強(qiáng)腐蝕環(huán)境下鋼筋砼實心方樁現(xiàn)場預(yù)制和施工技術(shù)研究

【摘要】本文結(jié)合新疆阿拉爾鋼筋砼實心方樁預(yù)制工藝和施工工藝現(xiàn)場試驗及應(yīng)用成功實例，針對該地域地下水土對鋼筋砼結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋具有強(qiáng)腐蝕性的特點，從防腐蝕的角度對鋼筋砼實心方樁制作工藝和施工工藝進(jìn)行合理改進(jìn)和大膽創(chuàng)新，使其能夠滿足當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)需要。

【關(guān)鍵詞】鋼筋砼實心方樁；強(qiáng)腐蝕性；防腐蝕；工藝改進(jìn)

1、前言

鋼筋砼實心方樁（以下簡稱“實心方樁”）作為一種基礎(chǔ)樁型，發(fā)明迄今已有一百多年歷史，目前在建筑市場上仍占有一席之地。實心方樁斷面呈方形，樁身截面一般沿樁長不變，截面尺寸一般為200mm×200mm～500mm×500mm。樁長選擇比較靈活，限于運(yùn)輸條件工廠預(yù)制樁長一般不超過15m，現(xiàn)場預(yù)制根據(jù)施工需要可適當(dāng)增加，但一般不超過30m。

相比水下灌注樁等其他樁型，實心方樁防腐效果更好，可以提前預(yù)制，對常見的質(zhì)量問題如：鋼筋保護(hù)層厚度不均或露筋、混凝土振搗不密實、斷樁、鋼筋籠上浮等可以預(yù)先防控，且樁身砼強(qiáng)度達(dá)到100%后沉樁施工也在一定程度上減緩了地下水的滲透浸蝕速度，有利于延長建筑物的使用壽命，滿足設(shè)計要求的同時達(dá)到降本增效的目的，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下有廣闊的使用空間。

2、項目背景

本次實心方樁預(yù)制工藝、施工工藝現(xiàn)場試驗項目位于新疆阿拉爾市。根據(jù)當(dāng)?shù)匾酝こ淌┕べY料，一般建構(gòu)筑物多采用天然地基或復(fù)合地基，工業(yè)廠房或重要設(shè)備基礎(chǔ)采用樁基，以CFG樁為主，未采用過預(yù)制方樁。為了改變當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)樁型單一的不利局面，響應(yīng)“節(jié)能、降耗”政策，更好地優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到設(shè)計防腐要求和建筑使用壽命，實心方樁預(yù)制工藝和施工工藝現(xiàn)場試驗顯得很有意義。

3、試驗場地巖土工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件

3.1巖土工程地質(zhì)條件

本次試驗項目位于阿拉爾市2#工業(yè)園區(qū)，經(jīng)詳細(xì)地勘探明地層分布比較均勻，地層分布詳見下表：①1耕植土，松散，平均厚度3.39m；②1粉土，中密，平均厚度2.43m；②2粉質(zhì)粘土，軟～可塑，平均厚度0.85m；②3粉土夾粉質(zhì)粘土，中密，平均厚度1.85m；③粉砂夾粉土，中密～密實，平均厚度4.41m；④1粉砂，密實，平均厚度3.68m厚；④2粉砂夾粉土，中密～密實，平均厚度0.91m；⑤1粉砂，密實，平均厚度5.92m。其中地下水位以上為鹽漬土，厚度約2.7m～4m，由此可見該地域地層適合實心方樁的施工，特別是實心方樁在密實粉砂中擠密效果更佳。

3.2水文地質(zhì)條件

場地地下水主要為潛水，大氣降水、塔里木河地表水和地下逕流是其主要的補(bǔ)給來源，8月份勘察期間水位埋深為2.7～3.95m，年變化幅度在1.0～1.5m。

經(jīng)試驗分析評價，場地內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長期浸水時具弱腐蝕性，在干濕交替狀態(tài)下具強(qiáng)腐蝕性；場地內(nèi)地基土對混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均具有中等～強(qiáng)腐蝕性。

4、實心方樁現(xiàn)場預(yù)制環(huán)節(jié)的改進(jìn)

4.1預(yù)制工藝的改進(jìn)

目前，國內(nèi)外混凝土構(gòu)件廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件所用的模板分為帶底模板、不帶底模板兩種，但多為一個預(yù)制構(gòu)件采用一個板模，即：一件一模。主要有以下不足：（1）對預(yù)制場地要求較高；（2）現(xiàn)場安裝、拆卸量大，勞動強(qiáng)度高，工作效率低，屬于勞動密集型作業(yè)；（3）占用空間大，產(chǎn)品外觀質(zhì)量差等。為此我們在試驗時引進(jìn)了連體鋼模和自動脫模技術(shù)，對整個預(yù)制效率和質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍。

4.1.1工作原理

連體鋼模和自動脫模技術(shù)技術(shù)主要采用多個并列的單體U型鋼模組成，通過鋼板連成一體，構(gòu)成單元組合鋼模固定在工字鋼滑道上，其一側(cè)與工字鋼滑道固定，另一側(cè)與驅(qū)動系統(tǒng)中的頂桿相連。通過人為操控驅(qū)動系統(tǒng)（電動機(jī)及高壓油泵）使連體U型鋼模側(cè)壁張拉與回位，從而實現(xiàn)鋼模內(nèi)預(yù)制方樁與鋼模側(cè)壁產(chǎn)生間隙而達(dá)到自動脫模的目的。

4.1.2技術(shù)優(yōu)勢

這一技術(shù)解決了預(yù)制模板不能連體的難題，突破了工廠車間規(guī)模化預(yù)制現(xiàn)狀，克服了現(xiàn)場批量預(yù)制難、規(guī)模小、產(chǎn)量低等阻礙預(yù)制進(jìn)度的問題，使施工現(xiàn)場預(yù)制效率得到大幅提高；更重要的是對預(yù)制構(gòu)件經(jīng)常出現(xiàn)的蜂窩、麻面、混凝土振搗不實而產(chǎn)生坑洞及表觀平整度等質(zhì)量問題有了大幅度提高和改觀。該方法對場地要求明顯降低，自動化機(jī)械化程度較高，模板性能穩(wěn)定，可使混凝土在澆筑過程中得到充分的振搗以減小內(nèi)部空隙保證密實度，從而在一定程度上減弱了地下水對樁體的滲透腐蝕，產(chǎn)品表觀質(zhì)量和樁體質(zhì)量均明顯提高，同時不需頻繁安裝和拆除模板，節(jié)省大量人工和時間，制作效率也得到大幅提高。對于地下水土強(qiáng)腐蝕地域顯得尤為重要。

4.1.3工作示意圖（以500*500截面尺寸為例）

4.2圖集的改進(jìn)

眾所周知，鋼筋砼構(gòu)件已被廣泛地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中，它將鋼筋和混凝土兩種材料結(jié)合在一起，使各自的特性（鋼筋的抗拉強(qiáng)度大和混凝土的抗壓強(qiáng)度大）得到充分發(fā)揮，二者之間不僅有著可靠的粘結(jié)力，同時砼對鋼筋的包裹起到了保護(hù)鋼筋免遭銹蝕的作用。一般來說，實心方樁在施工設(shè)計和現(xiàn)場預(yù)制時均要參照《預(yù)制鋼筋混凝土方樁圖集》（04G361）執(zhí)行，但針對阿拉爾地下水土強(qiáng)腐蝕性的情況我們大膽地對圖集進(jìn)行了改動或創(chuàng)新。

4.2.1鋼筋保護(hù)層厚度的增加

圖集中規(guī)定500×500截面預(yù)制方樁縱向鋼筋保護(hù)層厚度為30mm，本次試驗鋼筋保護(hù)層厚度調(diào)整為45mm，使鋼筋的保護(hù)層厚度增加了15mm，但對應(yīng)的鋼筋砼截面縮小。鋼筋保護(hù)層厚度的增加在一定程度上阻緩了地下水的滲透侵蝕而起到防腐的作用，同時鋼筋砼截面的收縮給沉樁控制提高了要求。

4.2.2主筋數(shù)量增加及箍筋調(diào)整

在增加鋼筋保護(hù)層厚度的同時調(diào)整主筋數(shù)量及位置，具體是將圖集要求的4Φ25（①號筋）+4Φ20（②號筋）變?yōu)?Φ25+8Φ20，①號筋位置不變，②號筋每邊增加1根，位置對稱，而相應(yīng)的箍筋由四邊形變?yōu)榘诉呅?，間距和數(shù)量不變。這樣提高了單位體積含筋量，增加了鋼筋與混凝土接觸面積，有利于鋼筋和混凝土之間握裹力的充分發(fā)揮。

4.2.3鋼筋配置調(diào)整示意圖（以500*500截面尺寸為例）

4.3其他防腐措施

4.3.1材料方面

實心方樁的主要材料為鋼筋和混凝土，針對阿拉爾地下水土的腐蝕性采用抗?jié)B混凝土（C50、S10），水泥采用高抗硫硅酸鹽水泥，并摻入抗硫酸鹽外加劑和鋼筋阻銹劑。同時對鋼樁靴外表面涂刷防腐蝕耐磨涂層（環(huán)氧樹脂），吊環(huán)切割后應(yīng)在其周圍不小于100mm范圍分層多次涂刷防腐蝕耐磨劑并保證涂層完全晾干后方可沉樁。本次試驗為整節(jié)樁，類似強(qiáng)腐蝕地域若有接樁時須對接頭處采用玻璃絲帶纏繞并刷涂環(huán)氧樹脂做防腐處理。

4.3.2控制樁身微裂紋

引起樁身微裂紋的原因眾多，除了保證混凝土本身的質(zhì)量外關(guān)鍵是混凝土澆筑過程控制和后期養(yǎng)護(hù)。澆筑過程中掌控好振搗速率、強(qiáng)度和時間等要點，確保振搗充分均勻；混凝土養(yǎng)護(hù)上考慮到新疆晝夜溫差大而采取了現(xiàn)場蒸汽養(yǎng)護(hù)，對整個預(yù)制平臺鋪設(shè)封閉薄膜，在四周均勻設(shè)置溫濕度測量儀器（型號SF-WSD），有效地掌控混凝土養(yǎng)護(hù)時的溫濕度并及時做出合理調(diào)整。蒸汽養(yǎng)護(hù)至樁身砼強(qiáng)度的70%以上時起吊出鋼模并進(jìn)行二次蒸養(yǎng)或自然養(yǎng)護(hù)，樁身砼強(qiáng)度達(dá)到100%后方可吊運(yùn)沉樁。圖4所示為現(xiàn)場預(yù)制的實心方樁成品。

5、實心方樁沉樁施工控制

鑒于本次試驗場地地層以密實粉砂為主，根據(jù)經(jīng)驗不宜靜壓法，而宜采用錘擊法。相比“輕錘高擊”，“重錘低擊”（錘重10T為宜）更加實用該類地層。所謂“重錘低擊”是在選擇重錘的情況下適當(dāng)降低落距，相比較“輕錘高擊”仍具有較大的沖擊力，更容易使樁貫入土體，且錘重增加可以延長沖擊力作用時間，在一定程度上提高了打樁效率，也能避免樁體內(nèi)部產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力而造成樁頭破碎、樁身裂紋或斷裂。

經(jīng)過試驗，在鋼筋保護(hù)層厚度增加、有效承壓工作面收縮的情況下實心方樁能夠順利沉樁，且樁體質(zhì)量在整個沉樁過程中保持完好，沒有出現(xiàn)混凝土掉角、樁身劈裂及樁頭破壞等不良現(xiàn)象。當(dāng)大面積沉樁施工或群樁施工時，考慮到群樁擠土效應(yīng)，常態(tài)沉樁施工很難達(dá)到設(shè)計要求的持力層及樁長要求，引孔后沉樁施工能解決這一問題，且能防止由于應(yīng)力累積導(dǎo)致的樁體位移，對后期基礎(chǔ)整體穩(wěn)定和均勻沉降有積極作用。

6、結(jié)論

綜上所述，地下水土強(qiáng)腐蝕性環(huán)境下鋼筋砼預(yù)制方樁的施工是可行的。只要對預(yù)制工藝和施工工藝進(jìn)行合理改進(jìn)，加強(qiáng)樁體材料管控及施工過程中控制，能夠大幅度提高樁體抵御地下水（土）滲透侵蝕的能力，最大限度地發(fā)揮鋼筋混凝土實心方樁的建筑功能，滿足并延長其有效使用壽命。

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作者簡介

孟凱（1982.11-），男，漢族，河南省南陽市人，工程師，大學(xué)本科，研究方向：巖土工程。