泥沼地区高耸构筑物复合基桩施工方法与流程

本发明涉及一种泥沼地区高耸构筑物复合基桩施工方法。

背景技术：

在现有技术中由于构筑物高耸，不仅竖向荷载大而集中，而且风荷载和地震荷载引起的倾覆力矩成倍增长，因此要求基础和地基提供更高的竖向与水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围以内，并保证建筑物或构筑物在风荷载和地震荷载下具有足够的稳定性。而且往往在泥沼地区，土体含水量大、松散对于构筑物基础不能形成良好的约束，因此，更加增大了高耸构筑物的施工难度。

复合基桩是单桩及其对应承台面积下的地基土组成的复合承载基桩。复合基桩是由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础, 它将桩、土和基础共同作用的研究成果推广应用于桩基础设计。传统的桩基设计是由桩来承担全部的上部结构荷载, 这样设计出来的基础是安全的, 也是偏于保守。事实上, 很多情况下桩间土会起到一定的承载作用。如果设计中能做到既保证设计安全, 又合理地考虑桩间土的分担作用, 就可以减少桩的数量，缩小桩基面积。

复合基桩中桩的设计分为摩擦型桩和端承型桩两种。对摩擦型桩， 由于桩端持力层不太硬，能够提供较大的变形条件使桩土共同分担上部结构荷载，因此较适合用于复合桩基。《建筑桩基技术规范》中提出了摩擦型桩考虑承台土抗力的四种情况：一是，上部结构刚度较大、体形简单的建构筑物，由于其可适应较大的变形，承台分担的荷载份额往往也较大。二是，对于差异变形适应性较强的排架结构和柔性构筑物基桩，采用考虑承台效应的复合基桩不致降低安全度。三是，按变刚度调平原则设计的核心筒外围框架柱基桩, 适当增加沉降、降低基桩支撑刚度, 可达到减小差异沉降、降低承台外围基桩反力、减小承台整体弯矩的目的。四是，软土地区减沉复合疏桩基础，考虑承台效应按复合基桩设计, 这也是该方法应用的核心。以上四种情况, 在近年工程实践中的应用已取得成功经验。对于端承桩，桩端有很好的支承条件, 桩端不能够提供较大的变形条件使桩土共同分担上部荷载，因此通常不用于复合基桩。但是, 最新的研究进展表明在基础和端承桩的桩顶之间安装变形调节装置，该装置的作用就是在整个筏板体系承担荷载时, 使筏板相对桩顶发生向下的位移，从而保证桩土的变形协调，使桩间土的作用得到充分发挥。

对于泥沼地区的施工，惯常的思路是首先对土体进行排水或固化处理，然后有利于施工机械的进入。对于其上的地基施工，则需考虑对土体进行有效的固化处理，以保证工程的耐久性和可靠性。土壤固化剂种类众多，良莠不齐，发明一种适于在泥沼地区土体施工的固化剂具有重要意义。在泥沼地区进行土体固化施工选取固化剂的原则应当是，首先，考虑固化剂加固土壤后，能够保证其力学性能的实现；其次，固化剂固化土壤后，其处于高湿度和高含水率的环境中，要考虑固化土壤的耐久性，这样才能保证工程的耐久性；还有，就是泥沼地区对于保持生态环境具有重要意义，固化剂的选择和使用还要考虑环保的要求；最后，还应考虑固化剂获取的经济成本，使其更为经济有效。

本发明综合考虑了以上因素，设计一种用于泥沼地区高耸构筑物的复合基桩施工方法，按照该施工方法形成的基桩可以有效承担高耸构筑物所面临的各种荷载，还可以保证使用的耐久性和工程质量的可靠性以及环保的要求。

技术实现要素：

一种用于泥沼地区高耸构筑物的复合基桩的施工方法，根据地质情况及构筑物的下部尺寸设计桩的数量，采用四角各设计一根，中间设计1－2根；利用螺旋钻机在桩位处成孔，成孔直径大于桩径的2倍，在土体中拌入固化剂并充分搅拌均匀后回灌入桩孔中；经过3－7天后，在桩位处利用螺旋钻机成桩孔，桩长为高耸构筑物高度的1/10－1/15，桩孔径为400－600mm；桩孔形成后下入钢筋笼，钢筋笼下部不设箍筋，钢筋笼就位后，浇入干硬性混凝土；在钢筋笼内外侧下入双套管，外侧套管封闭钢筋笼与桩孔壁之间的空隙，钢筋笼内侧套管紧贴钢筋笼；利用重锤通过内套管对干硬性混凝土进行夯击，并按照规范达到三击贯入度要求，在桩端形成扩大头；灌注混凝土同时提升内外双套管成桩；在桩顶绑扎钢筋形成连梁，同时绑扎承台钢筋，并在桩顶位置预埋连接件；浇筑承台、连梁混凝土，承台的高度大于桩径，连梁的高度大于承台的高度，承台的边缘超出桩的外侧边缘两倍桩径以上。

上述固化剂包括：水泥、海泡石、羟基磷灰石、草木灰、聚丙稀酰胺。组成按照重量比，水泥10-15%，海泡石20-30%，羟基磷灰石15-25%，草木灰20-25%，聚丙稀酰胺15-20%；固化剂的掺入量为加固土体重量的8-20%。

海泡石是一种链式层状结构，其结构单元是由二层硅氧四面体和夹在中间一层的镜氧阳离子八面体及吸附于晶体层间对水化阳离子构成的。海泡石有巨大比表面积和丰富空隙的特殊结构，决定其具有良好的物化性能、较强的表面吸附和离子交换能力。

羟基磷灰石是一种存在结构孔道的多孔材料，其结构孔道与磷灰石的化学特性对土壤中多数离子具有吸附作用。

该固化剂通过海泡石和羟基磷灰石构建框架，吸附并框住土壤颗粒，通过水泥和聚丙稀酰胺能够提供胶黏作用，而草木灰能够很好的融合水泥和聚丙稀酰胺的粘接作用，并且在其发生电离后能够有效提高聚丙稀酰胺的粘接效果，从而有效提高了土体固化后的水稳定性。而且该固化剂以海泡石和羟基磷灰石为主要成分改善了土体的摩擦性能，增加了对桩身的握裹能力。

利用本发明施工方法形成的复合基桩具有端承桩和摩擦桩两种桩型的优点，在上部建筑物或构筑物所产生的荷载的影响下，能够有效的调动桩间土体的作用来共同受力，同时反向连梁与大承台相结合，且反向梁嵌入承台之中能够使得基桩的抗扭转效果更好，桩端的夯击产生的大头不仅使桩的竖向承载力提高，而且通过其抗拔作用能够抵抗高耸构筑物倾覆。

在施工过程中，本发明的技术方案采用了双套管设计，使得桩钢筋能够有效伸入到扩大头中，同时也保证了钢筋保护层的厚度以及桩体混凝土与周围土体的有效结合，是桩施工方法领域的创新之举。

附图说明

图1是本发明施工方法产生基桩的侧视图。

图2是本发明施工方法产生基桩的俯视图。

1－桩，2－承台，3－连梁，4－钢筋笼，5－扩大头，6－预埋件。

具体实施方式

以安装一组呼称高57米，重量为43.4吨左右，根开为13.8米的直线输电塔架为例。该地区土体含水率为37％，桩周土体为粉质粘土，基桩采用塔架四角各设计一根，中间设计1根；基桩直径为400mm。

利用螺旋钻机在桩位处成孔，成孔直径为1米，在土体中拌入固化剂并充分搅拌均匀后回灌入孔中；然后再利用螺旋钻机形成桩孔，桩长5米；桩孔形成后下入钢筋笼，钢筋笼外径360mm，钢筋笼主筋为直径20mm的螺纹钢筋，箍筋为直径10mm的光园钢筋，主筋底部设有锚固135度锚固弯钩，弯钩长度70mm。钢筋笼下部1000mm范围内不设箍筋，钢筋笼就位后，浇入1.5米高C40干硬性混凝土；在钢筋笼内外侧下入双套管，外侧采用壁厚为400mm的橡塑套管，内管为外径330mm的，壁厚10mm的钢套管；外侧套管封闭钢筋笼与桩孔壁之间的空隙，钢筋笼内侧套管紧贴钢筋笼；利用重锤通过内套管对干硬性混凝土进行夯击，并按照规范达到三击贯入度要求；灌注C40混凝土成桩，灌注混凝土同时提升内外双套管成桩；在5根桩的桩顶绑扎成“”形连梁，连梁断面尺寸为400mm×600mm；同时绑扎承台钢筋，承台尺寸为16.2m×16.2m并在桩顶位置预埋连接件；浇筑承台、连梁混凝土，承台的高度大于桩径，连梁的高度大于承台的高度，承台的边缘超出桩的外侧边缘两倍桩径以上。

上述固化剂的组成是，水泥、海泡石、羟基磷灰石、草木灰、聚丙稀酰胺。组成按照重量比，水泥10%，海泡石30%，羟基磷灰石20%，草木灰20%，聚丙稀酰胺20%；固化剂的掺入量为加固土体重量的15%。

通过取样测量，固化后的土体随时间的无侧限抗压强度值如表1：单位MPa