探析水工建筑物PHC管樁復(fù)合地基的塑性混凝土褥墊層施工方法

儲(chǔ)召春

（安徽水利開(kāi)發(fā)有限公司 安徽蚌埠 233000）

0 前言

目前我國(guó)各地區(qū)的水利工程項(xiàng)目蓬勃開(kāi)展，水工建筑物的施工質(zhì)量已經(jīng)成為相關(guān)人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PHC管樁復(fù)合地基模式具有抗?jié)B作用強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，彈性模量理想，能滿足多種工況的施工要求，具有先進(jìn)性。目前塑性混凝土技術(shù)在地下防滲墻工程中廣泛使用，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)與PHC管樁復(fù)合技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)成為水工建筑物未來(lái)發(fā)展的主要方向。

1 工程案例簡(jiǎn)介

本工程水工建筑物地涵上洞首位于G105國(guó)道南側(cè)，與倒虹吸進(jìn)口控制段連接，下洞首位于G105國(guó)道北側(cè)，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(nèi)徑φ3.2m鋼筋混凝土預(yù)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(xiàng)目中的施工難度較大，相關(guān)設(shè)計(jì)單位在經(jīng)過(guò)實(shí)地考察之后，決定采用PHC管樁復(fù)合地基的塑性混凝土褥墊層施工方案。

2 PHC管樁復(fù)合地基的塑性混凝土褥墊層施工的基本要求

在本次項(xiàng)目中，為能夠進(jìn)一步提高PHC管樁復(fù)合地基的塑性混凝土褥墊層施工質(zhì)量，相關(guān)方細(xì)化了施工中的相關(guān)要求，關(guān)鍵內(nèi)容包括：

（1）在施工之前，需要認(rèn)真復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境，對(duì)地基加固樁做可靠性定位，任何非施工區(qū)域留有備查基樁。

（2）塑性混凝土墊層漿液配合比需要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果確定，本次項(xiàng)目中的漿液配合比詳細(xì)資料如表1所示。

表1 漿液配合比數(shù)據(jù)

（3）塑性混凝土物理力學(xué)指標(biāo)如表2所示。

表2 塑性混凝土的物理指標(biāo)

（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(qiáng)度等級(jí)影響施工質(zhì)量，因此本次項(xiàng)目中混凝土強(qiáng)度大于等于P.O.42.5，且安定性、凝結(jié)性以及細(xì)度等指標(biāo)均應(yīng)該滿足塑性混凝土的相關(guān)性能要求。②嚴(yán)格控制混凝土粗骨料的指標(biāo)，一般粗骨料的最大粒徑應(yīng)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(xì)骨料中砂子的細(xì)度模數(shù)為2.5～3.0，飽和面干的吸水率小于等于1.6%。④膨潤(rùn)土的黏粒含量大于等于55%，且塑性指數(shù)小于等于60。⑤所有外加劑的性能應(yīng)該滿足DL/T 5100—2014的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

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

（6）在C80預(yù)應(yīng)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(xiàng)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(zhì)量，本次項(xiàng)目中遵照DL/T 5100—2014的《水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》中對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度的相關(guān)規(guī)范配置混凝土，塑性混凝土的強(qiáng)度的保證取率為80%，概率系數(shù)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(tǒng)的混凝土設(shè)計(jì)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(rùn)土之后，因?yàn)槲瘦^高、分散性差，會(huì)造成配置混凝土的用水量快速增加，同時(shí)結(jié)合前文的研究結(jié)果可知，塑性混凝土的砂率較高，并且為了能夠維持該標(biāo)準(zhǔn)需要增加用水量；相比之下膠材的用量減少，本次項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)膠材的用量受膨潤(rùn)土摻入量以及砂率等因素影響。有學(xué)者研究認(rèn)為，膠材的用量與塑性混凝土模量之間存在相關(guān)性，當(dāng)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(huì)從2100MPa下降至1050～1100MPa左右，但是這種方法對(duì)于降低工程項(xiàng)目總成本是不利的[1]。

在施工期間，常規(guī)混凝土配比的設(shè)計(jì)一般是基于假定體積法等實(shí)現(xiàn)的，但是相比之下，塑性混凝土的設(shè)計(jì)有更嚴(yán)格的要求，不僅要考慮現(xiàn)有的設(shè)計(jì)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)工藝要求，還需要盡量降低成本，尋找經(jīng)濟(jì)的原材料配合方案。研究認(rèn)為，絕對(duì)塑性混凝土性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括水膠比、骨料、膨潤(rùn)土用量等，并且與常規(guī)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(rùn)土的主要原材料為蒙脫石，該物質(zhì)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(qiáng)度試驗(yàn)可按照《水工塑性混凝土試驗(yàn)規(guī)程》等規(guī)定進(jìn)行，本次項(xiàng)目塑性混凝土的具體性能指標(biāo)如表2所示，為確保施工質(zhì)量，在配置塑性混凝土期間可選擇二級(jí)以上的膨潤(rùn)土，適當(dāng)減少粘土的使用，這是因?yàn)檎惩恋姆稚⑿阅懿焕硐?，例如常?jiàn)的塊狀以及粉狀粘土在投入攪拌機(jī)內(nèi)之后攪拌難度較大，相關(guān)人員難以掌握水膠比以及粘土用量。膨潤(rùn)土的用量決定了塑性混凝土的彈性模量以及混凝土強(qiáng)度等，兩者之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)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(guò)程中，為確保膨潤(rùn)土能夠在塑性混凝土中得到充分?jǐn)嚢?，要警惕膨?rùn)土與水泥之間生成絮凝團(tuán)，在配置混凝土是可采用延遲加水法，如先將膨潤(rùn)土、水泥等放在攪拌機(jī)中干拌90s左右后，此時(shí)攪拌機(jī)中原材料能夠基本攪拌均勻，此時(shí)可以再添加外加劑與水，所配置出來(lái)的塑性混凝土可以滿足工程項(xiàng)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(duì)地基進(jìn)行處理，包括壓實(shí)、整平等，做好隱蔽工程的驗(yàn)收，在經(jīng)過(guò)驗(yàn)收合格后才能施工。在澆筑塑性混凝圖時(shí)，需在墊層周邊設(shè)置模板，確定標(biāo)高控制線。

本次項(xiàng)目中的塑性混凝土墊層位置與建筑物基礎(chǔ)與樁間土之間，此時(shí)需確?；炷辆哂欣硐氲牧鲃?dòng)性，本次項(xiàng)目中有明確要求，混凝土的坍落度要求在200～220mm，初凝時(shí)間大于6消失后，終凝時(shí)間不應(yīng)超過(guò)24h。在配置塑性混凝土前，應(yīng)按照配合嚴(yán)格檢查各項(xiàng)計(jì)量的精準(zhǔn)性，做好前期準(zhǔn)備工作；保證用水量，確保攪拌均勻，攪拌時(shí)間應(yīng)該超過(guò)90s。

塑性混凝土的任意流淌可能會(huì)影響混凝土均勻性，所以為了避免這種問(wèn)題，可采用混凝土汽車泵送技術(shù)，倉(cāng)面人確定了塑性混凝土的輸料量以及布料點(diǎn)后，司泵人員控制輸送過(guò)程，并由倉(cāng)面人員負(fù)責(zé)振搗、平倉(cāng)等操作。施工期間使用插入式振搗器，其移動(dòng)距離應(yīng)小于等于半徑的1.5倍，這樣才能保證混凝土密實(shí)度，提高質(zhì)量。

在塑性混凝土施工階段普遍采用分層澆筑技術(shù)，每次澆筑的厚度應(yīng)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(shí)間約為30s左右，能夠避免混凝土表面顯著下沉，不會(huì)出現(xiàn)氣泡等現(xiàn)象。施工期間在每個(gè)流水段都應(yīng)該設(shè)置專門(mén)指導(dǎo)施工，這樣才能有效避免質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生，包括過(guò)振離析、混凝土不密實(shí)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(biāo)高刮平；若在施工期間發(fā)現(xiàn)水泥漿過(guò)多，可以適當(dāng)先刮走一部分。

3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

在塑性混凝土施工結(jié)束后可進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工，其中不同養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)對(duì)其彈性模量以及混凝土強(qiáng)度等產(chǎn)生直接影響，尤其是的濕度以及溫度變化。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度較高的情況下，塑性混凝土的強(qiáng)度以及彈性模量等會(huì)發(fā)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?；炷翝駶?rùn)度。一般塑性混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于等于28d。

3.4 質(zhì)量控制手段

為確保塑性混凝土墊層施工質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期，在質(zhì)量控制階段相關(guān)人員還需要重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：①在塑性混凝土施工前，相關(guān)人員應(yīng)做好結(jié)束較低工作，詳細(xì)闡述塑性混凝土施工的基本要求，深化技術(shù)人員人事。②認(rèn)真遵照實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)內(nèi)容控制混凝土的配合比，并做好稱重來(lái)避免數(shù)據(jù)偏差。③應(yīng)該按照施工技術(shù)規(guī)范來(lái)抽檢塑性混凝土，根據(jù)抽檢結(jié)果檢查是否存在質(zhì)量問(wèn)題。④塑性混凝土的澆筑應(yīng)該盡量保證連續(xù)施工，這樣能夠降低質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

在水工建筑物PHC管樁復(fù)合地基的塑性混凝土褥墊層施工期間，施工人員嚴(yán)格遵照工程項(xiàng)目的施工研究，做好塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)，在確定塑性混凝土的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之后，采用連續(xù)施工模式，這樣才能進(jìn)一步提高工程項(xiàng)目施工質(zhì)量，增強(qiáng)褥墊層的抗?jié)B性能，以適應(yīng)未來(lái)水利工程項(xiàng)目的施工要求。