深层软基处理CFG桩混合料性能试验研究-期刊论文网__墨水学术,论

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:172

副标题#e#深层软基处理CFG桩混合料性能试验研究
　　与施工过程控制
　　韩永胜
　　中交一航局三公司116011
　　【内容摘要】本文根据哈大客运专线扶余车站深层软土地基地质情况，综合利用地方资源和新材料进行科学试验和论证，讲述了经济、合理的深层软土地基处理CFG桩混合料性能试验成果，并介绍了施工过程控制措施，为指导施工提供可靠的试验参数。
　　【关键词】深层软基处理混合料性能试验、施工控制
　　1前言
　　试验研究的CFG桩混合料工程数量约17万m3。工程地质中存在不同厚度的流塑、软塑、硬塑地层，且地下水具有硫酸盐侵蚀性。施工中或施工完毕的CFG桩由于桩体混合料的流动性、自身重量作用，处于流塑层的CFG桩容易发生扩径，而在软塑、硬塑地层中又发生缩径或断桩现象、或施工完毕后的桩体混合料下沉导致桩顶下降而发生短桩现象。为了防止和减少此类质量事故的发生，CFG桩混合料的质量性能和合理经济性研究以及施工过程控制是确保施工质量、施工进度、提高经济效益的首要任务。
　　1．1软土地基工程水文地质概况
　　工程项目属于填方路堤，地层分布情况：粉质黏土，0~0.4m灰黑色，0.4~2.1m灰褐色呈软塑状态，上部0.4m为种植土，含植物根茎厚约3.5m；淤泥质粉质黏土：灰色呈流塑状态，夹粉土互层厚约2.5m；粉质黏土：6~6.3m呈灰绿色，流塑状态，夹粉土互层厚约4.0m；软塑与硬塑褐色黏土互层：10~11.4m呈硬塑状态，8.7m呈软塑状态；灰黄色粉土层1.1m，密实，潮湿；灰黄色粉质黏土24.2~30.2m呈软塑状态，硬塑层约6.1m；粉土29.8~30.2m，灰绿色，密实，潮湿，夹灰色粉砂及黏性土4.3m；灰褐色黏土厚1.8m呈硬塑状态。
　　1．2软土地基处理措施
　　⑴设计为桩板结构整体持力层对软土地基进行加固和硬化处理。桩为CFG桩呈梅花形布置，桩间距为1.5m，桩径为50cm,桩长根据软土地基地质情况和地基承受荷载要求分别设置20m、26m、30m，桩体采用普通素混凝土混合料，其强度等级为C20。
　　⑵CFG桩混合料灌注工艺：长螺旋钻孔泵压法
　　1．3CFG桩质量标准
　　CFG桩单桩承载力≥800KN，桩身完整性（低应变）：合格
　　2CFG桩混合料配合比设计原则
　　⑴选择优质的原材料；
　　⑵满足工作性条件下，采用低水胶比及最优的砂率；
　　⑶满足强度条件下使胶凝材料用量尽量小，通常胶凝材料的浆体体积（全部胶凝材料与水的体积）占混合料体积的百分比不超过35%；
　　⑷选择合理的组成材料及单位用量，以满足混合料的性能要求；
　　⑸参用效果好、流动性保持能力强的多功能复合型外加剂，以改善和提高混合料的综合性能；
　　⑹选用适当的掺合料，以改善混合料的技术性能、节约水泥、降低成本；
　　3原材料选择和性能试验
　　按照就地取材、降低成本、同时满足施工要求的原则，合理选择各种原材料。通过科学试验和验证，CFG桩混合料的原材料质量均满足《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160）要求。
　　4CFG桩混合料配合比优化设计
　　CFG桩发生扩颈、缩颈、断桩、短桩的控制措施，除了加强施工工艺控制外，CFG桩混合料配合比优化设计、性能及其适应性研究是至关重要环节。
　　4．1CFG桩混合料试验要素
　　CFG桩混合料主要试验要素：水胶比（W/C）、水泥用量、粉煤灰掺量、外加剂掺量、浆集料比、砂率、坍落度、扩展度、粘聚性、凝结时间、强度。
　　4．2正交配合比设计
　　利用粉煤灰的经济性、可降低混合料单位用水量、改善混合料的工作性、激发水泥二次水化反应、节约水泥、降低成本等性能；采用石屑（机制砂）作为混合料的细集料以降低成本；采用具有多功能复合型的聚羧酸高性能减水剂，结合工程实际情况，按照表1的正交试验设计方案，分别进行9种组合的材料单位用量计算和试配，测定各种配合比的坍落度和标准龄期（3d、7d、28#p#副标题#e#d）抗压强度试验，分析确定最优配合比参数。
　　表1正交试验设计方案
　　试验编号 水胶比 水泥用量（kg） 外加剂（kg） 粉煤灰（kg）
　　P1 0.55 216 2.88 144
　　P2 0.55 222 2.96 148
　　P3 0.55 231 3.08 154
　　P4 0.59 216 2.88 148
　　P5 0.59 222 2.96 154
　　P6 0.59 231 3.08 144
　　P7 0.63 216 2.88 154
　　P8 0.63 222 2.96 144
　　P9 0.63 231 3.08 148
　　
　　4．3最优配合比设计
　　根据配合比的主要评定指标（坍落度、抗压强度）和拌合物的工作性能，通过技术经济比较确定选用试验编号为P5对应的配合比作为推荐配合比，并加以验证。验证试验成果见表2
　　表2CFG桩混合料配合比试验成果
　　原材料 规格及说明 用量（kg/m3） 配合比
　　水泥 吉林亚泰P.O42.5 222 1
　　细集料 中砂 704 3．18
　　粗集料 碎石5~25mm 1104 4．97
　　水 拌合站井水 220 0．99
　　掺合料 粉煤灰II级 148 0．667
　　外加剂 聚羧酸高性能减水剂 2．96 0．0133
　　混合料性能试验成果
　　坍落度（mm） 初始 180
　　 30min 170
　　 60min 155
　　扩展度（mm） 450
　　凝结时间（min） 初凝 556
　　 终凝 645
　　拌合物相关工作性能 棍度 上（易插导）
　　 粘聚性 良好（逐渐下沉）
　　 保水性 无（无水析出）
　　抗压强度（MPa） 3d 10.4
　　 7d 20.8
　　 28d 30.6
　　5CFG桩混合料施工过程控制措施
　　为了确保CFG桩的施工质量，拌合站应制定相应的原材料质量控制制度、混合料拌制质量和运输保证措施，施工现场应制定混合料灌注工艺控制措施。
　　5．1原材料质量控制
　　按照规范、试验规程要求对进场的CFG桩混合料各种原材料进行质量检测和监控、标识，采取可靠措施对原材料进行保管、储存，确保原材料质量稳定可靠。不合格材料严禁进场和使用。
　　5．2施工配合比的签发
　　严格施工配合比签发制度。施工配合比的签发应由试验人员按照拌合时粗、细集料的含水量将理论配合比换算成施工配合比，交技术主管复核和监理工程师确认、签字后交拌合楼操作手执行。
　　5．3CFG桩混合料拌制
　　⑴经过综合分析和比较，若施工生产所用原材料的各项性能指标与配合比试验时所用的原材料性能指标相差很大，试验室应提前、及时进行配合比验证和调整工作。
　　⑵拌制前要认真检查各计量器具，并进行校验，确保计量器具对各种原材料计量偏差值在允许偏差范内。
　　⑶集中拌合，统一供应。拌制前应根据施工班组提供的工程数量，准备各种原材料并对所需要的粗、细集料进行场地拌合均匀，确保含水量均衡一致，并严格按照签发的施工配合比进行拌制。
　　⑷搅拌时间：每盘混合料应控制在2.5～3min之间（不含材料上料时间）。
　　⑸试验室应对首盘混合料的工作性能进行检测：坍落度180+20mm、泌水率为0%；30min坍落度≥160mm，满足要求后才能进行批量拌制。
　　⑹混合料温度控制：入模温度控制在5~300C。拌制前试验人员应根据原材料的实际温度和比热进行混合料温度计算，确保出机温度和入模温度满足规范要求。若不满足要求，应对粗、细集料和水进行加温或降温处理，确保混合料出机温度满足规范要求。
　　5．4CFG桩混合料运输
　　⑴采用罐车水平运输，罐车应采取包裹、遮阳等保温或降温措施，在运输过程中（含#p#副标题#e#入模前）以中速行驶，使罐体以2～4r/min的转速转动，防止水分散失、热量散失或增加和混合料发生离析，卸料前再以常速搅拌20～30S，然后中速旋转卸料。
　　⑵运输时间：水平运输时间应控制在1.5h内
　　5．5CFG桩混合料灌注
　　⑴灌注工艺：长螺旋钻孔泵压法。灌注作业要连续，按照总结的施工工艺进行，严格控制混合料泵压时间、速度和长螺旋钻提升时间、速度。进入流塑层、软塑层应严格将长螺旋钻提升速度控制在2~2.5m/min内，速度过慢易扩径、速度过快易缩径。
　　⑵灌注时应测定入模坍落度、温度，满足要求才允许进行灌注施工。坍落度过大、过小，可泵性能都较差，将影响施工进度和施工质量。
　　⑶泵压输送管道弯曲率半径要合理，弯头与钻杆应垂直连接，输送管道要清洗干净；钻杆芯管及输送管道充满混合料，应及时提钻。
　　⑷施工时要备足混合料，随钻随灌注，防止停工待料，造成断桩、缩径。
　　⑸灌注时应防止其他机械设备进入灌注施工现场，对施工范围的软土地基产生附加荷载，影响CFG桩桩身质量。
　　⑹在施工或转移设备时，应在长螺旋钻支腿出加设枕木，减少地基接触应力，防止CFG桩断桩和侧向变形。
　　⑺施工时应采取隔桩、隔排跳打法，以减少对已打桩扰动能量的积累，影响桩身完整性。
　　⑻灌注时间：包含混合料入模前的运输时间应控制在3h内灌注完毕。
　　6质量检测
　　通过对CFG桩42415根（共计117万米）的施工质量控制、实体质量抽查检测和综合评定，CFG桩的工程质量均满足规范和设计要求。试验成果见表5
　　表5施工质量控制、实体质量检测试验成果
　　项目 数量 检测值（MPa） 平均值（MPa） 标准差 设计等级
　　抗压强度 标准养护 1280组 23．1~27.3 25．8 0．6 C20
　　 实体钻芯 100组 21．8~25.7 23．9 0．7 
　　桩身完整性（低应变） 5581根 I类桩5205根 II类桩376根
　　单桩承载力（KN） 95根 ＞800KN ≥800KN
　　7结论
　　通过对本项目CFG桩混合料性能试验研究、施工控制与质量检测成果，得出以下结论：
　　⑴以正交试验优化设计的CFG桩混合料具有良好的工作性、工艺性（可泵性）、力学性、体积稳定性。
　　⑵研究表明，在一定条件下，掺入适量的粉煤灰，应用新型材料（多功能复合型的聚羧酸高性能减水剂），大大降低了成本，体现了配合比优化试验和验证的经济价值。
　　⑶混合料的施工质量，应从原材料的选择、质量控制、保管、储存、配合比优化设计、混合料的拌制和运输以及灌注等过程制定保障措施进行严格控制和管理。
　　参考文献
　　[1]GB175-2007，《通用硅酸盐水泥》
　　[2]JGJ63-2006，《混凝土拌和用水标准》
　　[3]GB/T1596-2005，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》
　　[4]JG/T223-2007，《聚羧酸高性能减水剂》
　　[5]JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》
　　[6]TB10424-2003，《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》
　　[7]铁建设[2005]160《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》