔时需控制好两孔间距。当钻头深入孔内，保持钻头与孔底距离为5～8cm，使用泥浆泵循环冲洗，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，当到达护筒底部1m处时，增加钻机转速及压力，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。若因钻杆需加接处理时，应关闭钻机后再将其向上抬升，并将提升距离控制在8～10cm。在此过程中，浆液需处于循环清洗状态，并将时间控制在1～2min，待残渣排净后，再进行钻杆加接。

3.5 清孔与钻孔质量检测

成孔后还需保持10转/min的速度进行空转，之后再将钻杆提起。待成孔检测后，要根据水下混凝土标准及时检测泥浆指标性能。清孔处理是控制钻孔灌注桩质量的重要措施，一般使用抽浆法。测量孔的深度一般使用绳测法，测量孔的直径时需用专业的探孔器进行探测。灌注施工时，拔塞法是本工程的使用方式。封好漏斗底口处的塞子，待装满混凝土后拔出塞子，再计算出导管埋深距离，最浅距离控制在1m，最深埋深距离控制在3m，并在15min内完成灌注处理。

4 结语

梧桐苑工程案例详细分析了混凝土配合比设计及钻孔灌注桩施工工艺。只有科学的混凝土配合比，辅以规范的施工方法，才能确保钻孔灌注桩的成桩质量。