海工樁基配合比性能及使用試驗研究

王銳軍

（中交路橋華東工程有限公司，上海200000）

1 工程概述

甬臺溫高速公路復(fù)線溫州靈昆—閣巷段起于溫州市龍灣區(qū)，接甬臺溫高速公路復(fù)線溫州黃華至靈昆段線位終點，從龍灣區(qū)靈昆，經(jīng)溫州機場東側(cè)，穿過溫州空港新區(qū)和溫州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，經(jīng)瑞安跨越飛云江，終點位于閣巷東，順接甬臺溫高速公路復(fù)線溫州瑞安至蒼南（浙閩界）段工程起點。本項目屬于第9 標(biāo)段，全長4.816km。項目主要工程內(nèi)容為：路基、飛云江跨海特大橋、閣巷樞紐等工程的施工及缺陷責(zé)任期缺陷修復(fù)。

飛云江跨海特大橋為雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，主橋跨徑為：50m+110m+380m+110m+50m，塔高140m，采用五跨連續(xù)半漂浮體系，空間密索型布置。主墩基礎(chǔ)采用49 根變截面鉆孔灌注樁，按梅花形布置，樁上段直徑為2.8m、長38m；下段直徑為2.5m、長92m，總長130m，采用氣舉反循環(huán)工藝施工；承臺為整體式啞鈴形承臺，規(guī)格為84.23m×27.7m×6m，采用防撞套箱法施工；索塔為A 型塔身，塔高140m，采用無拉桿液壓爬模體施工工藝，主梁為疊合梁，采用專用橋面吊裝機吊裝。

2 使用原材料情況說明

海工混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)混凝土的用途，綜合其分析強度、工作性、耐久性和經(jīng)濟性等綜合指標(biāo)，同時充分考慮施工不利因素加以修正[1]。但不同海域由于鹽度、水流速及其他水文條件存在差異，由此配制要求也有所不同。以浙江溫州飛云江大橋C35 混凝土進行對比分析，海工高性能混凝土中摻粉煤灰和礦渣粉以提高耐久性，C35 海工樁基使用原材料為：（1）水泥：銅陵海螺水泥有限公司生產(chǎn)的硅酸鹽P·Ⅱ52.5 水泥。（2）礦渣粉：臺州市鈞宇新型建材有限公司生產(chǎn)的S95 礦渣粉。（3）粉煤灰：臺州市天達環(huán)保建材有限公司生產(chǎn)的F 類II 級粉煤灰。（4）河砂：湖南洞庭湖開采的河砂，細度模數(shù)為2.6～2.9。（5）碎石：瑞安市廣匯碎石場生產(chǎn)的碎石，最大公稱粒徑25mm，由5～26mm 和16～25mm 的碎石以3∶7 比例混合而成。（6）外加劑：江蘇蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑。（7）水：自來水。

3 C35 海工樁基配合比遵循的幾點原則

C35 海工樁基配合比應(yīng)遵循以下5 個原則：（1）砂率的選擇要合適，一般宜在44%～47%，機制砂可以適當(dāng)提高；（2）減水劑廠家的選擇很關(guān)鍵，尤其對于不同材料的適應(yīng)性，一定要考慮初凝時間因素；（3）碎石的質(zhì)量，尤其是級配、含泥量和針片狀含量的多少要重點關(guān)注；（4）河砂的含泥量應(yīng)≤2%，尤其在機制砂的使用過程中應(yīng)保證石粉含量和級配的均勻性；（5）混凝土拌和后重點關(guān)注：流動性、有無泌水、保水性、黏聚性、坍落度損失、凝結(jié)時間、容重等。

4 C35 海工樁基配合比試驗

1）C35 海工樁基配合比設(shè)計要求：配制強度為43.225MPa；設(shè)計坍落度為180～220mm；設(shè)計擴展度為500～600mm；1h 坍落度損失＜10%，含氣量為3%～6%；84d 氯離子擴散系數(shù)為≤2.5×10-12m2/s。

2）C35 海工樁基配合比設(shè)計基準(zhǔn)，具體如表1 所示。

3）C35 海工樁基配合比試配情況說明：本項目采用2 套HZS-150 型拌和設(shè)備，每盤料拌和時間根據(jù)規(guī)范要求≥150s，每盤料拌和1.6m3。根據(jù)此條件，澆筑700m3混凝土需要至少10h，為了確保樁基順利施工，在減水劑的選擇上至少需保證混凝土初凝時間在18h 以上。

表1 C35 海工混凝土基準(zhǔn)配合比設(shè)計（質(zhì)量法）

混凝土使用以下3 種不同的水泥摻量進行試驗：①粉煤灰摻17%，礦粉摻33%；②粉煤灰摻23%，礦粉摻36%；③粉煤灰摻30%，礦粉摻30%（見表2）。

表2 試拌各配合比材料用量

通過3 種不同的水泥摻料配合比試配后，編號①試驗室結(jié)果如下：表觀密度為2 400kg/m3，實測坍落度200mm，實測擴展度560mm，含氣量4.1%，凝結(jié)時間為20h，7d 抗壓強度為45.3MPa，28d 抗壓強度為63.2MPa，84d 氯離子擴散系數(shù)為2.02×10-12m2/s；編號②試驗室結(jié)果如下：表觀密度為2 400kg/m3，實測坍落度220mm，實測擴展度580mm，含氣量4.0%，凝結(jié)時間為22h，7d 抗壓強度為37.9MPa，28d 抗壓強度為56.9MPa，84d 氯離子擴散系數(shù)為1.54×10-12m2/s；編號③試驗室結(jié)果如下：表觀密度為2 400kg/m3，實測坍落度210mm，實測擴展度590mm，含氣量4.0%，凝結(jié)時間為22h，7d 抗壓強度為30.5MPa，28d 抗壓強度為46.4MPa，84d 氯離子擴散系數(shù)為2.36×10-12m2/s。

4）配合比配置注意要點：既要保證強度又要保證工作性、抗裂性、耐久性、經(jīng)濟性和工期的要求，配制樁基混凝土?xí)r，粉煤灰、礦渣粉摻量較大，最終混凝土的強度84d 氯離子擴散系數(shù)滿足規(guī)范要求。強度方面由于摻合料摻量基本達到上限，由此對于混凝土材料中其他材料如碎石、砂的質(zhì)量控制要求嚴(yán)格，必須滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)果分析

根據(jù)上述3 個不同的粉煤灰及礦粉摻量，按照強度及氯離子擴散系數(shù)為重要檢測指標(biāo)，分析結(jié)果如下：（1）隨著粉煤灰摻量的不斷加大，混凝土后期強度增長明顯；（2）隨著粉煤灰摻量的不斷增加，氯離子擴散系數(shù)指標(biāo)出現(xiàn)了先減少后增加的現(xiàn)象，這就要求工程人員選擇最優(yōu)的外摻料摻和比例，使混凝土具有更好的耐久性。

施工注意事項：（1）樁基施工對混凝土的工作性能要求極高，在施工準(zhǔn)備充分的情況下，樁基施工是否順利取決于混凝土的質(zhì)量，主要包括混凝土的包裹性、流動性、保水性和穩(wěn)定性。包裹性主要在于漿集比是否合理，骨料一定時，砂率和膠凝材料相對有所富余，則包裹性較好；流動性與碎石級配和漿集比是否合理有關(guān)，級配好、漿集比合適，則混凝土的流動性會比較好；通過試驗室的試配效果分析，增加粉煤灰及礦粉的摻量可以提高混凝土的流動性，在實際的灌孔過程中得到了很好的效果。（2）進行配合比設(shè)計時，要充分考慮混凝土的凝結(jié)時間，避免出現(xiàn)初凝時間短而影響現(xiàn)場施工。保水性主要與減水劑與膠凝材料的適應(yīng)性、河砂粗細程度、水的計量誤差有關(guān)，減水劑與水泥適應(yīng)性好、河砂粗細程度相對穩(wěn)定、水計量誤差小，保水性相對較好，不至于出現(xiàn)泌水嚴(yán)重現(xiàn)象。混凝土的穩(wěn)定性在于減水劑與膠凝材料適應(yīng)性和拌和時間是否滿足要求，減水劑與膠凝材料適應(yīng)性好，則混凝土的穩(wěn)定性好，可以保持均勻的堆聚結(jié)構(gòu)；攪拌時間滿足要求可使減水劑與膠凝材料等充分拌和均勻，不出現(xiàn)出機與入模混凝土性能差別較大。

6 樁基施工過程混凝土注意事項及原因分析

6.1 混凝土坍落度損失不合格

坍落度損失，即混凝土配制好后與1h 后的坍落度的變化，或者混凝土靜止一會兒后，坍落度變化很快，達到2cm 以上時會對施工不利。

原因分析：（1）減水劑廠家在調(diào)整過程中是否充分加入調(diào)整坍落度損失的組分，如糖類；（2）粗集料、細集料含泥量過大，尤其是機制砂石粉含量達到20%以上會出現(xiàn)早凝的現(xiàn)象；（3）進場過程中，水泥溫度過高也會導(dǎo)致坍落度損失嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)早凝；（4）碎石河砂的吸水率是否偏大；粉煤灰質(zhì)量不穩(wěn)定，礦物成分較多不穩(wěn)定也會導(dǎo)致坍落度損失嚴(yán)重。

6.2 混凝土泌水

混凝土在運輸、振搗、泵送的過程中出現(xiàn)粗骨料下沉、水分上浮的現(xiàn)象稱為混凝土泌水。

原因分析：（1）減水劑摻量是否合適、是否超摻；減水劑是否與水泥相適應(yīng)；（2）所用的細集料級配是否合理、細度是否偏大，如調(diào)整砂率是否能解決問題，粗集料級配是否合理、是否斷檔；針片狀含量多也會存在泌水現(xiàn)象；（3）在使用過程中，尤其新進場的河砂含水率偏高，如果試驗室人員和攪拌站拌和人員沒有注意這個問題，攪拌過程中未及時調(diào)整含水率也會引起泌水；（4）進場時要對減水劑進行試拌，保證減水劑的穩(wěn)定性。

6.3 混凝土流動性差

混凝土流動性差，是指坍落度達到要求，但擴展度達不到要求，一般樁基擴展度要求為500～600mm。

原因分析：（1）流動性與碎石級配和漿集比有關(guān)，級配好、漿集比合適，混凝土流動性較好；（2）選用的減水劑是否滿足要求；（3）碎石、河砂含泥量是否過大，減水劑摻量是否根據(jù)現(xiàn)場的材料進行調(diào)整；（4）碎石的針片狀顆粒是否超標(biāo)嚴(yán)重。

7 結(jié)語

總體來說，原材料質(zhì)量水平的波動對混凝土工作性能的影響很大。原材料穩(wěn)定，按照施工配合比施工，混凝土基本上與室內(nèi)設(shè)計較為一致。但材料質(zhì)量波動且不易肉眼察覺，往往現(xiàn)場出現(xiàn)異常情況后才會有所警覺。因此，比較敏感的材料（如減水劑等）進場后應(yīng)嚴(yán)格進行室內(nèi)試拌，確保減水劑質(zhì)量與膠凝材料、河砂相適應(yīng)，從而確保混凝土工作性能相對穩(wěn)定，特別是對于孔深、孔徑均較大的海域樁基施工尤為重要。