鋼渣混凝土樁在軟基處理中的應(yīng)用研究

摘要：鋼渣是一種物理力學(xué)性能良好的筑路材料，鋼渣混凝土樁屬于鋼渣末端利用的途徑之一。文章根據(jù)設(shè)計(jì)文件，對(duì)長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土及振動(dòng)沉管灌注成樁兩種施工工藝進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并采用振動(dòng)沉管灌注成樁施工鋼渣混凝土樁。結(jié)果表明，鋼渣吸水率大，坍落度經(jīng)時(shí)損失較大，鋼渣混凝土施工宜采用振動(dòng)沉管灌注成樁，通過對(duì)鋼渣混凝土樁單樁承載力及復(fù)合地基承載力進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果完全滿足要求，具有切實(shí)的可行性。

關(guān)鍵詞：鋼渣混凝土樁;配合比;施工工藝;承載力

0 引言

本文根據(jù)設(shè)計(jì)文件，對(duì)長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土及振動(dòng)沉管灌注成樁兩種施工工藝進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并采用振動(dòng)沉管灌注成樁施工鋼渣混凝土樁。

1 鋼渣混凝土樁概念

鋼渣混凝土樁與水泥粉煤灰碎石樁類似，水泥粉煤灰碎石樁是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，通常是由水泥、粉煤灰、碎石和石屑按照一定的比例，加適量的水拌和形成的一種低強(qiáng)度樁，通過振動(dòng)沉管或長螺旋鉆桿管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁，從而與樁間土、褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基[1]。鋼渣混凝土樁采用鋼渣替代碎石，其施工方法與施工工藝與水泥粉煤灰碎石樁基本相同。

2 鋼渣混凝土樁設(shè)計(jì)要求與施工工藝

2.1 鋼渣混凝土樁設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目部分路段為軟土地基，其地質(zhì)概況為：0～0.3 m為耕植土、淤泥;0.3～4.0 m為灰黃色黏土，軟塑狀;以下為碎石土或泥巖、砂巖等。對(duì)于軟土地基深度>3 m的路段，采用鋼渣混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，樁長由軟土層厚度確定，樁端穿過軟弱土層，并嵌入持力層0.5～1.0 m，持力層宜取穩(wěn)定的堅(jiān)硬土層或風(fēng)化基巖，風(fēng)化基巖取小值，土層取大值。樁徑為500 mm，樁體為鋼渣混凝土，平面布置形式采用等邊三角形，樁間距“d”由場地地質(zhì)條件確定，一般取0.8～1.2 m。采用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土的施工工藝灌注成樁。檢測以單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)為主要手段。復(fù)合地基承載力根據(jù)路基填土高度而定，但要求>150 kPa[2]。

2.2 施工工藝

鋼渣混凝土樁成樁工藝一般分為振動(dòng)沉管灌注成樁與長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁，兩種成樁工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。振動(dòng)沉管灌注樁由于設(shè)備及施工工藝本身問題，容易造成縮徑、斷樁及夾泥等質(zhì)量通病，施工時(shí)采用翻斗車和人工運(yùn)輸，效率相對(duì)較低，且由于振動(dòng)施工，容易對(duì)已打樁帶來不良影響。而由于設(shè)備及施工工藝本身問題，長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁對(duì)混合料的可泵性和施工和易性要求相較于振動(dòng)沉管灌注樁更高，同時(shí)對(duì)配比要求更嚴(yán)格，施工過程中一旦質(zhì)量控制措施不當(dāng)，容易引起竄孔、堵管及斷樁等質(zhì)量通病。

3 配合比試驗(yàn)及施工工藝選擇

3.1 原材料

水泥：采用P.O 42.5的潤豐牌普通水泥，生產(chǎn)廠家為華潤水泥（南寧）有限公司，表觀密度為3.1 g/cm3;水：自來水，表觀密度為1 g/cm3;細(xì)骨料：中砂，細(xì)度模數(shù)為2.9，表觀密度為2.65 g/cm3;粗骨料：鋼渣，粒徑為4.75～20 mm，表觀密度為3.387 g/cm3;粉煤灰：采用欽州生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其表觀密度為2.3 g/cm3;外加劑：采用南寧市雨潤建材化工有限公司生產(chǎn)的高效緩凝型減水劑（WYF-H），建議摻量為1.5%～2%，減水效果為25%～30%。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

一般而言，振動(dòng)沉管灌注成樁坍落度為30～50 mm，長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁坍落度為160～200 mm。在參照以往經(jīng)驗(yàn)和資料的基礎(chǔ)上，按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）中的相關(guān)規(guī)定，基于體積法設(shè)計(jì)鋼渣混凝土配合比。

從組成材料性能與工程造價(jià)考慮，參考CFG樁施工經(jīng)驗(yàn)，考慮沿海地區(qū)混凝土耐久性的影響，將鋼渣混凝土樁強(qiáng)度等級(jí)設(shè)定為C20?；阡撛蚀蟮奶攸c(diǎn)，振動(dòng)沉管灌注用鋼渣混凝土坍落度控制在50～70 mm，要求長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁用鋼渣混凝土出機(jī)坍落度≥200 mm，和易性良好，滿足泵送施工要求[3]?；炷涟韬臀镄阅茉囼?yàn)參照《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080-2016）進(jìn)行，測定混凝土拌和物表觀密度，初始及40 min坍落度，觀察混凝土和易性，并測定7 d、28 d強(qiáng)度。

鋼渣表觀密度為3 500 kg/m3，普通混凝土骨料的密度為2 600 kg/m3左右，根據(jù)現(xiàn)有資料及研究，采用鋼渣等體積替代混凝土骨料進(jìn)行鋼渣混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土容易出現(xiàn)分層、離析等現(xiàn)象，灌注成樁后容易引起質(zhì)量通病。為提高鋼渣混凝土的和易性，本試驗(yàn)提高了膠凝材料用量，膠凝材料用量分別為350 kg/m3、400 kg/m3、450 kg/m3，粉煤灰替代水泥用量為30%。

3.2.1 振動(dòng)沉管灌注樁用鋼渣混凝土配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)振動(dòng)沉管灌注樁用鋼渣混凝土配合比見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1、表2反映了振動(dòng)沉管灌注樁用鋼渣混凝土配合比及對(duì)應(yīng)于各配合比下的坍落度、7 d強(qiáng)度和28 d強(qiáng)度。由表1、表2可以得出如下結(jié)論：鋼渣混凝土和易性、7 d強(qiáng)度、28 d強(qiáng)度滿足施工要求。

3.2.2 長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁鋼渣混凝土配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁鋼渣混凝土配合比見表3，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3、表4反映了長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁鋼渣混凝土配合比及對(duì)應(yīng)于各配合比下的坍落度經(jīng)時(shí)損失、7 d強(qiáng)度和28 d強(qiáng)度變化。由表3、表4可以得出如下結(jié)論：

（1）不同水灰比、砂率、減水劑用量條件下，鋼渣混凝土初始坍落度均能滿足要求，但40 min時(shí)，鋼渣混凝土坍落度損失都很大，不能滿足泵送要求。

（2）隨著膠凝材料用量和砂率的升高，鋼渣混凝土各齡期強(qiáng)度均在不斷提高，鋼渣混凝土強(qiáng)度膠凝材料用量為400 kg/m3，砂率為42%時(shí)，鋼渣混凝土7 d強(qiáng)度、28 d 強(qiáng)度最高。

3.3 施工工藝選擇

鋼渣混凝土樁施工在原材料合格的條件下，按照配合比設(shè)計(jì)及現(xiàn)場條件選用相應(yīng)的施工工藝，做好質(zhì)量控制措施，無論是采用振動(dòng)沉管灌注成樁還是采用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁，都可以保證鋼渣混凝土樁的施工質(zhì)量。

振動(dòng)沉管灌注成樁出現(xiàn)的質(zhì)量通病一般為斷樁和縮徑。斷樁的原因主要有：（1）樁間距過小;（2）拔管速度過快;（3）軟硬土交界處，受到振動(dòng)擊外力影響而產(chǎn)生剪切破壞[4]?？s徑的原因主要是拔管速度過快。因此，在采用振動(dòng)沉管灌注成樁時(shí)，按照設(shè)計(jì)及試樁確定的施工參數(shù)，控制好拔管速度，施工質(zhì)量容易得到保證。

長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁的質(zhì)量通病一般為竄孔、堵管及斷樁。竄孔的原因主要包括：（1）樁位定位不精確;（2）長螺旋管身垂直精度未能校準(zhǔn)。堵管是鋼渣混凝土樁施工時(shí)普遍出現(xiàn)的問題，主要是由于：（1）混合料配合比及和易性不良;（2）泵送與拔管速度不協(xié)調(diào)[5]。斷樁與堵管現(xiàn)象產(chǎn)生的原因基本一致?？梢?，在長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁時(shí)，精確布樁，嚴(yán)格按照配合比設(shè)計(jì)，控制好拔管速度是非常重要的。

綜上，在施工鋼渣混凝土樁時(shí)，采用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注成樁施工工藝，混合料坍落度經(jīng)時(shí)損失過大，40 min時(shí)的坍落度已經(jīng)不能滿足規(guī)范及施工要求。因此，采用振動(dòng)沉管灌注成樁施工鋼渣混凝土樁。

4 鋼渣混凝土樁質(zhì)量檢測

4.1 鋼渣混凝土樁單樁承載力

鋼渣混凝土樁單樁承載力按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）中單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)進(jìn)行。

鋼渣混凝土樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

圖1～2反映了鋼渣混凝土樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

荷載加載到500 kN時(shí)，總沉降量為10.6 mm，沉降量偏小，Q-s曲線緩降，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規(guī)則排列。綜合分析，該樁極限承載力>500 kN，單樁承載力特征值>250 kN，超過了設(shè)計(jì)要求。

4.2 鋼渣混凝土樁復(fù)合地基承載力

鋼渣混凝土樁復(fù)合地基承載力按照《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340-2015）進(jìn)行復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3反映了鋼渣混凝土樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

（1）鋼渣混凝土樁復(fù)合地基壓力-沉降（p-s）曲線是平緩的光滑曲線，總沉降量為32.2 mm，沉降量偏大，綜合分析，鋼渣混凝土樁復(fù)合地基承載力特征值為350 kN。

（2）鋼渣混凝土樁復(fù)合地基承載力特征值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)文件要求的處理后復(fù)合地基承載力特征值>150 kN的要求。說明鋼渣混凝土樁采用振動(dòng)沉管灌注成樁是完全可行的。

5 結(jié)語

（1）鋼渣混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失大，不能滿足長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土的施工要求。

（2）振動(dòng)沉管灌注施工鋼渣混凝土樁，通過對(duì)樁體質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合地基承載力的要求，所以采用振動(dòng)沉管灌注施工鋼渣混凝土樁處理軟基是切實(shí)可行的。

（3）利用鋼渣處理軟基，可以保護(hù)環(huán)境，降低工程造價(jià)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，對(duì)同類工程施工也有一定的借鑒意義。

[1]卞 京.CFG樁—網(wǎng)復(fù)合地基處理濱湖區(qū)公路深厚軟基工作形態(tài)及沉降特征研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

[2]蘭素戀，徐志強(qiáng)，張紅日.鋼渣樁在濱海公路軟基處治中的應(yīng)用研究[J].紅水河，2017，36（3）：76-78，90.

[3]彭 丹.CFG樁在軟弱路基中的處理技術(shù)[J].河南建材，2015（5）：9-10.

[4]朱仲毅.沉管灌注樁常見質(zhì)量通病的分析與控制[J].山西建筑，2004，30（22）：35-36.

[5]王功勛.CFG樁施工常見問題及處理措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（10）：166.

作者簡介：盧忠玉（1989—），助理工程師，碩士研究生，從事道路工程方面的研究工作。