巖溶地區(qū)灌注樁樁身包網(wǎng)材料的試驗研究

喻偉，陳浩沖，黃德清，鄭先昌

(1.中鐵建設(shè)投資集團有限公司，廣東 深圳 518000； 2.廣州大學土木工程學院，廣東 廣州 510006；3.廣州市第二市政工程有限公司，廣東 廣州 510060)

巖溶地區(qū)灌注樁樁身包網(wǎng)材料的試驗研究

喻偉1*，陳浩沖2，黃德清3，鄭先昌2

(1.中鐵建設(shè)投資集團有限公司，廣東 深圳 518000； 2.廣州大學土木工程學院，廣東 廣州 510006；3.廣州市第二市政工程有限公司，廣東 廣州 510060)

在巖溶強發(fā)育地區(qū)，鉆孔見洞率高，有時溶洞尺寸大并且未充填，進行樁基礎(chǔ)施工時，成孔難度大，超灌混凝土造成方量浪費，而且成樁質(zhì)量難以控制。因此，一般采用全套管施工工藝穿越溶洞，此舉可有效防止樁身混凝土大量漫溢到溶洞。近些年樁身鋼筋籠外包網(wǎng)技術(shù)得到推廣應(yīng)用，即在溶洞相應(yīng)位置的鋼筋籠上疊層外包沖壓鋼板網(wǎng)和尼龍網(wǎng)。由于沖壓鋼板網(wǎng)成本較高，施工不便，故本文結(jié)合實際工程，對沖壓鋼板網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)進行材料拉力試驗，分析鍍鋅鐵絲網(wǎng)取代沖壓鋼板網(wǎng)的工程可行性，并通過工程驗證取得較好效果。

巖溶地區(qū)；樁身包網(wǎng)；鍍鋅鐵絲網(wǎng)；沖壓鋼板網(wǎng)；抗拉試驗

1 引 言

碳酸巖作為一種特殊的地層，在我國的分布面積占據(jù)了約三分之一的國土[1]，使得巖溶地區(qū)的城市建設(shè)遇到了大量的地基基礎(chǔ)難題，溶洞發(fā)育區(qū)的樁基施工即為一例[2]。

巖溶地區(qū)全套管灌注樁技術(shù)在施工過程中具有避免孔壁坍塌、不易斷樁和縮徑等優(yōu)點，近年來得到了廣泛應(yīng)用[3～5]。然而在無充填的溶洞發(fā)育場區(qū)施工時，灌注樁澆筑混凝土過程中，套管拔出時混凝土喪失保護作用，容易造成混凝土大量擴散到溶洞中去，出現(xiàn)混凝土面突然下降和樁身夾泥斷樁現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致樁孔坍塌或地面下沉，造成工程質(zhì)量事故。因此，巖溶區(qū)采用全套管灌注樁技術(shù)施工時，可預(yù)先在溶洞相應(yīng)位置的鋼筋籠外，綁扎沖壓鋼板網(wǎng)和尼龍網(wǎng)，防止拔出套管時混凝土大量擴散到溶洞中去，如圖1所示。此方法可有效降低混凝土的擴散現(xiàn)象。目前，樁身包網(wǎng)穿越溶洞技術(shù)已基本成熟，并且已成為溶洞地區(qū)樁基施工的常規(guī)技術(shù)手段。

沖壓鋼板網(wǎng)套尼龍網(wǎng)成本較高，本文依據(jù)實際工程，試驗新型鍍鋅鐵絲網(wǎng)的抗拉強度，以期取代沖壓鋼板網(wǎng)。通過對樁身外包材料(沖壓鋼板網(wǎng))和擬試驗材料(鍍鋅鐵絲網(wǎng))進行材料拉力試驗，分析兩者的抗拉強度，驗證鍍鋅鐵絲網(wǎng)能否取代沖壓鋼板網(wǎng)用于溶洞地區(qū)施工。

圖1 鋼筋籠外包沖壓鋼板網(wǎng)和尼龍網(wǎng)

2 材料試驗與數(shù)據(jù)分析

2.1 實驗思路

(1)首先按照規(guī)范要求制作標準試件。

(2)其次對每組試件分別進行拉力試驗，測得試件的力值與變形的關(guān)系曲線。

(3)最后通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析，得到每組試件的極限抗拉強度值。

2.2 標準試件的制作

本次試驗需采用200 mm寬、100 mm長的標準試件。根據(jù)相關(guān)試驗經(jīng)驗，試件在荷載作用下，其長度方向會出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象，而本實驗的標準試件的寬度大于長度，降低了這些試件的收縮影響。

制作標準試件時，每組試件分別剪取6塊，必須保證試件最終寬度為 200 mm；試件長度應(yīng)足夠長并保證夾具的間距為 100 mm，其長度方向與待測最大負荷的方向平行。為控制滑移，在垂直試件的寬度方向畫兩條間隔 100 mm的標記線，以標示隔距長度，確保夾具的間隔。試驗采用WD-100KE型雙立柱電子萬能試驗機進行，如圖2所示，兩種拉伸材料按圖3所示制作標準試件，標準試件如圖4、圖5所示。

圖2 WD-100KE型電子萬能試驗機

圖3 標準試件制作示意圖

圖4 沖壓鋼板網(wǎng)標準試件

圖5 鍍鋅鐵絲網(wǎng)標準試件

2.3 試驗過程

試驗之前，將夾具隔距調(diào)節(jié)至 100±3 mm，拉力量程設(shè)為 30 kN，橫桿量程設(shè)為 500 mm，拉伸速率保持在 20 mm/min。然后將沖壓鋼板網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)兩種試件對中地夾持在夾具中進行拉伸試驗。試驗過程中，上下夾具的螺絲處于擰緊狀態(tài)，應(yīng)時刻注意標記線的位置，保證試件不會發(fā)生偏移滑落。試驗開始時，待試件剛開始繃緊而尚未受力時，將數(shù)據(jù)清零，然后繼續(xù)加載，直到兩種試件都破壞為止。記錄最大負荷和伸長率并精確至0.1%。如果試驗過程中試樣在夾具中發(fā)生滑移，或者試樣在距離鉗口 5 mm以內(nèi)的范圍中斷裂，該試驗結(jié)果剔除，取新試樣重新進行試驗。兩種材料的拉伸及破壞形態(tài)如圖6～圖9所示，拉伸試驗過程中，試驗儀器自動繪制力值-變形曲線。試驗時間通常以 10 min為宜，因為拉伸曲線最大值對應(yīng)的是材料失去抗力的狀態(tài)，后續(xù)拉伸沒有參考意義。

圖6 沖壓鋼板網(wǎng)拉伸

圖9 鍍鋅鐵絲網(wǎng)破壞形態(tài)

2.4 試驗成果與數(shù)據(jù)分析

本次試驗對沖壓鋼板網(wǎng)和鍍鋅鐵絲網(wǎng)兩種材料進行了拉伸試驗，每一種材料進行6組試驗，分別測得兩種材料的最大力值、最大變形和試驗拉伸時從開始到破壞的時間。

在本次試驗中，沖壓鋼板網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)的拉伸試驗過程均符合試驗規(guī)程的要求，兩種材料的力值與變形曲線如圖10、圖11所示，實驗值如表1、表2所示。

圖10 沖壓鋼板網(wǎng)試件力值與變形的變化曲線

圖11 鍍鋅鐵絲網(wǎng)試件力值與變形的變化曲線

沖壓鋼板網(wǎng)試驗測值 表1

鍍鋅鐵絲網(wǎng)試驗測值 表2

由圖10、圖11可知兩種材料的力值與變形曲線都呈現(xiàn)出突變回彈現(xiàn)象，類似于鋼筋的拉伸，并且呈現(xiàn)出“鋸齒”式下降現(xiàn)象，這是由于鋼絲每斷裂一根，曲線就會出現(xiàn)一次波動，直至大部分鋼絲斷裂，試件失去抗力。不同之處在于，鍍鋅鐵絲網(wǎng)出現(xiàn)了負值，這是因為斷裂口出現(xiàn)拉應(yīng)力集中現(xiàn)象，沿測試方向變形不均勻?qū)е隆?/p>

兩組材料的最大力值的均值和標準差由式(1)和式(2)求得，結(jié)果如表3所示。

(1)

(2)

其中：i=1-6；

Xi—實驗樣本。

最大力值的均值與方差 表3

試件的拉伸強度和伸長率由式(3)和式(4)得到。

(3)

(4)

式中： σf—拉伸強度均值，kN/m2；

Ff—最大力值均值，kN；

Sf—拉伸試件的面積，mm2；

εf—伸長率，%；

L0—拉伸前試件長度，mm；

Lb—斷裂時試件長度，mm；

經(jīng)計算，沖壓鋼板網(wǎng)的拉伸強度和伸長率為 222.95 kN/m2和2.024%；鍍鋅鐵絲網(wǎng)的拉伸強度和伸長率為 165.70 kN/m2和15.36%。

3 適用性分析

混凝土澆筑過程中，樁身外包材料能否抵抗混凝土側(cè)壓力是鍍鋅鐵絲網(wǎng)能否取代沖壓鋼板網(wǎng)用于溶洞地區(qū)樁基施工的關(guān)鍵。本文混凝土側(cè)壓力的計算參考相關(guān)規(guī)范[6～7]，如式(5)所示。

F=γcH

(5)

式中：γc—混凝土重度；kN/m3；

H—計算高度；m；

本實驗測得的沖壓鋼板網(wǎng)和鍍鋅鐵絲網(wǎng)的拉伸強度分別為 222.95 kN/m2、165.70 kN/m2。另外產(chǎn)品標示的尼龍網(wǎng)拉伸強度 9.755 kN/m2作為受力安全儲備，不計入內(nèi)。

實際計算中，水下澆灌時，混凝土的浮重度取 15 kN/m3時，由式(5)計算得，鍍鋅鐵絲網(wǎng)可用于高度不大于 11 m的溶洞地區(qū)樁基施工，在廣州宏宇大廈施工中，最大溶洞高度 10.0 m，使用鍍鋅鐵絲網(wǎng)施工經(jīng)驗證達到要求。

4 結(jié) 論

綜上所述，鍍鋅鐵絲網(wǎng)可用于高度不大于 11 m的溶洞地區(qū)樁基施工。通過市場調(diào)查，沖壓鋼板網(wǎng)的價格約為 50 元/m2～60 元/m2，鍍鋅鐵絲網(wǎng)的價格約為 15 元/m2～20 元/m2，而且施工方便。因此對于跨度不大于 11 m或有充填物的溶洞可以考慮選用鍍鋅鐵絲網(wǎng)代替沖壓鋼板網(wǎng)用于溶洞地區(qū)樁基礎(chǔ)工程施工。

[1] 尹國榮. 巖溶區(qū)勘察方法及橋梁樁基施工技術(shù)[D]. 長沙：中南大學，2009.

[2] 黃德清. 溶洞頂板承載機理研究在某樁基工程中的應(yīng)用[J]. 廣東建材，2015(12)：41～43.

[3] 莊妍，牟凡，崔曉艷等. 全套管灌注樁在臨近地鐵隧道的暗橋樁基工程中的應(yīng)用[J]. 巖土工程學報，2015(37增)：41～45.

[4] 肖勇杰，許萬強，陳福全. 全套管大直徑振動取土灌注樁施工新技術(shù)[J]. 施工技術(shù)，2015(44)：61～64.

[5] 朱芝同，宋志彬，馮起贈等. 全套管鉆孔咬合樁在臨近地鐵基坑工程中的應(yīng)用[J]. 探礦工程，2014(41)：65～69.

[6] GB 506666-2011. 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[7] JGJ162-2008. 建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

Research on the Mesh Materials outside Reinforcement Cage of thePile in Karst Area

Yu Wei1，Chen Haochong2，Huang Deqing3，Zheng Xianchang2

(1.China Railway Construction Investment Group Corporation Limited，Shenzhen 518000，China； 2.College of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 3.Guangzhou Second Municipal Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou 510060，China)

In the construction of pile foundation in Karst development area，because of the high rate of hole，when the size of the cave is relatively large，it will result in constructing the pile difficulty and wasting the concrete，and the quality of the pile is difficult to control. Therefore，we generally use the whole casing construction technology through the cave，which can effectively prevent the concrete of the pile into the cave. In recent years，the technology of wrapping mesh outside the steel reinforcement cage (that is，in the corresponding position of the reinforcement cage of the hole wrap steel mesh net and the nylon net)is very popular. Because of the high cost and inconvenient of the steel mesh，so the paper test the tensile of steel mesh and galvanized wire mesh combined with the actual project，and analysis whether the galvanized steel wire can replace the steel mesh or not，the last，the paper prove the galvanized steel wire has achieved good results in engineering.

Karst；wrap mesh outside the hole；galvanized steel wire；steel mesh；tension test

1672-8262(2017)02-167-04

TU473.1

B

2016—12—20

喻偉(1986—)，男，碩士，助理工程師，主要從事工程施工與技術(shù)管理等工作。