微振型素混凝土樁芯勁性復合樁施工質量控制研究

閔 瑞 江蘇省水利建設工程有限公司工程科科長，工程師

周宏萍 江蘇省水利建設工程有限公司辦公室主任，工程師

蔡 雷 江蘇省宿遷市水務工程建設管理中心工程科科長，工程師

勁性復合樁是一種將水泥土攪拌樁成本低與鋼筋混凝土預制樁強度、剛度較大的優點結合的組合型樁體。勁性復合樁的素混凝土內芯對混凝土的坍落度要求較小，一般控制在4 ～6 cm 即可，以往這樣的低坍落度只能在現場攪拌[1]。

施工中創新采用內部自制的二次機械攪拌集料裝置，保證遠距離運輸至現場的商品混凝土通過二次攪拌在損失部分坍落度的情況下，能迅速改善混凝土性能，在滿足振動沉管混凝土內芯成型質量要求的同時保證文明施工。這種裝置有效替代了滾筒攪拌機、計量稱重臺、手推車、攪拌機水箱等設備，進出場方便，就位校準更迅速，適用于對混凝土坍落度性能及現場揚塵控制有特殊要求的勁性復合樁施工。

1 勁性復合樁微振成型柱狀樁芯采用商品混凝土灌注施工的質量控制分析

1.1 振動沉管素混凝土內芯成型的不利因素

勁性復合樁的內芯采用振動沉管素混凝土樁，外芯采用水泥攪拌樁成型，兩個工序間隔時間不能太長，否則將導致無法插入振動沉管樁，嚴重時會影響勁性復合樁的成型質量[2]。另外，一般的商品混凝土生產廠家為了保證運輸到場能夠順利卸料，保證混凝土具有良好的和易性和密實性，設計的坍落度都比較大，當遇到含水量較大的江邊灘地土層外芯水泥攪拌樁水泥土還未完全成型時，如果開啟振動沉管會直接塌入并混合在外芯水泥土中無法形成完整的柱狀內芯，造成無芯或芯柱不完整[3,4]。

1.2 二次機械攪拌集料裝置提高內芯振動成型質量的原理

為保證樁芯砼振動沉管灌注成型的質量，在經遠距離運輸至施工現場后需要解決商品混凝土坍落度偏大的問題，同時實現振動沉管樁芯混凝土低級別的坍落度及和易性，本項目設計制作了二次機械攪拌集料裝置[5]。該機械攪拌集料斗寬2.5 m，長6 m，底板設為坡面底，以便運輸來的混凝土能順利進入攪拌葉籠。葉片攪拌籠的直徑為0.4 m，用攪籠傳動鋼軸與低速減速機相連，設備動力部分由7.5 kW 的三廂異步傳動電機帶動減速機驅動攪籠攪拌砼，攪拌完成后開啟底部的電動門卸料。電動門的前后設置兩個自動行程開關，能夠實現放料半自動化，改變以前的手動開啟方式[6]。商品混凝土二次機械攪拌集料裝置的主要作用是保證遠距離運輸至現場的砼，通過二次攪拌迅速降低坍落度，并保證低級別的坍落度情況下，通過攪拌改善砼性能達到振動沉管成型的質量使用要求，提高振動沉管素砼內芯成型的質量[7]。

2 勁性復合樁內外樁芯施工質量控制

鉆機鉆至指定設計標高后，緩慢提升鉆頭并噴漿連續攪拌，外芯澆筑完成后將內芯鋼管振動沉管至設計深度。外芯施工的同時使用二次機械攪拌集料裝置對采購的內芯商品混凝土進行二次攪拌，確保混凝土的坍落度性能滿足樁芯澆筑的要求；澆筑內芯時，從二次機械攪拌集料裝置下部的卸料口收集混凝土進行灌注，灌注管內灌滿混凝土后，先振動5 ～10 s，再開始拔管，邊振邊拔，每拔0.5 ～10 m，停拔振動5 ～10 s，如此反復，直到全部拔出樁管，至此完成成樁。具體樁身結構如圖1 所示。

圖1 素混凝土樁芯勁性復合樁結構

2.1 施工準備

攪拌樁機在施工前要對進場鉆機設備、壓注泥漿泵、吊車等進行試運轉檢查，以防鉆進中途發生故障[8]。在正式施工前，按施工組織設計確定的攪拌樁施工工藝在觀場進行成樁工藝試驗，水泥漿的水灰比為0.55，采用強度等級為42.5 的普通硅酸鹽水泥，通過現場試驗最終確定水泥摻入量及施工工藝。專業測量人員采用全站儀測引基準點，設置在不易破壞的地方，并樹立明顯的保護標志。測引基準點時應反復調整全站儀，測放時應更換測站點反復核準。報請專業測量監理工程師核準后方可使用，并做好保護，避免人為破壞。放樣時應反復對全站儀進行對中、調整操作，施工前應第二次核樣，保證樁位測放誤差控制在小于1 cm，并報現場監理工程師校核，合格后樁機對位施工。

2.2 輕便式商品混凝土二次機械攪拌集料裝置加工制造

為保障振動成型素混凝土內樁芯成型質量，提前自主設計制造商品混凝土二次機械攪拌集料裝置，裝置分為儲料斗、葉片攪籠、傳動裝置、設備動力裝置及卸料裝置幾個部分[9]。

儲料斗主要采用14#的槽鋼焊接成一個17%坡度的三角形底座支架，長度為6 m，寬度為2.5 m，支架上用厚度為10 mm 的鋼板圍成方斗。葉片攪籠的工作直徑為0.4 m，采用鋼板葉片焊接在直徑50 mm 的鋼管葉片手柄上，葉片手柄間距為0.4 m，焊接在主攪籠鋼軸上。傳動裝置采用低速減速機，焊接成型的葉片攪籠通過軸承與低速減速機相連。設備動力裝置主要由電動機供力，7.5 kW的三廂異步傳動電機通過橡膠皮帶帶動減速機驅動整個攪拌籠。卸料裝置主要通過點擊閘門開關按鈕開啟電動閘門。電動閘門設在攪拌斗的前下方，閘門由電動螺桿啟閉裝置開啟卸料，在閘門的開閉端設置行程限位板。

2.3 二次機械攪拌集料裝置安裝

二次攪拌集料裝置斗在加工廠制造完成后運到施工現場，通過吊車安裝在大堤邊已經搭設好的鋼管樁支架上，雙向對稱焊成整體，然后固定在鋼管樁上。二次攪拌集料裝置架設的高度一定要給接料的鏟車預留足夠的空間，以便后期出料鏟運方便。

2.4 外芯水泥攪拌樁施工

本案例地處江邊灘地，地下土層含水量豐富，含水率達到37%，水泥攪拌樁采用六攪三噴工藝，采用42.5 級普通水泥制成漿液，漿液密度比重控制在1.78。

成樁過程質量控制要點如下。第一，攪拌機預攪下沉時不得采用沖水下沉，為保證樁端的施工質量，當漿液到達出漿口后，應在座底噴漿30 s，使漿液完全到達樁底端。

第二，采用6 次攪拌3 次噴漿，且最后一次提升攪拌宜釆用慢速提升，當第5 次攪拌時不允許出現攪拌頭未達樁頂漿液已拌完的現象，有剩余時可在樁身上部再次攪拌，當噴漿口到達樁頂標高時，應停止提升，攪拌數秒，以保證樁頭均勻密實。

第三，供漿連續，一旦因故停漿，必須立即通知操作臺，防止斷樁和缺漿。宜將攪拌機下沉至停漿點以下500 m，待恢復供漿時再噴漿提升，因故停機若超過3 h，為防止漿液硬結堵管，宜先拆卸輸管路，盡快清洗。第四，成樁施工中必須隨時描查水泥漿液比重，每個工作班不少于4 次，應確保貯漿桶內漿液的均勻性和連續性，噴漿攪拌時不允許出現輸漿管道堵塞或管道爆裂現象。

2.5 微振成型內樁芯商品混凝土二次攪拌過程

2.5.1 商品混凝土二次攪拌目的

施工現場選用常州某水泥制品有限公司生產的商品混凝土，攪拌站距離黃山河地涵項目12 km，應確保運輸車到現場后能順利出料。試驗室設計的最小配合比坍落度為12 ～14 cm，到達現場后，經實測坍落度有兩次10 cm、1 次12 cm、兩次14 cm、1 次16 cm，主要原因是料場的集料含水量受雨天影響。

攪拌站為了保證罐車能夠順利正常卸料，出料時會設置較大的坍落度，雖經過運輸損失但到現場時的坍落度仍偏大，而且混凝土的和易性及擴展度不能滿足勁性復合樁內芯的灌注要求。因此，為提升混凝土的耐久性，在施工時需要把運輸到現場的混凝土倒入二次攪拌集料裝置內進行二次攪拌。

2.5.2 商品混凝土二次攪拌過程控制

在商品混凝土集中攪拌后采用運輸車運至現場，為解決因長距離運輸可能導致的混凝土性能不好問題，利用此集料裝置進行現場二次拌和。商品混凝土運輸至現場后先檢查混凝土的坍落度數值，然后根據數據確認在二次攪拌時是否需要添加外加劑微調坍落度。混凝土進入料斗前先保證料斗濕潤，并開啟攪拌籠，以便混凝土能迅速從斗口進入攪拌籠。混凝土攪拌時要保持120 s 以上，充分攪拌均勻卸入的混凝土料，攪拌完成后鏟車及時出料，隨時跟車檢查攪拌后的坍落度數值是否與設計值相符。

2.6 內芯振動沉管

水泥攪拌樁成樁6 h 內，控制復合樁外芯和樁芯的中心偏差小于10 mm，垂直度偏差小于0.5%。

2.7 樁芯混凝土澆筑

樁芯施工應在攪拌成樁6 h 內進行，施工前必須重新測量放樣并復核樁位。樁芯混凝土強度等級應符合設計要求，且不宜低于C20。本案例采用C30混凝土，樁芯釆用改善后的商品混凝土，灌注管下沉至設計標高后應及時澆灌混凝土。配筋砼坍落度一般為10 ～12 cm，泵送商品混凝土時坍落度相對還要高一些，為15 ～18 cm。樁芯商品混凝土到達現場時，素混凝土的坍落度一般宜控制在8 ～12 cm。

2.8 振動拔管

灌注管內灌滿混凝土后，先振動5 ～10 s，再開始拔管，邊振邊拔，每拔0.5～10 m，停拔振動5～10 s，如此反復，直到全部拔出樁管。灌注管在勁性復合樁外芯樁端下土層內，拔管速度宜控制在1.2 ～1.5 m/min，在外芯樁身中拔管速度宜控制在1.5 ～2.0 m/min。

3 施工工序中的質量檢查

勁性復合樁施工前首先應進行成樁工藝試驗，數量不得少于3 根，試樁檢查不同水泥摻比下的抗壓強度是否滿足設計要求，檢查單樁豎向承載力是否符合設計要求，最終確定施工摻比及施工工藝。其次控制混凝土原材料質量，按照混凝土施工配合比生產混凝土，控制坍落度滿足成樁要求。同時，嚴格控制提管速度，發現地質異常情況后及時進行調整。在地基土軟弱區采用留振、復壓法進行振密壓實，特別要嚴格控制坍落度，并在混凝土二次攪拌機出料口隨機抽樣做試塊，每1 臺班做1 組試塊。試塊要做好養護，并經常檢查樁身混凝土是否滿足樁身混凝土充盈系數大于1的要求。

4 應用工程實例

新孟河延伸拓浚工程穿越新孟河出老孟河與小夾江相接，內河側與新建黃山河相連。

該工程實施后可以加快太湖西北部湖區的水體流動，促進太湖湖體的水流循環，提高流域和區域的防洪排澇能力，同時配合流域內的其他引水工程，滿足枯水年的水資源配置要求。紅聯大溝泵站為該立交地涵項目的附屬工程，屬于新孟河延伸拓浚工程河道及其附屬工程中的一般支河口門建筑物，由進口海漫段、進水池、泵房、閘室、出水涵洞、出水池、護坡及護底等組成。該泵站的基礎結構部分采用勁性復合樁樁基基礎，共計3 656 km。

本工程基槽開挖后，施工單位協同監理一起檢驗樁基礎，檢測樁位、樁數及樁頭強度，未發現漏樁、樁位偏差過大與樁頭強度偏低等質量問題。檢測勁性復合樁在成樁28 d 后進行承載力檢測，結果顯示為翼墻3 處不小于497.6 kPa；泵房、閘室、出水涵洞處大于483.1 kPa；翼墻3 處大于161.1 kPa，閘室、出水洞處大于160.4 kPa。水泥土攪拌樁地基質量與勁性復合樁基質量符合設計要求。

5 結語

結合上述工程案例，通過對勁性復合樁充填內樁芯技術在地基加固工程的應用分析，可以看出整個工序流程需要把控的要點環節較多。

在實踐過程中，必須根據項目的具體情況，對其各個細部進行全面分析，明確勁性復合樁基施工開展的流程和操作要點，繼而全面提升勁性復合樁施工質量，使地基加固的承載力和穩固性能夠達到預期設計效果，保障樁基礎工程的安全。

總體來看，二次機械攪拌集料裝置技術對勁性復合樁類樁基礎工程建設發展具有重要的意義。