超缓凝混凝土在咬合桩施工中的应用

1、超缓凝混凝土在咬合桩施工中的应用郭志武陈洪光冯健魏长平郭存林(中隧集团科研所471009)摘 要 针对钻孔咬合桩超缓凝混凝土的性质及特点 ,提出合理掺加缓凝外加剂并充分发挥粉煤灰的缓凝作用 ,结合杭州解放路延伸工程咬合桩施工介绍了咬合桩超缓凝混凝土的配制与应用 。关键词 咬合桩 超缓凝混凝土 缓凝剂 坍落度 混凝土凝结时间钻孔咬合桩 ,采用机械钻孔施工 ,桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构 ,如图 1 所示 。1概述钻孔咬合桩是一种较好的深基坑围护结构型式 。一九九九年底在深圳地铁一期工程首次应用 。近几年该技术在越来越多地在围护工程中应用 。报 道钻孔咬合桩施工的文章也日渐增多 ,但介

2、绍咬合 桩超缓凝混凝土的文章却几乎未见 。实际上超缓凝混凝土质量与咬合桩的垂直度等关键指标在咬合桩 施工中占有重要地位 ,因此很有必要对咬合桩应用 劲超缓凝混凝土技术进行认真地研究 、总结 ,以促进 该项先进施工技术的进一步推广 。咬合桩超缓凝混凝土是影响钻孔咬合桩的成功的主要因素 ,钻孔咬合桩的关键技术是桩身垂直度 和混凝土缓凝时间的控制 ,前者主要与施工机械和 施工工艺有关 ,后者受诸多因素影响 ,特别是 60 h 超 缓凝混凝土的配比 ,需要施工前反复试验后确定 ,与 其它桩型相比 ,咬合桩的施工难度较大 。图 1 钻孔咬合桩平面示意图为便于切割 ,桩的排列方式设计为一个素混凝土桩 (a

3、 桩) 和一个钢筋混凝土桩 (b 桩) 间隔布置 , 施工时先施工 a 桩 ,后施工 b 桩 ,a 桩混凝土采用 超缓凝型混凝土 ,要求必须在 a 桩混凝土初凝前完成 b 桩的施工 。b 桩为基坑围护的骨架桩 。钻孔咬 合桩采用液压全套管钻机施工 ,b 桩施工时 ,利用套 管钻机的切割能力切割掉相邻 a 桩相交部分的混 凝土 ,则实现了咬合 。如图 2 所示 。2咬合桩施工工艺原理图 2 钻孔咬合桩施工原理示意图超缓凝混凝土主要技术指标的确定a 桩混凝土早凝会造成 b 桩无法成桩或垂直度无法保证 。混凝土设计和质量控制在施工工艺中起着重 要的作用 。312咬合桩超缓凝混凝土主要技术指标的确定3

4、1211咬合桩混凝土缓凝时间的确定a 桩混凝土缓凝时间是根据单桩成桩时间来确 定 ,单桩成桩时间有与地质条件 、桩长 、桩径 ,和钻机3311混凝土超缓凝技术目前国外混凝土最长缓凝时间为 42 h 左右 ,混 凝土超缓凝 60 h 技术目前尚无标准可循 ,初凝时间 较难 控 制 。超 缓 凝 混 凝 土 缓 凝 剂 的 掺 量 一 般 在315 - 6 % ,水泥和缓凝剂的适应性以及水泥品种对 凝结时间影响很大 。超缓凝混凝土根据温度 、湿度以根据以下方法来确定 。测定单桩成桩所需时间t ,确定 a 桩混凝土的缓凝时间 ,可根据下式计算 :t = 3 t + k式中 : t a 桩混凝土的缓凝

5、时间 (初凝时间) ; k 储备时间 ,一般取 12 小时 ;t 单桩成桩所需的时间 。 根据杭州市解放路延伸工程地质情况和桩长并参考其它工程的经验 , 设定每桩 t = 16 h , 为此得出a1 桩混凝土的缓凝时间为 60 h ,a2 - an 桩的缓凝 结时间为 48 h ,b 桩凝结时间为 10 h 。31212咬合桩混凝土坍落度的确定在 b 桩成孔过程中 ,由于 a 桩混凝土未凝固 ,还处 于流动状态 ,因此 ,a 桩混凝土有可能从 a 、b 桩相交处 涌入 b 桩孔内 ,称之为“管涌”,为克服“管涌”,a 桩混凝 土的坍落度 :干孔不宜超过 14cm ,水下灌注1820cm , 以

6、便降低混凝土的流动性 ,同时待 a 桩缓凝混凝土坍 落度损失一段时间后再继续施工 b 桩 。31213要确保桩与桩之间咬合 必须在确保桩身混凝土强度的前提下 ,严格控制桩身混凝土的配合比 ,确保混凝土的缓凝时间 ,防止混凝土早凝后出现不能咬合或咬合困难的现象 。 咬合桩的施工工艺 ,要求控制 b 桩在 a 桩坍落度降 为 0 时至初凝之间拔套管浇混凝土 ,保证 a 桩的混 凝土不管涌到 b 桩 ,同时保证 a 、b 桩混凝土凝结为一整体和顺利拔出钢套管 。结合图 2 的施工顺序及套管钻机的成桩效率 、流水作业时间 ,得出 a 、b 桩 的混凝土技术要求如表 1 。表 1 咬合桩超缓凝混凝土技术

7、要求值得注意的是外加剂的掺量有一个极限 ,当外加剂的掺量达到极限时 ,即使再增大外加剂掺量 , 外加剂的作用也不会增大 ,反而使混凝土的强度和 工作性受到损害 。这类例子 ,在实际工程中并非少 见 。所以 ,在试配超缓凝混凝土之前 ,至少要弄清楚所选用的外加剂的掺量范围是多少才不会造成对混 凝土强度和工作性造成损害 。混凝土凝结时间的长短 ,与水泥品种和水泥 强度等级 、粉煤灰的掺量 、骨料的颗粒级配及吸水 率 、砂率等因素都有关 。因水泥品种和强度等级对混凝土凝结时间影响明显 ,且为人们所熟悉 。确定合理的粉煤灰掺量 ,粉煤灰对混凝土凝 结时间和强度 (特别是后期强度) 的影响是不可忽视 的

8、 。合适的粉煤灰掺加到混凝土之中 ,对降低混凝 土的水化热 、延缓混凝土的凝结 、降低混凝土的水胶比 、提高混凝土的后期强度 ,均极为有利 。粉煤灰的 合理掺量应在试配之前 ,综合平衡各种因素 ,从而定 出合理的粉煤灰的掺量 。412 原材料选择a 水泥一般没有特殊要求表 2 水泥物理 、力学指标检验结果水泥为三狮牌 po3215 水泥 。b 细骨料工地使用的细骨料见表 3 、表 4 。表 3 细骨料颗粒级配筛分曲线咬合桩超缓凝混凝土的配制4表 4 细骨料物理性能指标411超缓凝混凝土配制要点超缓凝混凝土试配的要点是确定缓凝减水剂 的掺量和掺合料 (主要是粉煤灰掺合料) 的掺量 。使 用缓凝剂

9、是令混凝土具有超缓性能的主要手段 ,最 好是采用复合型的缓凝高效减水剂 ,这有利于混凝 土具有超缓凝的性能 ,也有利于增强混凝土的后期 强度 ,使之能达到设计要求 ,采用高效外加剂一方面 可降低外加剂掺量 ,另一方面也可减少掺外加剂后 给混凝土带来的不利因素 。细骨料产地桐庐 ,河砂 、中砂 。c 粗骨料粗骨料见表 5 、表 6 。表 5 粗骨料筛分曲线筛孔尺寸 mm2510201016101010510215累计筛余百分率 %419/6811/99139918检验指标表观密度 kg/ m3堆积密度 kg/ m3含泥量 %细度模数检验结果25901570014310筛孔尺寸 mm5100215

10、01125016300131501160累计筛余百分率 %91428143514721289169416桩型强度等级坍落度 (cm)初凝时间 ( h)a1c1514 260a2 - a nc1514 248bc2520 210检验 指标安定 性细度%标准稠度 用水量 %初凝 时间终凝 时间强度 mpa3 天抗折28 天抗折3 天抗压28 天抗压检验 结果合格41627123 小时15 分4 小时10 分41681622194212表 6 粗骨料物理性能指标表 9 (续)粗骨料产地为肖山石门 、碎石 。d 外加剂经试验比较 ,选定 t h - 2b 型缓凝减水剂 。e 粉煤灰表 7 检验结果表超

11、缓凝 48 h 混凝土配合比调整试验结果见表10 、表 11 。表 10 配合比表采用标准为 gbj 146 90 、gb176 87 。所检指标合格 。413配合比的选定超缓凝 60 h 混凝土配合比调整及试验结果见 表 8 、表 9 。表 8 配合比表表 11 超缓凝 48 h 混凝土凝结时间试验结果表表 9 超缓凝 60 h 凝结时间表试验结果表钻孔咬合桩超缓凝混凝土的应用效果以下为该超缓凝混凝土在杭州市解放路延伸工 程中的应用效果 。511强度情况5表 12 工程试验结果表施工部位设计强度( m pa)制件日期龄期( d)抗压日期荷载 ( kn)平均极限 强度 ( m pa)折合 15

12、0mm3强度 ( m pa)达到设计 强度 ( %)123k0 + 670 k0 + 755 z - a215200211212628200310112321024022522152114143k0 + 670 k0 + 755 z - a315200211212528200310112222520023021182017138k0 + 670 k0 + 755 z - a715200211212128200310111820020519019181818125k0 + 670 k0 + 755 z - a11152002112117282003101114270250255251824151

13、63k0 + 670 k0 + 755 z - a1215200211211628200310111324025023524122310153k0 + 670 k0 + 755 z - a1415200211211428200310111123022024023102118145k0 + 670 k0 + 755 z - a1515200211211428200310111126028026526182515170k0 + 670 k0 + 755 z - a1615200211211328200310111026528027027122518172k0 + 670 k0 + 755 z -

14、a1915200211210728200310110419521022521102010133k0 + 670 k0 + 755 z - a2015200211210628200310110319020521020121912128k0 + 670 k0 + 755 z - a2215200211112928200211212729829729429162811187k0 + 670 k0 + 755 y - a10115200211112828200211212622022821922122111141k0 + 670 k0 + 755 y - a1041520021121022820021

15、1213022525016522152114143k0 + 670 k0 + 755 y - a10515200211210328200211213134528029529152810187k0 + 670 k0 + 755 y - a1061520021121052820031110217519018518131714116成型时间2002110116 19 :30温度 20 测试时间测试值 ( m pa)平均值10118 19 :300170 、0180017510118 23 :300185 、0180018310119 3 :301110 、11201115试验编号用水量( kg/ m

16、3)砂率( %)水泥用量( kg/ m3)细骨料( kg)粗骨料( kg)粉煤灰( kg)外加剂( kg)7 天强度 mpa28 天强度 mpa1520044214810103010811149171714成型时间2002110116 19 :00温度 20 测试时间测试值 ( m pa)平均值10118 19 :002110 、2130212010118 21 :002155 、2170216310118 23 :003110 、3100310510119 1 :003125 、3120312310119 3 :003160 、31703165测试结果初凝时间 :57 h40 min用水量(

17、 kg/ m3)砂率( %)水泥用量( kg/ m3)细骨料( kg)粗骨料( kg)粉煤灰( kg)外加剂( kg)7 天强度 mpa28 天强度 mpa200442148101030108101011111810检验指标45m 筛筛余量 ( %)烧失量( %)三氧化硫( %)需水量比( %)含水量( %)检验结果10182111169314014成型时间2002110116 19 :30温度 20 10119 7 :301140 、1145114310119 11 :301185 、1190118710119 15 :302140 、2140214010119 19 :303100 、31

18、10311510119 21 :003145 、31403143测试结果初凝时间 :74 h30 min检验指标表观密度kg/ m3堆积密度kg/ m3含泥量 %针片状颗粒含量 %压碎指标值 %检验结果26701500012212717表 12 (续)抗压强度平均值为 22159 m pa ;抗压强度标准差 s 为 3125 。512凝结时间情况以下为部分缓凝混凝土凝结时间试验结果表 13工程试验结果表施工中的应用. 广东水利水电 ,2001 . 3赵建夏 ,刘小峰 . 钻孔咬合桩在深圳地铁工程中的应用 .人民长江 ,2001 . 9朱斌 ,雷崇红 . 深圳地铁基坑钻孔咬合桩围护结构施工技 术

19、 . 铁道建筑 ,2001 . 12张冠伦等著 . 混凝土外加剂原理与应用 . 北京 : 中国建筑 工业出版社 ,1996李用敏 著 . 超 缓 凝 混 凝 土 的 探 索 . 广 东 水 利 水 电 , 20021增刊 16结束语试验研究及使用效果表明 ,经过试验 ,合理选定2砂率 、缓凝减水剂 、同时掺加粉煤灰 ,完全可以配制出满足施工要求的超缓凝混凝土 ,其拌合物的凝结时间 动性 、粘聚性 、保水性 、坍落度等工作性均可达到钻孔咬合桩施工工艺的要求 。由于作者也是首次接触钻 孔咬合桩用超缓凝混凝土 ,希望同行们在今后的工作 中 ,共同探讨缓凝性外加剂 、粉煤灰 、磨细矿渣等组份 的缓凝作

20、用原理 ,制定出一定的量化指标 ,以促进钻 孔咬合桩这一先进施工工艺的应用发展 。345作者简介 :郭志武 ,男 ,1971 年 10 月出生 ,1994 年毕业 ,西安建筑科技大学生大学本科学士 ,采矿专业 ,中铁隧道集 团有限公司科学技术研究所 ,工程师 。参考文献1 任鸿 ,裴建 ,王维浩. 钻孔咬合桩在回填地基深基坑围护收稿日期 :2003 - 12 - 23报告日期强度等级混凝土配合比( 水泥砂石水外加剂粉煤灰)施工部位初凝时间终凝时间水泥品种标号2002111101c1521481010302001010108咬合桩 y - a164h0 min71h40 min杭三狮 p1o32

21、152002111115c1521481010302001010108咬合桩 y - a1358h0 min66h10 min杭三狮 p1o32152002111127c1521481010302001010108咬合桩 c1057 h50 min64h50 min杭三狮 p1o32152002112106c1521481010302001081010咬合桩 z - a1555h0 min61h22 min杭三狮 p1o32152002112113c1534573598519592714咬合桩 z - a1051 h30 min59h50 min杭三狮 p1o32152002112115c15

22、21481010302001081011咬合桩 c352 h49 min59h59 min杭三狮 p1o32152002112128c1534573598519592715咬合桩 z - a364 h15 min73h15 min杭三狮 p1o3215施工部位设计强度( m pa)制件日期龄期( d)抗压日期荷载 ( kn)平均极限 强度 ( m pa)折合 150mm3强度 ( m pa)达到设计 强度 ( %)123k0 + 670 k0 + 755 y - a1071520021121052820031110215020018518151716117k0 + 670 k0 + 755 y - a1081520021121062820031110323023522022182117145k0 + 670 k0 + 755 y - a10