聚氨酯替代混凝土封堵預(yù)制管樁樁芯底部研究

吳景釗

（廣州協(xié)安建設(shè)工程有限公司，廣州 510075）

1 前言

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國建筑行業(yè)的規(guī)模也不斷擴(kuò)大。特別是最近幾十年的GDP靠房地產(chǎn)行業(yè)拉動(dòng)，還有新基建工程的建設(shè)，都給建筑業(yè)帶來很多建設(shè)項(xiàng)目。無論是房建項(xiàng)目或者市政工程項(xiàng)目，大多離不開樁基礎(chǔ)工程。目前在工程應(yīng)用中，PHC高強(qiáng)混凝土管樁應(yīng)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(jié)預(yù)制管樁施打時(shí)需要配合樁尖使用，而大多數(shù)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(zhì)量能保證其力學(xué)性能傳遞但對(duì)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(shí)，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(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全。無論采用哪種方式施工，預(yù)制管樁都需要進(jìn)行樁芯底部封堵。怎么快速進(jìn)行樁底的封堵，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)能提升施工效率，是施工工藝不斷創(chuàng)新創(chuàng)造的動(dòng)力。

2 預(yù)制管樁樁芯采用混凝土封底的狀況

現(xiàn)今，設(shè)計(jì)圖紙中對(duì)預(yù)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(jié)樁后，露出地面約1m時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑，之后清理干凈樁頭，焊接第二節(jié)管樁。工廠預(yù)制管樁最短長度7m，澆筑高度大于2m則需要使用導(dǎo)槽，但樁芯內(nèi)徑小，直徑在130mm—340mm，無法使用導(dǎo)槽配合，造成澆筑質(zhì)量不佳?；炷猎谙侣溥^程中，容易產(chǎn)生離析，或者散落粘附在樁芯內(nèi)壁，未能達(dá)到樁芯底部，底部不能形成有效的整體，達(dá)不到止水的質(zhì)量要求。

而且還存在效率不高，不經(jīng)濟(jì)等情況。按照一臺(tái)靜力壓裝機(jī)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(jì)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(tái)混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸極為少量的混凝土，還要卸下來后使用大概8小時(shí)，已經(jīng)超過一般混凝土的初凝時(shí)間，甚至終凝時(shí)間。現(xiàn)場(chǎng)還普遍存在一種做法，現(xiàn)場(chǎng)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(jī)械化程度低，效率低，配比隨意，混凝土拌合質(zhì)量差。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)樁底封底

從目前管樁樁芯混凝土封底施工來看，總結(jié)存在以下問題：

（1）澆筑質(zhì)量不易保證。（2）每次混凝土用量少，運(yùn)費(fèi)大于原材成本。（3）交叉作業(yè)，樁機(jī)的施工效率，不能連續(xù)作業(yè)。（4）人員勞動(dòng)強(qiáng)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(dāng)長時(shí)間的應(yīng)用，在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)其存在的一些不足之處，希望能夠通過創(chuàng)新尋求更好的樁芯封底方式，提高施工的質(zhì)量、施工效率等，對(duì)整個(gè)預(yù)制管樁樁基礎(chǔ)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(diǎn)。通過了解目前現(xiàn)有的工藝技術(shù)和相關(guān)新的技術(shù)，經(jīng)過資料收集與整理，可以融合相關(guān)知識(shí)及技術(shù)，最初構(gòu)想了以防水橡膠圈套在小圓柱混凝土，直接塞到樁芯中，進(jìn)水后橡膠圈膨脹擠壓兩側(cè)混凝土，從而達(dá)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(guī)整的中空?qǐng)A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(jià)格較高，還要另外制作小型圓柱混凝體，工藝都復(fù)雜些，經(jīng)濟(jì)適用性差。后來，經(jīng)過多方參考，聚氨酯材料在日常應(yīng)用中越來越多，用于道路下陷回填，門窗填塞都有應(yīng)用，對(duì)于不規(guī)整形狀也很好適應(yīng)，然后提出聚氨酯發(fā)泡樁芯封底的創(chuàng)新。

4 應(yīng)用的研究方向

對(duì)施工技術(shù)的不斷革新，是建筑業(yè)不斷向前發(fā)展的力量。預(yù)制管樁樁芯混凝土封堵的目的，主要是阻止上層水進(jìn)入樁芯，阻止水下滲至持力層，導(dǎo)致持力層受水浸泡使得樁的承載力變?nèi)?，造成樁的沉降量過大，建筑物內(nèi)部出現(xiàn)沉降拉裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)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(yīng)用。伴隨著科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多新型材料，越來越多地應(yīng)用于建筑工程中，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，聚氨酯材料的性能也越來越強(qiáng)大，應(yīng)用也越來越廣泛。雖然說聚氨酯材料已經(jīng)有一定的應(yīng)用歷史，但其在每一個(gè)新的應(yīng)用場(chǎng)景，都是一次創(chuàng)新。聚氨酯材料其特性，首先屬于綠色環(huán)保的產(chǎn)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(jìn)行預(yù)制管樁樁底，保證功能性。

5 聚氨酯封底施工技術(shù)

5.1 施工準(zhǔn)備工作

對(duì)PU聚氨酯發(fā)泡劑填料的驗(yàn)收。檢查材料是否有出產(chǎn)合格證，使用時(shí)，是否在產(chǎn)品有效期內(nèi)，最好控制在出廠時(shí)間15個(gè)月內(nèi)。準(zhǔn)備好相應(yīng)個(gè)操作工具，工作服等。設(shè)定一個(gè)填充樁孔內(nèi)壁高度，計(jì)算填充的體積，計(jì)算使用聚氨酯材料的用量，準(zhǔn)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(qū)域，填充的聚氨酯發(fā)泡材料發(fā)泡完成后，樁尖板應(yīng)與發(fā)泡材料緊密承托。聚氨酯材料封堵應(yīng)在樁身起吊壓裝入土前完成，樁水平堆放與場(chǎng)地內(nèi)時(shí)進(jìn)行聚氨酯材料的發(fā)泡施工。樁底孔洞填充位置基層處理。對(duì)樁孔洞內(nèi)壁四周進(jìn)行刮底糙處理。

5.2 施工操作流程

測(cè)量→基層清理→填塞硬質(zhì)紙皮→基層濕潤→第一次填充→二次填充→修整→檢查驗(yàn)收。

5.3 施工操作要點(diǎn)

5.3.1 測(cè)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(shí)要有專人負(fù)責(zé)，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(shí)保持清潔。

5.3.3 填塞硬質(zhì)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(fā)泡劑時(shí)，使其更容易填滿樁芯范圍，并且有利于發(fā)泡劑在限制范圍內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡，更好地在限制范圍里發(fā)泡。

5.3.4 基層濕潤

在樁內(nèi)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(jìn)行有效粘結(jié)，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(jìn)行噴射，使用前先對(duì)罐體進(jìn)行上下?lián)u晃均勻，連接槍頭后，按壓開關(guān)進(jìn)行噴射。填縫施槍時(shí)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(gè)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(shí)后，進(jìn)行第二次噴涂填充。噴涂前對(duì)原有已硬化聚氨酯材料及未填充的樁壁進(jìn)行噴水濕潤。然后進(jìn)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(nèi)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(xù)施工，層層相黏。由于聚氨酯噴射后會(huì)膨脹變大，所以第一次噴射填充為原先設(shè)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(shí)后基本固化，待完全固化后進(jìn)行多余邊料切除修平。

5.3.7 檢查驗(yàn)收

檢查填充后的外觀質(zhì)量，樁壁與聚氨酯發(fā)泡材料的緊密性，是否存在空洞，發(fā)泡劑的小孔是否錯(cuò)開不貫通等。如果出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)該切除修整，重新填灌有問題部位。

5.4 施工試驗(yàn)

靜壓預(yù)制管樁施工完成后，需要靜置一段時(shí)間后才能進(jìn)行靜載試驗(yàn)。在這段時(shí)間里，未完成靜載檢驗(yàn)及樁頭插筋封堵，樁頭都處于敞開狀態(tài)。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(yù)制管樁底部，造成管內(nèi)積水。而預(yù)制管樁樁芯封底的目的都是為了阻礙水進(jìn)入樁底，樁芯積水就有可能滲透到樁尖底部的持力層。經(jīng)過靜載試驗(yàn)后，檢測(cè)單位出具報(bào)告，從報(bào)告的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，采用聚氨酯發(fā)泡封底的預(yù)制管樁的沉降量和采用混凝土封底的預(yù)制管樁的承載力都符合設(shè)計(jì)要求，并且他們的沉降量也是符合要求，并且對(duì)比兩種不同的封底方式，其沉降量差別不大。由于不同樁號(hào)所處的位置，地質(zhì)構(gòu)成都有不同，其沉降量有一定的差別，也是符合實(shí)際情況。由數(shù)據(jù)可知，聚氨酯封底均能達(dá)到混凝土封底的效果。

6 混凝土封底與聚氨酯封底的對(duì)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(shù)量過多浪費(fèi)或過少不足問題。聚氨酯封底質(zhì)量清晰可見。采用聚氨酯材料替代混凝土進(jìn)行預(yù)制管樁樁芯封底施工技術(shù)的應(yīng)用具有可操作性，成本更低，對(duì)于連續(xù)壓樁施工較為有利。它完全適用于各種后接式樁尖的預(yù)應(yīng)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(duì)比傳統(tǒng)做法，解決傳統(tǒng)樁芯混凝土封底所占用樁機(jī)壓樁過程的時(shí)間，減少壓樁過程中樁機(jī)待機(jī)時(shí)間，使得壓樁可以連續(xù)進(jìn)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(jìn)行，錯(cuò)開封底與施打的時(shí)間，抽離了封底時(shí)施打的停頓等候時(shí)間。其工藝有操作簡單和施工質(zhì)量可靠、輕量化，綠色環(huán)保，節(jié)約材料及用工成本，優(yōu)化提升樁機(jī)工效等。

7 結(jié)論

這一技術(shù)的探究發(fā)現(xiàn)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(yán)密，紙板傾斜，未起到阻擋聚氨酯發(fā)泡過程中流動(dòng)的作用，未能形成內(nèi)孔密閉，可以進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。而單組分聚氨酯材料雖然操作方便，存儲(chǔ)和使用都更為便捷，但其硬化速度不高，會(huì)影響封堵質(zhì)量。如果優(yōu)化成雙組份聚氨酯結(jié)合力更強(qiáng)，雙組份可以調(diào)節(jié)發(fā)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(cè)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(duì)新工藝的不斷研究與優(yōu)化中，能夠更好地應(yīng)用到工程中，在創(chuàng)新實(shí)踐中創(chuàng)造更多有價(jià)值的方法，服務(wù)于工程建設(shè)。