泡沫混凝土勁性復(fù)合樁施工質(zhì)量控制試驗研究

溫定煥

(1.福建省巖土與環(huán)境企業(yè)工程技術(shù)研究中心 福建龍巖 364000； 2.福建永強巖土股份有限公司 福建龍巖 364000)

0 引言

泡沫混凝土是用物理或化學(xué)方式制得泡沫，而后加入到由水泥、水、摻合料、促凝劑等搭配而成的料漿中混合均勻，最后澆注成型，成為一種多孔混凝土[1]，具有密度及強度可調(diào)，可泵性好，造價便宜，其強度甚至可達十幾兆帕。作為一種輕質(zhì)材料，在建筑工程中廣受歡迎，但大多數(shù)的應(yīng)用還是在保溫隔熱或回填方面。PHC管樁，亦稱預(yù)應(yīng)力高強管樁，作為樁基礎(chǔ)的一種重要形式，因其樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠、強度高、耐施打、穿透能力強、污染小、經(jīng)濟且施工快速等優(yōu)點，在我國許多地區(qū)得到推廣應(yīng)用[2]。

勁性復(fù)合樁是一種由散體樁和柔性樁、剛性樁中的2種或3種復(fù)合形成的樁，是樁基礎(chǔ)設(shè)計中一種新的選擇，尤其在軟弱地基的情況下[3]。本文所述泡沫混凝土勁性樁復(fù)合樁是通過泡沫混凝土與預(yù)應(yīng)力管樁的結(jié)合，從而擴大整個樁體的摩擦面，既而提高其抗壓強度。其中泡沫混凝土是通過發(fā)泡機的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥、摻合料均勻混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機的泵送系統(tǒng)進行現(xiàn)澆施工成樁，一定強度后再插入預(yù)應(yīng)力管樁，泡沫混凝土硬化后緊緊包裹住預(yù)制樁體，從而形成強度更高的復(fù)合樁體。

本文通過泡沫混凝土勁性復(fù)合樁施工工藝試驗研究，詳細闡述了泡沫混凝土勁性復(fù)合樁施工工藝及控制關(guān)鍵要點，克服短樁施工問題，確保施工質(zhì)量，為類似勁性樁的施工及推廣提供參考。

1 試驗概況

試驗場地位于于龍巖龍雁工業(yè)集中區(qū)龍巖正強管樁2#廠房區(qū)域，場地地面標高為288.14m～308.27m，場地平均高差為20.13m。場地為低丘緩坡地，殘坡積丘陵地貌，地下水埋藏較深。

根據(jù)地質(zhì)勘察揭露，場地土層自上而下為：

①素填土：分布于整個擬建場地，灰白色、土黃色，很濕，松散，主要由粘性土組成，內(nèi)含少量強風(fēng)化角礫，為近期人工堆填，未完成自身固結(jié)和密實，揭露厚度0.50m～23.60m，平均厚度16.25m，地基承載力特征值90kPa，樁的極限側(cè)阻力標準值25kPa。

②含角礫粉質(zhì)粘土：分布于整個擬建場地，淺黃色、紫紅色、黑褐色，濕，可～硬塑狀，主要由粉粘粒組成，局部含角礫，含量10%～20%，粒徑2mm～20mm，分布不均勻，局部見碎石，揭露厚度11.50m～34.07m，平均厚度22.44m,如圖1所示。

圖1 試驗場地典型地質(zhì)剖面圖

2 試驗方案

本次試驗樁外芯直徑為800mm的泡沫混凝土樁，長10m，處于填土層中，內(nèi)芯為PHC500-100-AB管樁，強度C80，分別進行等芯樁及短芯樁兩組施工，如圖2所示，試驗樁試驗組數(shù)如表1所示。

表1 泡沫混凝土勁性樁試驗分組一覽表

注:1-泡沫混凝土樁；2-勁性內(nèi)芯(預(yù)制樁)

3 試驗方案及工藝

3.1 施工工藝

泡沫混凝土勁性復(fù)合樁由泡沫混凝土外芯與PHC管樁內(nèi)芯組成。其施工工藝如圖3所示。

圖3 勁性復(fù)合樁施工工藝流程圖

整個試驗過程，泡沫混凝土材料制備及強度控制、PHC管樁的吊放及固定是施工工藝控制關(guān)鍵點，尤其是短芯樁的樁端懸空及樁位控制須特別注意。

3.2 施工關(guān)鍵控制要點

(1)泡沫混凝土材料密度及強度控制

試驗泡沫混凝土由水、水泥、發(fā)泡劑、粉煤灰、細砂組成，其中，細砂必須經(jīng)過孔徑不大于0.25mm篩網(wǎng)過篩，濾去較大顆粒，以免顆粒加大引起泡沫混凝土消泡和混合過程對機器的磨損。根據(jù)需求可配制不同密度級的泡沫混凝土，抗壓強度隨不同的密度級而變化，根據(jù)試塊抗壓試驗確定。本試驗設(shè)計泡沫混凝土密度1000～1200密度級，考慮場地地下水影響，為了減少泡沫混凝土的水下分散性，適當(dāng)加入纖維素醚，抗壓強度控制在3～6MPa。如無地下水，則考慮1000密度級以下，抗壓強度控制1～3MPa。

泡沫混凝土制備過程，水泥、水及其他摻合料在一級攪拌桶中保持攪拌3～5min后，再與泡沫在水泥發(fā)泡機的管道混合均勻，再經(jīng)過高壓管道輸送，泵送至施工處，如圖4～圖5所示。

圖4 泡沫混凝土配制流程圖

圖5 泡沫混凝土配制

(2)PHC起吊及安放控制

用兩條編織好的鋼絲繩套，一端對稱捆綁在距離樁頭約50cm位置，另一端鋼絲繩套套在吊車的大掛鉤上，然后緩慢起吊，直到管樁與地面垂直停止起吊，緩慢移動至孔口，管樁對中緩慢下放至孔底后，扶正管樁取出鋼絲繩，并固定樁頭保持居中(圖6)。管樁下放過程保持垂直，避免碰撞孔壁造成塌孔。

圖6 管樁起吊

為確保管樁在安放過程處于鉆孔中間并固定，解決短芯管樁樁端懸空問題，施工設(shè)計在管樁一端焊接圓形鋼板，鋼板直徑比管樁直徑大8cm，然后用特制槽鋼支撐架夾住管樁樁頭凸出的鋼板，如圖7所示。

圖7 管樁支撐板焊接及槽鋼支撐架固定管樁

該施工過程注意事項：①圓形鋼板居中焊接在管樁一頭，鋼板內(nèi)側(cè)與外側(cè)均需環(huán)繞管樁頭焊接；②槽鋼支撐架必須水平放置，以保證管樁垂直度，故，場地應(yīng)平整；③對拉螺栓必須鎖緊，防止管樁脫落。

(3)灌注泡沫混凝土，養(yǎng)護成樁

泵送前，認真檢查輸送管及輸送管接頭是否完好，保證輸送管不漏水；灌注開始前，將輸送管內(nèi)殘留的水排出；施工中，因開始泵出的泡沫混凝土未攪拌均勻，先泵送一定量的泡沫混凝土于地面后，觀察其是否混合均勻后再灌注樁孔。

開始灌注時，將輸送管插入鉆孔底部；灌注開始后，保持輸送管埋入泡沫混凝土面下3m以上，避免輸送管懸空灌注而造成泡沫消泡。灌注泡沫混凝土如樁頂位于地面以下，則將樁頂空孔部分充填至地面；灌注完成后，樁體養(yǎng)護28d，如圖8～圖9所示。

圖8 灌注后的勁性樁及樁頂空孔回填

圖9 養(yǎng)護后勁性復(fù)合樁

4 試驗效果檢測

對泡沫混凝土勁性復(fù)合試驗樁進行靜載試驗，加荷方式為慢速維持荷載法，每級加載增量分別為一組200kN，二組180kN，加載至樁頂沉降大于前一級荷載作用下沉降的5倍、樁頂沉降量超過40mm時，終止加載。其加載Q～S曲線詳見圖10。一組曲線在加載至2000kN時，樁頂沉降已超過40mm，且出現(xiàn)明顯陡降，故，取1800kN為其單樁極限承載力。二組在加載至1800kN時樁頂沉降出現(xiàn)明顯陡降段，且沉降超過40mm，故，取前一級荷載1600kN為其單樁極限承載力。

圖10 單樁豎向抗壓靜載Q～S曲線

其單樁靜載試驗極限承載力與純PHC管樁極限承載力對比，如表2所示。對試驗一組的經(jīng)濟性與管進行對比，對比結(jié)果如表3所示。

表2 純PHC管樁與勁性樁的靜載試驗極限承載力對比

表3 1組經(jīng)濟性對比表

由表2可見，通過靜載試驗，在泡沫混凝土抗壓強度5MPa～6MPa條件下，兩組勁性復(fù)合樁可達1600kN以上，相比純PHC管樁提高約4倍，大大提高了PHC樁單樁豎向承載力。該結(jié)果表明，泡沫混凝土在提高單樁豎向承載力方面比較可觀。

由表3可見，一組的泡沫混凝土復(fù)合樁每米的綜合單價是管樁的3倍，但1根泡沫混凝土承載力可為管樁的4倍，換言之，要達到相同承載力則需要4根管樁，總價相對節(jié)約20%以上。

5 結(jié)語

勁性復(fù)合樁式近年來比較興起的組合型樁體結(jié)構(gòu)，是在水泥土攪拌樁基礎(chǔ)上形成，在軟土地基中應(yīng)用廣泛。本文所述泡沫混凝土勁性復(fù)合樁，可適用于含角礫、碎石等水泥土攪拌樁較難成樁的土層。

依照本文闡述的泡沫混凝土勁性復(fù)合樁施工工藝及控制關(guān)鍵要點，可以有效保證現(xiàn)場成樁質(zhì)量，且承載力相比單純管樁顯著提高，有一定的經(jīng)濟性，值得參考和推廣。

本文僅對兩組等芯和短芯樁進行試驗，試驗樁數(shù)有限，后續(xù)將對不同配比對不同強度、承載力的關(guān)系及不同芯長對承載力的影響等展開研究，以對項目應(yīng)用發(fā)揮更好的指導(dǎo)意義。