中交路桥邀您来看混凝土配料对导管法进行水下灌注的影响分析

  以色列阿什杜德港21号码头改造工程，钻孔灌注桩包含东侧封闭区、西侧半封闭区及码头中间部位。东侧封闭区及中间段陆侧、海侧均有钻孔灌注桩，西侧半封闭区的钻孔灌注桩布设在陆侧。中间段的半封闭区海侧按照先护筒桩、再钻孔桩的顺序依次施工。

  水下灌注导管的单节长度为3m，底节长度4m，适配适量0.3～1m不等的短节，以满足现场施工时的导管接长作业要求。导管采用双密封圈丝扣连接，以提升严密性。使用前，先安排水密性试验和压力试验，检验导管是否严密还有是不是可承受特定的压力作用。试验压力取孔底静水压力的1.5倍。水密性试验示意图如图1所示。

  根据混凝土灌注前的孔深控制导管下设总长度，导管底端与孔底相距30～50cm。孔内管长和孔外管长的总和作为导管总长度。其中，孔外管长约为50cm，导管埋深≥2m。导管施工时，按时进行检查接头的严密性和导管的密封性，有异常需按时换，以防漏浆。每次混凝土浇筑完成后，及时清洗整理导管内外附着的混凝土，再向接头部位涂刷黄油，起到养护的作用。

  导管质量是决定水下混凝土灌注施工效果的重要的条件，需在准备阶段确定适宜的导管。导管的选择考虑到内径、壁厚、接头连接方式、材质耐久性、强度和刚度、装拆高效性等多个角度，直径以200～300mm为宜，最小直径≥200mm，壁厚≥3mm。根据工艺技术要求确定合适的导管分节长度，最下一节导管处焊接加强箍。导管连接以严密性和稳固性为基本要求，采取法兰连接或螺纹连接的方法，接头部位设“O”形密封圈，以防漏水。

  经过导管选型后，安排拼装、试压，检验导管的密封性，试水压力取0.6～1.0MPa。水下灌注混凝土时，首灌具备极其重大作用。在此期间，需加强对混凝土坍落度、导管悬空状态、机械设备正常运行状态等的检查，确保首灌的各项作业条件均达到一定的要求，以便为后续的水下混凝土灌注打好基础。

  各项准备工作均落实到位后，安排混凝土灌注。孔径、孔深较大时，导管内的首灌混凝土易发生离析。为规避该问题，根据混凝土灌注量的增加，逐步放松滑阀的铁丝，待其滑落至一定深度后，将铁丝剪断。

  首灌混凝土施工无异常后，连续进行后续的灌注，这期间及时用测锤探测混凝土面的上升高度，根据灌注量的增加情况，适时拆除上端导管。导管埋深适中，过小易导致渗水，过大易加大导管的提拔难度，严重时孔壁遭到混凝土的冲刷，有坍落的可能。抽拔导管前后均安排管外混凝土面高度的检测，判断是不是真的存在返水的状况。水下混凝土灌注即将完成时，导管内的压力减小，导管外的泥浆稠度比重加大，不利于正常向上拔起导管。此时，可采用掺水的方法稀释泥浆，或是清理孔内的沉渣。最后一节导管拔出必须缓慢进行，否则局部混凝土填充不密实，成型桩体有空心现象。

  混凝土的性能直接影响导管法水下灌注混凝土施工效果，提高混凝土的各项性能非常必要，具体做如下考虑。

  （1）和易性。混凝土的和易性主要指流动性、稳定性、易密性和可塑性4个方面，综合反映的是混凝土泌水性能、密实性、流动性等工程特性。针对混凝土和易性的测试，一般会用到流动度、砂率、密实性试验等。

  （2）黏聚性和保水性。部分混凝土的黏聚性和保水性较差，在灌注期间易离析、泌水，进而诱发堵管、断桩质量上的问题。在混凝土拌和阶段，合理选择级配良好的粗骨料和细骨料，加强对骨料粒径的控制，采取此类措施提升混凝土的黏聚性和保水性。此外，掺入保水性能较好的粉煤灰或是高效减水剂也具有可行性。

  （3）抗渗性。粗骨料粒径和水灰比是影响混凝土抗渗性的重要的条件，在粗骨料粒径增加时，混凝土的抗渗性变差。不同水灰比对应混凝土的抗渗性也有所变化。

  （4）凝结时间。掺入缓凝型减水剂或调整水灰比均是控制混凝土凝结时间的关键方法。

  （1）粗骨料的选择。综合考虑到混凝土的强度、用水量、水下灌注顺畅性（不可堵管）多项要求，相比于尖、扁、平的粗骨料，形状近似圆形、表面十分光滑的粗骨料有更突出的应用效果。粗骨料的最大粒径不超过40mm，若选用碎石，其粒径不超过导管内径的1/4；若选用卵石，粒径不超过导管的1/3。在水下灌注混凝土时，卵石优于碎石。

  （2）粗骨料的级配。中断级配的粗骨料在使用的过程中易离析，不利于正常施工，也易影响混凝土的成型效果，不宜作为导管法水下灌注的材料。相比之下，以连续级加单粒级或单粒级加单粒级的方法更为适宜，例如5～25mm和5～40mm的连续级配。

  细骨料具有减少水泥用量、提升混凝土流动性的作用。适量的砂浆可用于润滑管壁，减小混凝土与注浆管的摩擦力，使混凝土较快地流动，防止堵管。在导管法水下灌注混凝土时，以细度模数为2.3～3.0的中砂为宜，孔隙率较小，级配需良好。

  减水剂是导管法水下灌注混凝土的常见外加剂，其在减少拌和用水量、加大坍落度、促进混凝土早强方面均有突出的作用。减水剂含游离硫酸盐离子数量应较少，根据此要求，可第一先考虑M型减水剂。在混凝土拌制阶段掺入适量磨细粉煤灰后，混合料的流动性有所提升，泌水、干缩的发生率降低，可确保水下混凝土灌注作业的顺利进行。

  随着混凝土坍落度的增加，流动性增强，但也许会出现泌水和离析现象；坍落度减小时，混凝土的流动性减弱，管道阻力增加，易因混凝土难以及时流通而造成堵管。在导管法水下灌注混凝土时，坍落度的控制遵循适中的原则，以16～22cm为宜。

  （2）水灰比的设计。按经验公式计算，确定导管法水下灌注混凝土的适宜水灰比，具体如下。

  水灰比＞0.6时，混凝土的渗透系数明显地增加。根据该规律，在导管法水下灌注施工中，按照“水灰比≤0.6”的要求拌和混凝土，且在0.45～0.55的区间最为适宜。

  砂率含量对混凝土性能的影响大多数表现在黏聚性和流动性2方面。砂率含量较高时，消耗水泥的数量增加，拌和后的混凝土缺乏足够的流动性，影响到正常灌注；砂率偏小时，虽然便于混凝土的顺畅灌注，但有大量的空隙，成型结构的密实度难以得到保证。根据该特点，导管法水下灌注混凝土施工中砂率以40%～50%为宜。

  正式拌和混凝土前，先安排试拌，检验混凝土的和易性、黏聚性、保水性，针对不足之处做灵活调整。在混凝土拌和方式的调整中，水灰比不变时，以掺入缓凝型减水剂或调整砂率的方法改善混凝土的和易性；和易性不变时，调整水泥用量和砂率，实现对混凝土水灰比的灵活优化；用水量不变时，优先采取掺入高效减水剂的方法，通过此类材料的应用实现对水灰比的优化。混凝土配合比的具体调整情况如表1所示。

  本文提出导管法水下灌注施工中导管的选取与应用要点，阐述混凝土配料对导管法水下灌注混凝土施工的重要性，同时探寻具体的影响机制和提高混凝土性能的措施。主要内容总结如下。

  （1）在导管法水下灌注混凝土施工中，需安排试验，确定适宜的配合比，再选择优质的原材料并控制各类材料的用量，做有效的拌和，直至得到的混凝土有较好的粘聚性、流动性、抗渗性等多项性能为止。针对某项或多项性能表现欠佳的情况，可考虑调整混凝土水灰比、优化粗细骨料的级配或是其他的方法，确保拌制后的混凝土具有突出的综合性能。

  （2）混凝土配合比可用经验公式计算，再安排配合比试验，检验在该配合比拌和方式下对应混凝土的性能特征。根据试验中混凝土的性能灵活调节混凝土的配合比参数，确定一套具有可行性的配合比，据此正式拌和混凝土。

  （3）混凝土配合比的调整遵循动态化原则，需要兼顾水灰比、和易性、水泥用量、砂率等多项指标的关系。

  （4）水泥、粗集料、细集料、外加剂等各类原材料的类型应合理、质量应可靠、用量应合适，结合试验确定的配合比制备优质的混凝土，用于导管法水下灌注施工。

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