戴良軍，馮忠居，盛明宏，崔林釗，董蕓秀,4，馮凱，文軍強(qiáng)

(1.安徽建工集團(tuán)有限公司，合肥 安徽 230000；2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064；3.安徽省路橋工程集團(tuán)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(yáng) 745000)

0 引 言

隨著中國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，公路等級(jí)不斷提高，超重載的現(xiàn)象也不斷增多，現(xiàn)行公路橋梁對(duì)樁基承載力的要求越來(lái)越高，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)直徑、埋深越來(lái)越大，一些工程問(wèn)題隨之而來(lái)[1]。一方面，樁身自重占樁承載力的比重愈來(lái)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(zhǎng)樁基礎(chǔ)的施工工藝復(fù)雜、造價(jià)高，成孔、鋼筋籠的下放與對(duì)接、混凝土的連續(xù)灌注等對(duì)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(wèn)題[3-6]。

近年來(lái)，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(dú)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(dú)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(shì)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(guò)程中并不需要采用泥漿護(hù)壁，從而避免了泥漿殘留對(duì)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(jìn)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(dú)立復(fù)合樁可實(shí)現(xiàn)橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的輕型化，這為其在實(shí)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(jì)理念更為優(yōu)越，但施工經(jīng)驗(yàn)還較缺乏。為避免施工不規(guī)范造成的工程問(wèn)題，本文基于現(xiàn)有的技術(shù)手段，明確超大直徑空心獨(dú)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(shí)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(dú)立復(fù)合樁基構(gòu)造

超大直徑空心獨(dú)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(diǎn)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(dú)立復(fù)合樁的構(gòu)造

超大直徑空心獨(dú)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(hù)墻。雙軸單向水泥攪拌樁施工工藝流程為：場(chǎng)地整平，樁機(jī)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(dòng)樁機(jī)，之后進(jìn)行下一根樁的施工，如圖2所示。

3 空心樁施工

根據(jù)實(shí)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(dāng)空心樁樁徑不大時(shí)，樁節(jié)可在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)采用雙層模板對(duì)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(shù)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(guò)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(shí)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(jì)樁位處使用大型鉆孔器械成孔，鉆機(jī)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用鉆機(jī)進(jìn)行清渣，埋設(shè)注漿管，進(jìn)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(yùn)輸平臺(tái)。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(yùn)輸時(shí)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(dāng)空心樁底節(jié)吊放至接高第1節(jié)樁殼的高度時(shí)暫停下放，利用大型吊裝器械將第1節(jié)樁殼吊運(yùn)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(shù)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(duì)上端面張拉連接筋，使預(yù)制樁殼通過(guò)環(huán)氧樹(shù)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(kāi)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(duì)樁底碎石層進(jìn)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(dāng)樁徑較大時(shí)，將空心樁沿軸向和環(huán)向分割成多個(gè)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(hào)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(chǎng)完成，將預(yù)制好的樁片運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，并在事先準(zhǔn)備好的拼接場(chǎng)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(shí)，將拼接端面烘干處理干凈后，再用丙酮清洗，涂刷環(huán)氧樹(shù)脂膠砂，然后使用高強(qiáng)彎螺栓通過(guò)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(qiáng)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(gè)部件，拼接時(shí)自上而下插入指定位置，通過(guò)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(guò)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(duì)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(jì)樁位處，使用大型鉆機(jī)成孔清渣后，進(jìn)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(yùn)至支承托架上，夾箍夾緊底節(jié)，松開(kāi)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(shí)暫停下放；吊運(yùn)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(shù)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(shí)，軸向不得出現(xiàn)通縫，需錯(cuò)開(kāi)接樁(圖10)；將支承托架夾箍夾在第一節(jié)樁身上，松開(kāi)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(duì)樁底的碎石層進(jìn)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(dú)立復(fù)合樁基礎(chǔ)可采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方法成樁。超大直徑空心樁現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(dāng)內(nèi)膜的鋼護(hù)筒，鋼筒內(nèi)膜的高度低于樁頂標(biāo)高一個(gè)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(shí)，下放樁底混凝土鋼筋籠，振動(dòng)拔管，將鋼筒內(nèi)膜提升至樁頂標(biāo)高并固定；澆筑樁底混凝土，樁壁混凝土的澆筑在該過(guò)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。現(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(dāng)樁徑相對(duì)較小且埋深較大時(shí)，超大直徑空心獨(dú)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(guò)大型運(yùn)輸設(shè)備吊運(yùn)至設(shè)計(jì)樁位處，在空心樁中空部插入特制的專用鉆機(jī)，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(jìn)的同時(shí)壓注膨潤(rùn)土泥漿；樁節(jié)拼裝時(shí)需暫定鉆進(jìn)并拔出鉆機(jī)，樁節(jié)拼裝完成后再次下鉆，如此重復(fù)至空心樁到達(dá)設(shè)計(jì)埋深；隨后將水泥漿通過(guò)鉆桿壓入樁底，形成樁端擴(kuò)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(guò)樁壁上的注漿孔對(duì)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(zhǔn)，形成注漿土體，最終完成超大直徑空心獨(dú)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(dú)立復(fù)合樁基施工完畢

5 結(jié) 語(yǔ)

超大直徑空心獨(dú)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(jìn)行空心樁的施工，當(dāng)樁徑不大時(shí)，將空心樁分節(jié)在工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，通過(guò)吊運(yùn)器械吊裝拼接放入預(yù)先成好的樁孔內(nèi)；當(dāng)樁徑較大時(shí)，將空心樁沿徑向分為多個(gè)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(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高；當(dāng)空心樁埋深不大時(shí)，可在施工現(xiàn)場(chǎng)成孔并支立鋼筒內(nèi)模，采用現(xiàn)澆方式施工成樁；當(dāng)空心樁樁徑相對(duì)較小且埋深較大時(shí)，可利用特制專用鉆桿在樁中心鉆孔，同時(shí)采用液壓千斤頂推進(jìn)或錘擊使空心樁樁身到達(dá)設(shè)計(jì)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(guò)水平和豎向注漿孔對(duì)空心樁底及樁身周邊土體壓注水泥漿進(jìn)行加固，形成復(fù)合樁基。