港工结构

港工结构（通用3篇）

港工结构 篇1

1 港工结构钢筋腐蚀现状

在美国, 港工结构最普遍的耐久性破坏形式是混凝土中的钢筋腐蚀, 每年总损失高达60亿美元。在英国, 根据运输部门1989年的报告:为解决海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀与防护问题, 每年花费近20亿英镑。阿拉伯海湾地区由于高温 (20℃~50℃) 高湿 (60%~100%) , 大气中混凝土拌合物骨料和水中氯化物含量高, 使得混凝土中钢筋腐蚀特别严重, 混凝土结构的平均使用寿命仅约10年~15年。调查表明:钢筋腐蚀是科威特及其他海湾国家混凝土结构破坏的主要原因。我国交通部等有关单位分别于1963年, 1965年, 1980年, 1996年, 针对沿海港口工程混凝土结构破坏状况组织过四次调查, 调查结果指出:80%以上都发生了严重或较严重的钢筋腐蚀破坏, 有的结构仅5年~10年就出现了钢筋腐蚀。南京水科院对1980年建成的宁波北仑港10万t级矿石码头进行了调查, 发现该码头使用不到10年, 其上部结构就发生了严重的钢筋腐蚀。天津港客运码头1979年建成, 使用不到10年, 就发现前承台板有50%左右出现钢筋腐蚀。天津新港从1958年~1985年共建25个码头泊位, 岸线长达6 000 m, 其结构均为高桩承台式, 使用时间长的有30多年, 短的只有5年~6年, 在使用过程中不断发现梁、板、桩等构件有不同程度的损坏, 影响码头的正常使用。1996年, 交通部四航局科研所对1986年后建成的华南地区的C港和E港的20个泊位进行了调查, 发现E港大部分纵、横钢筋的腐蚀年限均不足10年和5年, 在码头建成5年~6年后即发现大量腐蚀裂缝。青岛理工大学2000年对青岛海港工程的耐久性调查表明:氯离子渗入引发钢筋腐蚀是导致混凝土结构破坏的主要原因。连云港杂货一、二码头1976年建成, 1980年就发现腐蚀裂缝。2001年河海大学对连云港西大堤钢筋混凝土护栏工程进行现场调查, 该工程虽运行不足四年, 但已出现严重钢筋腐蚀、保护层开裂、混凝土剥落和钢筋锈断情况。江苏省水科所对华东84座沿海混凝土挡潮闸进行了调查, 钢筋腐蚀严重需要维修或大修的为71座, 其中有些挡潮闸胸墙、启闭机工作桥大梁钢筋已经锈断。

2 港工结构钢筋腐蚀特点

1) 由于港工混凝土结构是处于流动水作用的条件下工作, 特别是海水或海洋气候环境, 使得港工混凝土结构的工作环境要比其他建筑物 (如工业与民用建筑物) 更为复杂和严酷, 钢筋腐蚀问题更为突出。2) 港工混凝土多为大体积混凝土, 水化热温升导致温度裂缝问题比较突出。这些裂缝为氯离子渗透提供快速通道, 使得混凝土中钢筋腐蚀速度加快, 钢筋腐蚀膨胀又促进混凝土裂缝扩展, 最终导致混凝土剥落, 钢筋有效截面积减小。3) 东南沿海港工混凝土结构冻融作用不是混凝土破坏的主要原因。碳化进展缓慢, 相对湿度较高, 不利于碳化。综上所述, 从国内外对港口工程调查研究结果来看, 混凝土中钢筋腐蚀导致混凝土结构的过早破坏, 是当今影响港口工程混凝土结构耐久性的首要原因, 钢筋腐蚀已经给国民经济带来巨大经济损失。这个局面要求我们尽快大力加强已有港口工程结构钢筋腐蚀维修技术的研究。

3 国内外研究现状分析与评价

目前, 对腐蚀钢筋混凝土结构修复的方法主要有挖补法和补强加固法。挖补法即将受损的混凝土保护层清除, 对新生面进行必要的处理后, 采用修补砂浆进行修补。补强加固法一般是采用高性能合成材料或钢筋等材料对构件进行补强加固。

O.Rio等[1]分别对受压区和受拉区钢筋腐蚀, 并同时考虑配筋率、钢筋与混凝土的粘结性能以及箍筋的损失, 对修复后构件弯曲性能的影响进行了研究, 发现受拉区钢筋配筋率对梁的延性影响很大, 箍筋的损失对构件修复后的使用极限荷载影响不大。S.U.Al-Dulaijan等[2]对除锈方式、修补材料以及腐蚀率对腐蚀钢筋混凝土梁修补后二次腐蚀和抗弯强度的影响进行了试验研究。结果表明:不同的除锈方式对梁的抗弯承载力没有显著的影响, 不同的修复砂浆对梁的抗弯强度也影响不大, 而聚合物砂浆和抛丸除锈则能更好地抑制继续腐蚀速度。P.R.Vassie[3]研究了钢筋表面处理方式对修复后腐蚀的影响, 对钢筋表面局部腐蚀、全面腐蚀以及坑锈三种情况, 分别用钢丝刷除锈、电动刷除锈、抛丸除锈。结果表明, 钢丝刷除锈、电动刷除锈对钢筋腐蚀没有效果, 抛丸对坑锈的处理有良好的效果。修复后构件钢筋表面的清洁程度对其耐久性影响很大。影响腐蚀钢筋混凝土梁修复效果的因素很多, 包括:钢筋腐蚀率、配筋率、修复材料、锈的类型以及钢筋的除锈方式。但总体来说, 挖补修复是可行的。而Farid MoradiMarani等[4]在研究码头钢筋混凝土结构的腐蚀和修复时, 发现修复区的钢筋未发生腐蚀, 而修复区和未修复区边界的钢筋发生了腐蚀和收缩裂缝, 修复区和未修复区具有明显的不相容性。南京水利科学院的洪定海教授[5]在总结国外挖补法用于腐蚀钢筋混凝土构件修复试验以及工程应用时提到了同样的问题, 指出进行局部修补不能阻止钢筋继续腐蚀, 必须将受氯盐污染的混凝土全部去除。而中国矿业大学的姬永升等[6]对腐蚀钢筋混凝土结构局部修复的电化学不相容性研究表明, 修补区和原混凝土区的电位差是引起电化学不相容的根本原因, 而采用环氧树脂胶泥则可以切断离子通道, 是消除结构局部修复引起的电化学不相容的有效办法。由此可知, 如果修复材料的密实性足够好, 挖补修复是可行的。

在腐蚀钢筋混凝土梁加固方面, A.H.Al-Saidy等[7]通过试验研究了不同腐蚀率下钢筋混凝土梁用CFRP材料加固后的弯曲性能。结果表明, 加固梁的承载力有了很大提高, 是否修复保护层或使用U型CFRP对加固腐蚀钢筋混凝土梁正截面承载力以及延性的影响很大, 但文中并未对加固后耐久性问题进行研究。Sobhy Masoud[8]对CFRP加固后构件的耐久性问题进行了研究, 得出了CFRP加固后梁钢筋腐蚀速度比未加固梁腐蚀速度小的结论, 说明CFRP能够在一定程度上减小钢筋腐蚀速度。Rania AlHammoud[9]则研究了腐蚀钢筋混凝土梁用CFRP材料加固后的疲劳性能。试验结果表明, 在锚固区用U型加固方法使梁的承载力大大提高。胡若邻[10]通过试验研究了不同层数的CFRP加固腐蚀钢筋混凝土梁的效果, 发现在发生较严重腐蚀时, 多层CFRP的加固效果要优于单层CFRP的加固效果。但文中没有研究相应腐蚀率下最经济层数。

Alfarabi Sharifa等[11]在研究卸载和不卸载对轴心荷载下腐蚀钢筋混凝土柱修复效果时, 发现卸载后修复的钢筋混凝土柱在重新承受荷载时, 修复区和原混凝土区的荷载是通过材料的弹性模量和面积进行分配的, 而未卸载的情况下, 其荷载的分配只在有新荷载增加的情况下才进行分配, 并且新荷载按材料的弹性模量和面积进行分配。S.Soleimania[12]通过数值模拟技术模拟了用挖补法修补钢筋混凝土构件后其腐蚀情况, 并对照了Barkey’s的试验结果。模拟结果和试验结果相一致:在修补界面附近2 cm~5 cm的原混凝土区域产生萌生阳极, 阳极的电流密度有明显的峰值, 且其大小接近于修补前的电流密度。原混凝土的电阻和修补材料的电阻是影响萌生阳极的重要因素。而修复的尺寸和保护层大小并不影响萌生阳极的性质。因此, 在修补时应尽量将受氯离子污染的混凝土全部清除, 修补材料宜与原混凝土电阻相当, 以保证其相容性。考虑到柱作为最主要的承重构件, 保证承载力是第一要位的, 所以专家学者将研究的重点放在了加固上。AlAin[13]通过试验和理论分析研究了腐蚀钢筋混凝土柱用CFRP进行加固后在压弯组合作用下的力学性能。试验发现, 完全包裹CFRP加固方法使得柱的偏心率在0.3时, 其承载力相对于控制柱最大可提高40%, 并且随着偏心距的增大, 提高幅度越小。偏心率为0.3时, 部分包裹CFRP柱比完全包裹CFRP柱的承载力小8%, 但是承载力提高幅度随着偏心率的变化并无明显的变化。C.Lee[14]同样研究了腐蚀钢筋混凝土柱用CFRP加固后的承载力性能, 同时又对加固后的耐久性做了研究, 在二次腐蚀中, 通过对腐蚀电位和电流的测量发现在二次腐蚀, FRP修复梁要比未修复梁腐蚀速度小50%。但是, 并未对二次腐蚀后柱的承载力进行研究。S.P.Tastani[15]对不规则 (菱形) 腐蚀柱在修复后, 并二次腐蚀后的性能进行了研究。试验采用三种修复方法:挖补法、FRP加固、两种方法综合使用。试验结果表明, 方案三能够有效地防止构件内钢筋继续腐蚀, 各个方案都使得构件的承载力和变形能力有很大的改善, 用CFRP加固的柱破坏为脆性破坏, 其峰值应变和极限应变相差不大, 并且均小于普通钢筋混凝土柱用CFRP加固后的应变。CFRP的加固效果要优于GFRP, 因为其加固后延性较好。Han-Seung Lee[16]在研究钢筋混凝土柱用碳纤维布加固后抗剪性能时发现, 用碳纤维布加固腐蚀柱能提高腐蚀柱的延性, 限制粘结滑移裂缝的产生, 阻止剪切裂缝的发展。邓宗才[17]研究了碳纤维复合材料用于腐蚀钢筋混凝土构件修复时的粘结性能和防腐蚀能力。试验结果表明, 碳纤维复合材料修复腐蚀钢筋混凝土柱能有效阻止构件内部钢筋继续腐蚀, 并且能够改善钢筋与混凝土之间的粘结性能, 其阻锈能力优于聚合物砂浆和硅烷。

相对于梁和柱, 在腐蚀钢筋混凝土板的修复和加固研究方面就显得较少。H.Tatematsua[18]介绍了盐吸附剂 (阻锈剂的一种) 在板挖补修复中的应用, 修复后在长期 (7年) 的暴露之后, 通过半电池电位法测得修复区域与未修复区域的电位, 发现这种材料在防腐蚀方面具有良好的效果, 并且应用到了地铁结构中。意大利学者Luca Pelà[19]研究了腐蚀钢筋混凝土板在综合应用挖补法和补强加固法进行修复后的性能。研究结果表明, 这种综合的修复方法能够明显提高板的极限承载力。从板的破坏模式来看, 修复效果很大程度上取决于修复砂浆的性质, 具有良好粘结性能的修复砂浆是修复材料的首选。由于板的混凝土保护层相对于梁柱较小, 钢筋更容易发生腐蚀, 因此对板的修复加固必须得到重视。

4 修复技术存在问题与研究展望

到目前为止国内外对腐蚀钢筋混凝土构件修复进行了较多的研究, 取得了许多研究成果。但是, 对不同腐蚀率下钢筋混凝土构件修复设计方法以及修复后耐久性能及其评价方法研究很少。工程应用中缺乏理论依据, 甚至存在“坏了修、修了坏”的现象。

因此, 今后应重点研究不同腐蚀率下的钢筋混凝土构件修复加固后承载力、变形性能和耐久性能, 提出腐蚀钢筋混凝土构件修复加固设计与施工技术指南, 为港口工程腐蚀钢筋混凝土结构维修提供理论依据。具体包括:对腐蚀钢筋混凝土构件修复材料选择进行了研究, 试验研究所选修复材料与旧混凝土之间的粘结性能;对腐蚀钢筋混凝土梁修复前抗弯力学性能进行试验研究, 分析纵向钢筋腐蚀率对梁抗弯承载力、变形等力学性能的影响;对采用普通砂浆和环氧砂浆修复后的腐蚀钢筋混凝土梁抗弯力学性能进行了试验研究, 分析了不同钢筋腐蚀率下的修复效果以及不同修复方式对梁力学性能的影响;对采用普通砂浆修复后的腐蚀钢筋混凝土梁进行了干湿交替的耐久性试验研究, 分析了普通砂浆修复后的腐蚀钢筋混凝土梁电位、电阻率的变化;对腐蚀钢筋混凝土梁FRP加固前后力学性能进行了试验研究, 分析钢筋腐蚀率对结构承载力、变形等力学性能的影响。对港工腐蚀钢筋混凝土结构修复和加固设计方法进行了研究, 制定相应的设计与施工技术指南。

港工结构 篇2

关键词：港工预应力混凝土,大管桩,环氧结构胶

0前言

大管桩梁体分段预制拼装中节段梁的连接性能是保证高桩码头安全可靠运行的关键技术之一。环氧树脂胶是目前作为混凝土杆件拼装时的胶接料, 其填充在节段梁与节段梁之间主要起到润滑、铆栓和防水作用, 能更好保证构件的整体性, 并提高构件的抗裂性, 其性能好坏直接影响到预应力混凝土大管桩连续架梁的施工进度和质量[1]。

港工混凝土大管桩梁干接头环氧树脂胶是一种低黏度, 能在室温条件下快速固化, 有较高力学强度和耐湿热老化性能的现场施工建筑胶结剂。目前在大管桩梁体分段预制拼装中所用的环氧树脂胶存在有如下问题:夏季暴聚、易流淌;冬季不固化、易结晶;固化剂毒性大、不能用于潮湿环境;固化体力学、粘结强度不理想等性能缺陷[2], 因此, 工程技术人员对接头环氧树脂胶的性能改良愿望迫切。

1 设计思路

HLC-LZ建筑结构胶的设计主要按JTS 167-6—2011《港口工程后张法预应力混凝土大管桩设计与施工规程》对混凝土大管桩梁干接头粘结剂的性能要求进行 (见表1) 。

由表1可见, JTS167-6—2011对粘结剂的使用性能、施工性能、力学、粘结及抗拉性能都有较高的要求。分析环氧固化体组分的作用:其中固化剂对环氧树脂固化体环保性能、耐湿热老化性能、高强度、高粘附力性能起决定作用;环氧树脂对温度敏感度高, 是环氧固化体低温结晶、高温易流挂的主要因素;为了避免固化体暴聚, 又要实现固化体5~6 h的固化速度, 除应该注意选择固化速度较慢、适用期较长、放热平缓的固化剂外, 还要依靠促进剂的适当调控来实现;其它助剂和填料等也是调节固化体柔韧性、触变性和体积稳定性等性能的辅助手段。因此, 试验设计在环氧树脂、固化剂和辅助材料的选择上都很重要。

2 试验

2.1 原材料

环氧树脂:选用环氧树脂816, 市售, 由双酚A和环氧氯丙烷制成, 具有低黏度、抗结晶、易于操作等特点;固化剂:选用低毒、无毒的改性低分子聚酰胺固化剂 (G1) 、改性脂肪胺固化剂 (G2) 、改性脂环胺固化剂 (G3) , 均为市售, 其技术参数见表2;促进剂DMP-30, 市售;硅烷偶联剂浸渍改性天然植物纤维M, 自制;填料:水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉, 均为市售, 其化学成分及比表面积见表3。

2.2 主要试验方法

抗压强度试验、拉伸强度试验参照GB/T 2567—2008《树脂浇铸体性能试验方法》进行;正拉粘结强度试验参照JTS167-6—2011附录C进行。

3 试验结果与讨论

3.1 固化剂的选择

固化剂的性能对结构胶的工艺性能和力学性能起着核心作用, 工程中常用的室温固化剂为脂肪胺、改性脂肪胺和低分子聚酰胺等。聚酰胺有很多优点, 如大配比量、放热低、配方范围广、强度韧度高等, 但也有一些致命缺点, 如低温黏度大, 室温固化程度低等。现在大多采用改性脂肪胺和聚酰胺复配来改善综合性能, 但改性脂肪胺价格昂贵, 增加成本。本试验结合各类固化剂 (G1~G3) 的性能特点和工程对胶粘剂的技术性能的要求, 将固化剂G1、G2、G3进行复配, 经优选自制复配固化剂G4, 固化剂的复合质量配比见表4。按推荐配比单独采用固化剂G1、G2、G3的固化物性能见表5, 采用复合固化剂配制的固化体性能见表6。

注:①室温 (25℃) 固化时间;②固化14 d时的测试结果。

注:复合固化剂用量为环氧E51用量的50%。

由表6可见, 将固化剂G1、G2、G3复合时, 随G2比例的增加, 固化物的适用期缩短, 固化速度加快, 正拉粘结强度、抗压强度呈升高趋势;适量掺加G3有助于延缓适用期和固化时间, 且正拉粘结强度和抗压强度有所提高, 其中较符合JTS 167-6—2011对粘结剂的适用期和固化时间要求的比例为B1-3和B1-4。以下试验选用B1-4配比, 代号为固化剂G4。

3.2 促进剂用量对固化速度的影响

温度对环氧固化体的固化速度影响很大, 在低温和负温情况下, 需在固化剂中适量添加促进剂加快胶体的固化反应过程, 但促进剂过多固化速度过快, 胶层内部产生应力, 固化体变脆;促进剂过少, 会发生固化不完全现象, 固化体性能下降。DMP-30是一种常用的固化促进剂, 通过改变结构胶中DMP-30的含量, 可获得所需的固化速度, 试验结果见表7。

注:m (环氧816) ∶m (G4) =2∶1。

从表7可见, 调节促进剂DMP-30的用量可使胶体的操作时间在一定范围内进行调整。

3.3 填料对环氧树脂胶性能的影响

在室温25℃、m (环氧816) ∶m (G4) =2∶1条件下, 控制填料水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉以相同成本掺加, 掺量分别为环氧816质量的100%、200%、150%、10%, 观察环氧树脂胶的流变性能并测试其适用时间与14 d抗压强度, 结果见图1、图2。

由图1、图2可见, 不同填料对环氧树脂胶的适用时间影响不大;对环氧树脂胶的抗压强度影响较大。其中添加粉煤灰较添加水泥的14 d抗压强度提高16.4%。分析原因应为:环氧树脂胶与填料之间的酸碱匹配性能对环氧树脂胶的力学性能影响较大, 水泥碱性过强而造成环氧树脂胶强度不高;而粉煤灰颗粒较细, 颗粒多呈玻璃微球形表面, 与环氧树脂胶有较好的浸润性和接触面, 因而使得环氧树脂胶抗压强度明显提高。

3.4 改性天然植物纤维的作用

环氧树脂的黏度对温度变化非常敏感, 夏季气温高环氧树脂胶很易发生流淌现象, 天然植物纤维在混合料中呈三维分散存在, 可以起到加筋抗流淌作用。但未经处理的天然植物纤维的吸湿性和较强的极性使其与非极性环氧树脂基体间的界面润湿性、界面粘合性较差。界面偶合改性是改变天然植物纤维复合材料的界面粘合性的主要方法, 试验选用硅烷偶联剂对天然植物纤维M进行化学改性, 试验温度为25℃, 纤维M、稀释剂501、固化剂G4的用量分别为环氧树脂816用量的1%、5%和50%。性能测试结果见表8。

由表8可见, 掺入未改性天然植物纤维M可有效增大环氧树脂胶的触变性, 使抗拉强度提高25%, 但抗压强度略微下降;掺入经硅烷偶联剂预处理的天然植物纤维M则不仅在触变性能上有良好表现, 且抗压、抗拉强度分别提高了9.2%、50%。可见, 改性天然植物纤维M与环氧树脂胶有良好的界面浸润状态, 使得环氧树脂胶的施工性、力学性能和韧性总体得到提高。

3.5 产品性能

通过以上试验开发的HLC-LZ建筑结构胶, 其配合比确定为:m (环氧816) ∶m (复合改性固化剂G4) ∶m (粉煤灰) ∶m (改性天然植物纤维M) =1.0∶0.5∶2.0∶0.01, 促进剂根据施工温度情况适量添加。产品性能按GB/T 2567—2008和JTS 167-6—2011进行测试, 结果见表9。

由表9可见, 该产品的性能完全符合JTS 167-6—2011对粘结剂的性能要求。

4 结论

(1) 将不同种类的固化剂合理复配, 可获得使用性能和力学性能优异的复合固化剂。

(2) 促进剂DMP-30可以显著缩短环氧胶的固化时间, 使胶粘剂在气温较低时也能在规范规定范围内操作使用。

(3) 在控制填料 (水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉) 以相同成本掺加的条件下, 不同填料对环氧树脂胶的适用期影响不大, 但对胶体的抗压强度影响较大, 其中添加粉煤灰的较添加水泥的环氧胶14 d抗压强度提高了16.4%。

(4) 添加改性天然植物纤维M与环氧树脂胶有良好的界面浸润状态, 使得环氧树脂胶的施工性、力学性能和韧性等总体得到提高。

(5) 性能测试结果表明, HLC-LZ建筑结构胶完全符合JTS 167-6—2011对粘结剂的性能要求。

参考文献

[1]陈礼忠, 金仁兴.预制节段梁拼装中的环氧粘结剂特性分析及施工运用[J].建筑施工, 2008 (7) :582-584.

港工结构 篇3

厦门高集海堤开口改造影响区清淤工程中的皮划艇赛道清淤及岛屿岸线整合工程位于厦门市杏林湾片区, 工程划分为赛道清淤、陆域形成及岛屿加高三个部分。其中, 陆域形成含陆域形成区护岸及回填、陆域形成区地基处理。陆域形成区护岸全长433.375m, 由于护岸下地基为淤泥或砂混淤泥等软弱土层, 故在施工护岸堤身前须进行软基处理。

2 软基处理方案比选

目前在港口工程建设中的软土地基加固方法较多, 其中相对成熟的有:排水固结法 (分堆载预压和真空预压) 、振冲密实法、水泥搅拌桩、预应力管桩等。对比分析几种软基处理方法优缺点如表1:

由于本工程护岸下地基为淤泥或砂混淤泥等软弱土层, 且建设方对工期要求非常严格 (工期紧) , 因此护岸下软基加固选用了施工速度快、工艺相对简单、处理效果好, 但成本相对较高的水泥搅拌桩施工方案。

3 临时施工平台

本工程护岸下地基处理采用水泥搅拌桩直径600mm, 间距1.2m, 正方形布置, 深度按穿透淤泥层进入砂层或粘土层1m控制。由于工程位于杏林湾内, 湾内为常水位, -0.5m以下护岸基础均为水下, 为保证水泥搅拌桩施工设备的安放, 施工时采用回填砂填筑形成临时工作平台后再施打水泥搅拌桩。

临时施工平台所需回填砂从陆域推填至护岸区域, 平台顶面标高填筑至-0.5m, 平台靠海侧边坡为1∶3, 平台外侧坡顶线必须超出靠海侧水泥搅拌桩施工范围外边线3m, 以保证水泥搅拌桩施工设备的安放。水泥搅拌桩施工完成后, 临时施工平台的回填砂一部分作为护岸堤心回填砂留用, 其余部分待水泥搅拌桩施工结束28d后, 在护岸基槽开挖时, 倒运到淤泥层小于2m无地基处理的护岸后方区域或已施工完水泥搅拌桩的护岸后方区域二次回填利用。详见图1。

4 施工工艺及方法

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂, 通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和, 使软土硬结而提高地基强度。分为湿法和干法两种施工方法。本工程采用“四搅两喷”湿法施工。

4.1 施工示意图

本工程水泥搅拌桩总共7342根, 施工时每50m为一段, 使用3台PJ4-37型单动力搅拌桩机分段施打, 每段由北向南分列施打, 从最西边依次向东施工直至打完。详见图2、图3。

4.2 施工工艺

通过对工程设计图纸和所提供的地质资料的分析, 以及对现有设备性能的综合考虑, 本工程水泥搅拌桩施工工艺如下:填筑临时施工平台→桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→提钻至工作基准面以下30~50cm→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

4.3 施工方法

(1) 桩机定位。本工程使用PJ4-37型单动力搅拌桩机。在桩位放样后, 桩机就位, 整平对中。

(2) 制备水泥浆。根据施工前室内水泥土配合比试验确定的最佳水泥掺入量及设计要求的水灰比制备水泥浆, 配制的水泥浆应流动性好, 不离析, 便于泵送、喷搅, 水泥浆应搅拌均匀, 加过滤网过筛, 现制现用。

最佳水泥掺入量选定:根据设计要求, 本工程水泥搅拌桩采用425#普通硅酸盐水泥, 水灰比按0.5。施工前项目部根据不同的水泥掺入量进行室内配合比试验, 选出最佳的水泥土配比参数 (见表2) 。

按设计要求:成桩后, 桩体28d无侧限抗压强度不低于1.3MPa, 及上述室内水泥土配合比试验检测数据, 本工程选取的最佳水泥土配合比水泥掺入量为20%。

(3) 搅拌下钻。待水泥搅拌桩机冷却水循环正常后, 启动搅拌桩机电机, 放松搅拌桩机吊索, 使搅拌桩机沿着导向架搅拌切土下沉, 钻头下沉至设计深度位置时, 立即停止钻进。如遇硬土层可用钢绳加压器均匀加压, 钻到设计桩底高程。

由于本工程临时施工平台顶面标高至水泥搅拌桩设计桩顶标高段为水泥搅拌桩空孔段, 临时施工平台回填料为回填砂, 考虑砂层有1~2m厚, 水泥搅拌桩施工先带浆钻至设计标高, 再进行“四搅两喷”湿法施工, 空孔段水泥搅拌桩带浆钻入砂层水泥掺入量以满足水泥搅拌桩钻至设计深度并保证提升时不卡桩为准。

(4) 搅拌提升喷浆。钻进至设计深度后, 钻机反循环, 提升钻头, 边自下而上喷浆、边提升、边搅拌。直至将钻头提升至工作基准面以下30~50cm。提升钻头喷浆过程中, 不断搅拌水泥浆, 防止其离析, 并通过电脑自动计录喷浆量。

(5) 搅拌下钻喷浆。第一次喷浆完成后, 继续下沉钻头进行补浆喷浆、搅拌直至水泥搅拌桩设计位置深度。

(6) 关泵搅拌提升。搅拌至设计位置深度后, 关泵进行第二次提升搅拌, 进一步拌和均匀。当喷浆口提升至桩顶标高时, 应停止提升, 搅拌10~20s, 以保证桩头密实均匀。

(7) 清洗。成桩后清除粘附在搅拌头上的软土。若桩机停止施工或施工间歇时间太长, 向水泥浆搅拌桶中加入清水, 开启灰浆泵, 清洗全部管中残存的水泥浆, 直至基本干净。

(8) 移位。桩机移至下一桩位, 重复上述工序再施打另一根水泥搅拌桩。

5 质量控制措施

(1) 试桩。水泥搅拌桩正式施打前应进行工艺性试验, 以确定满足设计要求的施工工艺和各项施工参数, 指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。本工程水泥搅拌桩每个标段取5根桩进行试桩, 以HK0+350~HK0+400段为例, 试桩施工工艺及方法同上, 试桩施工参数及检验结果如下:

根据以往水泥搅拌桩施工经验, 钻进搅拌速度和提升搅拌速度选取:第一次钻进搅拌速度:1.0m/min, 转速60r/min;第一次提升搅拌速度:0.8m/min, 转速52r/min;第二次钻进搅拌速度:1.0m/min, 转速60r/min;第二次提升搅拌速度:0.8m/min, 转速52r/min。采用425#普通硅酸盐水泥;水泥掺入量按施工前室内水泥土配合比试验确定的最佳水泥掺入量20%;水灰比0.5;喷浆量67L/m;喷浆压力0.4~0.8MPa。根据检测单位出据的基桩完整性 (钻芯法) 检测报告, 水泥搅拌桩HK0+350~HK0+400段试桩检测结果如表3:

上述桩基检测结论无侧限抗压强度R28≥1.3MPa, 符合设计要求。试桩后即可按照以上施工工艺及技术参数进行该标段水泥搅拌桩的正式施打。

(2) 搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配, 确保加固深度范围内土体的搅拌次数满足规范要求。

(3) 制浆:按设计给定的水灰比在制浆罐中进行拌制, 备好的浆液还应不停地搅拌, 使其均匀稳定, 不得离析或停置时间过长, 浆液倒入集料斗时应加筛过滤, 以免浆内结块, 损坏泵体。

(4) 泵送浆液前, 管路应保持潮湿, 以利输浆。泵送浆液过程中, 泵的压力必须足够和稳定, 供浆必须连续, 拌和必须均匀。如遇到浆液硬结堵管, 必须立即拆卸输浆管道, 清洗干净。

(5) 为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求, 在主机上悬挂一吊锤, 通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右等距来进行控制桩体垂直度。

(6) 为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量, 第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s, 进行磨桩端, 余浆上提过程中全部喷入桩体。

(7) 搅拌机提升至工作基准面以下1.0m时宜用慢速, 当喷浆口提升至桩顶标高时, 应停止提升, 搅拌10~20s, 以保证桩头密实均匀。

(8) 施工中发现喷浆量不足, 应按监理工程师要求进行整桩复喷。复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因, 喷浆中断时应及时记录中断深度, 在12h内采取补喷处理措施, 并将补喷情况填报于施工纪录内。补喷重叠段应大于0.5m, 超过12h应采取补桩措施。

(9) 现场施工人员应认真填写施工原始记录, 如有复喷、补喷、补桩及其它处理措施均应特殊标注。

(10) 成桩质量检测。水泥搅拌桩成桩28d后按总桩数的0.2%进行成桩质量检测。检测采用轻型钻机, 对桩体进行全桩长取芯, 并把芯样制成标准试件, 测其无侧限抗压强度。经检测, 本工程桩体28d无侧限抗压强度≥1.3MPa, 满足设计要求;在钻芯取芯过程中, 对各段芯样进行直观分析:芯样连续、完整, 呈长、短柱状, 混合料分布均匀, 无其他异常情况, 桩长符合设计要求, 桩身均匀性良好。

注: (1) D为水泥搅拌桩的直径, 单位为mm; (2) 表中桩顶标高不包括浮浆厚度。

6 结束语

由本工程成桩质量检测结果可见, 软土地基经水泥搅拌桩加固处理后, 地基土强度提高, 地基稳定性增强, 复合地基承载力满足设计要求, 达到了控制沉降、稳定地基的目的。同其他软基处理方法相比, 水泥搅拌桩具有施工工期短、工艺相对简单、加固效果显著, 施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起、不污染环境等特点, 随着我国港口工程建设的不断深入发展, 必将在软基处理施工中得到更加广泛的应用。

摘要：水泥搅拌桩在港工建设软基处理方面有很强的实用性, 是进行软土地基加固的一种有效方法。本文结合工程实例, 介绍了水泥搅拌桩在港工建设软基处理施工中的具体应用及其质量控制。

关键词：水泥搅拌桩,软基处理,施工方法,质量控制

参考文献

[1]桩基施工手册.人民交通出版社2007

[2]JTJ203-2001水运工程测量规范

[3]JTS257-2008水运工程质量检验标准

[4]中交第二航务工程勘察设计院《厦门高集海堤开口改造工程滩涂清淤区皮划艇赛道清淤及岛屿岸线整合工程岩土工程勘察报告》