水下混凝土配合比设计及施工质量控制

水下混凝土配合比设计及施工质量控制

摘要：本文针对水下混凝土配合比设计及施工中存在的问题，参照有关规范规定和自己的施工实践经验，提出了一些新的观点和可靠的施工质量控制措施。

关键词：水下混凝土 配合比设计 质量控制

在干地拌制而在水环境中（淡水、海水、泥浆水）浇筑和硬化的混凝土叫做水下混凝土。水下混凝土常用于工业与民用建筑工程的灌注桩基础、公路工程的桥梁桩基础、水利水电工程的防渗墙、地下铁道工程的地下连续墙等。其钻孔和灌注混凝土大都在地下或水中完成。由于钻机、钻具、吊具不断的革新，固壁泥浆新材料的引用，一般来讲成孔率、放笼成功率都比较高。而水下混凝土配合比及其施工质量，因受各种因素的影响，一直得不到很好的保证。突出表现在混凝土配合比不合理，砂石杂质含量过多，混凝土搅拌不均匀，坍落度要么过大，要么过小，混凝土在运送中产生离析、泌水现象，灌注不按技术要求等诸方面，致使桩身混凝土出现蜂窝、麻面、空洞、骨料分布不均、短桩等质量问题和事故。有些问题和事故处理起来相当费时、费事、甚至无法处理，构成废桩，造成了极大的经济损失，给上部结构施工带来很大麻烦，直接影响了桩身混凝土质量，降低了桩的承载能力。因此，水下混凝土及其施工质量是一个亟需深入研究和解决的课题。

水下混凝土拌合物的基本要求

为满足浇筑要求，水下混凝土拌合物应具备如下的要求：

有较好的稠度

混凝土拌合物的稠度表现在流动性、粘聚性和保水性三方面：

①流动性系指混凝土拌合物在本身自重作用下，自行流动的性能。

②粘聚性是反映混凝土拌合物的抗离析性能。

③保水性指混凝土保持水分不易析出的能力。

水下浇筑混凝土一般不采用振动密实，是依靠自重（或压力）和流动性摊平与密实。若流动性差，就会在混凝土中形成蜂窝和空洞，严重影响混凝土的质量。除此，水下混凝土多通过各种管道进行输送和浇筑，流动性差也容易造成堵管事故，给施工带来困难。

然而，在钢筋密集部位浇筑水下混凝土时，其坍落度应比表中所示数字增加20～30mm，在泥浆中浇筑宜增加10～20mm。结合工程实际情况系采用导管法、不振捣、导管直径Φ250mm，而又在泥浆中浇筑，故坍落度确定为180～220mm。这个值也是施工单位提出的技术要求。

具有良好的流动性保持能力

混凝土拌合物仅仅最初有较好的稠度，还不能适应水下浇筑的要求，应该在运输和浇筑过程中，都保持一定的流动性和均匀性，不产生分层离析，即有良好的流动性保持能力，这样才能适用于水下浇筑。

混凝土拌合物流动性保持能力，用其在浇筑条件下保持坍落度150mm流动性的时间来表示。对于用导管法浇筑的水下混凝土拌合物，一般要求流动性保持能力不小于1h，当操作熟练、运距较近时，可不小于0.7～0.8h。

较小的泌水率。

水下混凝土拌合物，不但要求有较好的流动性，还要求有较好的粘聚性和保水性。试验证明，泌水率1.2%～1.8%的混凝土拌合物，具有较好的粘聚性。实际施工时，要求2h内析出的水分不大于混凝土体积的1.5%。

有较大的表观密度。

水下混凝土，是靠自重排开仓面的环境水或泥浆进行摊平和密实，因此要求其表观密度不小于2100 kg/m3。

水下混凝土配合比的设计

水下混凝土配合比设计，应满足强度、水下抗分散性及流动性好的要求。

与普通混凝土相比，水下混凝土具有抗分散性及流动性，所以在进行混凝土配合比设计时，应全面考虑到这些要求。

水下混凝土的配合比设计，一般指水泥、水、细骨料、粗骨料、外加剂等组成比例的确定。主要考虑以下因素：

水灰比；

单位用水量；

外加剂品种和掺量；

掺合料的品种和掺量等。

水下混凝土，由于一般不允许在水下进行捣固作业，流动性不足往往是导致构筑物产生缺陷的原因，所以在设计配合比时，应特别注意上述问题。

（2）混凝土配合比确定

为确保混凝土的质量，工程中所用混凝土的配合比应通过试验确定。

配制强度

在确定配制强度时，水下混凝土的强度目标值应考虑设计强度、水陆强度比及现场浇灌时的混凝土质量不均匀性等情况。水下不分散混凝土的配制强度，应按DL/T5117-2000中的空气中成型试块的强度作为配制强度。

水灰比

决定水灰比时应考虑的主要事项为：

——混凝土强度；

——混凝土的耐久性。

按混凝土强度来决定水灰比时，应根据掺入外加剂的混凝土试块强度与水灰比的关系来决定。

按混凝土耐久性要求来确定水灰比时，水灰比的上限应遵照我国混凝土有关标准的规定。

单位用水量

单位用水量，在满足流动性要求的同时，应尽量减少。可通过调整砂率及加入减水剂等方法尽可能地降低单位用水量。一般来说，坍扩度为450mm左右的水下不分散混凝土的单位用水量为210 kg/m3～250kg/m3。

水下混凝土所用的液体减水剂中的含水量，作为单位用水量的一部分对待。

单位水泥用量

单位水泥用量是根据单位用水量和水灰比来确定的。最小水泥用量应为360kg/m3。一般单位水泥用量宜大于400kg/m3。

粗骨料最大粒径

粗骨料粒径过大时，混凝土在水下浇筑容易离析，一般情况下粗骨料最大粒径宜控制在40mm以下，且不得超过构件最小尺寸的1/4或钢筋最小水平间距的3/4。如果需要泵送，粗骨料的最大粒径应不超过25mm。同时，为保证较好的流动性，减少运输及水下浇筑中发生的分层离析现象，粗骨料应采用连续级配。

砂率

砂率应在适宜流动性的范围之内，以单位用水量最少来确定，宜在36%～46%范围内。

空气含量

水下混凝土的空气含量控制，与普通混凝土相同。有特殊要求的混凝土，应符合相关混凝土标准对空气含量的要求。

流动性

水下混凝土的流动性，在满足施工要求的范围内应尽量小些，有几种施工方法且坍扩度推荐范围；

b）水下混凝土的流动性试验，按照DL/T5117-2000坍扩度试验进行，用坍扩度值表示。

9）外加剂掺量

外加剂掺量，按水下不分散混凝土施工方法和施工条件等通过试验来确定其掺入量。一般外加剂掺量占混凝土中水泥和胶结料质量的1.5%～3.0%；

10）试配、调整与确定。

a)按计算的配合比进行试验，应对下列项目进行试验：

——坍扩度值；

——水下抗分散性；

——抗压强度；

——表观密度;

当试配的结果不符合要求时，调整混凝土配合比，再次进行试配，直至符合要求为止。

1、对水下混凝土配制有以下要求：

（1） 可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，使用矿渣水泥时应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5h，水泥的强度等级不宜低于42.5MPa。

（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。集料的最大粒径应不大于导管内径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于40mm。

（3）细集料宜采用级配良好的中砂。

（4）混凝土配合比的含砂率宜采用0.4～0.5，水灰比宜采用0.5～0.6。有试验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减小。砂率尽量选取较小的最优砂率。

（5）混凝土拌合物应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无明显离析、泌水现象。灌注时应保持足够的流动性，其坍落度宜为180～220mm。混凝土拌合物中宜掺用外加剂、粉煤灰等材料。