1、总结报告-超深挖孔桩干浇自密实混凝土施工工艺研究-3.17.doc
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1、 超深挖孔桩干浇超深挖孔桩干浇机制砂机制砂自密实混凝土自密实混凝土施工技术研究施工技术研究 研研 究究 报报 告告中交二航局第五工程公司中交二航局第五工程公司二二一六年三月一六年三月目目 录录1 概述.11.1 研究目的及意义.11.2 国内外研究现状.21.3 主要研究内容.31.4 技术难点.41.5 技术创新点.42 桩基自密实混凝土工作性能评价指标研究.52.1 桩基自密实混凝土的流变性.52.2 桩基自密实混凝土密实原理.62.3 桩基自密实混凝土工作性能评价方法.82.4 桩基自密实混凝土工作性能要求分析.92.5 小结.123 混凝土原材料优选.133.1 水泥.133.2 粉煤
2、灰.133.3 机制砂.143.4 碎石.153.5 聚羧酸外加剂.153.6 主要材料对自密实砼配制的潜在影响分析.163.7 小结.164 机制砂对自密实混凝土性能影响研究.174.1 石粉含量.174.2MB 值.214.3 小结.245 桩基自密实混凝土配制技术研究.245.1 配制要求.245.2 配合比设计.255.3 配合比参数选择.255.4 配合比设计方案.275.5 小结.306.施工工艺研究.306.1 机制砂石粉含量及 MB 值现场调控措施.306.2 工艺性试验方案.326.3 分层厚度和静置时间的影响.326.4 下料高度及间隙通过性试验.356.5 养护方式的影响
3、.366.6 小结.367.工程应用.367.1 工程概况.377.2 原材料及配合比参数选择.377.3 现场施工.387.4 工程应用效果.408 研究结论.41附录:桩基检测报告.42参考文献.43超深挖孔桩干浇机制砂自密实混凝土施工技术研究- 1 -1 概述概述1.1 研究目的及意义研究目的及意义随着我国跨江海桥梁行业的飞速发展,形成了钻(挖)孔灌注桩、钢管桩、沉井等多种基础形式。挖孔桩由于具有施工方便、施工速度较快、机械设备简单,造价低等特点,从而在公路、民用建筑中得到广泛应用。但对于挖孔桩来说,井下浇筑作业条件差、环境恶劣、劳动强度大,往往桩基浇筑质量难以保证。再加上浇筑混凝土时需
4、要全过程人工振捣,故成桩质量受人为因素影响较大。挖孔桩桩质量问题往往较多,如局部离析、空洞、沟槽、不密实、均匀性差、质量不一等问题,个别桩甚至出现了严重离析现象,都与混凝土本身质量和施工中的振捣相关。为了提高挖孔桩的施工质量,采用自密实混凝土可解决振捣问题。自密实混凝土具有高流动性和自填充性能,可以避免由于人工操作振捣不密实、不均匀或者过振、少振造成桩身局部不密实、空洞、离析现象。自密实混凝土具有高抗离析性能,即不泌水,骨料不离析,大大降低了桩身离析可能性,保证了桩身质量。自密实混凝土具有均匀性和稳定性好的特点,故桩身材质均匀、整体质量好,避免了桩身质量不一现象。自密实混凝土自身优点从根本上解
5、决挖孔桩浇筑时造成桩身质量问题,因此在保证其他措施条件下,将自密实混凝土应用于挖孔桩,不仅可以保证桩身质量,减少工人劳动强度,降低能耗,提高生产效率。目前技术对于配制自密实混凝土的细集料的要求较高。细砂由于比表面积较大,浸润包裹砂表面所需水量大,极大的影响自密实的硬化后强度和弹性模量等力学性能,同时也影响混凝土拌和物的工作性能。使用粗砂则会使混凝土中级配细颗粒数量减少,混凝土流动性降低、枯聚性降低,造成自密实混凝土的离析。因此现有的自密实混凝土实际应用配制都要求釆用级配良好的中砂,同时对砂的含泥量也做了严格限制。但是,在实际进行自密实混凝土生产和推广使用的过程中,受地域条件的限制,细集料需采用
6、机制砂。如何解决细集料的品质对自密实混凝土工作性能的影响,利用机制砂配制自密实混凝土是一个需要研究解决的问题。为解决超深挖孔桩干浇混凝土施工,拟采用机制砂自密实混凝土解决挖孔桩超深挖孔桩干浇机制砂自密实混凝土施工技术研究- 2 -难以振捣密实,同时配合相应的施工工艺提高成桩质量。1.2 国内外研究现状国内外研究现状自密实混凝土技术在日本和欧美这些国家已经趋于成熟,大量替代普通混凝土应用于各种工程之中,带来了显著的经济效益。自密实混凝土最早出现于 20世纪 80 年代,目的是为了在不施加激振力的情况下混凝土能依靠自身的流动性成型。随着经过几十年的发展,自密实混凝土不仅成功的应用于一些大型、复杂的
7、现烧混凝土结构工程,如桥梁、隧道等,同时也开始在房屋建筑与工厂化生产的混凝土构件和制品上应用。现在,在这些国家自密实混凝土的使用量己占混凝土全部产量的 30%50%。自密实混凝土在日本应用最为广泛,且有逐年增加的趋势。在我国,自密实混凝土的研究和应用起步相对较晚,尚处于起步阶段。我国开展自密实混凝土技术研究主要集中在高等院校和科研院所,在近些年来的技术研究和工程应用取得了长足的进步。2005 年 5 月 26 日28 日在长沙举行了我国第一次自密实混凝土技术方面的国际研讨会,来自欧洲、日本以及此美等国家地区的混凝土技术专家对自密实混凝土配制技术进行了热烈的研讨。第二届国际自密实混凝土设计、性能
8、及应用会议也于 2009 年 6 月 5 日在北京举行,极大的促进了自密实混凝土在我国的进一步推广和应用。2004 年中国土木工程学会组织编写了自密实混凝土设计与施工指南CCES02-2004 标准,2006 年中国工程建设标准化协会批准了自密实混凝土应用技术规程CECS203:2006,给自密实混凝土的设计、生产、施工提供了技术指导,使得我国的自密实混凝土的配制技术和工程应用得到了迅速发展。我国近年来随着天然河砂资源的日益枯竭和环境保护要求的日益严厉,机制砂在混凝土中的应用已经越来越广泛,机制砂的产量逐年递增。为适应市场需要,机制砂生产设备的制造厂家越来越多,工艺和技术也越来越先进,这也保证
9、了机制砂的生产质量。随着自密实混凝土的用量逐渐增多,国内对于机制砂自密实混凝土配制技术和应用生产控制技术的研究也越来越多。主要釆用矿物掺合料和高效减水剂来达到配制混凝土拌合物工作性和自流平施工,这也是目前国内配制自密实混凝土通常釆用的技术,此外,对于机制砂对自密实混凝土强度、耐久性、收缩、徐变等指标的影响研究也越来越多。机制砂混凝土在工程上的应用技术也超深挖孔桩干浇机制砂自密实混凝土施工技术研究- 3 -越来越成熟。中铁大桥局三公司利用石粉含量 4.5%(粒径小于 0.08mm)、细度模数 2.9-3.2的机制砂配制出了 C55 级自密实混凝土并用于贵州水柏线的北盘江大桥 236m 跨钢管拱施
10、工。西南科技大学材料科学与工程学院在实验室利用石粉(粒径小于0.16)含量为 15.4%的机制砂配制出了坍落度在 250-270mm 之间、坍落扩展度在550-750mm 之间,倒坍落度筒流动时间在 5-15s 之间,强度达到 C50 的自密实混凝土。贵州大学采用石粉含量为 9.2%(粒径小于 0.08mm)、细度模数 3.38 的机制砂配制出了 C50 自密实混凝土并用于贵阳到开阳桥箱梁上施工。贵州省公路工程总公司与同济大学合作探讨了用白云岩机制砂配制自密实混凝土的技术,结果表明:机制砂自密实混凝土的配合比参数要求与河砂(普通)自密实混凝土存在明显差异;采用石粉含量 9.2%(粒径小于 0.
11、08mm)、细度模数 3.5 的机制砂,通过优化混凝土配合比基本参数,掺聚羧酸高效减水剂、增粘剂、消泡剂复合外加剂和复掺大掺量矿物掺和料(20 %粉煤灰或矿粉+5%硅粉)等技术手段,试验配制出了初始坍落度大于 240mm、坍落扩展度大于 600mm,倒坍落度筒流出时间在 5-15s 抗压强度等级达到 C50 的大掺量矿物掺和料机制砂自密实混凝土;机制砂自密实混凝土的抗压强度与弹性模量比河砂略低,矿渣粉比粉煤灰有利于提高自密实混凝土的后期强度,机制砂与河砂自密实混凝土的干燥收缩、抗渗性、抗碳化与抗硫酸盐侵蚀性均较好,但机制砂自密实混凝土的各项性能比河砂混凝土略差。从国内研究应用实例可以看出:采用
12、一定石粉含量的机制砂配制自密实混凝土是可行的。石粉是机制砂生产过程中产生的副产物,其细度大约为 75m 左右,因此可以将其视为一种微细粉掺合料。国外己有许多关于石灰石粉作为惰性掺合料的研究,相关研究表明:石粉作为惰性掺合料,在用水量一定的情况下,可以增加混凝土内胶凝材料总量,降低混凝土体系的水胶比,提高混凝土拌合物的粘聚性与整体的稳定性,防止拌合物离析;石微细粉可以通过对机制砂颗粒表面的包裹弥补其粒型差的缺陷,改善混凝土拌合物的流动度;石粉替代活性矿物掺合料配制自密实混凝土可以降低混凝土的配制成本,具有良好的经济效益。1.3 主要研究内容主要研究内容(1)混凝土原材料性能试验及优选。超深挖孔桩
13、干浇机制砂自密实混凝土施工技术研究- 4 -对机制砂、聚羧酸外加剂等原材料进行对比试验,以优选适合于干浇自密实混凝土施工用原材料。(2)机制砂对自密实混凝土性能影响研究。对比研究桩基自密实混凝土工作性能的评价方法及指标,建立合适的评价体系。分别使用不同石粉含量及 MB 值的机制砂配制混凝土,研究以上两个特征指标对桩基自密实混凝土工作性能的影响,提出石粉含量和 MB 值的控制手段及实现措施。(3) 桩基自密实混凝土配制技术研究针对桩基干浇自密实机制砂混凝土的特点,研究机制砂混凝土配合比的工作性能、力学性能、抗渗性能、收缩性能和抗裂性能等。在试验基础上进一步调整优化配合比,调整砂率、水泥用量、外加
14、剂用量等,配制出性能优良的桩基干浇自密实机制砂混凝土。(4)现场应用。将研究成果应用到乌江大桥桩基施工中,指导桩基混凝土原材料选择、配合比设计及现场施工;在施工过程中对桩基混凝土质量进行评估并验证现场实施效果。1.4 技术难点技术难点(1)干浇施工与免振捣工艺对混凝土工作性能提出了较高的要求。(2)大坍落度混凝土在深孔高落差下料后如何确保混凝土不离析,将直接决定桩基的成桩质量,施工工艺需制定相关防离析措施。(3)机制砂具有外形较粗糙、多棱角、级配较差等不足,如何通过生产工艺优化生产出性能优良的机制砂,并配制出自密实混凝土。1.5 技术创新点技术创新点1、提出了采用坍落扩展时间、V 型漏斗和 J
15、 形环分别从流动扩展性能、抗离析性能和通过性能三方面综合评价桩基自密实混凝土工作性能的理论,并细化了工作性能指标要求。提出了桩基自密实混凝土的配制技术,采用优化工艺生产的机制砂成功配制出了合适超深干浇机制砂自密实桩基混凝土,其坍落度 250 mm、扩展度 610 mm、T500时间为 5s、V 型漏斗流出时间 8s、J 型环h 为 5mm,在部分技术指标上具有一定的先进性。2、通过理论分析结合实验研究,得出了影响桩基自密实机制砂混凝土工作超深挖孔桩干浇机制砂自密实混凝土施工技术研究- 5 -性能的关键因素,得到了机制砂的关键参数石粉含量、MB 值对桩基自密实机制砂混凝土的工作性能、抗压强度的影
16、响规律。3、砼试配完成后通过工艺试验对分层厚度、静置时间、下料高度及养护方式等工艺进行研究,确定最优施工工艺,成功实施了超深(最深达 76m)干浇自密实混凝土施工,现场成桩效果良好,规避了深孔施工的安全风险。通过研究得到了桩基自密实机制砂混凝土的最大单层分层厚度为 50cm、最小单层浇筑停留时间为 2min。2 桩基自密实混凝土工作性能评价指标研究桩基自密实混凝土工作性能评价指标研究2.1 桩基自密实混凝土的流变性桩基自密实混凝土的流变性混凝土拌合物是一种粘、弹、塑性材料。按流变学理论划分,新拌混凝土属于宾汉姆(Bingham)模型,其流变模型可用牛顿液体模型和圣维南固体模型并联,再与虎克固体
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