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[摘 要] 无砂混凝土是由再生骨料、水泥、水等材料经特殊工艺制成的具有连续孔隙的混凝土，既有一定的强度，又有良好的透气透水性。它的应用可以有效解决由于城市建设中产生的垃圾以及道路不透水所引起的一系列问题，保护了自然资源和生态环境，符合可持续发展的要求。本文针对无砂透水再生混凝土的配合比设计、强度、透水性能及抗冻、抗冲击性能等进行了探讨和研究。结果表明其抗冻性能较差，但其抵抗外界荷载作用的能力较强。试验中设计制作了透水系数测试仪，建立了透水系数和有效孔隙率、浆膜厚度之间的关系式，为无砂透水再生混凝土的设计提供了依据。
[关键词] 无砂混凝土 配合比设计 灌注桩施工 施工工法
目前国内将无砂混凝土用于公路工程刚处于起步阶段，对于无砂混凝土的强度、透水性、反滤特性进行分析研究，及无砂混凝土在相关应用的渗流分析，及如何将无砂混凝土的支撑(承重)、透水、反滤三种用途用于公路工程具有重要意义，对于减少公路水毁损失，减少路基路面渗透破坏，延长公路的使用寿命，节约公路运营维护成本具有现实意义。
一、无砂混凝土灌注桩施工环境基础
无砂混凝土灌注桩的承载力较同等地质条件下，同等桩长桩径的其他类型灌注桩的承载力要高出很多，因为无砂混凝土灌注桩在施工过程中所采用的高压注浆、高压补浆的施工方法会使桩径有所增大，并产生类似根须的毛刺，使桩身同土壁的摩阻力增强，从而提高承载力，但该施工方法对粗骨料的要求较严格。
1）原状土承载力标准值
压力注浆处理后的地基土承载力是复合地基承载力的重要组成部分。通常情况下，在注浆量和注浆压力相同情况下，注浆处理后的地基土承载力与原状土的承载力水平呈正比关系，原状土承载力水平越高，注浆处理后的地基土承载力亦越高。
该技术区别于其它类型复合地基技术的重要方面之一是置换率较低(通常为2%一10%)，可充分发挥桩周土的承载力。
2）原状土渗透性
投石压浆无砂混凝土小桩复合地基通常采用分级升压法注浆。根据土体结构类型不同，原状土中孔隙结构的分布特征亦有所不同，对有连续气相分布的土体，在第一步的渗入式灌浆阶段，水泥浆对桩周土体的灌注范围较大，在浆液土粒中的分布也较为均匀，在第二阶段有压力注浆时，水泥浆的灌注范围进一步加大，在渗入式灌浆阶段的水泥浆液进一步密实，从而使压浆效果易于满足工程设计要求;对以主要由封闭孔隙构成的气相结构的土体中，渗透系数小，土体的渗透性较差，一般在渗入式灌注阶段，水泥浆液对桩周土体灌注难以进行，或灌注范围很小，只有在压力注浆阶段，水泥浆才有可能对桩周土体进行有效的灌注处理或侧向挤密，因此，压力注浆范围受到很大限制，常常要求灌浆压力较大，以及上覆土层对待加固土层的约束加强。
3）原状土饱和度
通常情况下，对地基土层孔隙中气体(相)的灌浆置换要比对液体(相)的灌浆置换容易得多。当原状土饱和度较高时，不仅对成孔过程造成困难，更要求较大的注浆压力以置换原状土中的孔隙水。
投石压浆无砂混凝土小桩复合地基采用逐渐加密原则有序处理，加固过程中，通常采用梅花型和方格型桩位布置。当采用梅花型布桩时，首先施工奇数排的奇数位桩孔;再施工奇数排偶数位桩孔;然后再施工偶数排的奇数位桩孔;第四次序为施工偶数排偶数位的桩孔。对方格型布桩方式，首先施工奇数排的奇数位桩孔;再施工偶数排的偶数位桩孔;然后再施工奇数排的偶数位桩孔;第四次序为施工偶数排的奇数位桩孔。以使待处理地基土在设计加固范围内，压力注浆时桩周土体的灌注效果较为均匀和密实，使复合地基在材料用量不变条件下，达到最佳加固处理效果。
二、无砂混凝土灌注桩施工工法研究
具体施工流程见图1。
第一步：钻孔。根据设计要求,用钻孔机钻出符合设计要求长度和直径的桩孔,并且清理干净,以免污染混凝土,造成桩身夹碴现象。同时,用搅浆机搅制水泥浆,以备使用。水泥浆的水泥比为1:1.
第二步：布设注浆管。注浆管分为一长一短两根,是用无缝钢管制成。长管长度相当于桩孔深度,注浆长管前端伸到距孔底300mm处。短管长度相当于桩孔一半深度,注浆短管前端伸到桩孔中间处。
图1 施工流程图
第三步：下粗骨料。用翻斗车将石子通过钢板漏斗投人到桩孔中,并将钢筋笼下到桩孔中,石子一直到装满桩孔为止。
第四步：压浆。用压浆机通过长管将水泥浆压人桩孔内,使水泥浆由下至上充满整个桩孔。这时,桩孔的石子由于水泥浆的冲击,产生振捣作用, 石子由疏散变得密实。此时要注意随时补充石子,以保证石子装满整个桩孔。注浆的时间长短要看注人的水泥浆浆头能否保持在桩孔顶部而不产生明显的下落。若浆头有明显的下落,则需继续注浆若稍等一会浆头没有明显的下落,则可以停止注浆,抽出注浆长管。
图2布置注浆管示意图 图3劈裂产生扩头示意图
第五步：补浆。分为初凝前补浆和初凝后补浆。初凝前补浆是在水泥浆初凝前通过注浆短管进行补浆,初凝前补浆是必须的,也是非常重要的,它不但能保证桩身的质量,而且还能提高桩的承载力。这是因为,过了一段时间后,水泥浆中的水会有所流失,水泥浆浆头将下降到一定部位,为了保证桩上部的桩身质量,必须进行一次补浆。另外,补浆时产生的高压,会有一些水泥浆被压到土壁内,形成类似根系的毛刺,增大了桩身同土壁的摩擦,从而提高了承载力。
也有的在施工过程中采用水泥浆初凝后进行补浆,但这必须是在初凝前补浆的基础上进行的,因为只有初凝前补浆才能保证桩身的质量。初凝后补桩可以提高桩身的承载力,因为初凝后补浆水泥浆的高压会使补浆点的桩身产生劈裂,同时形成一个扩头。这种劈裂破坏了桩身后又由于劈裂处充满了水泥浆而被修补好,所以不会对桩身造成损害。
初凝前补浆可以将注浆短管抽出,清洗后以备下次使用,而初凝后补浆不得抽出注浆短管,以免挠动桩身上端的混凝土。
三、结论
通过本文的研究分析，可以得出以下结论:
1.无砂混凝土灌注桩适用范围很广，对于公路、桥梁等基础设施建设尤其是公路，也可用于处理公路路基工程中遇到的粉质粘土、粘性土、松散的砂土、湿陷性黄土、膨胀上及人工填土中的素填土和含少量大块碎屑的杂填土地基;既可进行地基土层的加固，也可用于工程防渗处理。
2.无砂混凝土灌注桩可用于增加软土地基的承载能力、减少沉降量等，适用于以下情况:①中、高层新建建(构)筑物的软地基处理;②高层重荷建筑物地基处理;③既有建(构)筑物的地基加固，基础托换;④大型铁塔抗交替荷载基础，大型工业抗交替荷载的设备基础;⑤池形建(构)筑物抗压抗浮基础;⑥高等级公路路基工程的地基处理。
3.与其它类型的非散体材料桩相比，无砂混凝土灌注桩更能发挥桩间土承载力和提高桩间土层的变形模量，增加桩间土的承载力，从而减少用桩量，大大缩短工期和节省投资。①比普通深层搅拌桩复合地基方案可节约基础工程造价15～20%，缩短工期30%;②与深层喷射搅拌桩复合地基相比，可节省基础工程造价分别为20%(人工成孔)和15%（机械成孔)，缩短工期25%;③与低标号混凝土桩复合地基相比(直径d取400--450mm，可节省地基处理费用20%。■
参 考 文 献
[1]曾伟.透水混凝土配合比设计及性能研究[D].重庆:重庆大学，2007:16-34
[2]杨静，蒋国梁.透水性混凝土路面材料强度的研究[J].混凝土，2000，186(10):27-30
[3]王莉莉.建筑废料再生混凝土的试验研究[D].西安:西北工业大学，2004:8-12
[4]张应立.现代混凝土配合比设计手册[M].北京:人民交通出版社，2002:108-112
[关键词] 无砂混凝土 配合比设计 灌注桩施工 施工工法
目前国内将无砂混凝土用于公路工程刚处于起步阶段，对于无砂混凝土的强度、透水性、反滤特性进行分析研究，及无砂混凝土在相关应用的渗流分析，及如何将无砂混凝土的支撑(承重)、透水、反滤三种用途用于公路工程具有重要意义，对于减少公路水毁损失，减少路基路面渗透破坏，延长公路的使用寿命，节约公路运营维护成本具有现实意义。
一、无砂混凝土灌注桩施工环境基础
无砂混凝土灌注桩的承载力较同等地质条件下，同等桩长桩径的其他类型灌注桩的承载力要高出很多，因为无砂混凝土灌注桩在施工过程中所采用的高压注浆、高压补浆的施工方法会使桩径有所增大，并产生类似根须的毛刺，使桩身同土壁的摩阻力增强，从而提高承载力，但该施工方法对粗骨料的要求较严格。
1）原状土承载力标准值
压力注浆处理后的地基土承载力是复合地基承载力的重要组成部分。通常情况下，在注浆量和注浆压力相同情况下，注浆处理后的地基土承载力与原状土的承载力水平呈正比关系，原状土承载力水平越高，注浆处理后的地基土承载力亦越高。
该技术区别于其它类型复合地基技术的重要方面之一是置换率较低(通常为2%一10%)，可充分发挥桩周土的承载力。
2）原状土渗透性
投石压浆无砂混凝土小桩复合地基通常采用分级升压法注浆。根据土体结构类型不同，原状土中孔隙结构的分布特征亦有所不同，对有连续气相分布的土体，在第一步的渗入式灌浆阶段，水泥浆对桩周土体的灌注范围较大，在浆液土粒中的分布也较为均匀，在第二阶段有压力注浆时，水泥浆的灌注范围进一步加大，在渗入式灌浆阶段的水泥浆液进一步密实，从而使压浆效果易于满足工程设计要求;对以主要由封闭孔隙构成的气相结构的土体中，渗透系数小，土体的渗透性较差，一般在渗入式灌注阶段，水泥浆液对桩周土体灌注难以进行，或灌注范围很小，只有在压力注浆阶段，水泥浆才有可能对桩周土体进行有效的灌注处理或侧向挤密，因此，压力注浆范围受到很大限制，常常要求灌浆压力较大，以及上覆土层对待加固土层的约束加强。
3）原状土饱和度
通常情况下，对地基土层孔隙中气体(相)的灌浆置换要比对液体(相)的灌浆置换容易得多。当原状土饱和度较高时，不仅对成孔过程造成困难，更要求较大的注浆压力以置换原状土中的孔隙水。
投石压浆无砂混凝土小桩复合地基采用逐渐加密原则有序处理，加固过程中，通常采用梅花型和方格型桩位布置。当采用梅花型布桩时，首先施工奇数排的奇数位桩孔;再施工奇数排偶数位桩孔;然后再施工偶数排的奇数位桩孔;第四次序为施工偶数排偶数位的桩孔。对方格型布桩方式，首先施工奇数排的奇数位桩孔;再施工偶数排的偶数位桩孔;然后再施工奇数排的偶数位桩孔;第四次序为施工偶数排的奇数位桩孔。以使待处理地基土在设计加固范围内，压力注浆时桩周土体的灌注效果较为均匀和密实，使复合地基在材料用量不变条件下，达到最佳加固处理效果。
二、无砂混凝土灌注桩施工工法研究
具体施工流程见图1。
第一步：钻孔。根据设计要求,用钻孔机钻出符合设计要求长度和直径的桩孔,并且清理干净,以免污染混凝土,造成桩身夹碴现象。同时,用搅浆机搅制水泥浆,以备使用。水泥浆的水泥比为1:1.
第二步：布设注浆管。注浆管分为一长一短两根,是用无缝钢管制成。长管长度相当于桩孔深度,注浆长管前端伸到距孔底300mm处。短管长度相当于桩孔一半深度,注浆短管前端伸到桩孔中间处。
图1 施工流程图
第三步：下粗骨料。用翻斗车将石子通过钢板漏斗投人到桩孔中,并将钢筋笼下到桩孔中,石子一直到装满桩孔为止。
第四步：压浆。用压浆机通过长管将水泥浆压人桩孔内,使水泥浆由下至上充满整个桩孔。这时,桩孔的石子由于水泥浆的冲击,产生振捣作用, 石子由疏散变得密实。此时要注意随时补充石子,以保证石子装满整个桩孔。注浆的时间长短要看注人的水泥浆浆头能否保持在桩孔顶部而不产生明显的下落。若浆头有明显的下落,则需继续注浆若稍等一会浆头没有明显的下落,则可以停止注浆,抽出注浆长管。
图2布置注浆管示意图 图3劈裂产生扩头示意图
第五步：补浆。分为初凝前补浆和初凝后补浆。初凝前补浆是在水泥浆初凝前通过注浆短管进行补浆,初凝前补浆是必须的,也是非常重要的,它不但能保证桩身的质量,而且还能提高桩的承载力。这是因为,过了一段时间后,水泥浆中的水会有所流失,水泥浆浆头将下降到一定部位,为了保证桩上部的桩身质量,必须进行一次补浆。另外,补浆时产生的高压,会有一些水泥浆被压到土壁内,形成类似根系的毛刺,增大了桩身同土壁的摩擦,从而提高了承载力。
也有的在施工过程中采用水泥浆初凝后进行补浆,但这必须是在初凝前补浆的基础上进行的,因为只有初凝前补浆才能保证桩身的质量。初凝后补桩可以提高桩身的承载力,因为初凝后补浆水泥浆的高压会使补浆点的桩身产生劈裂,同时形成一个扩头。这种劈裂破坏了桩身后又由于劈裂处充满了水泥浆而被修补好,所以不会对桩身造成损害。
初凝前补浆可以将注浆短管抽出,清洗后以备下次使用,而初凝后补浆不得抽出注浆短管,以免挠动桩身上端的混凝土。
三、结论
通过本文的研究分析，可以得出以下结论:
1.无砂混凝土灌注桩适用范围很广，对于公路、桥梁等基础设施建设尤其是公路，也可用于处理公路路基工程中遇到的粉质粘土、粘性土、松散的砂土、湿陷性黄土、膨胀上及人工填土中的素填土和含少量大块碎屑的杂填土地基;既可进行地基土层的加固，也可用于工程防渗处理。
2.无砂混凝土灌注桩可用于增加软土地基的承载能力、减少沉降量等，适用于以下情况:①中、高层新建建(构)筑物的软地基处理;②高层重荷建筑物地基处理;③既有建(构)筑物的地基加固，基础托换;④大型铁塔抗交替荷载基础，大型工业抗交替荷载的设备基础;⑤池形建(构)筑物抗压抗浮基础;⑥高等级公路路基工程的地基处理。
3.与其它类型的非散体材料桩相比，无砂混凝土灌注桩更能发挥桩间土承载力和提高桩间土层的变形模量，增加桩间土的承载力，从而减少用桩量，大大缩短工期和节省投资。①比普通深层搅拌桩复合地基方案可节约基础工程造价15～20%，缩短工期30%;②与深层喷射搅拌桩复合地基相比，可节省基础工程造价分别为20%(人工成孔)和15%（机械成孔)，缩短工期25%;③与低标号混凝土桩复合地基相比(直径d取400--450mm，可节省地基处理费用20%。■
参 考 文 献
[1]曾伟.透水混凝土配合比设计及性能研究[D].重庆:重庆大学，2007:16-34
[2]杨静，蒋国梁.透水性混凝土路面材料强度的研究[J].混凝土，2000，186(10):27-30
[3]王莉莉.建筑废料再生混凝土的试验研究[D].西安:西北工业大学，2004:8-12
[4]张应立.现代混凝土配合比设计手册[M].北京:人民交通出版社，2002:108-112