超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)施工工藝

戴良軍，馮忠居，盛明宏，崔林釗，董蕓秀,4，馮凱，文軍強

(1.安徽建工集團有限公司，合肥 安徽 230000；2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064；3.安徽省路橋工程集團有限責(zé)任公司，合肥 安徽 230000；4.隴東學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000)

0 引 言

隨著中國交通事業(yè)的迅速發(fā)展，公路等級不斷提高，超重載的現(xiàn)象也不斷增多，現(xiàn)行公路橋梁對樁基承載力的要求越來越高，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)直徑、埋深越來越大，一些工程問題隨之而來[1]。一方面，樁身自重占樁承載力的比重愈來愈大，有效承載率的降低致使工程效率不佳；另一方面，大直徑深長樁基礎(chǔ)的施工工藝復(fù)雜、造價高，成孔、鋼筋籠的下放與對接、混凝土的連續(xù)灌注等對施工工藝要求極高，施工質(zhì)量難以保證[2]。而大直徑空心樁的出現(xiàn)有效地解決了上述問題[3-6]。

近年來，在大直徑空心樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出一種新型的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式——超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)，其主要由空心樁、水泥攪拌樁、樁周注漿土體共同組成[7-11]。超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)除了具有傳統(tǒng)大直徑空心樁基礎(chǔ)的所有優(yōu)勢外，由于復(fù)合樁在成孔之前在外圍完成了水泥攪拌樁的施工，因此在成孔過程中并不需要采用泥漿護壁，從而避免了泥漿殘留對樁基承載力的影響，而且克服傳統(tǒng)樁孔灌注樁灌注水下混凝土的各種弊病。樁側(cè)注漿則進一步改善樁周土的工程性質(zhì)，提高樁承載力，減小樁的沉降量。

超大直徑空心獨立復(fù)合樁可實現(xiàn)橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的輕型化，這為其在實體工程中的推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)，但作為一種新樁型和傳統(tǒng)橋梁樁基相比，雖然其設(shè)計理念更為優(yōu)越，但施工經(jīng)驗還較缺乏。為避免施工不規(guī)范造成的工程問題，本文基于現(xiàn)有的技術(shù)手段，明確超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)施工工藝及流程，為該樁基的推廣提供實際可行的技術(shù)支持。

圖2 水泥攪拌樁施工流程

1 超大直徑空心獨立復(fù)合樁基構(gòu)造

超大直徑空心獨立復(fù)合樁基主要由超大直徑空心樁、水泥攪拌樁、樁端鋼筋混凝土厚板、樁周注漿土體組成[12-14]，是一種將預(yù)制樁和鉆孔樁以及復(fù)合地基三者的優(yōu)點結(jié)合在一起的全新樁型，其構(gòu)造如圖1所示。

圖1 超大直徑空心獨立復(fù)合樁的構(gòu)造

超大直徑空心獨立復(fù)合樁基的施工主要包括水泥攪拌樁施工、空心樁施工(現(xiàn)澆或預(yù)制)、樁側(cè)注漿施工三部分[15-16]。

2 水泥攪拌樁施工

在既定樁位處沿樁基四周施工水泥攪拌樁，形成封閉的水泥攪拌樁圍護墻。雙軸單向水泥攪拌樁施工工藝流程為：場地整平，樁機就位，預(yù)拌下沉，提升，清理鉆頭，噴漿下沉，提升攪拌，清理鉆頭，重復(fù)噴漿下沉，重復(fù)提升攪拌，清理鉆頭，移動樁機，之后進行下一根樁的施工，如圖2所示。

3 空心樁施工

根據(jù)實際工程建設(shè)條件，空心樁的施工方式有預(yù)制樁節(jié)接高型、預(yù)制樁片拼裝型以及現(xiàn)澆成樁型3種。

3.1 預(yù)制樁節(jié)接高型

3.1.1 樁節(jié)預(yù)制

當空心樁樁徑不大時，樁節(jié)可在工廠或施工現(xiàn)場采用雙層模板對接法預(yù)制，即第1樁節(jié)預(yù)制后，在第1樁節(jié)的上端涂刷1層不摻固化劑的環(huán)氧樹脂膠作為隔離層，于隔離層上預(yù)制第2樁節(jié)，同樣在第2樁節(jié)上端面涂隔離層，以此類推預(yù)制其他樁節(jié)，直至預(yù)制完1根樁所需的樁節(jié)，如圖3所示。

圖3 空心樁預(yù)制順序

預(yù)制過程中，在樁節(jié)上預(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道，用于拼接樁節(jié)時張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，如圖4所示。

圖4 空心樁節(jié)構(gòu)造

3.1.2 樁節(jié)拼接下放

圖6 普通樁片

在設(shè)計樁位處使用大型鉆孔器械成孔，鉆機鉆孔達到設(shè)計標高后，用鉆機進行清渣，埋設(shè)注漿管，進行孔底拋石，拋石厚度以0.25～0.3倍直徑或1～2 m為宜；隨后安裝導(dǎo)向架、支承托架等設(shè)備和運輸平臺。由于空心樁殼尺寸大，外表不能打孔和設(shè)置吊環(huán)，因此在運輸時將特制的鋼板夾具與樁節(jié)緊扣在一起，鋼板和樁殼間的空隙用木塞塞緊。

使用支承托架吊放空心樁底節(jié)，當空心樁底節(jié)吊放至接高第1節(jié)樁殼的高度時暫停下放，利用大型吊裝器械將第1節(jié)樁殼吊運至底節(jié)上方，烘干處理干凈接樁的端面，再用丙酮清洗，涂刷環(huán)氧樹脂膠砂，然后在預(yù)留孔道內(nèi)穿入錐形螺紋連接筋，并與底節(jié)上的HZLM連接器連成整體，再對上端面張拉連接筋，使預(yù)制樁殼通過環(huán)氧樹脂水泥膠砂連成整體。將支承托架夾箍夾在第1節(jié)樁身上，松開吊裝器械夾具；吊放至下一節(jié)樁殼拼接高度，重復(fù)拼裝工序，完成空心樁身的拼接下放；使用樁底預(yù)留的注漿管對樁底碎石層進行注漿處理，如圖5所示。

圖5 樁節(jié)拼接下放

3.2 預(yù)制樁片拼接型

3.2.1 樁片預(yù)制

當樁徑較大時，將空心樁沿軸向和環(huán)向分割成多個塊件在工廠預(yù)制，塊件類型有普通樁片和閉合樁片2種。普通樁片型號相同，是樁節(jié)的主要組成部分；閉合樁片較普通樁片窄，是樁節(jié)拼裝的最后一部分，用于閉合樁節(jié)。多塊普通樁片和一塊閉合樁片拼裝成一節(jié)完整的樁節(jié)，其構(gòu)造分別如圖6、7所示。

底節(jié)樁片帶有凸榫，其余構(gòu)造同普通樁片，如圖8所示。

3.2.2 樁片環(huán)向拼裝

樁片拼接應(yīng)在施工現(xiàn)場完成，將預(yù)制好的樁片運輸至施工現(xiàn)場，并在事先準備好的拼接場地上安裝輔助定位架。按照先普通再閉合的順序拼接樁節(jié)。相鄰樁片拼接時，將拼接端面烘干處理干凈后，再用丙酮清洗，涂刷環(huán)氧樹脂膠砂，然后使用高強彎螺栓通過預(yù)留的環(huán)向拼接孔道連接相鄰樁片，并在相鄰樁片之間和高強彎螺栓周圍的空隙內(nèi)壓注水泥砂漿形成整體。閉合樁片是樁節(jié)拼裝的最后一個部件，拼接時自上而下插入指定位置，通過環(huán)向拼接孔道與相鄰普通樁片連接后，向閉合樁片環(huán)向預(yù)應(yīng)力束端孔中穿插預(yù)應(yīng)力鋼束，依次通過普通樁片環(huán)向預(yù)應(yīng)力貫通孔道，從閉合樁片另一端的環(huán)向預(yù)應(yīng)力束端孔穿出，給貫通孔周圍壓注水泥漿，并對預(yù)應(yīng)力鋼束張拉預(yù)應(yīng)力，完成環(huán)向樁片的拼裝，如圖9所示。

圖7 閉合樁片

圖8 底節(jié)樁片

3.2.3 樁節(jié)拼接下放

在設(shè)計樁位處，使用大型鉆機成孔清渣后，進行孔底拋石并整平，拋石厚度以0.25～0.3倍直徑或1～2 m為宜，并預(yù)埋注漿管；隨后安裝導(dǎo)向架和支承托架等地面設(shè)備，使用大型吊裝器械將拼裝完成的空心樁底節(jié)吊運至支承托架上，夾箍夾緊底節(jié)，松開吊樁器械的夾具，利用支承托架下放空心樁底節(jié)，吊放至接高高度時暫停下放；吊運拼裝完成的第一節(jié)樁身至底節(jié)上方，烘干處理干凈接樁的端面，再用丙酮清洗，涂刷環(huán)氧樹脂膠砂，然后在預(yù)留孔道內(nèi)穿入錐形螺紋連接筋并張拉，使樁節(jié)連成整體，注意連接樁節(jié)時，軸向不得出現(xiàn)通縫，需錯開接樁(圖10)；將支承托架夾箍夾在第一節(jié)樁身上，松開吊裝器械夾具，吊放至下一節(jié)樁節(jié)拼接高度，重復(fù)拼裝工序，完成空心樁身的拼接下放；將封底鋼筋籠吊入空心樁的底部，采用水下灌注法澆筑樁端鋼筋混凝土厚板，封閉空心樁底部，使用預(yù)埋的注漿管對樁底的碎石層進行注漿處理，如圖11所示。

圖9 樁片環(huán)向拼接

圖10 樁片豎向拼接

3.3 立?，F(xiàn)澆型

超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)可采用現(xiàn)場澆筑的方法成樁。超大直徑空心樁現(xiàn)場澆筑分為成孔、立模、樁壁鋼筋籠下放、樁壁混凝土澆筑、樁底鋼筋籠下放、振動拔管、樁底混凝土澆筑等工序。首先在既定樁位處鉆樁孔，樁底清孔整平；下放用于充當內(nèi)膜的鋼護筒，鋼筒內(nèi)膜的高度低于樁頂標高一個樁底厚度的量；下放樁壁鋼筋籠，澆筑樁壁混凝土；樁壁混凝土澆筑至一定高度時，下放樁底混凝土鋼筋籠，振動拔管，將鋼筒內(nèi)膜提升至樁頂標高并固定；澆筑樁底混凝土，樁壁混凝土的澆筑在該過程中不停止；樁身混凝土澆筑完成后，視鋼筒內(nèi)膜為空心樁的一部分，不將其拔出?，F(xiàn)澆型空心樁的施工如圖12所示。

圖11 樁節(jié)拼接下放

圖12 空心樁現(xiàn)澆施工

3.4 中掘下沉型

當樁徑相對較小且埋深較大時，超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)的空心樁還可采用中掘法施工。將預(yù)制好的樁節(jié)通過大型運輸設(shè)備吊運至設(shè)計樁位處，在空心樁中空部插入特制的專用鉆機，一邊鉆孔取土，一邊利用液壓千斤頂或錘擊使空心樁壓入土中，鉆頭在鉆進的同時壓注膨潤土泥漿；樁節(jié)拼裝時需暫定鉆進并拔出鉆機，樁節(jié)拼裝完成后再次下鉆，如此重復(fù)至空心樁到達設(shè)計埋深；隨后將水泥漿通過鉆桿壓入樁底，形成樁端擴大頭，提鉆后下放空心樁底板鋼筋籠，澆筑空心樁樁底。施工工藝如圖13所示。

圖13 空心樁中掘法施工

4 樁側(cè)注漿施工

空心樁施工完畢后，采用高壓旋噴法向空心樁和水泥攪拌樁之間壓注水泥漿；依次從空心樁下段至上段通過樁壁上的注漿孔對空心樁的樁壁外側(cè)注漿，注漿量以充滿空心樁與水泥攪拌樁墻之間的土體為準，形成注漿土體，最終完成超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)施工，如圖14、15所示。

圖14 樁側(cè)注漿施工

圖15 超大直徑空心獨立復(fù)合樁基施工完畢

5 結(jié) 語

超大直徑空心獨立復(fù)合樁基礎(chǔ)是一種新型的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，主要由超大直徑空心樁、水泥攪拌樁、樁周圍注漿土體共同組成。其施工首先在既定樁位處施工一圈水泥攪拌樁，形成繞空心樁的封閉水泥攪拌樁墻。其次進行空心樁的施工，當樁徑不大時，將空心樁分節(jié)在工廠或現(xiàn)場預(yù)制，通過吊運器械吊裝拼接放入預(yù)先成好的樁孔內(nèi)；當樁徑較大時，將空心樁沿徑向分為多個樁片在工廠預(yù)制，使用預(yù)應(yīng)力將樁片拼接成樁節(jié)，采用先成孔、再吊入的方法使空心樁到達設(shè)計標高；當空心樁埋深不大時，可在施工現(xiàn)場成孔并支立鋼筒內(nèi)模，采用現(xiàn)澆方式施工成樁；當空心樁樁徑相對較小且埋深較大時，可利用特制專用鉆桿在樁中心鉆孔，同時采用液壓千斤頂推進或錘擊使空心樁樁身到達設(shè)計埋深。成樁后，在超大直徑空心樁與水泥攪拌樁墻之間高壓旋噴水泥漿液，然后通過水平和豎向注漿孔對空心樁底及樁身周邊土體壓注水泥漿進行加固，形成復(fù)合樁基。