钻孔灌注桩高性能混凝土的质量控制及施工.pdf

2 0 1 4年第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 4 No 1 1 No v e mb e r 钻孔灌注桩高性能混凝土的质量控制及施工 宋军华 ， 王 玲 ， 鲁 守成 ， 张 萍 ， 杨智 方 ， 高瑞军 ( 1 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 ， 芜湖长江公路二桥土建工程试验检测中心 ， 2 4 1 0 0 0 ； 2 中 国建 筑材 料 科学研 究 总 院 ， 绿 色建 筑材 料 国家 重点 实验 室 ， 北 京 1 0 0 0 2 4 ) 摘要 ： 针 对钻孔 灌注桩 混凝土大流动性和 高耐久性 的技 术要 求， 对芜湖长江公路二桥 主桥钻孔 灌注桩 用 C3 5高 性 能 混 凝 土 从 原 材 料 选择 、 配 合 比设 计 以及 混凝 土性 能 三 方 面 进 行 了研 究 。 实际 施 工 效 果表 明 ， 按 照 高 性 能 混 凝 土 理 念设计和施 工的钻孔灌 注桩 混凝土 的粘 聚性 和流动性好 ， 且无泌 水、 离析现 象 ， 芯样 测试结果也证 明 了钻孔 灌注桩混 凝土满足设计 强度和 耐久性要 求 ， 内部 结构 密实、 无裂缝 。 关键词 ： 水下混凝土 ； 钻孔 灌注桩 ； 高性 能混凝 土； 质量控制 Abs t r ac t ：Ai mi ng a t t h e t e c hn i c a l r e qu i r e me nt s o f hi g h 玎 ui d i t y a nd g o o d d ur a b i l i t y o f b o r e d e a s t i n s i t u pi l e c o n c r e t e C 3 5 h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e f o r b o r e d c a s t - i n s u i t p i l e i n t h e n l a i n b r i d g e o f No 2 Wu h u Ya n g t z e Ri v e r Hi g h w a y B r i d g e wa s i n v e s t i g at e dRa w ma t e r i a l s s e l e c t i o n，mi x pr op o r t i o n d es i g n a nd pr o p e r t i e s o f t he c o n c r e t e we r e e s p e c i a l l y r es e a r c h e d Ac t u a l c o n s t r u c t i o n s h o ws t h a t t h e b o r e d c a s t - i n - s i t u p i l e c o n c r e t e ，d e s i g n e d a n d i mp l e me n t e d a c c o r d i n g t o t h e c o n c e p t o f h i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e ，a p p e a r s g o o d a d h e s i v e n e s s a n d fl u i d i t y ， wi t h o u t b l e e d i n g a n d s e g r e g a t i o n Co r e s a mp l e s t e s t r e s u h s a l s o p r o v e t h a t t h e s t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y o f p i l e c o n c r e t e c a n me e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s ，a n d t h e c o n c r e t e a r e d e ns e a n d f r e e o f c r a c k s K e y w o r d s ： U n d e r w a t e r c o n c r e t e ； B o r e d e a s t - i n - s i t u p i l e ； H i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e ； Q u a l i t y c o n t r o l 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 6 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 1 1 7 9 一 O 5 0前 言 钻 孔 灌 注桩 是 通 过机 械 钻 孔 在 地基 土 、 河床 中 形 成 的桩 孔 ， 并 在 其 内放 置 钢 筋 笼 、 灌 注 混 凝 土 而 做 成 的桩 。在 大 型桥 梁 工程 基 础 施 工 中 ， 经 常 采用 钻孔灌注桩施工方法 ，但由于是在水下进行施工 ， 其施工过程无法 直接 观察 ， 因此 隐蔽 性强 ， 且 工艺 复 杂 。钻 孔 灌 注 桩施 工 时 还需 要 考 虑 施 工连 续 性 、 地质条件 和地下水环境条件 ，克服地下 涌泉压力 、 涨退潮水 、 流沙等一系列 困难 。水下混凝土 的灌注 质 量 会 直接 影 响 桩基 的质 量 ， 水 下混 凝 土 灌 注 施 工 时经 常出现各种质量 问题 ， 小到塌孔 、 缩颈 、 堵管 ， 大 到桩 顶 部 位 疏 松 、 桩 身 混凝 土夹 泥或 断桩 报 废 l 1 3 】 。因此 ， 在大型桥梁施工 中， 控制钻孔灌注桩混凝土 的质 量显 得尤 为重 要 。 在芜湖长江公路 二桥 ( 以下简称 “ 芜 湖二桥” ) 主桥基础的钻孔灌注桩混凝土施工中， 从 原材料选 择 、 配合 比设计 以及施工过程中? 昆凝土性能等细节 加强对水下混凝土质量 的控制 ，取得 了很好 的效 果 ， 本文介绍 了这一工程实例。 1 芜湖二桥主桥钻孔灌注桩特点和水下混凝土技 术要 求 1 1 钻 孔 灌注 桩 的设计 要求 芜湖二桥及接线是安徽省高速公路网规划 “ 四 纵八横” 中“ 纵二 ” ( 徐州一 蚌埠一 合肥一 芜湖一 黄山) 的 一 段 ，是 连接 安 徽 省 长江 两 岸 的 又一 条 快 速 通道 ， 被纳入 国家 长江干流桥梁( 隧道 ) 建设规划 ， 项 目 的建设对进一步完善安徽省 高速公路 网布局和过 江桥 梁 布局具 有 重要 意义 。 芜 湖 二桥 起 于无 为县 石 涧 ， 在 矶 头 山跨 越 长 江 后 ，止于繁 昌县峨 山 ，全长 约 5 5 5 1 2 k in。主桥为 ( 1 O 0 m + 3 0 8 m+ 8 0 6 m+ 3 0 8 m+ 1 0 0 m) 的五跨斜拉桥 ， 桥 长共计 1 6 2 2 m， 为双塔 四索面分离式钢箱梁斜拉桥。 主 桥 主塔 、 主桥 边 墩 和 过渡 墩 的基 础施 工 利用 双壁 钢套箱围堰作为钻孔灌注桩施工平台 ， 下部共有混 凝 土钻 孑 L 灌 注 桩 1 0 2根 ，混 凝 土 总方 量 近 6万 IT I ， 其设计基本情况见表 1 。 芜湖二桥施工位置水深 、 软基处理多 ， 还受 到 涨水期限制 ， 施工难度 大。设计要求钻孔灌注桩混 凝土为高性能混凝土 ， 即采用混凝土的常规原材料 和常规工艺 ， 在常温下 ， 以低水胶 比、 大掺量优质掺 合料和严格 的质量控制措施 配制的 ， 具有 良好 的施 工工作性能 ， 且硬化后具有高 耐久性 、 高尺寸稳定 性 及较 高 强度 的混 凝土 。 1 2 钻 孔灌 注桩 水下 混凝 土施 工 工艺要 求 7 9 2 0 1 4年第 1 l 期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 3期 钻孔灌注桩作 为一项隐蔽性 的地下工程 ， 成桩 质量很大程度上取决于混凝土的灌注质量。一旦出 现 质量 缺 陷 ， 尤其 是 发 生 断桩 事 故 ， 处 理 是 相 当 困 难 的。由于在泥浆下灌注混凝土时 ， 混凝土拌和物 是通 过 较 长 的导 管灌 入 孔 底 ， 并 且需 要 在 泥 浆 下 自 动推开和不断上升 ， 因此 ， 要求混凝 土拌 和物具有 足够 的流动性 和良好的和易性 ， 即水下混凝土要具 有 大 流 动性 、 不 离 析 、 不 泌 水 ， 防 止 发 生 导 管 堵 塞 ， 并要 保证 达 到设 计强 度 。 在场地准备 、 制备泥浆 、 埋设护筒 、 钻机就位 、 钻孔 、 第一 次清孔 、 吊放钢筋笼 、 导管安装 、 第二次 清孔等工序完成以后 ， 就要立 即进行水下混凝土的 灌注 。 采 用混 凝 土输 送 泵 灌 注 水下 混 凝 土 ， 由泵 送 进 料斗进行连续灌注 ， 中间不得停歇。首盘灌注完成 后 ， 随灌 随 提 升 导 管 ， 并 尽 可 能 缩 短拆 除 导管 的 时 间 。正 常 灌 注水 下 混凝 土 时 ， 导 管 底 部埋 于 混 凝 土 中深度 宜为 2 - 6 m。 1 - 3 钻孔 灌注 桩混 凝土 性 能要求 水下混凝土要满足设计要求 、 施工工艺要求和 技术要求 ， 结合 芜湖二桥实际情况 ， 提出了芜湖二 桥钻孔灌注桩混凝土 的关键参数控制指标 ， 见表 2 。 表 2芜湖二桥主桥钻孔灌注桩混凝土性能要求 2钻孔灌 注桩高性能混凝土原材料的选择和质量 控 制 原材料质量影 响混凝土各项性能 ， 原材料质量 的稳定 性 影 响钻孔 灌 注桩 质量 均匀 和施 工效 果 。根 据芜湖地材情况及混凝土性能的要求 ， 有针对性地 选 择 了关 键原 材料 ， 并 对其 提 出 了技术 要求 。 芜湖二桥 C 3 5钻孔灌注桩 高性 能混凝 土所用 的原材料有水泥 、 粉煤灰 、 聚羧酸系高性能减水剂 、 一 8 0一 细集料 、 粗集料 、 水等六种。鉴于工程采用高性能混 凝土理念及工程 的重要性 ， 各种原材料除了满足基 本标准 ， 即对应 C 3 5强度等级普通混凝土用各种原 材 料 的标 准外 ， 本 工程 还 提 高 了某 些 项 目的技 术 要 求 ，增加 了一些检验项 目，尽量 满足 J T G T F 5 0 2 0 1 1 公路 桥 涵施 工技 术 规范 第 6 1 5节 中表 6 1 5 4 表 6 1 5 8对高性 能混凝土原材 料的要求 ， 详 见 表 3 。 宋军华 ， 王玲 ， 鲁守成 ， 等 钻孔灌注桩高性能混凝土的质量控制及施工 J TC T F50 -2 01 1 水 工 钢 筋 混 凝 土 用 水 p H值 4 5 5 0 基 本 标 准 要 求 4 5 工 程 控 制 指 标 更 严 格 氯 化 物 ( m#L) 1 0 0 0 3 0 0 基 本 标 准 要 求 1 0 0 0 工 程 控 制 指 标 更 严 格 硫 酸 盐 ( mg L) 2 0 0 0 5 0 0 基 本 标 准 要 求 2 0 0 0 j 二 程 控 制 指 标 更 严格 一 81 2 0 1 4年 第 1 1 期 混凝 土与 水泥 制 品 总 第 2 2 3期 3钻子 L 灌 注桩混 凝 土配合 比设 计及 性 能 按 J C J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合 比设计规程 要求进行 C 3 5钻孔灌注桩混凝土配合 比设计。对混 凝土强度 、 耐久性 、 工作性进行综合考虑后 ， 确定水 胶比为 0 3 8 ， 提高了砂率为 s = 4 3 ( 采用碎石 ) ， 粉 煤灰掺量为胶材用量的 2 5 。混凝土基准配合 比如 表 4中 A 2 一 C 3 5 1所示 。另外 增加 两组 混 凝 土 A 2 一 C 3 5 2和 A 2 一 C 3 5 3 ，它们较基准配合 比中水胶 比 分别增加和减少 0 0 3 、 砂率分别增加和减少 l ， 用 水量与基准配合 比相同。对这三组混凝土进行了性 能试验 ， 试验结果见表 5 表 7 ， 另外还对 配合 比进 行 了优选 。 表 4 钻孔灌注桩混凝土配合 比 表 6抗压强度试验结果 检验项 目 技术要求 A 2 一 C 验 3 值 5 -1试 一 8 2一 由表 5可以看出， 三组混凝土的初始坍落度都 在 2 1 0 mm以上 、扩展度也在 5 3 0 ram以上 ，坍落度 1 h经时损失分别为 5 、 5 和 6 ， 满足水下混凝土 的技术要求。同时 ， 三组混 凝土拌合物均未 出现泌 水 、 离析 现象 。 在满足混凝土拌合物工作性能 的前提下 ， 从工 程降低成本 、节能减排和绿色环保 的角度分析 ， 考 虑 混 凝 土 配 合 比 的经 济 性 ，水 泥 用 量 较 低 的 A 2 一 C 3 5 1和 A 2 一 C 3 5 2两组 配合 比为优 选 。 与 A 2 一 C 3 5 2比 较 ， A 2 一 C 3 5 1混 凝 土 的 7 d 、 2 8 d抗压 强 度 增 长更 快 一些 ，且 A 2 一 C 3 5 2 昆凝 土 的表观 密度 略低 ， 所 以， 钻孔灌注桩混凝土 的配合 比选 用 A 2 一 C 3 5 1 较 为适 宜 。 A 2 一 C 3 5 1混凝 土 的长期 性 能 和耐 久 性 测试 结 果 见 表 7 。根 据 G B 5 0 0 8 2 ， 混 凝 土早 期 抗 裂试 件 应 在 2 4 h测读裂缝 ，裂缝宽度用放大倍数 4 0倍的读 数 显 微 镜进 行 测 量发 现 ，试 件 表 面 没有 出现 裂 缝 。 A 2 一 C 3 5 1 混 凝 土抗 裂性 能 优 良 ， 抗 裂 等 级为 V级 。