水下混凝土灌注施工作业指导书.doc

水下混凝土灌注施工作业指导书
1.0编制目的
明确渝广高速土建一份部水下混凝土灌注施工工艺，流程。指导作业人员按标准程序进行水下混凝土灌注，防止水下混凝土灌注过程中出现质量缺陷。
2.0编制依据
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)
《重庆市高速公路施工标准化指南》
3.0适用范围
本作业指导书适用渝广高速公路桥梁钻孔桩水下混凝土灌注工序施工。
4.0混凝土灌注方法及工艺要求
4.1施工工艺流程
灌注混凝土
泥浆回收
下设浇筑导管
导管水密试验
验收(若不合格，采用气举法二次清孔)
原材料质量检测
提出施工配合比

拌制混凝土

混凝土质量检测
拌和车输送
混凝土至桩孔口
储备原材料

图4-1 钻孔桩混凝土浇注工序施工工艺流程图
4.2浇筑前的准备工作
混凝土浇筑前应周密组织，精心安排，做好以下准备工作：
⑴完成钢筋笼、声测管的下设和清孔验收工作。
⑵配管。根据孔深编排各根导管的管节组合，并填写记录，记录好导管下设顺序、每根导管根数、各管节的长度、导管实际下设情况、开浇情况等。
⑶备足水泥、砂、石、粉煤灰、外加剂等原材料和各种专用器具、零配件，并留有备用。
⑷对混凝土拌合设备、运输车辆以及与各种浇筑机具（包括起重机、隔水球、漏斗等）进行仔细地检查和保养。
⑸维修现场道路，清除障碍，保证全天候畅通。
⑹组织准备。对混凝土搅拌、运输、桩孔孔口灌注等各岗位进行分工，并明确各岗位任务和职责。
4.3导管结构及下设
⑴导管结构
水下混凝土灌注宜选用圆形螺旋快速接头的钢导管。钢导管的内径应与桩径及混凝土浇筑速度相适用，不宜小于最大骨料粒径的6倍，一般为200～300mm。导管管壁厚度一般为3～5mm，其内壁应光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管尾管长度宜为3.0～4.0m，中间每节长度宜1.5m或2.0m，上部配1～2节长0.5m、0.7m、1.0m的短管，根据孔深进行调整。
⑵水密试验
导管应能承受1.2～1.5MPa的压力。使用前需要检查导管是否漏气、漏水、变形，接头连接要牢固可靠，并且要定期(一般每半个月)进行一次水密性试验，试验压力为桩孔底静水（浆）压力的1.5倍，可下式计算：
PW = 1.5（rc×hc－rw×hw）
式中 PW——导管壁可能承受的最大压力（kg/m2）；
rc——混凝土容重，可采用24kN/m3）；
hc——导管内混凝土柱最大高度，采用导管全长（m）；
rw——钻孔内水或泥浆容重（kg/m3），一般取1.0～1.20；
hw——钻孔内水或泥浆深度（m）。
水密试验方法：拼装好的导管，两端封闭，在端口焊接进出输水管头。往管内注水，注满后封出水管头，加压注水，达到检测压力，经过15min不漏水即为合格。
⑶导管配置
配置导管时要根据各桩孔的孔深、护筒至管架的距离来计算单根导管的长度，其计算式如下(式中符号见图4-2所示)：

，
式中：L ――导管长度(m)；
L1――孔外管长(m)，即导管上端管口至护筒顶的距离；
L2――孔内管长(m)；
H――孔深(m)；
L3――导管下端管口距孔底的距离(m)，即导管悬空，一般30～40cm。
单根导管的实际长度等于各管节的累计长度。短导管放置在单根导管的上部。
图4-2 混凝土浇筑导管的安装
L
L3
L2
L1
H
支承托架
钢护筒
方木
方木
钢筋笼
导管
漏斗

⑷导管下设
导管的安装方法见图4-2。导管要按照顺序依次下放。下设导管时应防止碰撞钢筋笼，导管对正钢筋笼中心慢慢下设，各管节间连接要安放“O”形密封圈，并检查每管节间连接紧扣。
导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在护筒两侧的方木上，方木放置要平稳。严禁将支撑架放在护筒上。导管全部下入孔内后，应放到孔底，以便核对导管长度及孔深，然后提起30～40cm，开始浇注水下混凝土。
导管的顶端配有混凝土漏斗，其高度要便于混凝土的卸料。漏斗的容积要足以保证卸料时混凝土不会溢出。
4.4混凝土拌制及运输
⑴拌制前的准备工作
①由试验人员根据监理工程师批准的室内混凝土配合比、骨料含水量及搅拌机的容量，计算出搅拌一盘混凝土所需砂、石、粉煤灰、水、水泥、外加剂的重量。
②检查混凝土搅拌机和上料设备，校准配料计量装置。
③准备足够的砂、石、水泥、粉煤灰、外加剂等材料和装载、取样、测试工具。
⑵混凝土拌制
①投料：拌制混凝土配料时，宜采用自动计量装置，各种衡器精度符合要求，计量应准确。拌制混凝土所用的各项材料按质量投料，配料数量的允许质量偏差见表4-1。
表4-1 配料数量允许偏差
材料类别
允许偏差(％)
现场拌制
预制场或集中搅拌站拌制
水泥、干燥状态的掺合料
±2
±1
粗、细集料
±3
±2
水、外加剂
±2
±1
②搅拌：采用自动化程度高的强制式拌和机搅拌混凝土。搅拌时间为2min。
③计量：采用电子称自动计量。水和液体外加剂也可采用流量计计量。
④检查和调整：在混凝土拌制过程中，应根据混凝土坍落度、扩散度和砂石骨料含水量的检测结果、环境条件、工作性能要求等及时调整施工配合比。
⑤每根钻孔桩混凝土拌和过程中，由搅拌操作人员填写搅拌生产记录 。
⑶混凝土运输
混凝土运输宜采用混凝土拌和罐车运输，混凝土拌合车从拌和站开出后应在较短时间内达到灌注现场，保证单桩在首盘混凝土初凝前灌注完毕。
混凝土应有良好的和易性, 在运输和灌注过程中无显著的离析、泌水。混凝土运至灌注地点时应检查其均匀性和坍落度，灌注时保持有足够的流动性。当桩孔直径D＜1.5m时，坍落度宜为180～220mm；当D≥1.5m时，坍落度应为160～200mm。
应尽量减少倒运环节，尽可能采用混凝土搅拌车与导管漏斗对口浇筑的施工方法。不具备对口浇筑的条件时，可用吊车、储料斗、卧罐等作为垂直提升转运工具。
冬季施工混凝土入导管温度低于5℃时，拌合车应采取保温措施；夏季施工混凝土入导管温度大于30℃时，拌合车应采取降温措施，减少运输过程中混凝土坍落度损失。
4.5混凝土灌注
(1)开盘
开浇宜采用压球法进行混凝土灌注。导管下设后在导管内放置略小于导管内径的隔离胶球作为隔离体，隔离泥浆与混凝土，然后在导管上口设置一个储料斗，在储料斗内出口上放置一个盖板。在开浇前，将混凝土储料斗灌满(储料斗容积应满足导管内容积及封埋导管不小于1.0m深的方量)，使导管底部一次埋入混凝土面以下1.0m以上。储料斗的混凝土储存量可按下式计算（式中参数见图4-3）。

H
d
D
h1
h2
Ha
Hb
泥浆
混凝土
导管
图4-3 初浇混凝土量计算示意图
式中：──灌注首批混凝土所需数量(m3)；
──桩孔直径(m)；
──桩孔底至导管底端间距，一般为0．4m；
──导管初次埋置深度(m)；
──导管内径(m)
──桩孔内混凝土达到埋置深度时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)，即。
当储料斗内的混凝土量已满足初灌要求时，拔出储料斗内出口上的盖板，同时打开储料斗上的放料闸门，使混凝土连续进入导管，迅速地把隔水栓及管内泥浆压出导管，同时将桩孔旁边的混凝土搅拌车内剩余的混凝土不断灌入储料斗内而使混凝土连续地灌入桩孔内。当孔内浆液迅猛地溢出孔口时，证明混凝土已通过导管进入孔内；若导管内无泥浆返回，则开浇成功。此时应测量混凝土面的深度，确认导管埋深是否满足1m以上的要求。
⑵灌注阶段
①灌注混凝土一旦开浇后，应连续进行，不得中断，并应始终使导管埋入混凝土中足够深度，保证导管拆卸后导管埋入混凝土的深度不小于2m，以防止将导管拔出混凝土面；同时导管埋入混凝土中的深度不大于6m，以免出现堵管或铸管事故。混凝土灌注期间使用起吊设备吊放、拆卸导管。
②为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部lm左右时，应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。
③灌注过程中，应密切注意孔口情况，若发现钢筋笼上浮，应稍作停浇，同时在钢筋笼上加压重物，在不超过规定的中断时间内继续浇注；若发现孔口不返浆，应立即查明原因，采取相应的措施处理。
④提升导管时应保持轴线竖直、位置居中。如果导管卡挂钢筋笼，可转动导管，使其脱开钢筋笼，然后再提升。
⑤每盘测量一次桩孔内混凝土面深度，并及时填写水下混凝土灌注记录表，确定灌注高度和埋管深度，指导导管的拆卸工作。当灌注方量与混凝土顶面位置不相符时，应及时分析原因，找出问题所在，及时处理。
⑥混凝土应连续灌注，遇特殊情况须间歇时，间歇时间应根据具体情况确定，但不宜大于30min。每根桩的灌注时间不应太长，应在8h内灌注完成。
⑦灌注时，孔口应设置盖板，避免混凝土散落到孔内。混凝土置换出的泥浆通过泥浆排污沟排到其它正在施工的桩孔中或沉淀池，以防止泥浆溢出而污染环境。
⑶终浇阶段
在终浇阶段由于导管内外的压力差减少，浇注速度也会下降，如出现下料困难时，混凝土坍落度应适当提高，并可适当提升导管和稀释孔内泥浆。
混凝土灌注到接近设计桩顶标高时，工地值班人员应对剩余混凝土数量（计算时应将导管内的数量估计在内）进行测算，并通知搅拌站按需供料。
灌注的桩顶标高应比设计桩顶标高高出0.5～1.0m，以保证桩头混凝土的强度，多余部分在承台混凝土施工前凿除，桩头应无松散层。
在拔除最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下，形成泥心。
处于地面或桩顶以下的钢护筒，在灌注混凝土初凝前拔出。
5.0混凝土灌注质量控制与检查
5.1混凝土原材料
对每批进场的水泥、砂石骨料、掺合料、外加剂等原材料，应严格检查标号、出厂日期和出厂试验报告等材质证明文件并抽样检查，严禁使用不合格的材料。
由试验人员对混凝土原材料按照下列要求进行取样检验，并报验试验监理。
⑴水泥
水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥的品质应符合设计及规范要求。
混凝土配合比设计阶段应进行水泥选料复检，复检合格后进行配比。
⑵骨料
①细骨料采用级配良好的中砂，细度模数在2.3～3.0之间。细骨料的品质应满足设计及规范要求。
②粗集料宜优先选用卵石，如采用碎石宜适当增加混凝土配合比的含砂率。集料的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37.5mm。
⑶掺和料
粉煤灰掺合物应保证其产品品质稳定，来料均匀。
施工需要掺用掺合料时，使用前应通过试配检验，确定其掺量。掺合料应符合设计、规范有关的施工要求，并符合国家现行有关标准的规定。严禁使用已结硬、结团的或失效的掺合料用于混凝土工程中。
⑷外加剂
外加剂的品种应根据设计和施工要求选择，应采用减水率高、坍落度损失小、能明显改善混凝土性能的质量稳定产品。工程使用的外加剂与水泥、矿物掺合料之间应有良好的相容性。所采用的外加剂，应对人员、环境无毒作用。外加剂应符合设计、规范有关的施工要求，并符合国家现行有关标准的规定。
⑸拌和用水
拌和用水采用饮用水或地下水，水的品质经检验应符合设计及规范要求。
5.2混凝土配合比
根据设计图纸所给出的混凝土标号进行混凝土的配合比配制。
在混凝土拌制前，根据理论混凝土配合比以及现场测定的砂、石的含水率，对混凝土配合比进行调整，提供施工混凝土配合比，并正确计算每盘用量。砂、石含水率测定，要求每工作班测试不得少于一次。
5.3混凝土拌和物性能
⑴混凝土原材料的称量误差
要严格控制砂、石的超径含量和混凝土原材料的称量误差，水、水泥、粉煤灰和外加剂的加料误差不得超过1%，粗、细集料料的加料误差不得超过2%，每工作班抽查不得少于一次，并由质量检查员填写记录。
⑵混凝土拌和物的坍落度、扩展度及含气量
混凝土拌制过程中应定期对混凝土拌和物的坍落度、扩展度及含气量进行测定，要求每拌制50m3混凝土或每工作班测试不得少于一次，测定结果符合规范要求。
5.4混凝土灌注
⑴灌注前要检修好混凝土搅拌系统、混凝土搅拌车、灌注混凝土的吊车等设备，以及浇筑器具，防止灌注混凝土过程中出现长时间中断。
⑵要根据验收孔深和灌注平台高度配置导管，导管接头应有密封圈（垫）并拧紧。浇筑导管应定期进行水密试验检查。
⑶导管下设时要按照安装顺序依次进行；导管下设后，要检查导管是否漏浆；要将导管放置孔底，检查是否少下导管，以及导管是否下设至距孔底30～40cm；检查隔球塞和储料斗内出口上的盖板是否放置好；拆除的导管要做好记录，放止拆除导管时拔出混凝土面而造成断桩。
⑷灌注开始后，应紧凑地、连续地进行，严禁中途停工，同一根桩的混凝土持续灌注时间应不大于混凝土初凝时间。尽量缩短拆除导管时间，掌握好下料速度，不宜太快太猛，以免造成气堵。
⑸在灌注混凝土过程中，要每隔15～30min测量一次孔内混凝土面的深度，以便控制好导管埋入混凝土中的深度，导管埋深始终控制在2.0～6.0m内，拆卸导管时向上提升导管要慢，避免拔出导管而造成断桩和钢筋笼上浮。要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不准确。
测混凝土面的深度采用绳系标准锤测深法，标准锤的外形为锥形，测绳必须经检校过的钢尺进行校核。
⑹灌注混凝土过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除。
⑺终浇时要仔细而准确地测量混凝土面的深度，必要时采用钢管取样盒，从孔内取出混凝土样，鉴别盒内之物是混凝土还是泥渣，由此确定混凝土表面的准确位置。终浇标高控制在设计桩顶标高以上0.5～1.0m范围内。
钢管取样盒用钢管连接制作，钢管最下端设一铁盒，上有活盖，用细绳系盖随钢管向上引出。当灌注达到设计桩顶标高时，将钢管取样盒插入混合物内，牵引细绳将活盖张开，混合物进入盒内，然后提出钢管，鉴别盒内之物是混凝土还是泥渣。
5.5桩身混凝土检测
对桩身混凝土质量检查，主要从混凝土取样试件抗压强度和基桩无损法检测两方面进行。
⑴混凝土强度要求
水下混凝土强度等级必须符合设计要求。每桩的试件留取应按照试验规程进行，取样组数应满足要求。
⑵桩身完整性检查
对桩身的完整性检测一般采用低应变检测法和超声波检查法。
低应变检测法在桩头破除后按要求打磨数个检查点，小锤敲击，运用仪器检测是否存在断桩。
超声波检测法应预先在桩内埋设声测管，并保持通畅。检测时，将测头吊入声测管，感应各断面混凝土的完整性。
(3)如果发现桩的质量有异常现象或设计有要求时，则应钻取混凝土芯样进行检查。
6.0质量问题处理及预防
6.1桩身夹泥
灌注时由于导管密封不良，泥浆渗入导管内，或导管栓塞破裂、脱落；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，以至泥水从底口进入；导管提升过猛，或测孔内混凝土面时出错，到管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水，都会产生夹泥现象，这时应全部提出导管和钢筋笼，凿掉已浇注的混凝土和未提出的钢筋笼，对桩孔进行处理并重新清孔合格后重新灌注混凝土。
预防措施：混凝土导管在下入桩孔前，必须对接头、管壁等进行详细检查，并做好配管记录；定期进行导管水密性试验；准备足够的首批混凝土后才开浇，并使导管底口至孔底的距离为30～40cm；导管提升不要过快，测混凝土面要准确。
6.2卡管
在灌注混凝土过程中，隔水塞在导管内下不去，或导管被钢筋笼卡住提升不起来而造成卡管事故。
卡管事故原因：隔水塞卡在导管中；导管升降时挂住钢筋笼等。
处理方法：因隔水塞堵塞，则可采用钢筋或长杆冲捣，或用软轴振捣器振捣。如仍不能疏通导管时，则应将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理整修，然后重新吊装导管，重新灌注。因导管与钢筋笼卡在一起，则可采用轻扭动慢提拔的方法提升导管，使导管与钢筋笼脱离，决不可强力起拔。如导管拉断、脱落，可用特殊打捞工具打捞，并清除孔内混凝土。
预防措施：严格按规程进行操作；隔水塞制作要合理，其直径要约小于导管直径；混凝土配合比应与水下混凝土灌注条件相适应，和易性和流动性好；导管检查和操作精心，导管要对准钢筋笼的中心下设、提升导管要缓慢等等。
6.3堵管
在灌注混凝土过程中，由于混凝土的配合比不当；新拌混凝土的质量不符合要求(流动性过小，严重离析，骨料超径等)；混凝土的运输方法不当，造成混凝土严重离析；灌注混凝土的方法不当，灌注速度过慢或中断时间过长；混凝土导管内径过小，或同一根导管中采用了不同内径的管节等原因造成浇筑导管堵塞。
出现堵管事故，采取以下措施处理：
⑴分析堵管原因和部位，查对记录，确认管底位置和埋深。
⑵上下反复抖动导管，每次提升不要过高，不得猛敦导管，以防导管破裂和混凝土离析。
⑶抖动无效时，可在导管埋深许可的范围内提升导管，以增加导管内的压力，减少混凝土流出的阻力。
⑷若仍然无效，堵管部位不深时可下钻杆捅；较深时可用压缩空气顶推管内混凝土（事先制作带进气管的导管封头），所用压力应在导管强度允许的范围内。
⑸若以上处理方法均无效，应抓紧时间起出导管和钢筋笼，凿掉已浇注的混凝土和未提出的钢筋笼，对桩孔进行处理并重新清孔合格后重新灌注混凝土。
预防措施：正确设计混凝土的配合比，保证其施工性能满足泥浆下灌注的要求；严格控制新拌混凝土的质量，防止和易性不合格的混凝土和超径砂石进入导管；采用适当的混凝土拌制和运输方法，减少倒运环节，保证供料强度满足混凝土面上升速度的要求；做好各项组织、准备工作，确保混凝土灌注连续进行；混凝土导管的内径应上下一致，并尽量采用直径较大的导管；混凝土灌注过程中应经常提动导管，破坏混凝土的凝结，特别是灌注速度较慢时。
6.4钢筋笼上浮
钢筋笼按设计标高用吊筋悬挂在护筒上。钢筋笼上浮原因是混凝土和易性不好，灌注中途出事故，使混凝土初凝结成硬盖，阻力增大，或混凝土灌注速度太快向上拱抬钢筋笼；钢筋笼在孔口固定不牢。
预防措施：放置钢筋笼时对准钻孔中心，在孔口牢固固定，提升导管时不可过猛；钢筋笼安装完成后采用2～3根φ50mm钢管将钢筋笼压重，钢管焊接在护筒或孔口支撑架上；根据气温变化，适当调整混凝土配合比，使其具有良好的和易性、流动性；在混凝土面接近和进入钢筋笼时，应放慢混凝土灌注速度，保持许可范围之内的较深埋管，并连续灌入混凝土尽可能减少混凝土从导管底口出来后对钢筋笼的冲击力；当混凝土面进入钢筋笼一定深度后，适当提升导管，以增加钢筋笼的埋深，使得混凝土与钢筋笼的握裹力保证钢筋笼不至上浮。
6.5塌孔
在灌注过程中如发现桩孔护筒内水（泥浆）位忽然上升益出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是塌孔征象。
塌孔原因：护筒底脚周围漏水，孔内水位降低；地下水位与孔内水位相差不大，不能保持原有静水压力；由于护筒周围堆放重物或机械振动等。
发生塌孔后，应查明原因，采取相应的措施，如保持孔内浆面高于地下水位2m以上、移开重物或机械振动等。然后用吸泥机吸出塌入孔中的泥土。如不继续塌孔，可恢复正常灌注。如塌孔仍不停止，塌孔部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，再以粘土掺砂砾回填，待回填土沉实时机成熟后，重新钻孔和灌注混凝土成桩。
7.0安全和环保措施
7.1安全保证措施
(1)上岗前，对所有参加施工的技术员、施工员、劳务队组织学习安全操作知识，进行专门培训；并由专职安全员对其分层进行安全技术交底。
(2)制定严密的操作规程，操作人员必须严守各自岗位，必须按规定佩带安全防护用品。上岗操作时拴好安全绳，正确佩戴安全帽。
(3)施工孔桩周围设置安全护栏，非施工人员不得进入施工区域，防止人员掉入孔桩
(4) 导管起吊作业须有专职安全人员现场监控，操作手必须为熟练工，且经过安全培训。现场有管理人员统一调配指挥。
(5) 夜间施工必须保证照明光线充足，有些工作夜间不得施工，如提升滑架、起吊重物构件等。
7.2 环境保护施工
(1) 拌合站场地要进行合理规划、原材料分库存放、不得随处铺洒。废弃材料不得乱丢乱放。
(2)现场管理要有序，施工道路要畅通，无积水、坑陷。
(3) 应注意混凝土生产、水泥运输等产生的粉尘对环境影响。混凝土所用材料，特别是外加剂，应满足环保要求。
(4) 混凝土浇筑完成后，要做到工完料清，及时清除多余的砂石、废弃混凝土和各种剩余物质材料。
(5) 水下混凝土灌注封底时，应在孔桩周围做好排水处理，避免翻出的泥浆四处流溢，污染环境。
(6) 做好施工场地环境卫生、食品卫生、饮水卫生，定期消毒。