聚氨酯替代混凝土封堵預制管樁樁芯底部研究

吳景釗

（廣州協安建設工程有限公司，廣州 510075）

1 前言

隨著社會、經濟的高速發展，我國建筑行業的規模也不斷擴大。特別是最近幾十年的GDP靠房地產行業拉動，還有新基建工程的建設，都給建筑業帶來很多建設項目。無論是房建項目或者市政工程項目，大多離不開樁基礎工程。目前在工程應用中，PHC高強混凝土管樁應用較為廣泛。

PHC混凝土管樁其施工方式主要采用錘擊施打或者靜力壓樁。首節預制管樁施打時需要配合樁尖使用，而大多數常用的樁尖為十字型鋼制樁尖，樁尖與管樁的連接方式采用焊接一起，管樁與樁尖的焊縫質量能保證其力學性能傳遞但對于完全密封，還可能存在一定空隙。在樁頂未澆筑混凝土封閉前，遇到下雨時，水能流入樁芯底部，慢慢滲入樁端持力層，軟化土體，使支撐面承載力下降，進而影響結構安全。無論采用哪種方式施工，預制管樁都需要進行樁芯底部封堵。怎么快速進行樁底的封堵，在保證施工質量的同時能提升施工效率，是施工工藝不斷創新創造的動力。

2 預制管樁樁芯采用混凝土封底的狀況

現今，設計圖紙中對預制管樁的封底做法，常常采用微膨脹C30混凝土封底，澆筑高度1.5m。即在施打完成第一節樁后，露出地面約1m時進行混凝土澆筑，之后清理干凈樁頭，焊接第二節管樁。工廠預制管樁最短長度7m，澆筑高度大于2m則需要使用導槽，但樁芯內徑小，直徑在130mm—340mm，無法使用導槽配合，造成澆筑質量不佳?；炷猎谙侣溥^程中，容易產生離析，或者散落粘附在樁芯內壁，未能達到樁芯底部，底部不能形成有效的整體，達不到止水的質量要求。

而且還存在效率不高，不經濟等情況。按照一臺靜力壓裝機的功率，一天正常施壓30根管樁，封底高度1.5m，PHC500(AB)125管樁計算，封底需要混凝土量為30×0.075m3（單根用量）=2.25m3（每天）。每天才需要約2.3m3的混凝土用量，采用一臺混凝土攪拌運輸車運輸極為少量的混凝土，還要卸下來后使用大概8小時，已經超過一般混凝土的初凝時間，甚至終凝時間。現場還普遍存在一種做法，現場自拌混凝土，用于樁芯封底。自拌多為人工拌合，用多少拌合多少，機械化程度低，效率低，配比隨意，混凝土拌合質量差。

圖2 現場樁底封底

從目前管樁樁芯混凝土封底施工來看，總結存在以下問題：

（1）澆筑質量不易保證。（2）每次混凝土用量少，運費大于原材成本。（3）交叉作業，樁機的施工效率，不能連續作業。（4）人員勞動強度高，不便捷。

3 尋找新的解決方法的思路

目前樁芯混凝土封底施工也有相當長時間的應用，在應用中也發現其存在的一些不足之處，希望能夠通過創新尋求更好的樁芯封底方式，提高施工的質量、施工效率等，對整個預制管樁樁基礎施工也是有很大的提升。通過弄清楚樁芯封底的目的、施工的順序流程，從中尋找突破點。通過了解目前現有的工藝技術和相關新的技術，經過資料收集與整理，可以融合相關知識及技術，最初構想了以防水橡膠圈套在小圓柱混凝土，直接塞到樁芯中，進水后橡膠圈膨脹擠壓兩側混凝土，從而達到止水效果。但是由于管樁成型都是由離心成型，離心出來的中空樁芯不一定是規整的中空圓柱型，在使用過程中，有一定的局限。還有橡膠止水圈的成本價格較高，還要另外制作小型圓柱混凝體，工藝都復雜些，經濟適用性差。后來，經過多方參考，聚氨酯材料在日常應用中越來越多，用于道路下陷回填，門窗填塞都有應用，對于不規整形狀也很好適應，然后提出聚氨酯發泡樁芯封底的創新。

4 應用的研究方向

對施工技術的不斷革新，是建筑業不斷向前發展的力量。預制管樁樁芯混凝土封堵的目的，主要是阻止上層水進入樁芯，阻止水下滲至持力層，導致持力層受水浸泡使得樁的承載力變弱，造成樁的沉降量過大，建筑物內部出現沉降拉裂現象，嚴重時甚至會導致建筑物倒塌事故。沿著這一方向，能夠找到替代混凝土封堵的新材料，或者材料上的新應用。伴隨著科技的進步，出現了許多新型材料，越來越多地應用于建筑工程中，經過幾十年的發展，聚氨酯材料的性能也越來越強大，應用也越來越廣泛。雖然說聚氨酯材料已經有一定的應用歷史，但其在每一個新的應用場景，都是一次創新。聚氨酯材料其特性，首先屬于綠色環保的產品，高膨脹性，防水隔熱，凝固速度快，使用便捷等。其性能符合用于代替混凝土進行預制管樁樁底，保證功能性。

5 聚氨酯封底施工技術

5.1 施工準備工作

對PU聚氨酯發泡劑填料的驗收。檢查材料是否有出產合格證，使用時，是否在產品有效期內，最好控制在出廠時間15個月內。準備好相應個操作工具，工作服等。設定一個填充樁孔內壁高度，計算填充的體積，計算使用聚氨酯材料的用量，準備足夠的材料。樁孔洞的封堵位置，要選定在作為樁尖焊接頭端部往上500mm位置作為填充區域，填充的聚氨酯發泡材料發泡完成后，樁尖板應與發泡材料緊密承托。聚氨酯材料封堵應在樁身起吊壓裝入土前完成，樁水平堆放與場地內時進行聚氨酯材料的發泡施工。樁底孔洞填充位置基層處理。對樁孔洞內壁四周進行刮底糙處理。

5.2 施工操作流程

測量→基層清理→填塞硬質紙皮→基層濕潤→第一次填充→二次填充→修整→檢查驗收。

5.3 施工操作要點

5.3.1 測量

在樁芯里邊畫出要填充的范圍邊線，用紅色筆頭畫出明顯的范圍。

5.3.2 基層清理

清理基層時要有專人負責，用硬毛刷將基層表面清理干凈。在基層濕潤之前，必須將基層徹底打掃干凈，并隨時保持清潔。

5.3.3 填塞硬質紙皮堵塞定位的最里邊位置

填塞紙皮，有利于噴射聚氨酯發泡劑時，使其更容易填滿樁芯范圍，并且有利于發泡劑在限制范圍內進行發泡，更好地在限制范圍里發泡。

5.3.4 基層濕潤

在樁內壁基層噴灑一層清水，要求噴灑均勻，形成水霧，使噴射出來的聚氨酯材料能夠與管壁進行有效粘結，避免分層。

5.3.5 填縫操作

第一次噴射填充，單組份聚氨酯為小罐體包裝，使用槍式噴頭進行噴射，使用前先對罐體進行上下搖晃均勻，連接槍頭后，按壓開關進行噴射。填縫施槍時按垂直方向自下而上，水平方向由一端向另外一端的順序均勻慢速噴射。首先從最里邊靠著硬紙皮端部，從底部開始噴射，然后一層層噴射疊加，使聚氨酯膨脹材料掛滿整個硬紙皮，形成第一道屏障。噴涂為樁孔填充深度的三分之一為宜。

第二次噴射填充。第一層泡沫劑施打完成后，靜止一小時后，進行第二次噴涂填充。噴涂前對原有已硬化聚氨酯材料及未填充的樁壁進行噴水濕潤。然后進行第二次的噴涂填充。填充與第一次填充一樣，自里邊底部開始噴射，層層堆高，直至里邊噴射填滿頂部，然后逐層沿著管內徑往外填滿至末端。除了二次噴射所留置的施工縫之外，其余每一薄層聚氨酯噴射均為連續施工，層層相黏。由于聚氨酯噴射后會膨脹變大，所以第一次噴射填充為原先設定量滿噴，第二次填充料為剩余樁芯空余體積的2/3的用量，留有膨脹空間。噴射完畢后，馬上在末端噴射水霧，利于膨脹。

5.3.6 切除多余邊料

常溫下，聚氨酯約在十分鐘后表面開始固化，約一小時后基本固化，待完全固化后進行多余邊料切除修平。

5.3.7 檢查驗收

檢查填充后的外觀質量，樁壁與聚氨酯發泡材料的緊密性，是否存在空洞，發泡劑的小孔是否錯開不貫通等。如果出現質量問題，應該切除修整，重新填灌有問題部位。

5.4 施工試驗

靜壓預制管樁施工完成后，需要靜置一段時間后才能進行靜載試驗。在這段時間里，未完成靜載檢驗及樁頭插筋封堵，樁頭都處于敞開狀態。如果是下雨天氣，或者地表水比較豐富，水都有可能從樁頂孔洞流入預制管樁底部，造成管內積水。而預制管樁樁芯封底的目的都是為了阻礙水進入樁底，樁芯積水就有可能滲透到樁尖底部的持力層。經過靜載試驗后，檢測單位出具報告，從報告的數據對比分析可知，采用聚氨酯發泡封底的預制管樁的沉降量和采用混凝土封底的預制管樁的承載力都符合設計要求，并且他們的沉降量也是符合要求，并且對比兩種不同的封底方式，其沉降量差別不大。由于不同樁號所處的位置，地質構成都有不同，其沉降量有一定的差別，也是符合實際情況。由數據可知，聚氨酯封底均能達到混凝土封底的效果。

6 混凝土封底與聚氨酯封底的對比

聚氨酯材料輕量化，需要多少使用多少，解決了商品混凝土約料數量過多浪費或過少不足問題。聚氨酯封底質量清晰可見。采用聚氨酯材料替代混凝土進行預制管樁樁芯封底施工技術的應用具有可操作性，成本更低，對于連續壓樁施工較為有利。它完全適用于各種后接式樁尖的預應力管樁的樁芯封底工作，無論采用靜壓還是錘擊施工等方式均適用。對比傳統做法，解決傳統樁芯混凝土封底所占用樁機壓樁過程的時間，減少壓樁過程中樁機待機時間，使得壓樁可以連續進行。聚氨酯封底其施工間隙是在管樁施打前，而混凝土封底是在施打過程中進行，錯開封底與施打的時間，抽離了封底時施打的停頓等候時間。其工藝有操作簡單和施工質量可靠、輕量化，綠色環保，節約材料及用工成本，優化提升樁機工效等。

7 結論

這一技術的探究發現也是存在一定的不足，紙板封閉樁芯一端，作為堵板，操作起來雖然容易，但是也存在封堵不嚴密，紙板傾斜，未起到阻擋聚氨酯發泡過程中流動的作用，未能形成內孔密閉，可以進行升級優化。而單組分聚氨酯材料雖然操作方便，存儲和使用都更為便捷，但其硬化速度不高，會影響封堵質量。如果優化成雙組份聚氨酯結合力更強，雙組份可以調節發泡凝固速度，可以更為有效地在三面封閉的空間圓筒空間中，側向噴射而凝固。雖然，該工藝在操作或使用中還存在一定的不足，但相信在對新工藝的不斷研究與優化中，能夠更好地應用到工程中，在創新實踐中創造更多有價值的方法，服務于工程建設。