淺析水下混凝土澆筑工法原理及質量控制

馬 林（晨越建設項目管理集團股份有限公司， 四川 成都 610042）

水下混凝土澆筑工法，具有工藝成熟、操作簡單、場地適應性強等特點，在保證工程質量與安全的同時能兼顧工期與時效，因而被廣泛應用于現階段各類工業與民用建筑工程的基礎施工中。尤其對于地下水豐富或無法實施干作業澆筑的水下混凝土基礎工程，無疑是一種最成熟且經濟有效的施工方法。

從事工程施工技術與管理的各級工程技術人員大多不會對水下混凝土澆筑工法的使用存有疑慮，但部分業內外人士在工程管理實踐中對水下混凝土澆筑工法的基本原理不甚了解，存在“只知其然而不知其所以然”的尷尬狀況。另外，在各級學校開設的土木工程類專業中，相關教科書在涉及“地基與基礎”章節時雖對水下混凝土澆筑工法作了介紹，也從施工的操作工藝和注意事項上闡明了工法的合理性，卻很少從深層次上加以剖析、釋疑。為此，筆者以工程中常用的樁基水下混凝土澆筑為例，試從泥漿或渾水與混凝土的相互作用關系闡述水下混凝土澆筑的工法原理，對水下混凝土澆筑的常見問題展開討論，并提出事前預控措施，供相關人士參考。

1 水下混凝土澆筑的工法原理

1.1 材料的密度差

從材料屬性上看，水下混凝土澆筑工法主要是巧妙運用泥漿或渾水與混凝土各自材料的固有特性，使由質量帶來的不利影響因素降到最小，從而在施工操作中規避泥漿或渾水對混凝土水下澆筑的影響。清水或渾水的密度在 1.0 t/m3～1.1 t/m3之間，泥漿的密度在 1.4 t/m3～1.8 t/m3之間，普通混凝土密度約為 2.5 t/m3。在通常情況下，樁基在機械成孔時會充分利用泥漿固有的黏稠性在樁孔內壁形成泥膜，同時平衡孔內外水壓力，以達到防止樁壁塌孔、實現護壁的目的?；炷猎谒鹿嘧r，通過鋼導筒引流，在重力作用下注入樁孔內。由于其密度遠大于泥漿或渾水，混凝土必將位于泥漿或渾水下方，并占據泥漿或渾水體積，在連續灌注下，泥漿或渾水最后被排擠出樁孔外，完成混凝土的澆筑。

1.2 混凝土的固有特性

混凝土屬于膠凝材料，水泥漿會在表層與內層之間形成膠漿膜，客觀上能阻止泥漿或渾水浸滲穿越膠膜層（除非在澆筑時發生劇烈擾動），起到類似防水層的作用，從而杜絕兩者的滲透融合。一般工程所用的混凝土由水泥、水、砂子、碎（卵）石、外加劑、摻和料等組成，其基本結構的形成機理：粗骨料形成的空隙由細骨料填充，細骨料形成的間隙由水泥漿填充。因水下澆筑所用的混凝土，和易性好、流動性大（坍落度在 180 mm～220 mm 之間）, 隨著灌入量的增加，混凝土將在自身重力和施工中導管來回抽動的作用下，實現自塌密實（避免打振動棒）。

隨著混凝土澆筑量的增多，下層埋深逐漸增大，其自塌密實性對水的阻隔效果將越來越好；再由于水泥膠膜的阻水作用，混凝土頂面的游離水或泥漿對混凝土內部的滲入影響極為有限。值得注意的是，在混凝土灌注時因機械操作而不可避免地發生擾動或振動，在澆筑過程中也可能因機械操作而使部分孔壁剝落，造成泥漿或渾水滲入樁內頂面混凝土中。為保證樁身混凝土質量完好，施工中均采用超灌混凝土的辦法，樁身的混凝土最終完成面將比設計樁長頂面多預澆筑 500 mm～1 000 mm，最后剩余段用人工或機械剔除，俗稱“破樁頭”。

2 水下混凝土澆筑工法簡介

2.1 水下混凝土澆筑工法的工藝流程和方法

（1）主要工藝流程。作業準備（人、機、料調度）→導管水密性檢查安裝→二次清孔→鋼筋籠安裝固定→裝放混凝土至大料斗內→首灌混凝土澆注→根據澆筑狀況控制導管的插拔→澆筑完成。

（2）主要澆筑方法。二次清孔結束后，應立即進行混凝土的澆筑，如圖 1 所示。首先計算好初灌混凝土量，并裝入大料斗中準備就緒；然后上提拉繩拔出堵頭，使混凝土從大料斗中瞬時下泄，產生一定的沖擊能量，沖開導管底部的單向閥門，擠出導管下的沉渣，并保證導管下口埋入混凝土中深度不少于 1 m。整個澆筑過程須連續進行，隨澆隨拔管；導管在混凝土中的埋深宜控制在 1.5 m～4 m，利用導管內外混凝土的壓力差，使澆筑面逐漸上升，直至高于設計標高 0.5 m～1 m 后拔管，完成澆筑。

圖 1 水下混凝土澆筑示意圖

2.2 施工準備重點檢查內容

（1）檢查作業人員組織、備料和商品混凝土調度情況。

（2）“四孔”復查： 孔形、孔徑、孔深和孔位。

（3）“三度”檢查：泥漿相對密度、樁孔傾斜度和孔底沉渣厚度。

（4）“二高程”復查：孔口護筒高程和鋼筋籠安裝高程（平面位置）。

2.3 施工操作控制要點

2.3.1 鋼導管的配置

導管內徑一般為 20 cm～35 cm，每節 2 m～3 m，應配 1 m～1.5 m 的短管 1～2 節。導管下端至孔底距離宜為約 30 cm。首次灌注時導管埋入混凝土中的深度不應小于1 m。必須連續灌注，并把握好提升速度。使用前需檢查導管是否漏氣、漏水或變形，接頭連接要牢固可靠，要定期進行水密性試驗。

2.3.2 水下混凝土的拌制與運輸

導入管內的混凝土坍落度宜為 18 cm～22 cm。樁徑小、樁身短的應取低值；反之，則取高值。首批灌注的混凝土初凝時間，不得早于灌注樁全部灌注完成時間。灌注需要持續較長時間的，應添加緩凝劑以延長初凝時間。應盡量縮短運輸時間和距離。灌注前混凝土的坍落度損失不應超過 2 cm。

2.3.3 首批封底混凝土量的控制

計算和控制首批封底混凝土數量，確保下落時有一定的沖擊能量，能把泥漿或渾水從導管中向周邊排出，而保證導管下口埋入混凝土內深度不小于 1 m 是關鍵。足夠的沖擊能量能盡量將孔底沉渣沖排開。此項工作是控制樁底沉渣厚度、減少后期樁基（建構筑物）沉降過大的重要環節（沉渣厚度：端承樁 ≤100 mm，摩擦樁 ≤300 mm）。

2.3.4 混凝土的澆筑

樁基混凝土采用罐車運輸配合導管灌注的方式。灌注開始后應緊湊連續進行，嚴禁中途停工待料。如間歇時間過長，易造成導管拔不出的情況，會發生質量不可逆的斷樁或夾渣事故。

2.3.5 灌注過程的觀測

要重視觀察樁內混凝土的上升、孔內泥漿或渾水上升或排出的情況，及時測量孔內混凝土面高度，正確指揮導管的提升和拆除。導管埋入混凝土內深度應控制在 2 m～ 6 m 之間，同時應經常探測孔內混凝土面離澆筑面的高度。當用測繩錘進行探測時，為防止誤測和即時調整導管埋深，最好是 2 人用 2 個測錘探測。若探測不準，則深淺難料。埋深過淺，會發生導管提漏；埋管過深，會造成拔管不出。探測的目的就是要嚴格控制好混凝土面高度、埋管深度和樁頂高度。

在任何情況下，導管埋入混凝土中不得小于 1 m 或大于 6 m。若小于 1 m，提拆導管時極易發生拔漏事故（即管口拔出混凝土面），繼而引起夾渣或斷樁質量事故；若大于6 m，則埋管難以拔出。由于管檢停留影響混凝土的持續灌注，造成處理拔管停歇時間過長，也會引起斷樁質量事故。

2.3.6 拔管的正確方法

在澆筑過程中，隨著混凝土灌入量的不斷增加，必須根據澆筑上升程度間斷性地拔出拆除鋼導管。特別是在提管的過程中，要注意掌握提管的長度，通常采用邊提邊上下抽插的操作方法，可使下部深層混凝土受到擾（振）動，利用其自身重力再進一步塌落密實。

實踐經驗證明，由于水下澆筑所用的混凝土，因坍落度大、和易性好，導管在拔除前，在混凝土中作小幅度來回提升穿插運動，相當于使用了“振動棒”對混凝土施加振搗作用，從而使混凝土的密實質量更能得到保證。

2.3.7 提高作業人員素質

水下混凝土灌筑是一項非常重要的工作，操作技工必須經過專業技能培訓，深刻明晰水下混凝土灌筑原理，熟練掌握水下混凝土灌筑技術，并且具有高度責任心；否則，極易發生不可逆的質量事故，造成重大經濟損失。

3 水下混凝土澆筑常見問題與事前預控措施

（1）首次灌注混凝土的數量應滿足導管首次埋深和充填導管底部的要求。首批混凝土灌注后應保持連續灌注。

（2）加強運至灌注點混凝土的坍落度、和易性檢查。若不符合要求，不得使用，應進行二次攪拌供料。

（3）在灌注過程中，應注意保持孔內水頭。導管的埋置深度應確保在 2 m～6 m 之間。當管內混凝土不滿時，應迅速灌滿，以防導管內形成高壓氣囊。

（4）在灌注過程中，應經常探測孔內混凝土面的位置，及時調整導管埋深。導管拆除要迅速，一般不宜超過15 min。

（5）為防止鋼筋籠上浮，當灌注混凝土頂面距鋼筋骨架底部 1 m 時，應降低灌注速度。若混凝土上升到鋼筋骨架底口 4 m 以上，在提升導管時，其底口必須高于鋼筋骨架底部 2 m 以上，才可恢復灌注速度。

（6）灌注的樁頂高程應比設計高程高出 0.5 m～1.0 m，以保證有效樁長混凝土質量強度及樁身完整性。

（7）導管連接時，接頭必須清洗干凈、涂上黃油，并加上密封圈。對于破損的密封圈，要及時進行調換；對于接頭的螺紋，要旋轉到位以防漏水。每次混凝土澆注拆管后應及時清洗導管，以免水泥砂漿附著凝固后，在下次澆注時造成堵管。

（8）灌注過程中，若發生意外暫停，應不時地上下緩慢提升導管，以免因導管埋置太深而提升不動或發生混凝土初凝，從而出現堵管或拔不出導管情況。

（9）聲測管在灌注過程中，采用內插套管的方法檢查是否有漏漿現象，一旦出現不通苗頭，即刻疏通，混凝土灌注結束后再進行檢查，合格后灌滿水，并用木塞封好。

（10）要高度重視對泥漿和污水的處理與排放，防止環境污染，引發不良事件。

（11）高度重視對成樁后孔口的安全防護，防止發生安全傷亡事故。

4 綜述評估

綜上所述，水下混凝土澆筑工法是一種高效的施工方法。在施工操作中，只要掌握基本原理，嚴格按照既有工藝規程操作，就能保證所有樁基達到 I 類樁（完好）的質量驗收標準，即使出現 II 類樁（樁經微缺陷，不影響使用）的情況也是極個別的。特別是在基礎工程施工中，采用水下混凝土澆筑工法，能很好地規避因地下水位高、地質復雜、施工環境惡劣，以及采用傳統人工挖孔樁施工而帶來的安全傷害風險，使得施工操作變得簡易可行，場地適應能力大為增強，并且能達到節省工期的目標。

作為建設管理單位，對諸如此類的重要隱蔽分部工程，要強化督促總承包單位，促使其領導及管理層高度重視，在施工前做好作業人員的鑒別與篩選，強化質量技術交底培訓和作業過程管控，施工中要發揚工匠精神，克服“唯進度效率論”的麻痹思想，實行精細化操作，從而有效避免水下混凝土澆筑中常見的質量事故（如夾渣、斷樁、塌孔等），實現經濟效益與社會效益的高度統一。