水下混凝土灌注桩施工技术与质量控制

某某航电枢纽工程

水下混凝土灌注桩施工技术与质量控制

〔摘要〕本文对某某航电枢纽工程7#风化槽人工挖孔灌注桩施工技术措施作了详细的介绍，对复杂地质条件下人工挖孔灌注桩施工过程中出现的各种不利情况提出了处理措施，并对施工过程中采取的质量控制措施和方法作了分析，拟为同类工程施工提供借鉴。

〔关键词〕人工挖孔桩 水下混凝土 施工技术 质量控制

某某航电枢纽工程是一座以航运发电为主的综合性枢纽工程，被列为国家1 工程概况 “十五”重点工程建设项目。

该工程右汊13#～16#闸坝基础全部位于7#风化槽上。风化槽呈狭长形带状分布，槽深一般为10～15米，最深达23米，且地下水丰富，不具备换基施工条件；设计采用直径为2米的混凝土灌注桩桩基施工方案进行处理，共布设人工挖孔灌注桩35个。在施工过程中发现1#、14#、20#、21#、25#、28#、31#共7个桩桩深达20米以上，且渗水严重，不适宜常规混凝土灌注，经业主、设计、监理、施工共同研究后决定采用水下混凝土灌注施工方案。

2 工程特点、难点及其施工措施

2.1 地质条件复杂

风化槽内地层为白垩系紫红色杂砾岩，砾岩成份杂，主要为硅质岩、石英砂岩、灰岩等成份，砾石块度不一，一般几厘米至十几厘米，无磨圆，呈棱角状，无分选，钙质和粉砂质胶结。微风化和未风化时地层完整、岩石坚硬，人工无法掘进，需爆破，这是“硬”的特点；当杂砾岩遭遇构造破坏时，其岩性硬脆易产生裂隙，由于地下水的作用使其钙质溶蚀，岩石结构被破坏，岩石失去胶结而成松散沙砾状，如遇水浸泡饱和即成流塑状态的“泥石流”，且逐渐向深部发展而形成溶槽。溶槽和泥石流表现其“软”的特点，是本区典型的不良地质现象。同时，溶槽的顶底部和两侧与硬岩层的接触面呈不规则和犬牙交错状。

“硬的要放炮，软的可流动”，就是风化槽内地质条件复杂性的主要特点。

2.2 成孔施工困难

在溶槽部位的桩井，因其土层抗剪强度低，井壁自稳能力差，特别是遇水时可能软化成泥石流，导致无法成孔；

在硬岩层部位的桩井，因岩层硬度大，非爆破掘进不可，进尺非常困难；靠

近溶槽边岩层桩井，爆破难度更大，控制不好可能引起崩跨事故；

在溶槽和硬岩层软硬结合部位的桩井，面临着岩石一侧要爆破，另一侧土层护壁护不住的尴尬状况，处理不好甚至可能导致桩井报废和塌埋事故。这就是工程的难点。

2.3 施工技术措施

2.3.1 测量定位

桩位中心点由专业测量人员放样定点确定。中心确定后，以1/2设计桩径加护壁厚度为半径划圆确定桩孔开挖范围，在这半径线以外每桩均砌筑240mm 厚500mm 高挡水围井，并在其顶部弹出十字引线，以便控制开挖位置和桩井垂直度。

2.3.2 人工挖孔施工的主要技术措施

2.3.2.1 采用群孔开挖、群井抽排，以减少单井渗漏水量。对风化槽外来水要进行必要的围挡和截流，减少其对风化槽的反复补给和淘蚀。

2.3.2.2 特殊桩孔采取措施进行护壁施工。一般桩孔采用200mm 后C20钢筋混凝土护壁，中部布设Ф12@200钢筋网，施工时每挖0.95m 装1m 高模板浇混凝土一次 ，循环施工。特殊桩孔采取特殊措施进行护壁：对护壁后产生裂缝或护壁垮塌的井段，采用钢板卷管内回填C20混凝土护壁，虽造价高，但护壁效果明显；对泥砾石井段和半边岩井段则采取如下综合护壁技术措施进行处理：

（1） 护壁高度减少到0.3m 一层，护壁厚度增加到250mm ，护壁纵筋按 Ф12@100配置，单根长度0.5m ，上下搭接，径向箍筋按Ф8@100配置，单长7.9m, 布设在护壁中部。

（2）洞井开挖时边开挖边设置“7”型斜插钢筋（Ф16钢筋制作，单根长0.9m ，间距200mm ），同时将准备好的稻草鞭或编织袋层层编入插好的钢筋外侧进行堵泥、漏水，边挖边堵，以满足装模高度为止（详见附图1）。

（3）开挖达到预定高度后迅速安装模板和护壁钢筋，将准备好的加有711速凝剂的混凝土尽快入仓并插捣密实，达到护壁目的。

通过上述措施，有效地克服了地下水丰富造成的松散泥砾石的流动和垮塌，克服了半边岩钢板卷管护壁无法下沉的矛盾，同时斜插钢筋与护壁钢筋混凝土的锚固作用能大大提高护壁混凝土拱圈的刚度，有利于下部的爆破掘进。

¦µ16@200环向架立筋强筋

附图2 骨架加强筋示意图附图1 桩井开挖流塑泥砾石层护壁施工大样图

2.3.3 钢筋笼施工

2.3.3.1 钢筋笼制作

严格按设计和规范要求进行钢筋笼制作，孔深超过15m 的钢筋笼按2节制作，孔内焊接。钢筋笼以每3m 设样架一个，样架与主筋之间采用双“L ”型钢筋连接焊牢，确保成品钢筋笼顺直、有刚度，在吊装过程中不变形，样架连接见附图2。

2.3.3.2 钢筋笼安装

本工程采用MQ600门机吊装，吊装过程中，先将钢筋笼吊直扶稳，对准桩孔后缓慢放下，避免碰撞孔壁，入孔后利用上部围井定位，绑好保护层垫块，如为两节，则第一节吊入孔内固定在围井上，再将另一节吊起与第一节焊牢并一同调入孔内，然后进行定位固定。固定后的钢筋笼应处于悬吊状态。

2.3.4 混凝土灌注施工

2.3.4.1 干孔施工

一般干孔采用常规混凝土浇筑施工。混凝土料由拌和楼拌制，10吨汽车运输，每车2m 3，门机加串筒将混凝土送入桩内，每0.7m 一层，分层振捣密实，每桩一次连续浇筑，一次成桩。

2.3.4.2 水下桩孔混凝土浇筑施工

水下混凝土是用导管将混凝土送入桩底，并利用桩井内混凝土不断上升排除积水的一种非排水浇筑混凝土施工工艺。在钢筋笼吊装完毕，隐蔽工程验收合格后，即可进行水下混凝土浇筑施工。

水下混凝土浇筑前，做好下料钢导管的准备。首先根据桩深确定导管的长度和导管节数，并在地面试装导管，检查接头密封性能；然后搭好漏斗支架，用门

机将导管吊装就位，导管布于桩位中心并插入井内，底口距井底0.3m （钢导管直径为200mm ），接好下料漏斗，使下料漏斗高出井口；再在漏斗和导管连接处装设一预制混凝土隔水栓，用铁丝固定。

导管安装好、各项准备工作就绪后，开始混凝土浇筑。水下混凝土入仓一般用混凝土输送泵，能保证混凝土的连续性，本工程因混凝土量少，就地选用门机入仓，10吨汽车水平运输，每车3m 3。当漏斗内的混凝土量和备用量满足初灌量时剪断隔水栓固定铁丝，使混凝土和隔水栓一同注入井底，并使导管一次埋入混凝土面以下1.0m 以上，同时连续不断地输送混凝土，尽量不间断。如遇混凝土料间断，导管上部有空气时（导管内无水），后续混凝土应徐徐灌入，以免在导管内形成高压气囊，破坏导管接头密封垫。灌注过程中密切观察管内混凝土下降和返水情况，及时测量孔内混凝土面实际高度，正确指导导管的提升和拆除，导管提升时应保持垂直井口面，并控制提升高度，保证导管埋入混凝土内深度不少于1m 也不大于3m 。每次拆除导管动作要迅速，时间不宜超过15分钟，拆下的导管应立即冲洗干净。混凝土浇灌高度要求比桩顶设计高度高0.5m 。整桩混凝土浇筑在第一仓混凝土初凝前一次完成，在拔出最后一节长导管时，拔管速度要慢，同时要反复活动导管，以保证混凝土密实。当混凝土浇筑完毕上部混凝土开始初凝时，应解除对钢筋笼的固定措施，保证钢筋笼随着混凝土的收缩而收缩，避免粘结力的损失。

2.3.5桩头清理

桩孔混凝土浇筑完毕、混凝土强度达到设计值的25%时，立即拆除井口围井，采用人工手工凿除桩头多余混凝土，使之达到桩顶设计标高。禁用爆破或其他影响桩身质量的方法凿除。

3 质量控制措施及效果

3.1 成孔质量控制

该桩基为端承桩设计，人工开挖成孔，钢筋混凝土护壁。其对桩孔垂直度和桩基基面要求高，施工时首先要控制好桩中心位置和垂直度，本工程利用井口的挡水围井设置控制点，开挖过程中每下挖2m 检查一次桩中心偏差、垂直度及桩径，发现问题及时纠正，确保桩位中心偏差在控制范围50mm 以内、桩径不小于设计桩径、成孔垂直精度控制在0.5％以内；其次，要控制好孔内爆破质量，

采用浅孔小药量延发爆破，控制了爆破对护壁和基岩面的影响。在桩基挖至设计基岩面后，及时组织业主、设计、地质、监理现场联合验收，确保了桩基础质量和整桩成孔质量。

3.1.1 钢筋笼制作安装质量控制

加工前首先对钢筋原材料进行进场检验，合格后再按设计和规范要求进行制作加工；同时制作过程中要严格控制钢筋笼的垂直度、圆度、刚度，所有骨架均采用焊接连接，钢筋笼吊装前应逐节检查焊缝质量，不符合规范要求的坚决返工，对骨架连接点采用加强钢筋焊接固定，确保焊接质量。

在钢筋笼安装时，检查钢筋笼起吊后的垂直度，确保能顺利下放到位，如遇阻碍，及时查找原因，排除阻碍。钢筋笼在孔内焊接时，上下节应对齐，并对称焊接，确保钢筋笼整体的垂直度和焊接质量。

3.2 成桩质量控制

首先要严格控制进场原材料的质量，不合格材料严禁使用。同时，施工前要选好合适的混凝土配合比，混凝土拌和物应有良好的和易性，水下混凝土还应有足够的流动性，其坍落度按18～22cm 控制，以确保混凝土的顺利灌注。本工程水下混凝土配合比如下：

某某航电枢纽工程水下混凝土配合比

注：骨料为湘江天然河砂、河卵石，粉煤灰为湘潭电厂Ⅱ级灰

其次，在灌注混凝土之前应抽干渗水检查桩孔质量, 使之达到灌注要求。同时，按规范要求检查钢导管的水密承压、接头抗拉密度，不符合要求的要进行处理、调换；对导管的安装和隔水栓应进行检查，控制导管与孔底的高度，确保混

凝土能顺利排出。

开始灌注时，应备足混凝土料，使第一次下料时混凝土高度达到1.5m 以上（导管买入混凝土内1m 以上），且尽量满足连续下料要求，如不能连续下料，后续混凝土应徐徐灌入，避免在导管内形成高压气囊，损坏导管密封圈，提管时速度要慢，同时应反复活动导管，使导管下部混凝土密实；提管高度应严格控制，防止提出混凝土面，造成导管进水；如不小心导管进水，应及时向下插入混凝土内，并排除导管内积水才能继续混凝土浇筑。结束时，应检查桩顶混凝土面标高。

3.3 质量控制效果

该工程在施工时对每桩都预埋了声波检测管，结束后对桩孔混凝土进行了抽样钻孔取芯和每桩的声波检测，结果是芯样密实，有极少量气孔，混凝土与基岩面接合紧密，声波检测波速均在5000波速以上。经联合评定33个桩分为33个单元，其中合格单元33个，合格率100％，优良单元30个，优良率91％，桩基质量优良。

4 结束语

本工程使用的施工方法和质量控制措施满足了质量和进度要求，但仍存在以下问题：（1）人工开挖泥砾石层时因护壁层高只有30cm ，重复次数多，开挖进度慢，且草鞭护壁时有泥浆流入混凝土内，影响护壁质量；（2）采用汽车运输混凝土易离析，门机灌注混凝土连续性差、进度慢，在条件允许时，应尽量采用混凝土罐车运输和泵送；（3）一般混凝土灌注时，采用串筒入仓，分离现象难以克服，人工下井振捣上下不方便、不安全，且影响混凝土入仓强度等。这些问题希望在类似工程中能有效的克服、改良或改进，以达到更好的效果。