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1、钻孔灌注桩水下混凝土配制方法剖析摘 要：本文提出钻孔灌注桩水下混凝土配制的关键是要求大的流动性能，并提出判定流动性的试验方法、提高流动性的方法，及灌注后期混凝土提高流动性的原因。关键词：钻孔灌注桩 水下混凝土 流动性在铁路、公路桥梁基础工程中，钻孔灌注桩已广泛应用。从施工角度而言，混凝土质量的优劣直接关系到灌注施工能否顺利进行，分析钻孔灌注桩发生事故的原因，我们发现大部分事故往往是由混凝土质量不过关造成的。不容质疑现场的工程师对配制钻孔灌注桩混凝土都有一定的方法和经验，而本文主要想通过系统的、量化的分析找到问题的实质，希望对广大同行有所帮助。现结合宁波南外环路某立交桥钻孔灌注桩的施工，谈一下我
2、们实验和分析过程。该工程钻孔140根桩，桩径1.2m，桩深最大53 m，采用导管法、泥浆护壁工艺，导管内径240 m m，采用商品混凝土，混凝土强度等级C25。我们知道桩内混凝土是水下自流平混凝土，其密实性是依靠混凝土自重和水压作用下混凝土流动扩展形成的，因此，灌注桩用的混凝土与普通混凝土本质的区别在于流动特性，水下混凝土配制关键就是流动性要好。1.混凝土流动性试验方法目前，国内外评定混凝土混凝土流动性的方法不少，如ORIMET法、L型流变仪法等，可是这些方法不是不为人知，就是试验操作复杂，还没被工地采用。利用扩展度（坍落度筒垂直缓缓提起，混凝土停止流动后坍开的两个互相垂直长度的平均值）就能较
3、准确的反映混凝土流动性，而不能用常规的坍落度指标来表征混凝土的流动性。具体试验见表1表1大流动度下，混凝土坍落度和扩展度关系项目12345坍落度m m235220215225215扩展度m m618654607561620试验研究表明：相似的坍落度，扩展度却相差很大，这是因为在试验过程中发现有些混凝土存在离析现象，往往扩展度却较小，其坍落度很大，流动性不好，而坍落度不能反映流动性的好坏，因此对灌注桩用混凝土由于其对流动性特殊要求，应用坍落度实验中锥体的扩展度来表述流动性直观简便，快速实用。2.提高混凝土流动性的方法常用的方法是采用连续级配、表面圆滑的粗集料，并控制粗集料的最大粒径，更有文章提议
4、在混凝土中加入水下抗分散剂或絮凝剂。我们下面将从定性和定量的把提高混凝土流动性的方法试验过程进行表述。2.1寻找最佳砂率在不改变混凝土其他组分，仅改变砂率情况下，砂率和扩展度关系见图1图1：砂率和扩展度关系图从图上不难看出砂率控制在44%左右对取得最大的流动性最有利，并不是砂率越大越好，而且砂率过大粗集料不易间隙处堆积和流动，进而影响填充和密实效果。2.2集胶比集胶比是混凝土中集料和胶凝材料的比例。集胶比和扩展度关系见图2图2：集胶比和扩展度关系从上图可知，较小的集胶比对于提高混凝土的流动性很有利，但集胶比越小混凝土中需要加入的胶凝材料却越多，这对于控制成本不利，所以在实际施工中还需根据具体的
5、材料来确定合理的胶凝材料。2.3 掺入减水剂掺加减水剂是大流动度普遍采用的方法，混凝土中各材料组成不变，加入减水剂后，减水剂和扩展度关系见图3图3：减水剂和扩展度关系由图可见：混凝土中加入减水剂能有效地改善流动性，但是掺加减水剂量还要根据不同减水剂的性质合理选择，超掺可能导致严重的后果。2.4掺入矿物掺合料（如粉煤灰）在混凝土中加入前面提到的减水剂后（内掺法），掺入矿物掺合料，掺合料和扩展度关系见图4图4：掺合料和扩展度关系矿物掺合料一般来讲，其粒径在混凝土中是最小的，掺合料的加入可以填充混凝土的空隙，并起到润滑作用，而且解决了减水剂加入后水泥用量减少和集胶比要求较小之间的矛盾，既可以减少水泥
6、用量，又保证了混凝土流动性好。3.灌注桩在整个灌注过程中对混凝土性能的要求3.1在整个灌注过程中，一方面：混凝土需要有较长的初凝时间，因为要考虑混凝土运输、到工地后等待和灌注的时间，还要为可能发生堵管预留一部分处置时间，所以一般拟保证混凝土的初凝时间在6小时或更长些；另一方面：混凝土随着时间的增加，扩展度损失要小，不宜很快失去流动性。对于这两点，可以通过在减水剂中加入缓凝成分、用掺合料代替部分水泥、选择水化热较低的水泥品种来解决。3.2在灌注后期，对混凝土流动性的要求混凝土能顺利下注是因为导管中混凝土与导管外部有压强差存在，压强差用表示，见公式1、2 （1） （2） 图5： 钻孔灌注桩灌注混凝
7、土示意图 水面上，混凝土高度 水泥浆深度 混凝土密度 泥浆密度从公式可知：、基本不变，只有在灌注过程中逐渐变小，混凝土面逐渐上升，进而压强差逐渐变小，导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，这时混凝土顶升困难起来，需要在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，增加泥浆的流动性，减少混凝土上顶的阻力，混凝土流动度要比灌注前期更大。4.结语4.1在选择混凝土流动性试验方法中，特别是大流动度时，用坍落度实验中锥体的扩展度来表述流动性更科学；4.2提高混凝土流动性的方法有不少，本文重点阐述了掺加减水剂和矿物掺合料，调整砂率和集胶比的方法，对施工可以有借鉴作用，；、4.3灌注桩用的混凝土与普通混凝土本质的区别在于流
8、动特性大，只要解决了流动性的问题，钻孔灌注桩混凝土配制问题就解决了大部分，其实它与自流平混凝土、其他水下混凝土的配制方法没有大的区别，可以相互参照。参考文献：1. .混凝土学M.天津.天津大学出版社 20022.刘秉京.混凝土技术M.人民交通出版社 19983.张长民，姜春辉.免振捣自流平水下混凝土技术的研究和应用J.混凝土.2002，（9）作者简介：1.王军华，宁波工程学院建工试验室 2.陈伟，浙江大学宁波理工学院土建分院 3.张羽，宁波工程学院建工试验室在铁路、公路桥梁基础工程中，钻孔灌注桩已广泛应用，特别是宁波地区地质结构以淤泥层和淤泥质粘土层为主的深厚软土地，应用更为普遍。施工实践表明
9、：钻孔灌注桩质量问题多发生在成桩阶段，其中灌注桩堵管是经常发生的事故。现结合宁波南外环路东一标工地立交桥钻孔灌注桩的施工，谈一下发生堵管的原因和相应的防治措施。宁波南外环路东一标工地立交桥共140根桩，桩径1.2m，桩深最大53 m，采用导管法、泥浆护壁工艺，导管内径240 m m，混凝土由搅拌站集中供应，混凝土强度C25。一、 堵管成因分析引起堵管因素很多，直接导致堵管的原因主要有以下二点：1、 混凝土因素：混凝土初凝时间过短，在灌注结束之前混凝土丧失流动性，混凝土达到初凝；混凝土流动性差，不能靠混凝土自身何载排开仓面的环境水或泥浆进行摊平和密实，进而导致堵管。2、 施工因素：埋管深度过大，
10、导管中的混凝土难以排出导管外，混凝土在导管中被挤紧而堵管；泥浆密度过大，使导管外混凝土上升时产生较大的阻力，导管内混凝土被挤压堵管；隔水塞放置位置不当，首次灌注混凝土时，大量空气被带入导管中，产生高压气塞，挤破导管导致漏水，混凝土加水而离析顶住了上部混凝土，灌注不下去，即“气塞效应”；导管不直，导管连接法兰漏水；灌注结束前，混凝土面逐渐上升，抬高混凝土面的压强差减小，却没有采取措施，导致混凝土无法下灌。二、 堵管防治措施堵管将严重影响桩身的质量，必须采取一切措施，在灌注混凝土前消除隐患，在施工中保证一些施工方法有效的施行。1、混凝土因素工地使用的混凝土由搅拌站统一供应，因此可以不必考虑配料不稳
11、定因素，但是，在灌注混凝土之前，混凝土搅拌站必须根据工地施工情况和技术要求做好混凝土的试配工作。首先，混凝土应具有较长初凝时间的性能，保证混凝土的初凝时间在6小时以上，因为要考虑混凝土运输、到工地后等待和灌注的时间，还要为可能发生堵管预留一部分处置时间。其次，混凝土还要保证有较大的流动性，这是由于桩内混凝土的整平和密实是靠混凝土自重和水压，流动扩展开去的。灌注桩用的混凝土流动特性与普通混凝土有明显的差别，坍落度不能准确反映其流动性能，混凝土的流动性应该用坍落度实验中锥体的扩展度来表述，因为离析的混凝土往往坍落度很大，其流动性却不好。现对搅拌站试配混凝土的情况进行阐述，在保证混凝土强度达到C25
12、以上所需的水灰比不变的情况下，影响混凝土流动性的因素主要有砂率、集胶比（一立方混凝土骨料与胶凝材料的比值）、减水剂掺量，改变一种影响因素，其它各种因素不变的情况下，扩展度变化见图（1、2、3）。 从以上试验结果表明：砂率控制在44%左右对取得大的流动性最有利；扩展度随着集胶比的增大而减小，因此在保持水泥用量不变的情况下，可以适当增加其它胶材的掺量（如粉煤灰），将明显改善混凝土的流动性；混凝土中加入减水剂能有效地改善流动性，但是掺加减水剂量还要根据不同减水剂的性质合理选择，超掺可能导致严重的后果。此外，砂石的粒径分布、颗粒的形状等也都会影响混凝土的流动性。一般来说，颗粒级配合适、表面圆滑时，空隙
13、率较小，集料的总表面积小，在水泥浆用量一定的情况下，在颗粒之间就会有较厚的浆层，从而提高混凝土流动性，因此混凝土需采用连续级配的集料，针片状含量需要严格控制。由于考虑导管直径的因素，石子的最大粒径一般要在31.5以下。2、施工因素1、 导管最大插入深度不宜过深，最大深度可按公式1计算： (1) 导管最大插入深度（m） 混凝土初凝时间（h） 混凝土面上升速度（m/h） 系数 考虑混凝土原材料耗水，过一段时间流动性变小，一般可取0.70.9，混凝土耗水强时取小值。根据计算，此工地导管最大深度可控制在13米以上，正常深度在1.58m。2、 提高清孔效果，搞好第一次清孔，第二次清孔时，要把泥浆密度逐渐
14、降至1.21.15，漏斗粘度降至20s以下。3、 “气塞效应”防治可采用方法一：隔水塞初始位置应是其顶部与导管内的泥浆液面齐平，再倒入少量水泥砂浆；方法二：在导管内挂一根约3m的打了筛眼的钢管，挂于储料斗上，排出空气。4、 导管在使用前，做好水密性试验，在0.7Mpa水压下，导管不漏水，导管同心度不要超过3mm。5、 压强差分析：混凝土能顺利下注是因为导管中混凝土与导管外部有压强差存在，压强差用表示，见公式2、3 （2） （3） 水面上，混凝土高度 水深度 混凝土密度 泥浆密度从公式可知：、基本不变，只有在灌注过程中逐渐变小，混凝土面逐渐上升，进而压强差逐渐变小，导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，这时混凝土顶升困难起来，需要在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，增加混凝土的流动性，减少混凝土上顶的阻力。3、导管堵管处理一旦导管堵塞，需立即分析原因，作到相应措施马上落实。对于堵塞的导管，若堵塞在上部，可采用上钢钎加以疏通，若堵塞发生在导管下部，则可采用上提导管，突然下放，顿管、抖管、敲击导管的方法，或利用附在导管上表面振动器进行震动，此时注意不要把导管拔离混凝土最上面。如果采用上述方法无效，可快速拔管，用浓泥浆冲洗原混凝土面浮渣，同时，将导管插如原混凝土面内1m左右，再按初次灌
