關鍵詞：水下混凝土;海工超深度大直徑鉆孔樁;應用

　　Abstract: this paper combine with the actual construction in Zhejiang Xiangshan Sanmenkou, introduces the preparation of the underwater concrete and the application of Xiangshan bridge gate three super deep bored piles with large diameter.

　　Key words: concrete under water; marine super deep bored pile with large diameter; application

　　中圖分類號：TV544+.925 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1 該工程大直徑水下灌筑樁混凝土施工難點

　　象山三門口跨海大橋南門橋工程樁基由26根直徑為1.8到2.8m的鉆孔灌注樁組成。實際樁長最深達97m。單樁最大混凝土用量在580 m3左右，樁身混凝土總用量在7446 m3，混凝土抗壓強度設計等級為C30,是典型的海工超深度大直徑鉆孔樁。施工中在水位變化區保留鋼護筒以防混凝土受腐蝕，施工中由于施工場地限制，攪拌站距離施工現場中心樁有600多米的距離。由于樁徑大，成孔周期長，沉渣不易清理，單樁灌注需要的混凝土方量大,沒有商品混凝土供給,所有混凝土都是工地自己泵送供給,混凝土運送距離遠，加上又是夏季施工,混凝土要求質量要求高，施工的難度是不難想象的。

　　2 大直徑水下灌筑樁對相應混凝土的要求

　　為了混凝土能夠順利灌注，并且灌注后混凝土性能良好。對對水下灌筑混凝土拌合物的性質、混凝土凝結時間、硬化后的強度以及混凝土的抗滲性有了更高的要求。

　　2.1 具有良好的施工和易性

　　混凝土的流動性：是指混凝土本身自重作用下，自行流動的性能。水下灌筑混凝土施工不能用振搗器振搗，而是靠自重流動進行攤平和密實。在凝結硬化前，若流動性稍差，就會造成堵管或是在硬化混凝土中造成缺陷。此外，混凝土通過導管輸送和澆筑，要求混凝土必須有較大流動性和一定的保持能力。一般要求混凝土的塌落度控制在180～220mm左右，灌注大方量混凝土流動性保持能力以不小于1.5h為宜，一般要根據施工方法及導管直徑來選擇塌落度。

　　粘聚性和保水性：粘聚性是指混凝土抗離析的能力，而保水性則指保持水分不易析出的能力。海工水下大直徑鉆孔灌注混凝土必須具有較好的粘聚性和保水性，可以防止混凝土在輸送過程和澆筑時產生離析和泌水現象，泌水率應控制在1.2～1.8%之間的混凝土拌合物具有較好的粘聚性，實際施工時要求2小時內析出的水分不大于混凝土體積的1.5%[1]。但砼的粘聚性又不能太大，否則提升導管時，由于導管直徑較大、樁身長，提升導管周期長，很難保證沖擠入先澆注的砼造成斷樁，故對這類砼還得有一定的離散性，這就要選擇與所用水泥相適應的外加劑。

　　2.2有適度的初凝時間

　　大直徑樁混凝土澆筑時間長，受氣候影響大，故要有適宜的初凝時間，初凝時間不宜太長也不宜過短，一般根據澆筑時間，澆筑環境情況等綜合決定，尤其要注意首批封底混凝土的凝結時間一定要考慮周到,否則施工中會在混凝土澆注表面形成一層硬化混凝土而影響澆注。

　　2.3抗壓強度

　　水下混凝土的抗壓強度為空氣中施工的抗壓強度的50%～90%[2]，故設計時一般要比陸上的設計強度提高一個強度等級。

　　3 海工大孔徑水下混凝土施工中所采取的技術措施

　　3.1 對原材料的基本要求

　　從水下混凝土的澆注工藝可知,導管在施工中是一直插在已經澆注的混凝土中，而通過后續的澆注使樁不斷的變長，混凝土澆注一旦開始就必須不停的施工直到最終成樁,如果中途停機就有可能會因為水泥的凝結而導致斷樁,而為了保證整個澆注過程順利,必須選擇好混凝土施工的原材料。

　　3.1.1 水泥

　　水泥是混凝土中強度形成的主要因素，為保證水下灌筑施工質量和澆注順利進行，宜選用細度適中，泌水率小和收縮率較小的水泥。同時考慮到防腐抗滲，一般應選用火山灰水泥或粉煤灰水泥，但由于當地原材料的緣故，本工程選用的是京陽水泥廠生產的“嘉新”牌42.5#普通硅酸鹽袋裝水泥。該水泥理化性能指標較好，強度富余系數較高。為了改善混凝土性能設計配合比時摻入活性混合材粉煤灰。

　　3.1.2 砂

　　對水下灌筑混凝土，細骨料的質量對于水下混凝土的和易性起著至關重要的作用，為保證施工順利，一般選用級配良好，顆粒表面圓滑，細度模數介于2.10～2.80之間的中砂，其他的砂不是不可用，只是對于增進施工和易性來說，這樣的細骨料應當優先考慮，本工程中使用的福建閩江的河砂細度模數介于 2.4～2.80之間，篩分曲線平滑，完全滿足施工要求。

　　3.1.3 碎石

　　碎石和卵石比較起來，級配良好的卵石對于配制和易性優良的混凝土來說是首選，采用碎石，需要通過適當增大砂率，保證混凝土拌合物有較好和易性。但本工程周邊沒有大的河流，只好選用當地碎石廠的碎石，大的碎石廠的碎石是同過水運供應上海商品混凝土市場，所以碎石的質量通過檢測還是比較過關的，本工程采用的是當地產5～31.5mm粒徑的連續級配的碎石，母巖的抗壓強度遠大于1.5倍的砼設計強度，且含泥量較小，完全滿足施工要求。

　　3.1.4 外加劑

　　外加劑的選擇應綜合考慮對所選水泥有良好的適應性，減水效果，提高混凝土可泵性，保塑性，提高流動性和延長初凝時間至達到施工要求的目的。本工程采用的是江蘇博特新材料有限公司生產的聚羧酸類的緩凝高效減水劑(PCA)，該類減水劑是目前減水劑的第三代新產品，它的特點是與水泥適應性強，摻量小，減水率高，拌制的混凝土粘度小，不離淅，不泌水，體積穩定性好，而且由于它的超大連狀分子結構，使得所配制的混凝土保塑性好，整體性能都要優于萘系減水劑。

　　3.1.5 礦物摻和料

　　由于粉煤灰的滾珠效應，它的摻入不但能改善混凝土在新拌階段的穩定性，而且能在凝結硬化后與由于它的火山灰效應能與水泥水化產物發生二次水化反應從而填充混凝土硬化后內部的孔結構，增強混凝土的密實度，進而使混凝土的強度和抗滲性增強，故在配制泵送混凝土，尤其配制海工水下混凝土時摻入一定量的粉煤灰是必要的。本工程摻加的粉煤灰是北侖電廠產的二級粉煤灰，其各項指標都可以達到國家標準對二級粉煤灰的要求。

　　3.2 優化施工配合比

　　水下混凝土要求具有比普通混凝土更大的流動性、粘聚性和保水性，結合本工程的特殊性及施工季節(施工大直徑樁時正趕上南方的夏季天氣，天氣太熱混凝土坍落度損失較大)，試配時將塌落度應控制在18～22cm左右，初凝時間不得低于8小時。試配水灰比按規范宜控制在0.5～0.6之間[3]，水灰比太大輸送過程中容易產生離析和泌水，太小粘聚性會增加且保塑性很難保證，這樣都不利于施工，實際可根據試驗酌情增大或減少應本著節約水泥的原則下盡量降低水泥用量，摻用適量的活性摻和料，以及適應性好的外加劑。通過摻加高效緩凝減水劑、活性摻和料(粉煤灰)及大量試驗，本工程最終所選配合比的水膠比為0.48，雖然偏小，但混凝土各項性能良好均能滿足施工需要，配合比如表1所示：

　　表1　每1m3混凝土材料用量表(配合比)

　　水泥(kg/m3)砂(kg/m3)石子(kg/m3)水(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)外加劑(%)(PCA)砂率(%)設計坍落度(mm)實測坍落度(mm)容重

　　(kg/m3)

　　3407401024206900.642180~2202102400

　　按上述配合比試配，制做標準混凝土抗壓試件,試件抗壓強度試驗結果如表2所示：

　　表2 混凝土的立方體抗壓強度

　　混凝土

　　初凝時間標準混凝土試件抗壓強度(Mpa)

　　3天7天28天

　　11h27.634.544.2

　　3.3　做好施工設備和材料的準備

　　本工程由于施工現場條件所限制，拌和樓距澆注地點遠，又沒有足夠的混凝土輸送車，故選用泵送輸送，混凝土泵選擇功率較大的柴油泵，并備用一臺電氣泵。施工前期對施工機械要求全面檢查，以保證施工機械在施工中保持良好狀態;材料準備要根據需要情況，考慮到各方面損失，準備好各種原材料。

　　3.4 做好施工組織管理工作

　　在每次大方量混凝土澆筑工作開始之前，應認真組織項目部各相關部門開會安排，對各個施工環節要交待清楚，使參予施工的所有人員充分明白其所工作內容和相互間配合的程序。

　　4 水下灌筑大方量混凝土應注意的事項

　　(1)泵送過程中應注意防止混凝土離析，如出現離析應將離淅的料丟棄或暫放棄，以防止堵泵。

　　(2)開灌前儲料斗內必須有足以將導管底一次性埋入水下混凝土中2m以上深度的混凝土。

　　(3)灌筑過程中，應徐徐澆注，過快易在導管內形成高壓空氣囊而堵管，過慢也易使混凝土塌落度損失過大而堵管。

　　(4)混凝土灌筑的上升速度不得小于2m/h，導管底端埋入混凝土面以下一般宜保持在2～4m，不宜大于6m，更不得小于1m。隨著混凝土面上升，要適時提升或拆卸導管，嚴禁把導管底端提出混凝土面，做到混凝土不在水中落下。

　　(5)應根據原材料情況和氣候條件的變化，隨時調整混凝土配合比，以滿足混凝土拌合物特性指標的要求。

　　(6) 在泥漿中進行水下混凝土澆灌作業，對于超深樁，應將混凝土澆灌至樁頂設計標高以上1.0m方可終止混凝土澆注。

　　(7)夏季施工時要注意混凝土的坍落度損失，采取必要的措施減小氣溫對新拌混凝土的影響，可通過在拌和用水中加入冰塊，覆蓋好施工用的原材料防止暴曬，避開中午最熱的氣溫段，選在夜間施工等措施來解決。

　　5 澆注質量

　　(1)該工程已完成的鉆孔樁施工現場取樣做試件養護28天，達期齡的混凝土強度經評定均合格。

　　(2)澆注完成的樁身通過超聲波檢測，樁身完整，沒有大的缺陷，混凝土分布均勻。

　　6 結論

　　(1)由于在混凝土中摻入的活性混合材料粉煤灰不僅節約了水泥，改善了新拌砼的施工性能，還提高了硬化砼的抗滲性能。

　　(2)新拌混凝土的穩定性(不離析，不泌水)是混凝土灌注成功的前提，而原材料的選擇對新拌混凝土的穩定性起了很大一部份作用，合理的選擇原材料可以配制出滿足施工要求的配合比，但無論是在配制過程中還是實際施工過程中都必須嚴格控制新拌混凝土的穩定性。

　　(3)夏季施工中要對大孔徑超深樁的澆筑要采取必要的措施，以防止混凝土坍落度損失過快，造成斷樁事故。

　　[參考文獻]

　　[1] 張應力 現代混凝土配合比設計手冊[M], 人民交通出版社, 2002.12 : 369~392.

　　[2] 水運工程混凝土施工規范[S] JTJ268-96 中華人民共和國交通部 1996.4. 19

　　[3] 公路橋涵施工規范[S] JTJ041-2000 中華人民共和國交通部, 2000. 4.24

　　作者簡介: 段獻智(1976.6~) 男 工程師 陜西 大連萬鵬港口工程檢測有限公司 學士 專業:無機非金屬材料