探析水工建筑物PHC管桩复合地基的塑性混凝土褥垫层施工方法

储召春

（安徽水利开发有限公司 安徽蚌埠 233000）

0 前言

目前我国各地区的水利工程项目蓬勃开展，水工建筑物的施工质量已经成为相关人员重点关注的问题。根据现有经验发现，PHC管桩复合地基模式具有抗渗作用强的优势，弹性模量理想，能满足多种工况的施工要求，具有先进性。目前塑性混凝土技术在地下防渗墙工程中广泛使用，实现该技术与PHC管桩复合技术的结合已经成为水工建筑物未来发展的主要方向。

1 工程案例简介

本工程水工建筑物地涵上洞首位于G105国道南侧，与倒虹吸进口控制段连接，下洞首位于G105国道北侧，与淠河总干渠底部箱涵连接。上下洞首之间采用顶管方案，主涵管采用2根内径φ3.2m钢筋混凝土预制顶管，顶管工作井和接收井均为钢筋混凝土沉井，两者净距90m。本次工程项目中的施工难度较大，相关设计单位在经过实地考察之后，决定采用PHC管桩复合地基的塑性混凝土褥垫层施工方案。

2 PHC管桩复合地基的塑性混凝土褥垫层施工的基本要求

在本次项目中，为能够进一步提高PHC管桩复合地基的塑性混凝土褥垫层施工质量，相关方细化了施工中的相关要求，关键内容包括：

（1）在施工之前，需要认真复核现场的施工环境，对地基加固桩做可靠性定位，任何非施工区域留有备查基桩。

（2）塑性混凝土垫层浆液配合比需要严格按照实验室分析结果确定，本次项目中的浆液配合比详细资料如表1所示。

表1 浆液配合比数据

（3）塑性混凝土物理力学指标如表2所示。

表2 塑性混凝土的物理指标

（4）塑性混凝土垫层具有明确的材料要求，主要集中为：①混凝土的强度等级影响施工质量，因此本次项目中混凝土强度大于等于P.O.42.5，且安定性、凝结性以及细度等指标均应该满足塑性混凝土的相关性能要求。②严格控制混凝土粗骨料的指标，一般粗骨料的最大粒径应大等于25mm，含泥量大于等于1%，饱和面干吸水率小于等于1.5%。③细骨料中砂子的细度模数为2.5～3.0，饱和面干的吸水率小于等于1.6%。④膨润土的黏粒含量大于等于55%，且塑性指数小于等于60。⑤所有外加剂的性能应该满足DL/T 5100—2014的相关技术指标。

（5）在预应力混凝土管桩施工阶段，管桩为PHC400A型材料，并且施工中严格按照施工方案施工，管桩的平均间距为1.5m，对于基建面下存在软弱土层并且复合地基的承载力不理想的情况下，需进一步增加桩长度。

（6）在C80预应力混凝土施工阶段，管桩塑性混凝土褥垫层的高程就是基建面高层，本次项目中混凝土褥垫层大于等于0.6m。

3 塑性混凝土褥垫层施工方法研究

3.1 配置塑性混凝土

为确保施工质量，本次项目中遵照DL/T 5100—2014的《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》中对塑性混凝土强度的相关规范配置混凝土，塑性混凝土的强度的保证取率为80%，概率系数t为0.84。在配置塑性混凝土期间需要注意的是，塑性混凝土的配件和比与传统的混凝土设计方案存在明显差异，例如塑性混凝土的用水量交到，并且在掺入粘土或者膨润土之后，因为吸水率较高、分散性差，会造成配置混凝土的用水量快速增加，同时结合前文的研究结果可知，塑性混凝土的砂率较高，并且为了能够维持该标准需要增加用水量；相比之下胶材的用量减少，本次项目中发现胶材的用量受膨润土掺入量以及砂率等因素影响。有学者研究认为，胶材的用量与塑性混凝土模量之间存在相关性，当胶材的用量从460kg/m3上升至715kg/m3后，则塑性混凝土的弹性模量会从2100MPa下降至1050～1100MPa左右，但是这种方法对于降低工程项目总成本是不利的[1]。

在施工期间，常规混凝土配比的设计一般是基于假定体积法等实现的，但是相比之下，塑性混凝土的设计有更严格的要求，不仅要考虑现有的设计指标以及设计工艺要求，还需要尽量降低成本，寻找经济的原材料配合方案。研究认为，绝对塑性混凝土性能的关键指标包括水胶比、骨料、膨润土用量等，并且与常规混凝土相比，塑性混凝土的组成配比不仅有混凝土、减水剂等材料，还包括膨胀土、粘土等（具体资料如表1）。其中膨润土的主要原材料为蒙脱石，该物质的含量一般大于等于80%。为满足塑性混凝土褥垫层施工要求，抗压强度试验可按照《水工塑性混凝土试验规程》等规定进行，本次项目塑性混凝土的具体性能指标如表2所示，为确保施工质量，在配置塑性混凝土期间可选择二级以上的膨润土，适当减少粘土的使用，这是因为粘土的分散性能不理想，例如常见的块状以及粉状粘土在投入搅拌机内之后搅拌难度较大，相关人员难以掌握水胶比以及粘土用量。膨润土的用量决定了塑性混凝土的弹性模量以及混凝土强度等，两者之间呈负相关关系；塑性混凝土选用32.5MPa普通硅酸盐混凝土，水泥的用量越高，则所获得的塑性混凝土弹性模量越好[2]。

最后在施工过程中，为确保膨润土能够在塑性混凝土中得到充分搅拌，要警惕膨润土与水泥之间生成絮凝团，在配置混凝土是可采用延迟加水法，如先将膨润土、水泥等放在搅拌机中干拌90s左右后，此时搅拌机中原材料能够基本搅拌均匀，此时可以再添加外加剂与水，所配置出来的塑性混凝土可以满足工程项目施工要求。

3.2 塑性混凝土的施工

在塑性混凝土施工之前，需先对地基进行处理，包括压实、整平等，做好隐蔽工程的验收，在经过验收合格后才能施工。在浇筑塑性混凝图时，需在垫层周边设置模板，确定标高控制线。

本次项目中的塑性混凝土垫层位置与建筑物基础与桩间土之间，此时需确保混凝土具有理想的流动性，本次项目中有明确要求，混凝土的坍落度要求在200～220mm，初凝时间大于6消失后，终凝时间不应超过24h。在配置塑性混凝土前，应按照配合严格检查各项计量的精准性，做好前期准备工作；保证用水量，确保搅拌均匀，搅拌时间应该超过90s。

塑性混凝土的任意流淌可能会影响混凝土均匀性，所以为了避免这种问题，可采用混凝土汽车泵送技术，仓面人确定了塑性混凝土的输料量以及布料点后，司泵人员控制输送过程，并由仓面人员负责振捣、平仓等操作。施工期间使用插入式振捣器，其移动距离应小于等于半径的1.5倍，这样才能保证混凝土密实度，提高质量。

在塑性混凝土施工阶段普遍采用分层浇筑技术，每次浇筑的厚度应该小于等于50cm，所以振捣棒插入混凝土50～100mm左右，这样可以消除分层浇筑中的间隙；在上层混凝土浇筑中，需要在下层混凝土初凝前完成。每次振捣的时间约为30s左右，能够避免混凝土表面显著下沉，不会出现气泡等现象。施工期间在每个流水段都应该设置专门指导施工，这样才能有效避免质量问题发生，包括过振离析、混凝土不密实等[3]。而考虑到塑性混凝土自身的坍落度大，并且表面的水泥浆层较厚，所以在施工中可先用铝合金刮尺按照标高刮平；若在施工期间发现水泥浆过多，可以适当先刮走一部分。

3.3 混凝土养护

在塑性混凝土施工结束后可进行养护施工，其中不同养护施工技术对其弹性模量以及混凝土强度等产生直接影响，尤其是的湿度以及温度变化。有研究发现，当养护温度较高的情况下，塑性混凝土的强度以及弹性模量等会发生变化。所以在塑性混凝土收完光后，可先洒一层水，再用塑料薄膜（或者用土工织布）覆盖，确保混凝土湿润度。一般塑性混凝土养护时间大于等于28d。

3.4 质量控制手段

为确保塑性混凝土垫层施工质量能够达到预期，在质量控制阶段相关人员还需要重点关注以下问题：①在塑性混凝土施工前，相关人员应做好结束较低工作，详细阐述塑性混凝土施工的基本要求，深化技术人员人事。②认真遵照实验室设计内容控制混凝土的配合比，并做好称重来避免数据偏差。③应该按照施工技术规范来抽检塑性混凝土，根据抽检结果检查是否存在质量问题。④塑性混凝土的浇筑应该尽量保证连续施工，这样能够降低质量问题发生。

4 结束语

在水工建筑物PHC管桩复合地基的塑性混凝土褥垫层施工期间，施工人员严格遵照工程项目的施工研究，做好塑性混凝土的配合比设计，在确定塑性混凝土的相关技术标准之后，采用连续施工模式，这样才能进一步提高工程项目施工质量，增强褥垫层的抗渗性能，以适应未来水利工程项目的施工要求。