岩溶地区灌注桩桩身包网材料的试验研究

喻伟，陈浩冲，黄德清，郑先昌

(1.中铁建设投资集团有限公司，广东 深圳 518000； 2.广州大学土木工程学院，广东 广州 510006；3.广州市第二市政工程有限公司，广东 广州 510060)

岩溶地区灌注桩桩身包网材料的试验研究

喻伟1*，陈浩冲2，黄德清3，郑先昌2

(1.中铁建设投资集团有限公司，广东 深圳 518000； 2.广州大学土木工程学院，广东 广州 510006；3.广州市第二市政工程有限公司，广东 广州 510060)

在岩溶强发育地区，钻孔见洞率高，有时溶洞尺寸大并且未充填，进行桩基础施工时，成孔难度大，超灌混凝土造成方量浪费，而且成桩质量难以控制。因此，一般采用全套管施工工艺穿越溶洞，此举可有效防止桩身混凝土大量漫溢到溶洞。近些年桩身钢筋笼外包网技术得到推广应用，即在溶洞相应位置的钢筋笼上叠层外包冲压钢板网和尼龙网。由于冲压钢板网成本较高，施工不便，故本文结合实际工程，对冲压钢板网、镀锌铁丝网进行材料拉力试验，分析镀锌铁丝网取代冲压钢板网的工程可行性，并通过工程验证取得较好效果。

岩溶地区；桩身包网；镀锌铁丝网；冲压钢板网；抗拉试验

1 引 言

碳酸岩作为一种特殊的地层，在我国的分布面积占据了约三分之一的国土[1]，使得岩溶地区的城市建设遇到了大量的地基基础难题，溶洞发育区的桩基施工即为一例[2]。

岩溶地区全套管灌注桩技术在施工过程中具有避免孔壁坍塌、不易断桩和缩径等优点，近年来得到了广泛应用[3～5]。然而在无充填的溶洞发育场区施工时，灌注桩浇筑混凝土过程中，套管拔出时混凝土丧失保护作用，容易造成混凝土大量扩散到溶洞中去，出现混凝土面突然下降和桩身夹泥断桩现象，甚至导致桩孔坍塌或地面下沉，造成工程质量事故。因此，岩溶区采用全套管灌注桩技术施工时，可预先在溶洞相应位置的钢筋笼外，绑扎冲压钢板网和尼龙网，防止拔出套管时混凝土大量扩散到溶洞中去，如图1所示。此方法可有效降低混凝土的扩散现象。目前，桩身包网穿越溶洞技术已基本成熟，并且已成为溶洞地区桩基施工的常规技术手段。

冲压钢板网套尼龙网成本较高，本文依据实际工程，试验新型镀锌铁丝网的抗拉强度，以期取代冲压钢板网。通过对桩身外包材料(冲压钢板网)和拟试验材料(镀锌铁丝网)进行材料拉力试验，分析两者的抗拉强度，验证镀锌铁丝网能否取代冲压钢板网用于溶洞地区施工。

图1 钢筋笼外包冲压钢板网和尼龙网

2 材料试验与数据分析

2.1 实验思路

(1)首先按照规范要求制作标准试件。

(2)其次对每组试件分别进行拉力试验，测得试件的力值与变形的关系曲线。

(3)最后通过对试验数据进行分析，得到每组试件的极限抗拉强度值。

2.2 标准试件的制作

本次试验需采用200 mm宽、100 mm长的标准试件。根据相关试验经验，试件在荷载作用下，其长度方向会出现收缩的现象，而本实验的标准试件的宽度大于长度，降低了这些试件的收缩影响。

制作标准试件时，每组试件分别剪取6块，必须保证试件最终宽度为 200 mm；试件长度应足够长并保证夹具的间距为 100 mm，其长度方向与待测最大负荷的方向平行。为控制滑移，在垂直试件的宽度方向画两条间隔 100 mm的标记线，以标示隔距长度，确保夹具的间隔。试验采用WD-100KE型双立柱电子万能试验机进行，如图2所示，两种拉伸材料按图3所示制作标准试件，标准试件如图4、图5所示。

图2 WD-100KE型电子万能试验机

图3 标准试件制作示意图

图4 冲压钢板网标准试件

图5 镀锌铁丝网标准试件

2.3 试验过程

试验之前，将夹具隔距调节至 100±3 mm，拉力量程设为 30 kN，横杆量程设为 500 mm，拉伸速率保持在 20 mm/min。然后将冲压钢板网、镀锌铁丝网两种试件对中地夹持在夹具中进行拉伸试验。试验过程中，上下夹具的螺丝处于拧紧状态，应时刻注意标记线的位置，保证试件不会发生偏移滑落。试验开始时，待试件刚开始绷紧而尚未受力时，将数据清零，然后继续加载，直到两种试件都破坏为止。记录最大负荷和伸长率并精确至0.1%。如果试验过程中试样在夹具中发生滑移，或者试样在距离钳口 5 mm以内的范围中断裂，该试验结果剔除，取新试样重新进行试验。两种材料的拉伸及破坏形态如图6～图9所示，拉伸试验过程中，试验仪器自动绘制力值-变形曲线。试验时间通常以 10 min为宜，因为拉伸曲线最大值对应的是材料失去抗力的状态，后续拉伸没有参考意义。

图6 冲压钢板网拉伸

图9 镀锌铁丝网破坏形态

2.4 试验成果与数据分析

本次试验对冲压钢板网和镀锌铁丝网两种材料进行了拉伸试验，每一种材料进行6组试验，分别测得两种材料的最大力值、最大变形和试验拉伸时从开始到破坏的时间。

在本次试验中，冲压钢板网、镀锌铁丝网的拉伸试验过程均符合试验规程的要求，两种材料的力值与变形曲线如图10、图11所示，实验值如表1、表2所示。

图10 冲压钢板网试件力值与变形的变化曲线

图11 镀锌铁丝网试件力值与变形的变化曲线

冲压钢板网试验测值 表1

镀锌铁丝网试验测值 表2

由图10、图11可知两种材料的力值与变形曲线都呈现出突变回弹现象，类似于钢筋的拉伸，并且呈现出“锯齿”式下降现象，这是由于钢丝每断裂一根，曲线就会出现一次波动，直至大部分钢丝断裂，试件失去抗力。不同之处在于，镀锌铁丝网出现了负值，这是因为断裂口出现拉应力集中现象，沿测试方向变形不均匀导致。

两组材料的最大力值的均值和标准差由式(1)和式(2)求得，结果如表3所示。

(1)

(2)

其中：i=1-6；

Xi—实验样本。

最大力值的均值与方差 表3

试件的拉伸强度和伸长率由式(3)和式(4)得到。

(3)

(4)

式中： σf—拉伸强度均值，kN/m2；

Ff—最大力值均值，kN；

Sf—拉伸试件的面积，mm2；

εf—伸长率，%；

L0—拉伸前试件长度，mm；

Lb—断裂时试件长度，mm；

经计算，冲压钢板网的拉伸强度和伸长率为 222.95 kN/m2和2.024%；镀锌铁丝网的拉伸强度和伸长率为 165.70 kN/m2和15.36%。

3 适用性分析

混凝土浇筑过程中，桩身外包材料能否抵抗混凝土侧压力是镀锌铁丝网能否取代冲压钢板网用于溶洞地区桩基施工的关键。本文混凝土侧压力的计算参考相关规范[6～7]，如式(5)所示。

F=γcH

(5)

式中：γc—混凝土重度；kN/m3；

H—计算高度；m；

本实验测得的冲压钢板网和镀锌铁丝网的拉伸强度分别为 222.95 kN/m2、165.70 kN/m2。另外产品标示的尼龙网拉伸强度 9.755 kN/m2作为受力安全储备，不计入内。

实际计算中，水下浇灌时，混凝土的浮重度取 15 kN/m3时，由式(5)计算得，镀锌铁丝网可用于高度不大于 11 m的溶洞地区桩基施工，在广州宏宇大厦施工中，最大溶洞高度 10.0 m，使用镀锌铁丝网施工经验证达到要求。

4 结 论

综上所述，镀锌铁丝网可用于高度不大于 11 m的溶洞地区桩基施工。通过市场调查，冲压钢板网的价格约为 50 元/m2～60 元/m2，镀锌铁丝网的价格约为 15 元/m2～20 元/m2，而且施工方便。因此对于跨度不大于 11 m或有充填物的溶洞可以考虑选用镀锌铁丝网代替冲压钢板网用于溶洞地区桩基础工程施工。

[1] 尹国荣. 岩溶区勘察方法及桥梁桩基施工技术[D]. 长沙：中南大学，2009.

[2] 黄德清. 溶洞顶板承载机理研究在某桩基工程中的应用[J]. 广东建材，2015(12)：41～43.

[3] 庄妍，牟凡，崔晓艳等. 全套管灌注桩在临近地铁隧道的暗桥桩基工程中的应用[J]. 岩土工程学报，2015(37增)：41～45.

[4] 肖勇杰，许万强，陈福全. 全套管大直径振动取土灌注桩施工新技术[J]. 施工技术，2015(44)：61～64.

[5] 朱芝同，宋志彬，冯起赠等. 全套管钻孔咬合桩在临近地铁基坑工程中的应用[J]. 探矿工程，2014(41)：65～69.

[6] GB 506666-2011. 混凝土结构工程施工规范[S].

[7] JGJ162-2008. 建筑施工模板安全技术规范[S].

Research on the Mesh Materials outside Reinforcement Cage of thePile in Karst Area

Yu Wei1，Chen Haochong2，Huang Deqing3，Zheng Xianchang2

(1.China Railway Construction Investment Group Corporation Limited，Shenzhen 518000，China； 2.College of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 3.Guangzhou Second Municipal Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou 510060，China)

In the construction of pile foundation in Karst development area，because of the high rate of hole，when the size of the cave is relatively large，it will result in constructing the pile difficulty and wasting the concrete，and the quality of the pile is difficult to control. Therefore，we generally use the whole casing construction technology through the cave，which can effectively prevent the concrete of the pile into the cave. In recent years，the technology of wrapping mesh outside the steel reinforcement cage (that is，in the corresponding position of the reinforcement cage of the hole wrap steel mesh net and the nylon net)is very popular. Because of the high cost and inconvenient of the steel mesh，so the paper test the tensile of steel mesh and galvanized wire mesh combined with the actual project，and analysis whether the galvanized steel wire can replace the steel mesh or not，the last，the paper prove the galvanized steel wire has achieved good results in engineering.

Karst；wrap mesh outside the hole；galvanized steel wire；steel mesh；tension test

1672-8262(2017)02-167-04

TU473.1

B

2016—12—20

喻伟(1986—)，男，硕士，助理工程师，主要从事工程施工与技术管理等工作。