【研究探索】超流态混凝土灌注桩在岩土工程中的应用与优势研究
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第3期
超流态混凝土灌注桩在岩土工程中的应用与优势研究
王庆军
［摘 要］当前岩土工程钢筋笼的安装多设置为固定的位置，稳定性较差，导致工程灌注桩最大上拔量下降。为此提出对超流态混凝土灌注桩在岩土工程中的应用与优势研究。根据当前的测定施工要求及标准，先简述工程概况。进行放样定位与场地布置，搭接埋设护筒，以此为基础，完成对钻孔冲击及孔道清理，采用多目标的方式，增加超流态混凝土灌注桩的稳定性，安装设置多目标钢筋笼及单桩，最终通过扩底注浆及后期养护完成实践应用。施工结果表明：随机选定的 5 个区域最终的最大上拔量均可以达到 55mm 以上，说明此次超流态混凝土灌注桩的应用效果佳，具有实际的应用价值。与此同时，从无噪声、无振动、无污染，可以连续泵送，灌注效率更高且适应性强，以及单桩承载能力高四方面阐述其优势，为后续工程建设提供理论依据和技术支持。
［关键词］超流态状态；混凝土灌注桩；岩土工程；内置结构；岩土加固；应用优势
0 引言
桩基施工作业通常是建筑工程中十分重要且关键的一个步骤，较容易因地质及外部环境的变化受到不可控的影响。虽然桩基施工作业为各个施工环节带来了极大的便利条件，但是同时也埋下了极大的安全隐患，时刻威胁着施工人员的人身安全[1]。灌注桩的安装以及施工通常是十分注重对内置结构支撑性能的设置，且支撑柱位置的标定也要更为精准、可靠。当前普遍采用的支撑桩应用范围十分广泛，且初期取得了相对较好的施工效果。与其他灌注桩不同的是，超流态混凝土的灌注桩设置安装的方式较为特殊，一般是使用专业的设备和装置，先扩展延伸支撑柱的受压位置，为后续的压灌奠定基础条件。当桩顶标高达到预设的标准之后，调整钻杆的实际位置，此时可以使用螺钉将下方的底座固定，便于实现灌注桩的安装和搭接[2]。此次选定岩土工程进行施工搭建，当前该类型的工程若以传统的灌注桩支撑位置，虽然可以实现预期的应用建设结果，但是缺乏针对性与稳定性，在复杂的背景环境下，难以强化整体的施工效果，不能凸显建筑的优势，操作不当或者安装失误严重的甚至还会导致工程事故的发生，增加岩土工程内置结构的安全隐患[3]。为此提出对超流态混凝土灌注桩在岩土工程中的应用与优势研究。为确保最终测试结果的真实与稳定，选定真实的工程作为测试目标及对象，结合当前最新的建筑技术，进一步扩大实际的应用范围，从多个角度提升岩土工程的施工效率，构建更为灵活多变的施工结构，突出超流态混凝土灌注桩在岩土工程中应用的覆盖范围广、易操作控制、误差小等优势[4]。这样的形式也会促使灌注桩自身具有更强的承载力，强化建筑的综合支撑效果，稳定实际的施工环境，为后续相关技术及行业的发展奠定坚实基础，构架广阔的应用前景[5]
1 工程概况
此次主要是对超流态混凝土灌注桩在岩土工程中的应用与优势进行研究，考虑到最终测试结果的真实性与可靠性，选定中冀建勘集团有限公司下设的G施工建设工程作为测试的主要目标对象。与普通工程不同的是，该工程为岩土工程，这一类型的工程结构相对较为复杂，且需要设计针对性较强的施工方案。G工程建设的最低点自然标高经过测定计算出为265m，最高点自然标高为487m，测算出此时的高差为222m。为确保后续工程结构的稳定以及安全，此次采用组合式的建设形式，建设包括支撑梁板柱、超流态混凝土灌注桩、基础结构、支护结构（一般指的是挡土墙、格构）等。
经过对G工程基础环境的分析，具体的地质情况大致分为以下几个阶层：第一层为杂填土，颜色较为繁杂，并不固定，主要是由粘土、生活及建筑垃圾组成，土质较为混乱，内置的结构十分松散，一般的厚度在1.2～4.5m之间；第二层为红泥岩，总体上呈现出红褐色，但是岩芯处于土质的状态，并伴有少量块状，常年受到强风的侵蚀，表面逐渐出现了腐蚀化的外在特征，一般厚度在4.5～7.0m之间；第三层为泥岩，大多数也呈现出红褐色，整体的厚度为1.12～4.35m之间。根据对岩土工程土质的分析，结合实际的建设需求及标准对岩土工程施工建设进行分析，依据表1完成对岩土工程施工应用指标及参数的设置与实践应用。
以表1为基础，在当前建设施工的区域之内部署一定数量的监测节点，并且需要将每一个节点进行搭接和关联，形成一个循环性的监测环境，便于在施工建设的过程中采集数据、信息和现场情况。
2 设计岩土工程超流态混凝土灌注桩应用方法
2.1 放样定位与场地布置
当前结合实际的施工建设需求，先进行放样定位，同时对场地进行部署，营造稳定的建设施工环境。可以先明确实际的岩土施工建设的覆盖范围，在边缘区域进行标点处理，将需要建设安装灌注桩的区域划分为5个，区域之内接入多个监测节点，便于实时数据及信息的采集，为后续的施工建设提供参考依据。接下来，依据灌注桩施工作业要求，进行初次点位锁定，结合获取的数据信息。先计算出灌注桩的设置间距，如公式(1)所示：
式中：D ——灌注桩设置间距，m；
m ——定向覆盖区域，m
φ——定位数量，个；
n ——单元距离，m；
i ——灌注桩数量，个；
q ——堆叠面积，m
结合当前的设定要求，完成对灌注桩设置间距的计算，依据此数值，设置对应的超流态混凝土灌注安装位置，并保持一致。还需要进行超流态混凝土灌注桩施工作业定点的搭接与侧向关联，保证测量获取的数据是精准、可靠的。过程中可以利用全站仪进行数据的筛选和识别分类处理，形成超流态混凝土灌注桩对应坐标，明确具体的施工位置之后，为后续埋线工作的开展奠定基础条件。
2.2 搭接埋设护筒
在进行护筒的埋设之前，需要先结合当前的施工要求及标准，制作对应地护筒。使用厚度为7.5～8.5mm的钢板作为支撑面，设计一个长度为2.2m、直径控制在0.35m的护筒。完成之后，将其运输到超流态混凝土灌注桩施工场地，且在运输过程中尽量将护筒固定，以防发生松动或者散架的状况，强化护筒的安全程序。设计对应的护筒埋设流程，具体如图1所示。
根据图1，完成对护筒埋设流程的设计与实践分析。综合当前的建设要求及标准，进行后续的护筒设定与内置结构搭建。在埋设护筒时，测定把控护筒顶面位置到地面的距离实际距离，一般需要大于等于35cm，并确保每一个埋设点的稳定与可靠。
结束埋设之后，按照埋填要求处理岩土工程的分夯工作，核验护筒土层密实程度是否在合理的范围之内。如果护筒在埋设之后出现了偏移或者下沉等问题，可以采用辅助支架进行位置的细微调整，更好地保证后续施工及超流态混凝土灌注桩安装的稳定与安全，以护筒中心线为切入点，重复对其位置作出校正核验，从多个方面强化护筒的垂直情况，有利于建筑内置结构的完善与优化。
2.3 钻孔冲击及孔道清理
钻孔与清孔是超流态混凝土灌注桩安装与支撑结构设定最为关键且重要的一个环节。首先，需要综合实际的假设要求和标准，对需要钻取的孔洞作出一对一的标记，然后使用专业的设备或者辅助装置来进行冲击作业。此时可以确定实际的钻空位置，并在孔壁处设置一个水平的标准度，如果复合施工的要求，则可测定计算出实际的钻孔深度，具体如公式(2)所示：
式中：p ——钻孔深度，mm；
d ——孔距，mm；
y ——钻孔数量；
k ——冲击位置[6]
结合当前的测定要求，依据计算得出的钻孔深度，进行前期的开挖作业，过程中要合理把控冲击锤的方向与钻孔的对应力度，开展反复的冲击工作，以这样的形式来为后续的超流态混凝土灌注桩安装奠定坚实的基础。随即，进行钻孔控制指标数值的设置、调整，如表2所示。
根据表2，完成对钻孔控制指标数值的设定调整与研究分析。结合当前的钻孔要求，调整对应的控制指标标准，有效保护孔壁，一定程度上也尽可能地避免了钻孔冲击对孔壁产生的不良影响。确认孔内处于稳定状态之后便可以开展全面清孔作业。以工程建设为切入点，使用专业的设备和装置[7]，有效清理超流态混凝土灌注桩孔道的各类废弃物品，将残渣排放到回收池里，保障后续灌注桩施工的顺利推进，降低泥浆密度和含砂率，降低施工的难度[8]
2.4 多目标钢筋笼安装及单桩设置
钢筋笼其实是岩土工程施工建筑不可或缺的一个辅助装置，利用其自身的质量和承载可以更好地强化超流态混凝土灌注桩施工效果，为后期作业提供有力支持[9]。先对孔道的宽度和周长进行测定，获取初始的数据、信息之后，将其作为引导目标参考选择钢筋笼的对应使用型号，确定之后将钢筋笼运送至施工的点位之上；使用起重机将钢筋笼吊起，放置在预设的孔洞内部，保持底座圆心和桩心在水平位置，避免出现偏移或者下沉等问题。接下来，结合岩土工程的施工覆盖范围，还需要进行单桩的设置[10]。先进行灌注桩单桩极限承载力的计算，具体如公式(3)所示：
式中：M ——灌注桩单桩极限承载力；
——总极限侧阻力标准值；
E ——单桩数量；
——桩身周长；
h ——非竖向增强段极限侧阻力标准值；
——初始极限端阻力标准值；
γ——端阻力增强系数。
结合当前的测定，完成对灌注桩单桩极限承载力的计算。基于当前岩土工程的建设情况，需要针对不同的岩石和土壤进行试桩作业[11]，具体如表3所示。
依据表3，完成对选定岩土工程的基础试桩作业。经过测定之后发现，当前安装的超流态混凝土灌注桩的单桩承载力较强，支撑效果更佳，能够极大地弥补传统支撑灌注桩易断裂、承载力地、脆性等缺点，可以有效解决存在的相关问题。
2.5 扩底注浆及后期养护
综合当前的施工状态，先制定基础的混凝土浆液。设定水灰比为0.4。设定混凝土的凝固时间为50min，但最终不得超过1小时。然后，需要进行开环处理。清理当前注浆的密封装置，逐步强化整体的注浆条件，避免浆液难以进一步控制[12]。随即，进行注浆处理，具体如图2所示。
根据图2，完成对注浆处理结构的设计与实践分析，基于当前的测定要求，在确保单桩稳定之后，开始继续注浆，遵循连续性的规则，压力控制也要采用由小到大逐级增加的方式。由于本次施工建设为岩土工程，所以选择超流态混凝土的桩端注浆方式，设置Φ35mm的管壁厚度，并与灌注桩的焊接钢管形成搭接，实现管阀注浆的稳定及安全[13]
采用钢丝对灌注桩进行加固处理，沿着钢筋笼标定出对称位置，确保管阀与岩土工程灌注桩的长度保持一致，当注浆完成处理之后静置，实现岩土工程的搭建。之后进行后续的养护处理。这部分需要注意的是，养护的方案并不是固定的，而是依据岩土工程的建设施工需求及标准作出调整与设置，形成一个稳定循环的施工结构，便于后续调整修正。
施工养护完成后，需要对灌注桩进行检验。首先，对岩土建筑定期进行内置结构的核验，确保其处于稳定、安全的状态。其二是需要测定灌注桩的支撑能力，定期修整，延长建筑的使用寿命。其三是对岩土建筑的外侧结构和内置的灌注桩进行搭接，维护外部的辅助架，降低建筑的下沉、塌陷等问题的发生概率，强化最终的建筑施工效果[14]。经过上述测定，随机选定的5个区域最终的最大上拔量均可以达到55mm以上，说明此次超流态混凝土灌注桩的应用效果更佳，具有实际的应用价值。
3 应用优势分析
3.1 无噪声、无振动、无污染
当前岩土工程在支撑桩柱建设的过程中，常常会出现较多不可控的问题，且设备在使用时会产生噪声污染。而超流态混凝土灌注桩在安装的工程中通过钻孔便可以自由安装，一定程度上简化了施工环节，制定了施工无噪声、无振动、无污染的结构，是当前建筑施工的一大不可超越的优势[15]。除此之外，超流态混凝土灌注桩的搭建还需要进行钻孔处理，过程中可以使用高压水枪将沉渣冲出当前位置，提高成桩质量，并降低整体的施工作业阻力。
3.2 可以连续泵送
一般来说，预制超流态混凝土灌注桩采用连续泵送的方式进行安装时，与传统的建设结构相比，可以进一步保证桩身的完整性与稳定性，加强对断桩、缩径、孔底沉渣等问题的综合性控制，同时也降低了泥浆护壁质量通病的出现。
3.3 灌注效率更高且适应性强
传统的灌注桩在安装的过程中，整体的环节较为复杂，运输时的损坏率也相对较高，会形成不可控的经济损失。但是相比来看，超流态混凝土灌注桩的效率较高一些，过程中的环节也较为简单，钻孔的控制程度相对较高，内置支撑结构的稳定性较高[16]每日成桩的标准设置为25～35根。安装时并不会受地下水位的限制，无需间隔跳打，效果更佳。
3.4 单桩承载能力高
超流态混凝土灌注桩在安装的过程中，一般孔底不留残渣、虚土，这样的形式可以简化实际的施工作业环节，从多个角度强化桩端的承载能力与荷载性。多层级的桩体也促使建筑结构不易产生断桩、塌孔、下沉等质量缺陷，具有更强的应用优势。
4 结束语
本文对超流态混凝土灌注桩在岩土工程中的应用与优势的分析与研究。与初始的岩土工程施工结构相对比，此次综合超流态混凝土灌注桩自身具备的适应性强、覆盖广泛、支撑强度增加等优势，进一步扩大岩土工程实际的建设范围，并构建更为灵活、多变的施工应用结构，从多个角度强化实际的施工建设效果，对当前建筑行业的发展以及技术的完善起到非常大的促进作用[17]。此外，超流态混凝土灌注桩的应用还具有增强内置结构的支撑强度、稳定建筑环境、简化施工环节等优势，一定程度上可以进一步被广泛运用到建筑领域，提高岩土工程建筑的整体施工质量、耐用程度，延长建筑自身的使用寿命，推动岩土建筑行业迈入一个新的发展台阶。
参考文献
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供稿人：王庆军
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
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