黄海珂，武海轮，陈景，王斌和

（中建西部建设西南有限公司，四川 成都 610052）

0 前言

随着城市建设的发展和地下空间的开发利用，钻孔咬合桩围护作为一种新型围护结构形式，在深圳、广州、北京、宁波等城市的市政、地铁工程中广泛应用，施工工艺也日趋成熟[1-3]。近年来，在宁波下穿工程中，选用水泥—粉煤灰—矿粉体系，掺入高效缓凝泵送剂，配制出凝结时间为 64h 的 C15 超缓凝混凝土[4]；在杭州地铁工程中，选用水泥—粉煤灰体系，掺入超缓凝剂，配制出凝结时间为 80h 的 C20 超缓凝混凝土[5]。但是，关于超缓凝混凝土的耐久性以及养护条件对缓凝剂作用效果的研究则较少。咬合桩适用于淤泥、流砂、富水等不良地层，具有对地层扰动小、噪声小、成孔垂直度高、抗渗能力强等优点[6-9]。成都市区地层一般呈现典型的上软下硬二元结构，上部为黏土，底部为卵石层，地下水丰富，在开挖过程中，质量控制难度高，容易引发工程事故[10]。

目前，在成都地区钻孔咬合桩应用极少，本文就成都双铁站前下穿工程咬合桩技术要求，通过对原材料优选、配合比优化以及混凝土性能（工作性能、力学性能、耐久性能）检测，研究了 C30 超缓凝混凝土的制备技术，在该工程成功应用，并形成超缓凝混凝土生产质量控制技术措施，为此类工程在本地区的施工提供参考。

1 工程概况

成都犀浦双铁站前下穿隧道为双向六车道，总长1690m，其中暗埋段长 1250m，设犀浦站过街下穿通道一座，总长 100m。考虑到成都地区上软下硬二元结构以及地下水丰富，在靠近高铁线路一侧，选用钻孔咬合桩作为下穿隧道的深基坑围护结构，其优点是：配筋率低，大大降低原材料成本；桩间不存在施工缝，抗渗能力强；施工灵活，能够更好地适应设计要求。根据现场地质条件以及施工组织安排，确定超缓凝混凝土应满足相关指标：混凝土初凝时间不低于 60h，不高于 72h；坍落度应控制在 180～200mm，扩展度大于 450mm；3d 强度不大于 3MPa，28d 强度满足设计要求。

2 原材料与试验方法

2.1 原材料及其性能

（1）水泥：拉法基 P·O42.5R 水泥，技术性能指标见表1。

表1 水泥基本性能指标

（2）粉煤灰：成都Ⅰ级粉煤灰，需水量比小于95%，细度小于 12%，符合国标 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。

（3）拌合水：为地下水和自来水混合使用，符合国家现行标准 JGJ 63—2006《混凝土拌合用水标准》。

（4）机制砂与碎石：砂的含泥量、泥块含量、细度模数、级配等均符合国标 GB/T 14684—2011《建设用砂》；碎石为 5～31.5mm 连续级配碎石，其含泥量、泥块含量、级配、压碎指标等均符合 GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》。

（5）外加剂：减水剂为中建 ZJC-01 聚羧酸高性能减水剂，固含量 10%～12%；超缓凝剂为 Sika Retardol-25。

2.2 试验方法

（1）坍落度与扩展度测试方法，混凝土初凝与终凝时间，均参照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 。

（2）混凝土 3d、28d 抗压强度测试方法，参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

（3）混凝土的收缩性能、抗裂性能、抗氯离子渗透性能以及抗冻性能，参照 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法》及 JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》。

3 试验结果与分析

3.1 配合比设计

针对超缓凝混凝土技术要求，选用以下途径来优化配合比性能：采用大掺量优质粉煤灰，掺量控制在60～100kg/m3；选用高性能减水剂与性能稳定的超缓凝剂。参考混凝土配合比设计及外加剂相关标准，并结合我司以往的试配与生产经验，选择三个主要影响因素：用水量、缓凝剂掺量以及粉煤灰掺量，对每个因素选择3 个水平（因素水平表如表2 所示），进行正交试验，并对本考核指标进行测试，其结果如表3 和 4 所示。掺量。根据工程质量要求以及经济性，最佳的组合为A1B2C2。首先，从凝结时间上看，不宜太长或太短，缓凝剂掺量应控制在1.8%；随着用水量增大，混凝土强度降低明显，在用水量为 160kg/m3时，评价强度为43.6MPa。粉煤灰掺量变化对于强度与凝结时间的影响较其他两个因素小，但是它对于改善新拌混凝土工作性能以及后期耐久性能非常明显，并考虑到成都地区粉煤灰生产质量波动较大，选定本试验粉煤灰掺量为 20%。

表2 正交试验因素与水平

表3 正交试验及其考核指标试验结果

表4 正交试验结果极差分析

由表3 所示，本次试验主要考核的性能指标包括有：凝结时间、3d 及 28d 抗压强度。从表4 中极值数据可以看出：影响混凝土凝结时间的主次顺序是缓凝剂掺量、用水量、粉煤灰掺量；影响 3d 抗压强度的主次顺序是凝结时间、用水量、粉煤灰掺量；影响 28d抗压强度的主次顺序是用水量、缓凝剂掺量、粉煤灰

然而，本工程施工正值夏季，成都地区多雨，昼夜温度变化大，对缓凝剂作用效果影响较大。针对不同养护条件，试验缓凝剂掺量对混凝土凝结时间的影响，如图1 所示。其中，标准养护是指养护温度为(20±2)℃、湿度不小于 95%；16℃ 养护是指养护温度为 (16±2)℃、湿度不小于 95%；自然养护是指放置在自然环境中，覆膜养护（该试验时间段环境温度为25～35℃）。

图1 不同养护条件与缓凝剂掺量对凝结时间的影响

图1 表明，随着缓凝剂掺量提高，混凝土的凝结时间延长；不同环境条件对同掺量混凝土凝结时间影响不同，其中 16℃ 养护条件能够延长混凝土凝结时间，自然养护条件下混凝土凝结时间缩短。随着温度的增大，混凝土凝结时间降低，这主要是由于较高温度使胶凝材料的水化速度加大以及缓凝剂作用效果降低。因此，根据本试验结果以及成都地区夏季温度变化，为保证超缓凝混凝土凝结时间，缓凝剂掺量宜选用在 1.9%。

综合分析其考核指标以及成都地产生产质量控制水平，确定本工程基准配合比如表5 中 S1 所示。然而，由于目前对超缓凝耐久性能研究较少，本文通过超缓凝混凝土与普通混凝土（S0）耐久性试验结果对比分析，便于指导生产施工应用过程中质量控制。

3.2 工作性能与力学性能

掺入或未掺入缓凝剂混凝土工作性能与力学性能试验结果如表6 所示，其中，掺入缓凝剂的混凝土工作性能与未掺混凝土工作性能差别不大，强度降低，混凝土凝结时间延长，能满足工程质量要求；两组混凝土匀质性好、不泌水离析，具有良好的施工性能；与普通混凝土 28d 强度相比，超缓凝混凝土强度降低 9%，仍能满足设计要求。

表5 C30 超缓凝混凝土生产指导配合比

表6 混凝土工作性能与力学性能试验结果

3.3 耐久性能

本试验的耐久性能包括混凝土的干燥收缩、早期开裂、抗氯离子渗透性能以及抗冻性能。

3.3.1 干燥收缩与早期开裂

掺入或未掺入缓凝剂混凝土的各龄期干燥收缩如图2 所示。当掺入缓凝剂，会增大混凝土的干燥收缩率，其 3d 与 7d 的收缩率较未掺入缓凝剂增长了 42% 和46%。这主要是由于掺入缓凝剂延长了混凝土的凝结时间，导致混凝土在塑性状态下自由水向外界蒸发，增加混凝土内毛细孔张力和加剧混凝土早期收缩。

图2 掺入与未掺入超缓凝剂对不同龄期收缩的影响

掺入或未掺入缓凝剂混凝土早期抗裂性能试验结果如表7 所示。与普通混凝土相比，超缓凝混凝土的最大裂缝宽度与单位开裂面积增加，开裂风险增大。其中，超缓凝混凝土 7d 的最大裂缝宽度为 0.28mm，单位开裂面积为 290mm2/m2，比同龄期普通混凝土提升了 22%与 53%。在风吹和低温的条件下，混凝土在塑性阶段的水分蒸发速度较快，早期收缩显著增加，单位开裂面积增加。

表7 混凝土开裂试验结果

3.3.2 抗氯离子渗透系数

表8 是掺入或未掺入缓凝剂混凝土抗氯离子渗透性能试验结果。超缓凝混凝土 28d 电通量为 469C，比普通混凝土 28d 电通量增加了 13%，均能满足 Q-V:＜500。缓凝剂的掺入延缓了混凝土的凝结时间，孔隙率相应增加，会降低混凝土的抗氯离子渗透性。

表8 混凝土抗氯离子渗透性能试验结果

3.3.3 抗冻性能

本试验采用慢冻法，测试结果表明：超缓凝混凝土（S1）抗冻等级为 F200，普通混凝土（S0）抗冻等级为 F125。与普通混凝土相比，其强度损失较快，抗冻性下降明显。这主要是由于缓凝剂的掺入，延长了混凝土凝结时间，早期塑性阶段，水分蒸发过多，导致混凝土内部出现连通孔隙，降低混凝土抗冻性。

4 质量控制与工程应用

4.1 质量控制措施

由于咬合桩对超缓凝混凝土各方面性能要求高，控制难度大，为保证混凝土施工质量，必须全过程控制混凝土质量，包括原材料、混凝土生产与运输、混凝土浇筑、混凝土养护及混凝土过程监测等各个环节。

针对质量波动较大的机制砂，每车抽验关键指标，不合格的退掉；由于掺入超缓凝剂，为确保混凝土的均匀性，搅拌时间要较普通混凝土延长 30s；混凝土到现场后，应尽快灌注，避免现场等待时间过长，混凝土工作性能损失或缓释，影响混凝土质量；灌注过程中保证连续性，中间间隔时间不能太长，应控制在 2h 之内；及时关注天气变化情况，调整混凝土配合比及外加剂掺量。

4.2 应用效果

该混凝土自 2014 年 4 月起开始应用于成都犀浦双铁站前下穿工程，累计共生产 3000 余方。实际生产与现场取样表明：混凝土工作性能良好，施工顺利，质量稳定，各项性能指标满足设计要求。超缓凝混凝土的凝结时间得到有效控制，提高开挖成桩效率，加快施工进度，能够满足工程项目部施工安排，保证工程质量。

5 结论

（1）试验研究表明：选用水泥—粉煤灰体系，掺入适宜的超缓凝剂，能够制备出初凝时间为 68h，工作性能良好，力学性能与耐久性能满足设计要求的超缓凝混凝土；随着养护环境温度的提升，混凝土凝结时间变短；当初凝时间为 68h 时，与普通混凝土相比，超缓凝混凝土 28d 强度降低 9%，7d 收缩与开裂分别增大约46% 和 53%，抗氯离子渗透系数增大 13% 及混凝土抗冻等级降低。

（2）工程应用表明：超缓凝混凝土性能要求高，质量控制难，从生产到施工应采用全过程控制，优选性能稳定的原材料，现场施工组织安排合理，密切监控天气环境变化，从而保证混凝土性能满足要求。

[1]朱悦明，庞振勇，江彬文．套管咬合桩支护技术在地铁工程中的设计与应用[J]．都市快轨交通．2012,25(4): 82-88．

[2]李用敏．超缓凝混凝土的探索[J]．广东水利水电．2002(z1): 9-10．

[3]吕增义．超缓凝混凝土在地铁施工中的研究与应用[J]．建材与装饰．2014(13): 191-192，193．

[4]戴嘉明，方成，杜朝辉．超缓凝混凝土在咬合桩中的应用[J]．安徽建筑工业学院学报（自然科学版）．2009,17(2): 21-24．

[5]郭志武，陈洪光，冯健．超缓凝混凝土在咬合桩施工中的应用[J]．隧道建设．2004,24(3): 32-35．

[6]王亚强．超缓凝混凝土在深钻孔咬合桩中的配合比设计及应用[J]．浙江建筑．2006,23(11): 40-42, 48．

[7]黄力平，陈湘生，冯开典．基坑围护工程新技术——钻孔咬合桩[J]．工业建筑．2004(z2): 201-205．

[8]陈清志．深圳地铁工程钻孔咬合桩超缓凝混凝土的配制与应用[J]．混凝土与水泥制品．2002(2): 21-23.

[9]喻凯．晓东村站钻孔咬合桩施工技术总结[J]．城市建设理论研究（电子版），2013(3) ．

[10]夏晓勇，谢涛．成都二元地层结构对建筑基坑工程的影响[J]．四川建筑．2009,29(5): 101-102．