海工桩基配合比性能及使用试验研究

王锐军

（中交路桥华东工程有限公司，上海200000）

1 工程概述

甬台温高速公路复线温州灵昆—阁巷段起于温州市龙湾区，接甬台温高速公路复线温州黄华至灵昆段线位终点，从龙湾区灵昆，经温州机场东侧，穿过温州空港新区和温州经济技术开发区，经瑞安跨越飞云江，终点位于阁巷东，顺接甬台温高速公路复线温州瑞安至苍南（浙闽界）段工程起点。本项目属于第9 标段，全长4.816km。项目主要工程内容为：路基、飞云江跨海特大桥、阁巷枢纽等工程的施工及缺陷责任期缺陷修复。

飞云江跨海特大桥为双塔双索面叠合梁斜拉桥，主桥跨径为：50m+110m+380m+110m+50m，塔高140m，采用五跨连续半漂浮体系，空间密索型布置。主墩基础采用49 根变截面钻孔灌注桩，按梅花形布置，桩上段直径为2.8m、长38m；下段直径为2.5m、长92m，总长130m，采用气举反循环工艺施工；承台为整体式哑铃形承台，规格为84.23m×27.7m×6m，采用防撞套箱法施工；索塔为A 型塔身，塔高140m，采用无拉杆液压爬模体施工工艺，主梁为叠合梁，采用专用桥面吊装机吊装。

2 使用原材料情况说明

海工混凝土配合比设计时，应根据混凝土的用途，综合其分析强度、工作性、耐久性和经济性等综合指标，同时充分考虑施工不利因素加以修正[1]。但不同海域由于盐度、水流速及其他水文条件存在差异，由此配制要求也有所不同。以浙江温州飞云江大桥C35 混凝土进行对比分析，海工高性能混凝土中掺粉煤灰和矿渣粉以提高耐久性，C35 海工桩基使用原材料为：（1）水泥：铜陵海螺水泥有限公司生产的硅酸盐P·Ⅱ52.5 水泥。（2）矿渣粉：台州市钧宇新型建材有限公司生产的S95 矿渣粉。（3）粉煤灰：台州市天达环保建材有限公司生产的F 类II 级粉煤灰。（4）河砂：湖南洞庭湖开采的河砂，细度模数为2.6～2.9。（5）碎石：瑞安市广汇碎石场生产的碎石，最大公称粒径25mm，由5～26mm 和16～25mm 的碎石以3∶7 比例混合而成。（6）外加剂：江苏苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸高效减水剂。（7）水：自来水。

3 C35 海工桩基配合比遵循的几点原则

C35 海工桩基配合比应遵循以下5 个原则：（1）砂率的选择要合适，一般宜在44%～47%，机制砂可以适当提高；（2）减水剂厂家的选择很关键，尤其对于不同材料的适应性，一定要考虑初凝时间因素；（3）碎石的质量，尤其是级配、含泥量和针片状含量的多少要重点关注；（4）河砂的含泥量应≤2%，尤其在机制砂的使用过程中应保证石粉含量和级配的均匀性；（5）混凝土拌和后重点关注：流动性、有无泌水、保水性、黏聚性、坍落度损失、凝结时间、容重等。

4 C35 海工桩基配合比试验

1）C35 海工桩基配合比设计要求：配制强度为43.225MPa；设计坍落度为180～220mm；设计扩展度为500～600mm；1h 坍落度损失＜10%，含气量为3%～6%；84d 氯离子扩散系数为≤2.5×10-12m2/s。

2）C35 海工桩基配合比设计基准，具体如表1 所示。

3）C35 海工桩基配合比试配情况说明：本项目采用2 套HZS-150 型拌和设备，每盘料拌和时间根据规范要求≥150s，每盘料拌和1.6m3。根据此条件，浇筑700m3混凝土需要至少10h，为了确保桩基顺利施工，在减水剂的选择上至少需保证混凝土初凝时间在18h 以上。

表1 C35 海工混凝土基准配合比设计（质量法）

混凝土使用以下3 种不同的水泥掺量进行试验：①粉煤灰掺17%，矿粉掺33%；②粉煤灰掺23%，矿粉掺36%；③粉煤灰掺30%，矿粉掺30%（见表2）。

表2 试拌各配合比材料用量

通过3 种不同的水泥掺料配合比试配后，编号①试验室结果如下：表观密度为2 400kg/m3，实测坍落度200mm，实测扩展度560mm，含气量4.1%，凝结时间为20h，7d 抗压强度为45.3MPa，28d 抗压强度为63.2MPa，84d 氯离子扩散系数为2.02×10-12m2/s；编号②试验室结果如下：表观密度为2 400kg/m3，实测坍落度220mm，实测扩展度580mm，含气量4.0%，凝结时间为22h，7d 抗压强度为37.9MPa，28d 抗压强度为56.9MPa，84d 氯离子扩散系数为1.54×10-12m2/s；编号③试验室结果如下：表观密度为2 400kg/m3，实测坍落度210mm，实测扩展度590mm，含气量4.0%，凝结时间为22h，7d 抗压强度为30.5MPa，28d 抗压强度为46.4MPa，84d 氯离子扩散系数为2.36×10-12m2/s。

4）配合比配置注意要点：既要保证强度又要保证工作性、抗裂性、耐久性、经济性和工期的要求，配制桩基混凝土时，粉煤灰、矿渣粉掺量较大，最终混凝土的强度84d 氯离子扩散系数满足规范要求。强度方面由于掺合料掺量基本达到上限，由此对于混凝土材料中其他材料如碎石、砂的质量控制要求严格，必须满足规范要求。

5 结果分析

根据上述3 个不同的粉煤灰及矿粉掺量，按照强度及氯离子扩散系数为重要检测指标，分析结果如下：（1）随着粉煤灰掺量的不断加大，混凝土后期强度增长明显；（2）随着粉煤灰掺量的不断增加，氯离子扩散系数指标出现了先减少后增加的现象，这就要求工程人员选择最优的外掺料掺和比例，使混凝土具有更好的耐久性。

施工注意事项：（1）桩基施工对混凝土的工作性能要求极高，在施工准备充分的情况下，桩基施工是否顺利取决于混凝土的质量，主要包括混凝土的包裹性、流动性、保水性和稳定性。包裹性主要在于浆集比是否合理，骨料一定时，砂率和胶凝材料相对有所富余，则包裹性较好；流动性与碎石级配和浆集比是否合理有关，级配好、浆集比合适，则混凝土的流动性会比较好；通过试验室的试配效果分析，增加粉煤灰及矿粉的掺量可以提高混凝土的流动性，在实际的灌孔过程中得到了很好的效果。（2）进行配合比设计时，要充分考虑混凝土的凝结时间，避免出现初凝时间短而影响现场施工。保水性主要与减水剂与胶凝材料的适应性、河砂粗细程度、水的计量误差有关，减水剂与水泥适应性好、河砂粗细程度相对稳定、水计量误差小，保水性相对较好，不至于出现泌水严重现象。混凝土的稳定性在于减水剂与胶凝材料适应性和拌和时间是否满足要求，减水剂与胶凝材料适应性好，则混凝土的稳定性好，可以保持均匀的堆聚结构；搅拌时间满足要求可使减水剂与胶凝材料等充分拌和均匀，不出现出机与入模混凝土性能差别较大。

6 桩基施工过程混凝土注意事项及原因分析

6.1 混凝土坍落度损失不合格

坍落度损失，即混凝土配制好后与1h 后的坍落度的变化，或者混凝土静止一会儿后，坍落度变化很快，达到2cm 以上时会对施工不利。

原因分析：（1）减水剂厂家在调整过程中是否充分加入调整坍落度损失的组分，如糖类；（2）粗集料、细集料含泥量过大，尤其是机制砂石粉含量达到20%以上会出现早凝的现象；（3）进场过程中，水泥温度过高也会导致坍落度损失严重，甚至出现早凝；（4）碎石河砂的吸水率是否偏大；粉煤灰质量不稳定，矿物成分较多不稳定也会导致坍落度损失严重。

6.2 混凝土泌水

混凝土在运输、振捣、泵送的过程中出现粗骨料下沉、水分上浮的现象称为混凝土泌水。

原因分析：（1）减水剂掺量是否合适、是否超掺；减水剂是否与水泥相适应；（2）所用的细集料级配是否合理、细度是否偏大，如调整砂率是否能解决问题，粗集料级配是否合理、是否断档；针片状含量多也会存在泌水现象；（3）在使用过程中，尤其新进场的河砂含水率偏高，如果试验室人员和搅拌站拌和人员没有注意这个问题，搅拌过程中未及时调整含水率也会引起泌水；（4）进场时要对减水剂进行试拌，保证减水剂的稳定性。

6.3 混凝土流动性差

混凝土流动性差，是指坍落度达到要求，但扩展度达不到要求，一般桩基扩展度要求为500～600mm。

原因分析：（1）流动性与碎石级配和浆集比有关，级配好、浆集比合适，混凝土流动性较好；（2）选用的减水剂是否满足要求；（3）碎石、河砂含泥量是否过大，减水剂掺量是否根据现场的材料进行调整；（4）碎石的针片状颗粒是否超标严重。

7 结语

总体来说，原材料质量水平的波动对混凝土工作性能的影响很大。原材料稳定，按照施工配合比施工，混凝土基本上与室内设计较为一致。但材料质量波动且不易肉眼察觉，往往现场出现异常情况后才会有所警觉。因此，比较敏感的材料（如减水剂等）进场后应严格进行室内试拌，确保减水剂质量与胶凝材料、河砂相适应，从而确保混凝土工作性能相对稳定，特别是对于孔深、孔径均较大的海域桩基施工尤为重要。