中铁十八局集团公司专家组 廖金福
一、概述
在干地拌制而在水下浇筑和硬化的混凝土，简称水下混凝土。用这种方法施工，可以省去因造成干地施工所必须进行的一系列工作，如基坑排水、基础防渗和施工围堰等。在某些情况下，水下混凝土还是唯一的施工方法。
大家知道：若直接将混凝土拌合物倒入水中，当其穿过水层时，骨料便和水分离，且很快沉到水底，失去胶凝作用。因此，水下混凝土应该在与环境水隔离的条件下浇筑的，常用的是连接好的、密封不渗水的钢制导管。浇筑混凝土时就是以足够的首批混凝土浇筑量，迅速将孔底的水或泥浆排开并一次将导管出料口包裹在混凝土一定的深度之中，使后续浇筑的混凝土始终与孔内水或泥浆隔离开来，而后持续不间断地将高流态混凝土从进料口通过导管输入桩孔。在输入混凝土过程中，随着孔内混凝土不断增加，不间断地提升导管，但必须使出料口埋设在已浇筑的混凝土中一定深度。后续输入的混凝土是通过出料口与入料口之间密封导管中的高差形成的压力，使混凝土冲挤入已浇筑的混凝土之中的。首批灌入的混凝土中的一部份作为隔离层而被顶在最上面，并始终被不间断灌入的后续混凝土遂步冲向桩口处移动。已浇筑的水下混凝土不得搅动，使它在水下逐渐凝固和硬化。
二、水下浇筑混凝土桩分类与浇筑关系 (一)桩类形状
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一类桩：整桩直径均
匀，无缺陷。
二类桩：有缩径现象，
但不严重。
三类桩：严重缩径或断桩。
(二)灌筑时混凝土拌合物在管内翻浆情况
三、灌桩要求 (一) 导管要求：
1. 连接牢固，密封不透水。
2. 提升管设备要灵活、稳妥、可靠。在桩口设有活夹板，供方便拆卸管节。 (二) 桩孔要求：
桩内泥浆稠度：在保证桩孔壁稳定的情况下，清孔留的泥浆密度尽量小，最稠不得大于1.2 (一般为1.1～1.2之间)，清孔后，孔底沉渣不得大于100㎜。
(三) 混凝土拌合物要求：
1. 湿密度不小于2100㎏/m3(一般为2300～2400㎏/m3)。
2. 混凝土入桩坍落度控制在18～22cm，灌入桩1h坍落度还能保留15 cm，保证后续灌入的混凝土能够顺利翻浆。
3. 混凝土粗骨料最大粒径应≤导管直径的1/4，且针片状含量不多于粗骨料用量的5%。 4. 混凝土和易性好，做坍落度时扩散均匀，不出现堆石现象。
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5. 混凝土缓凝时间应满足整根桩灌筑的时间要求，并不少于2小时。 四、水下混凝土质量要求 1．具有较好的施工和易性
流动性：水下灌筑混凝土施工不能用振捣器振捣，而是靠自身荷载或外界压力产生流动进行摊平和密实。在凝结硬化前，若流动性稍差，就会在混凝土中形成蜂窝和孔洞。此外，混凝土通过导管输送和浇注，要求混凝土必须有较大的流动性和一定的保塑能力。一般要求混凝土的坍落度控制在20cm左右，流动性保持能力以不小于1h为宜。
粘聚性和保水性：水下灌筑混凝土必须具有较好的粘聚性和保水性，以防止混凝土在输送过程和浇筑时产生离析和泌水现象，混凝土拌合物泌水率应控制在1.2～1.8%之间。
2. 具有一定的湿堆积密度及适度的初凝时间
具有一定的湿堆积密度，可以保障施工顺利进行，要求混凝土拌合物的湿堆积密度大于2100kg/m3。由于单根桩混凝土必须一次性浇筑完成，为保持桩身混凝土整体质量，要求混凝土的初凝时间应大于整根桩实际灌筑需要的时间，最少不得少于2h。
五、水下混凝土施工质量控制 1．混凝土搅拌质量控制
混凝土的搅拌质量直接影响成桩的质量和施工进度。当混凝土出现不均匀、离析、泌水等质量问题易发生堵管，影响正常施工。因此，施工时必须保证混凝土的搅拌质量。要求备配有自动计量的搅拌设备，同时对混凝土搅拌质量从以下几方面进行控制：
1)混凝土开盘前先测定砂、石天然含水率，正确换算施工配合比。各种原材料由专人负责添加，尤其是外加剂每盘混凝土按量加入，确保其准确性，避免多加或少加造成混凝土工作性失控。
2) 保证搅拌时间：搅拌时间也是影响混凝土质量的重要因素之一。时间过短则易搅拌不均匀，外加剂未产生作用，降低混凝土的强度及和易性。时间过长则影响效率，减缓进度。每盘混凝土的搅拌时间应控制在120～150秒为宜。
3) 定期检查混凝土坍落度，严格控制混凝土出机坍落度在20～22cm，送到灌筑地点仍保持不低于18 cm。
4) 做好混凝土试块，每根桩抽取二组试块，取样由监理人员旁证监督，试块制作由专门试验员负责按试验规定进行操作。
2．混凝土浇筑质量控制
1) 严格首批混凝土量，确保导管初次埋深符合要求。首批混凝土灌筑量V可按下式计算：
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PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn V=π⋅R2⋅h+
γa
⋅π⋅r2⋅H γe
式中： R——钻孔实际半径(m)；
h——钻孔初次灌注需要的混凝土面至孔底的高度m (即导管初次埋深+0.6m)； H——自孔口至孔内已灌混凝土面的孔内泥浆水深度，即孔深减去已灌混凝土高
度(m)；
γa、γe——分别为泥浆水密度和混凝土拌合物的湿堆积密度(t/m3)；
r——导管半径(m)。
2) 首批混凝土隔水措施：先拌制0.2m3水泥砂浆，置于导管内隔水塞上部，倒入砂浆时，要将隔水塞逐渐下移，使砂浆全部进入导管，储足了首批混凝土灌筑量后再剪绳让混凝土灌入孔底(砂浆一方面防止骨料卡住隔水栓，一方面容易被冲至混凝土面的表层，作为顶部混凝土表面的保护层)。
3) 水下混凝土灌筑过程中，导管提升应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。每次提升导管前，应先探测管内外混凝土面高度，并做好记录，导管底端埋置在混凝土深度一般应不小于2m，最大埋深宜控制在6m左右。
4) 灌筑中当遇到导管内混凝土不满时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗一下灌入导管，防止形成高压气囊，影响成桩混凝土的密实性。
5) 为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上加灌高度不小于0.8m。
6) 钢护筒在灌筑结束混凝土初凝前拔出，起吊护筒要保持其垂直性，避免将桩顶扭歪甚至破坏。
7) 为确保桩基混凝土灌筑不间断作业，应提前与当地供电部门联系。为避免突然停电影响施工，应配备足够功率的发电机。加强工作人员责任心，人员应持证上岗，加强各项工序间的衔接，听从现场调度指挥。
六、水下混凝土配合比试验 1.原材料的选用
1)水泥及外掺料。宜选用细度大，泌水性小和收缩率较小的水泥。为了延长混凝土的凝结时间和增加其粘聚度，应掺加高效缓凝减水剂和Ⅱ级以上磨细粉煤灰。
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PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn2)细骨料。对水下灌筑混凝土，细骨料的质量除达到规范要求之外，还应满足如下要求：细度模数介于2.5～3.0之间的中砂，泥污含量不大于3%，其它技术指标均符合JGJ52—1992标准。
3)粗骨料。可采用碎石或卵石，粒径范围为5～31.5mm连续级配。各项技术指标符合JGJ53—1992标准。 2 理论配合比设计
水下混凝土要求具有比普通混凝土更大的流动性、粘聚性和保水性，坍落度控制在18～22cm。
1) 试配强度：《客运铁路混凝土施工技术指南》规定：水下混凝土的配制强度应较设计要求提高10%～20%(一般可取15%)。
fcu,0=(fcu,k+1.645δ)×1.15
式中： fcu,0 ----- 混凝土试配强度（MPa）
fcu,k ----- 混凝土立方体抗压强度标准值 δ-----混凝土强度标准差 2) 水胶比 W/C0 =
A.fce,g.γcfcu,0+A.B.fce,g.γc
或 =
A.fce
fcu,0+A.B.fce
式中： W/C0 ----- 计算得的基准水灰比
A、B-----分别为系数。A取0.46， B取0.07 fce,g----水泥强度等级值 (Mpa)
γc------水泥强度等级值的富余系数，按实际统计资料确定 fce-----水泥28d抗压强度实测值 (Mpa) fce = γc.fce,g 3) 单位用水量
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PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn(1)混凝土单位用水量mw可按下表式计算：
骨 料 采 用 碎 石、中砂 16 立方米混凝土用水量（kg） Wn =
(2) 掺减水剂混凝土单位用水量
mwa=mw⋅(1−β)
4) 单位胶凝材料用量：
C0=
mwa
(kg) W/C0
230+ Wn 骨 料 最 大 粒 径 （mm） 20 215+Wn 31.5 205+Wn H−90×5 H-----混凝土坍落度（mm） 20(1) 水泥用量：mc=C0⋅(1−Fa) (kg) (2) 粉煤灰用量：mF=C0⋅Fa⋅Ka (kg)
式中： C0-------计算的基准水泥用量(kg)
Fa-------粉煤灰掺量（%） Ka-------粉煤灰超量系数
mC-------立方米混凝土中水泥用量(kg) mF -------立方米混凝土中粉煤灰用量(kg) 5) 初步砂率SP0：
根据砂的粗细不同，通常为40%～ 45%。 6) 胶浆量：
即水泥与掺合料加水和含气量的体积。 VJ=
mcmF
++mw+a ρcρF
式中符号意义同上。
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PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn7) 初算骨料用量
(S+G)=(1000−VJ)⋅[ρS⋅SP+ρG⋅(1−SP)]
S=(S+G)⋅SP G=(S+G)⋅(1−SP)
8) 求出掺粉煤灰后，水泥和粉煤灰总量超出计算基准胶材量C0的体积VF VF=
mcmFC0
+− ρCρFρC
式中： ρc、ρF------分别为水泥和粉煤灰的密度。
9) 计算掺粉煤灰后胶材体积超出基准胶材体积时的应用砂量: mS=S−VF⋅ρS
10) 计算掺粉煤灰后混凝土的实际砂率SP：
SP=SP0−
mS−VF⋅ρSmS
或 SP=
mS+mG(mS−VF⋅ρS)+mG
式中： VJ------胶浆体积
ps、pG ------分别为砂、石表观密度。
11) 配合比：（水泥+粉煤灰）：砂：石：水=(mc+mF):mS:mG:mwa
12) 每个级别的混凝土应作三个不同水胶比和不同粉煤灰用量试配试验，择优选用。 13) 配合比试配经试拌校正后，测定混凝土拌合物的坍落度、含气量、泌水率、凝结时间、容重，并制作试件。试件处于室内养生1d，拆模后处于标养室养生至龄期试验。
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