探析水工建筑物PHC管樁復合地基的塑性混凝土褥墊層施工方法

儲召春

（安徽水利開發有限公司 安徽蚌埠 233000）

0 前言

目前我國各地區的水利工程項目蓬勃開展，水工建筑物的施工質量已經成為相關人員重點關注的問題。根據現有經驗發現，PHC管樁復合地基模式具有抗滲作用強的優勢，彈性模量理想，能滿足多種工況的施工要求，具有先進性。目前塑性混凝土技術在地下防滲墻工程中廣泛使用，實現該技術與PHC管樁復合技術的結合已經成為水工建筑物未來發展的主要方向。

1 工程案例簡介

本工程水工建筑物地涵上洞首位于G105國道南側，與倒虹吸進口控制段連接，下洞首位于G105國道北側，與淠河總干渠底部箱涵連接。上下洞首之間采用頂管方案，主涵管采用2根內徑φ3.2m鋼筋混凝土預制頂管，頂管工作井和接收井均為鋼筋混凝土沉井，兩者凈距90m。本次工程項目中的施工難度較大，相關設計單位在經過實地考察之后，決定采用PHC管樁復合地基的塑性混凝土褥墊層施工方案。

2 PHC管樁復合地基的塑性混凝土褥墊層施工的基本要求

在本次項目中，為能夠進一步提高PHC管樁復合地基的塑性混凝土褥墊層施工質量，相關方細化了施工中的相關要求，關鍵內容包括：

（1）在施工之前，需要認真復核現場的施工環境，對地基加固樁做可靠性定位，任何非施工區域留有備查基樁。

（2）塑性混凝土墊層漿液配合比需要嚴格按照實驗室分析結果確定，本次項目中的漿液配合比詳細資料如表1所示。

表1 漿液配合比數據

（3）塑性混凝土物理力學指標如表2所示。

表2 塑性混凝土的物理指標

（4）塑性混凝土墊層具有明確的材料要求，主要集中為：①混凝土的強度等級影響施工質量，因此本次項目中混凝土強度大于等于P.O.42.5，且安定性、凝結性以及細度等指標均應該滿足塑性混凝土的相關性能要求。②嚴格控制混凝土粗骨料的指標，一般粗骨料的最大粒徑應大等于25mm，含泥量大于等于1%，飽和面干吸水率小于等于1.5%。③細骨料中砂子的細度模數為2.5～3.0，飽和面干的吸水率小于等于1.6%。④膨潤土的黏粒含量大于等于55%，且塑性指數小于等于60。⑤所有外加劑的性能應該滿足DL/T 5100—2014的相關技術指標。

（5）在預應力混凝土管樁施工階段，管樁為PHC400A型材料，并且施工中嚴格按照施工方案施工，管樁的平均間距為1.5m，對于基建面下存在軟弱土層并且復合地基的承載力不理想的情況下，需進一步增加樁長度。

（6）在C80預應力混凝土施工階段，管樁塑性混凝土褥墊層的高程就是基建面高層，本次項目中混凝土褥墊層大于等于0.6m。

3 塑性混凝土褥墊層施工方法研究

3.1 配置塑性混凝土

為確保施工質量，本次項目中遵照DL/T 5100—2014的《水電水利工程混凝土防滲墻施工規范》中對塑性混凝土強度的相關規范配置混凝土，塑性混凝土的強度的保證取率為80%，概率系數t為0.84。在配置塑性混凝土期間需要注意的是，塑性混凝土的配件和比與傳統的混凝土設計方案存在明顯差異，例如塑性混凝土的用水量交到，并且在摻入粘土或者膨潤土之后，因為吸水率較高、分散性差，會造成配置混凝土的用水量快速增加，同時結合前文的研究結果可知，塑性混凝土的砂率較高，并且為了能夠維持該標準需要增加用水量；相比之下膠材的用量減少，本次項目中發現膠材的用量受膨潤土摻入量以及砂率等因素影響。有學者研究認為，膠材的用量與塑性混凝土模量之間存在相關性，當膠材的用量從460kg/m3上升至715kg/m3后，則塑性混凝土的彈性模量會從2100MPa下降至1050～1100MPa左右，但是這種方法對于降低工程項目總成本是不利的[1]。

在施工期間，常規混凝土配比的設計一般是基于假定體積法等實現的，但是相比之下，塑性混凝土的設計有更嚴格的要求，不僅要考慮現有的設計指標以及設計工藝要求，還需要盡量降低成本，尋找經濟的原材料配合方案。研究認為，絕對塑性混凝土性能的關鍵指標包括水膠比、骨料、膨潤土用量等，并且與常規混凝土相比，塑性混凝土的組成配比不僅有混凝土、減水劑等材料，還包括膨脹土、粘土等（具體資料如表1）。其中膨潤土的主要原材料為蒙脫石，該物質的含量一般大于等于80%。為滿足塑性混凝土褥墊層施工要求，抗壓強度試驗可按照《水工塑性混凝土試驗規程》等規定進行，本次項目塑性混凝土的具體性能指標如表2所示，為確保施工質量，在配置塑性混凝土期間可選擇二級以上的膨潤土，適當減少粘土的使用，這是因為粘土的分散性能不理想，例如常見的塊狀以及粉狀粘土在投入攪拌機內之后攪拌難度較大，相關人員難以掌握水膠比以及粘土用量。膨潤土的用量決定了塑性混凝土的彈性模量以及混凝土強度等，兩者之間呈負相關關系；塑性混凝土選用32.5MPa普通硅酸鹽混凝土，水泥的用量越高，則所獲得的塑性混凝土彈性模量越好[2]。

最后在施工過程中，為確保膨潤土能夠在塑性混凝土中得到充分攪拌，要警惕膨潤土與水泥之間生成絮凝團，在配置混凝土是可采用延遲加水法，如先將膨潤土、水泥等放在攪拌機中干拌90s左右后，此時攪拌機中原材料能夠基本攪拌均勻，此時可以再添加外加劑與水，所配置出來的塑性混凝土可以滿足工程項目施工要求。

3.2 塑性混凝土的施工

在塑性混凝土施工之前，需先對地基進行處理，包括壓實、整平等，做好隱蔽工程的驗收，在經過驗收合格后才能施工。在澆筑塑性混凝圖時，需在墊層周邊設置模板，確定標高控制線。

本次項目中的塑性混凝土墊層位置與建筑物基礎與樁間土之間，此時需確保混凝土具有理想的流動性，本次項目中有明確要求，混凝土的坍落度要求在200～220mm，初凝時間大于6消失后，終凝時間不應超過24h。在配置塑性混凝土前，應按照配合嚴格檢查各項計量的精準性，做好前期準備工作；保證用水量，確保攪拌均勻，攪拌時間應該超過90s。

塑性混凝土的任意流淌可能會影響混凝土均勻性，所以為了避免這種問題，可采用混凝土汽車泵送技術，倉面人確定了塑性混凝土的輸料量以及布料點后，司泵人員控制輸送過程，并由倉面人員負責振搗、平倉等操作。施工期間使用插入式振搗器，其移動距離應小于等于半徑的1.5倍，這樣才能保證混凝土密實度，提高質量。

在塑性混凝土施工階段普遍采用分層澆筑技術，每次澆筑的厚度應該小于等于50cm，所以振搗棒插入混凝土50～100mm左右，這樣可以消除分層澆筑中的間隙；在上層混凝土澆筑中，需要在下層混凝土初凝前完成。每次振搗的時間約為30s左右，能夠避免混凝土表面顯著下沉，不會出現氣泡等現象。施工期間在每個流水段都應該設置專門指導施工，這樣才能有效避免質量問題發生，包括過振離析、混凝土不密實等[3]。而考慮到塑性混凝土自身的坍落度大，并且表面的水泥漿層較厚，所以在施工中可先用鋁合金刮尺按照標高刮平；若在施工期間發現水泥漿過多，可以適當先刮走一部分。

3.3 混凝土養護

在塑性混凝土施工結束后可進行養護施工，其中不同養護施工技術對其彈性模量以及混凝土強度等產生直接影響，尤其是的濕度以及溫度變化。有研究發現，當養護溫度較高的情況下，塑性混凝土的強度以及彈性模量等會發生變化。所以在塑性混凝土收完光后，可先灑一層水，再用塑料薄膜（或者用土工織布）覆蓋，確保混凝土濕潤度。一般塑性混凝土養護時間大于等于28d。

3.4 質量控制手段

為確保塑性混凝土墊層施工質量能夠達到預期，在質量控制階段相關人員還需要重點關注以下問題：①在塑性混凝土施工前，相關人員應做好結束較低工作，詳細闡述塑性混凝土施工的基本要求，深化技術人員人事。②認真遵照實驗室設計內容控制混凝土的配合比，并做好稱重來避免數據偏差。③應該按照施工技術規范來抽檢塑性混凝土，根據抽檢結果檢查是否存在質量問題。④塑性混凝土的澆筑應該盡量保證連續施工，這樣能夠降低質量問題發生。

4 結束語

在水工建筑物PHC管樁復合地基的塑性混凝土褥墊層施工期間，施工人員嚴格遵照工程項目的施工研究，做好塑性混凝土的配合比設計，在確定塑性混凝土的相關技術標準之后，采用連續施工模式，這樣才能進一步提高工程項目施工質量，增強褥墊層的抗滲性能，以適應未來水利工程項目的施工要求。