公路监理工程师

【考点6】水下混凝土的配制

水下混凝土的强度、等级和材料除应符合设计要求和《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041)的规定外，并应符合下列要求：

1.水泥可选用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通水泥或硅酸盐水泥。水泥的初凝时间不宜早于2.5h;水泥的标号不宜低于42.5;每m3混凝土水泥的用量一般不应少于350kg，掺有适宜数量的减水剂或粉煤灰时，可不少于300kg。配制的混凝土的实际标号应按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041)有关规定办理。

2.粗骨料宜优先选用卵石，如选用碎石，宜适当增加含砂率;骨料最大粒径不应大于导管内径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4,同时不应大于40mm。

3.细骨料宜采用级配良好的中砂。为使混凝土有较好的和易性，混凝土的含砂率宜采用40%～50%，水灰比宜采用0.5～0.6。有试验根据时，含砂率和水灰比可酌情加大或减小。

4.混凝土拌和物从拌和机卸出到进入导管时的坍落度为18cm～25cm。桩径小、桩身短的取低限;反之取高限。为提高和易性，混凝土中宜掺用外加剂、粉煤灰等材料，其技术条件及掺用量可参照《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041)有关规定办理。首批灌注的混凝土初凝时间不得早于灌注桩全部混凝土灌注完成时间，当混凝土数量较大，灌注需用时间较长时，可通过试验，在首批混凝土中掺入缓凝剂，以延迟其初凝时间。

5.混凝土的初凝时间随着水泥品种、外加剂品种和用量、混凝土配合比、环境温度等而变化。混凝土初凝时间与水泥的初凝时间不同，前者虽然受后者的制约，但二者的定义和试验方法不同。后者按照国家标准的标准稠度水泥浆用凝结测定仪测定。标准稠度的水灰比约为0.285，以直径1.1mm、重力3N的试针，从加水起沉入标准稠度水泥浆内39mm～39.5mm的时间为水泥初凝时间;沉入≤1.Omm时为终凝时间。混凝土拌和物的初凝时间试验方法是:以水灰比为0.5～0.6的混凝土拌和物，将其中≥5mm的粗集料筛出后的水泥浆装入试模内，用贯入阻力仪的不同直径的试针插入试件内，其贯入阻力为3.5MPa的时间为初凝时间;贯入阻力为28MPa的时间为终凝时间。测定仪器可用水电部《水工试验规程》SD105-82规定的贯入阻力仪。

影响混凝土凝结时间的因素如下：①气温：气温越高，凝结时间越快。②水泥品种：掺有混合料的水泥凝结时间较长，例如矿渣水泥较同标号普通水泥凝结时间长，低标号水泥较高标号水泥凝结时间长。③混凝土标号：其他条件相同时，混凝土凝结时间随着标号的提高而缩短。④水灰比：随着水灰比增高，凝结时间延长。⑤坍落度：一般坍落度增加，凝结时间可以延长。⑥外加剂：掺入少量缓凝剂可以延长混凝土初凝时间和终凝时间。⑦养护环境：水中混凝土比空气中的凝结时间长。

一般如井孔中水温17℃左右，水下混凝土标号为20号，不掺缓凝剂时，其初凝时间约8h左右。当桩直径较大、桩身较长、所需灌注时间较长、不能在初凝时间灌注完时，可在首批混凝土中掺入缓凝剂。掺入量根据水泥种类、缓凝剂性能，通过试验决定。

6.在受海水侵蚀地区或对混凝土有特殊要求的地区，应按有关规定或试验选用合适的水泥或掺入防腐蚀剂。

【考点7】灌注事故的预防及处理

灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中应分工明确，密切配合，统一指挥，做到快速、连续施工，灌注成高质量的水下混凝土，防止发生质量事故。

如出现事故时，应分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救。对于确实存在缺点的钻孔桩，应尽可能设法补强，不宜轻易废弃，造成过多的损失。

经过补救、补强的桩须经认真的检验认为合格后方可使用。对于质量极差，确实元法利用的桩，应与设计单位研究采用补桩或其它措施。

(一)导管进水

导管进水主要有以下原因：

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人。

3.导管提升过猛，或测深出错，导管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。

为避免发生导管进水，事前要采取相应措施加以预防。万一发生，要当即查明事故原因，采取以下处理方法:

1.若是上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出，或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出，不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土，重新灌注。

2.若是第二、三种原因引起的,应视具体情况，拔换原管重下新管;或用原导管插入续灌，但灌注前均应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如系重下新管，必须用潜水泵将管内的水抽干，才可继续灌注混凝土。为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底口翻人，导管插入混凝土内应有足够深度，一般宜大于200cm。由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度后灌入导管内，灌入前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以振动片刻，使原混凝土损失的流动性得以弥补。以后灌注的混凝土可恢复正常的配合比。

若混凝土面在水面以下不很深，未初凝时，可于导管底部设置防水塞(应使用混凝土特制)，将导管重新插入混凝土内(导管侧面再加重力，以克服水的浮力)。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。

若如前述混凝土面在水面以下不很深，但已初凝，导管不能重新插入混凝土时，可在原护筒内面加设直径稍小的钢护筒，用重压或锤击方法压入原混凝土面以下适当深度，然后将护筒内的水(泥浆)抽除，并将原混凝土顶面的泥渣和软弱层清除干净，再在护筒内灌注普通混凝土至设计桩顶。新旧护筒的撤除方法和注意事项参见相关资料。

(二)卡管

在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为卡管。卡管有以下两种情况:

1.初灌时隔水栓卡管;或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。

处理办法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。如仍不能下落时，则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理修整(注意切勿使导管内的混凝土落入井孔)，然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有混凝土拌和物落入井孔，须按前述第二项处理方法将散落在孔底的拌和物粒料等予以清除。

提管时应注意到导管上重下轻，要采取可靠措施防止翻倒伤人。

2.机械发生故障或其它原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时立即调换备用机械;同时采取措施，加速混凝土灌注速度，必要时，可在首批混凝土中掺入缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。

当灌注时间已久，孔内首批混凝土已初凝，导管内又堵塞有混凝土，此时应将导管拔出，重新安设钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出，用冲抓锥将钢筋骨架逐一拔出。然后以粘土掺砂砾填塞井孔，待沉实后重新钻孔成桩。

(三)坍孔

在灌注过程中如发现井孔护筒内水(泥浆)位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是拥孔征象，可用测深仪探头或测深锤探测。如测深锤原系停挂在混凝土表面上未取出的现被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生坍孔。

坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水,孔内水位降低,或在潮汐河流中涨潮时,孔内水位差减小,不能保持原有静水压力,以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等,均有可能引起坍孔。

发生坍孔后,应查明原因,采取相应的措施,如保持或加大水头、移开重物、排除振动等,防止继续坍孔。然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土;如不继续坍孔，可恢复正常灌注。

如坍孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，再以粘土掺砂砾回填，待回填土沉实时机成熟后，重新钻孔成桩。

(四)埋管

导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。

预防办法：应按前述要求严格控制埋管深度一般不得超过6m～8m;在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早地初凝;首批混凝土掺入缓凝剂，加速灌注速度;导管接头螺栓事先应检查是否稳妥;提升导管时不可猛拔。

若埋管事故已发生，初时可用链滑车、千斤顶试拔。如仍拔不出，凡属并非因混凝土初凝流动性损失过大的情况，可插入一直径稍小的护筒至已灌混凝土中，用吸泥机吸出混凝土表面泥渣;派潜水工下至混凝土表面，在水下将导管齐混凝土面切断;拔出小护筒，重新下导管灌注。此桩灌注完成后，上下断层间，应照下面所述方法予以补强。

(五)钢筋笼上升

钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于全套管上拔、导管提升钩挂所致外，主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时，混凝土灌注的速度(m3/min)过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼的重力时所致。

为了防止钢筋笼上升，当导管底口低于钢筋笼底部3m至高于钢筋笼底1m之间,且混凝土表面在钢筋笼底部上下1m之间时,应放慢混凝土灌注速度,允许的最大灌注速度与桩径有关,当桩长为5Om以内时可参考表9办理。

灌注桩的混凝土襄面靠近钢筋笼底部时允许最大灌注速度表9

注：本表根据京津塘高速公路宜兴埠桥测试结果推算得出，数据不多，供参考使用。

克服钢筋笼上升，除了主要从上述改善混凝土流动性能、初凝时间及灌注工艺等方面着眼外,还应从钢筋笼自身的结构及定位方式上加以考虑,具体措施为:①适当减少钢筋笼下端的箍筋数量，可以减少混凝土向上的顶托力;②钢筋笼上端焊固在护筒上;可以承受部分顶托力，具有防止其上升的作用;③在孔底设置直径不小于主筋的1～2道加强环形筋，并以适当数量的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部，实践证明对于克服钢筋笼上升是行之有效的。

(六)灌短桩头

灌短桩头亦称短桩。产生原因：灌注将近结束时，浆渣过稠，用测深锤探测难于判断浆渣或混凝土面，或由于测深锤太轻，沉不到混凝土表面，发生误测，以致拔出导管终止灌注而造成短桩头事故。还有些是灌注混凝土时，发生孔壁坍方，未被发觉，测深锤或测深仪探头达不到混凝土表面，这种情况最危险，有时会灌短数米。

预防办法是：

1.在灌注过程中必须注意是否发生坍孔的征象，如有坍孔，应按前述办法处理后再续灌。

2.测深锤不得低于规范规定的重力及形状，如系泥浆相对密度较大的灌注桩必须取测深锤重力规定值。重锤即使在混凝土坍落度尚大时也可能沉入混凝土数十厘米，测深错误造成的后果只是导管埋入混凝土面的深度较实际的多数十厘米;而首批混凝土的拥落度到灌注后期会越来越小，重锤沉入混凝土的深度也会越来越小，测深还是能够准确的。

3.灌注将近结束时加清水稀释泥浆并掏出部分沉淀土。

4.采用热敏电阻仪或感应探头测深仪。

5.采用铁盒取样器插入可疑层位取样判别。

处理办法可按具体情况参照前述接长护筒;或在原护筒里面或外面加设护筒，压入已灌注的混凝土内，然后抽水、除渣，接浇普通混凝土;或用高压水将泥渣和松软层冲松，再用吸泥机将混凝土表面上的泥浆沉渣吸除干净，重新下导管灌注水下混凝土。

(七)桩身夹泥断桩

大都是以上各种事故引起的次生结果。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。

对已发生或估计可能发生夹泥断桩的桩，应采用地质钻机，钻芯取样，作深入的探查，判明情况。有下述情况之一时，应采取压浆补强方法处理。

1.对于柱桩，桩底与基岩之间的夹泥大于设计规定值。

2.桩身混凝土有夹泥断桩或局部混凝土松散。

3.取芯率小于95%，并有蜂窝、松散、裹浆等情况。用地质钻机钻芯取样检验钻孔桩质量方法，费时多，有时钻孔歪斜，偏出桩外，不能查得结果。目前国内外有多种非破损检验混凝土桩(包括预制桩和灌注桩)质量的方法。

(八)灌注桩补强方法

灌注桩的各种质量事故，其后果均会导致桩身强度的降低，不能满足设计的受力要求，因此需要作补强处理。事前，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，一般采用压入水泥浆补强的方法，其施工要点如下:

1.对需补强的桩，除用地质钻机已钻一个取芯孔外(用无破损深测法探测的桩要钻两个孔)，应再钻一个孔。一个用做进浆孔，另一个用作出浆孔。孔深要求达到补强位置以下1m，柱桩则应达到基岩。

2.用高压水泵向一个孔内压入清水，压力不宜小于0.5MPa～0.7MPa，将夹泥和松散的混凝土碎渣从另一个孔冲洗出来，直到排出清水为止。

3.用压浆泵压浆，第一次压入水灰比为0.8的纯水泥稀浆(宜用425号水泥)，进浆管应插入钻孔1.Om以上，用麻絮填塞进浆管周围，防止水泥浆从进浆口冒出。待孔内原有清水从出浆口压出来以后，再用水灰比0.5的浓水泥浆压入。

4.为使浆液得到充分扩散，应压一阵停一阵，当浓浆从出浆口冒出后，停止压浆，用碎石将出浆口封填，并用麻袋堵实。

5.最后用水灰比为0.4的水泥浆压入，并增大灌浆压力至0.7MPa～0.8MPa关闭进浆闸，稳压闷浆20min～25min,压浆工作即可结束。

压浆工作结束，水泥浆硬化以后，应再作一次钻芯，检查补强效果：如断桩夹泥情况已排除，认为合格后，可交付使用;否则，应重钻补桩或会同有关单位研究其它补救措施。

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（责任编辑：pgl）