一种变截面复合桩的施工方法与流程

本发明涉及一种变截面复合桩及其施工方法，适用于软弱土地基处理和基础工程，属于土木工程技术领域。

背景技术：

在我国沿江沿海等地区广泛的分布着深厚软弱土，给工程建设带来了极大的挑战。目前深厚软弱土处理主要采用水泥土搅拌桩、钢筋混凝土预制桩和钻孔灌注桩等复合地基和桩基础。水泥土搅拌桩具有施工扰动小、速度快、成本低的优势，但存在桩身强度低和施工工质量不易控制的缺陷。预制桩虽然具有较高的强度和刚度，但当达到极限承载力时，桩周土体先发生破坏，而桩身强度未得到充分发挥，经济性较差。钻孔灌注桩桩施工过程中容易出现塌孔和颈缩现象，质量难以控制，限制了其应用范围。同时传统桩基和复合地基工程中的桩基均为等截面桩，主要通过桩侧摩阻力和桩端阻力传递上部荷载。为充分发挥侧壁摩阻力和土体抗压承载能力，近年来发展了变截面的刚性桩和搅拌桩技术，如中部扩径的支盘桩、底部扩径的扩底桩和变截面搅拌桩技术等，取得了明显的效果，但仍然存在桩体强度低和承载力有限的问题。

随后近年来发展起来的劲性复合桩是将水泥土搅拌桩(外芯)与钢筋混凝土预制桩(内芯)结合，即在大直径水泥土桩未凝结硬化前插入钢筋混凝土预制桩而形成复合桩。劲性复合桩可充分发挥钢筋混凝土预制桩高承载力和大直径水泥土桩提供侧摩阻力的优势，规避钢筋混凝土预制桩材料强度浪费和水泥土桩身截面强度低等缺点，能够显著地降低工程成本，具有良好的经济效益。

但劲性复合桩在软弱地基处理中仍存在下列问题：

(1)对于深厚软弱土地层中存在的成层现象，如果按照常规等截面劲性复合桩处理该类成层地基，则不同土层的桩体置换率相同。但是软土层为主要压缩层，如果按照软土层的置换率进行设计，将会导致其他土层的桩体置换率较高，造成资源浪费；

(2)传统劲性复合桩的桩间距较小，造价较高，影响了劲性复合桩的推广应用。

本发明针对深厚软弱土地基复合桩加固技术中存在的问题，对劲性复合桩的形式进行改进，基于将变截面搅拌桩和劲性复合桩的设计理念有机结合，兼纳变截面和劲性复合桩桩的双重优势，提出一种变截面复合桩及其施工方法。

技术实现要素：

技术问题：针对传统劲性复合桩在工程应用中存在的不足，本发明提供一种变截面复合桩及其施工方法，有效提高资源利用，降低工程造价，推广劲性复合桩的应用范围。

技术方案：本发明的一种变截面复合桩的施工方法主要是通过将传统等截面劲性复合桩的内外芯桩变为变截面的水泥土桩和预制桩。变截面复合桩具体施工操作步骤如下：

a.平整场地、双向搅拌桩机定位：变截面水泥土搅拌桩包括变截面搅拌桩下部桩体、搅拌桩上部扩大头部分桩体，桩位采用梅花形或方形布置；用起重机悬吊双向搅拌机至指定桩位并进行对中；

b.下钻、喷浆、搅拌：依次启动双向搅拌机的搅拌机钻杆和加压装置，加压后的搅拌机钻杆沿导向架向下钻进，当搅拌机钻杆端部钻头的最底层旋转叶片完成切土和入土后，开启喷浆装置，中间旋转叶片进行搅拌，最上层旋转叶片进行压料；双向搅拌桩机持续钻进并搅拌水泥土，直至设计深度；

c.提升搅拌：提升双向搅拌机，并继续搅拌水泥土至地表或设计标高以上50cm；重复步骤b、c，完成变截面搅拌桩下部桩体；

d.搅拌桩扩大头部分的施工：将搅拌叶片停留在扩大头设计部位，关闭喷浆装置，开启搅拌叶片伸缩开关，将搅拌叶片伸长至设计长度，重复b、c步骤，完成搅拌桩上部扩大头部分桩体部分的施工；

e.完成变截面搅拌桩施工；

f.变截面钢筋混凝土预制桩压桩：在已施作的变截面搅拌桩尚未硬凝时，在其中心用振动沉管法施打变截面钢筋混凝土预制桩至设计深度；

g.完成变截面复合桩施工。

所述的搅拌叶片为可伸缩搅拌叶片。

所述的变截面搅拌桩下部桩体、搅拌桩上部扩大头部分桩体成型后为一个整体，上部粗下部细，内部灌注混凝土。

所述的变截面钢筋混凝土预制桩为两部分组成，下半段比上半段细。

所述的变截面复合桩由变截面搅拌桩下部桩体、搅拌桩上部扩大头部分桩体、变截面钢筋混凝土预制桩组成，变截面钢筋混凝土预制桩的下半段位于变截面搅拌桩下部桩体中，变截面钢筋混凝土预制桩的上半段位于搅拌桩上部扩大头部分桩体中。

有益效果：该方法施工方便，操作简单，其优点主要有：

(1)根据不同的地层选用不同变径比(扩大桩体直径与原直径之比)和变径高度的成桩参数，扩大部分能够有效提高桩体的承载力，增大桩间距；

(2)对于柔性荷载，扩大头能更好地发挥土拱效应，提高桩体荷载分担比例，减小复合地基沉降；

(3)与等截面劲性复合桩相比，有效降低工程造价，推广劲性复合桩的应用。

附图说明

图1为变截面复合桩施工工艺流程图。图中有动力传动装置1；搅拌机钻杆2；可伸缩搅拌叶片3；变截面搅拌桩下部桩体4；搅拌桩上部扩大头部分桩体5；振动沉管压桩装置6；变截面钢筋混凝土预制桩7；变截面复合桩8。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

本发明的变截面复合桩及其施工方法，如图1所示。包括下列步骤：

a.平整场地、双向搅拌桩机定位：变截面水泥土搅拌桩的桩位采用梅花形或方形布置；用起重机悬吊双向搅拌机至指定桩位并进行对中；

b.下钻、喷浆、搅拌：依次启动钻杆和加压装置，加压后的钻杆沿导向架向下钻进，将搅拌叶片伸长为800mm(变截面搅拌桩下部桩体常用直径为800～1200mm，此实施例选用800mm桩径)，当钻杆端部钻头的最底层旋转叶片完成切土和入土后，开启喷浆装置，中间旋转叶片进行搅拌，最上层旋转叶片进行压料；双向搅拌桩机持续钻进并搅拌水泥土，直至设计深度；

c.提升搅拌：提升搅拌桩机，并继续搅拌水泥土至地表或设计标高以上50cm；重复步骤b、c，完成变截面搅拌桩下部桩体；

d.搅拌桩扩大头部分的施工：将搅拌叶片停留在扩大头设计部位，关闭喷浆装置，开启搅拌叶片伸缩开关，将搅拌叶片伸长至1200mm(一般变径比为1.5～2，此实施例选用1.5)，重复b、c步骤，完成搅拌桩扩大头部分的施工，其中扩大头部位的施工高度为2m(一般变径高度为2～5m，此实施例选用2m)；

e.完成变截面搅拌桩施工；

f.变截面预制桩压桩：在已施作的变截面水泥土搅拌桩尚未硬凝时，在其中心用振动沉管法施打变截面预制管桩至设计深度(预制桩可选用管桩，桩径常用为300～800mm，此实施例选用500mm桩径)，扩大头部位桩径为750mm(一般变径比为1.5～2，此实施例选用1.5)，变径高度为2m(一般变径高度为2～5m，此实施例选用2m)；

g.完成变截面复合桩施工；

实施例2：

一种变截面复合桩及其施工方法，如图1所示。包括下列步骤：

a.平整场地、双向搅拌桩机定位：变截面水泥土搅拌桩的桩位采用梅花形或方形布置；用起重机悬吊双向搅拌机至指定桩位并进行对中；

b.下钻、喷浆、搅拌：依次启动钻杆和加压装置，加压后的钻杆沿导向架向下钻进，将搅拌叶片伸长为800mm(变截面搅拌桩下部桩体常用直径为800～1200mm，此实施例选用800mm桩径)，当钻杆端部钻头的最底层旋转叶片完成切土和入土后，开启喷浆装置，中间旋转叶片进行搅拌，最上层旋转叶片进行压料；双向搅拌桩机持续钻进并搅拌水泥土，直至设计深度；

c.提升搅拌：提升搅拌桩机，并继续搅拌水泥土至地表或设计标高以上50cm；重复步骤b、c，完成变截面搅拌桩下部桩体；

d.搅拌桩扩大头部分的施工：将搅拌叶片停留在扩大头设计部位，关闭喷浆装置，开启搅拌叶片伸缩开关，将搅拌叶片伸长至1200mm(一般变径比为1.5～2，此实施例选用1.5)，重复b、c步骤，完成搅拌桩扩大头部分的施工，其中扩大头部位的施工高度为3m(一般变径高度为2～5m，此实施例选用3m)；

e.完成变截面搅拌桩施工；

f.变截面预制桩压桩：在已施作的变截面水泥土搅拌桩尚未硬凝时，在其中心用振动沉管法施打变截面预制管桩至设计深度(预制桩可选用管桩，桩径常用为300～800mm，此实施例选用500mm桩径)，扩大头部位桩径为750mm(一般变径比为1.5～2，此实施例选用1.5)，变径高度为3m(一般变径高度为2～5m，此实施例选用3m)；

g.完成变截面复合桩施工；

实施例3：

一种变截面复合桩及其施工方法，如图1所示。其特征在于，包括下列步骤：

a.平整场地、双向搅拌桩机定位：变截面水泥土搅拌桩的桩位采用梅花形或方形布置；用起重机悬吊双向搅拌机至指定桩位并进行对中；

b.下钻、喷浆、搅拌：依次启动钻杆和加压装置，加压后的钻杆沿导向架向下钻进，将搅拌叶片伸长为800mm(变截面搅拌桩下部桩体常用直径为800～1200mm，此实施例选用800mm桩径)，当钻杆端部钻头的最底层旋转叶片完成切土和入土后，开启喷浆装置，中间旋转叶片进行搅拌，最上层旋转叶片进行压料；双向搅拌桩机持续钻进并搅拌水泥土，直至设计深度；

c.提升搅拌：提升搅拌桩机，并继续搅拌水泥土至地表或设计标高以上50cm；重复步骤b、c，完成变截面搅拌桩下部桩体；

d.搅拌桩扩大头部分的施工：将搅拌叶片停留在扩大头设计部位，关闭喷浆装置，开启搅拌叶片伸缩开关，将搅拌叶片伸长至1600mm(一般变径比为1.5～2，此实施例选用2)，重复b、c步骤，完成搅拌桩扩大头部分的施工，其中扩大头部位的施工高度为2m(一般变径高度为2～5m，此实施例选用2m)；

e.完成变截面搅拌桩施工；

f.变截面预制桩压桩：在已施作的变截面水泥土搅拌桩尚未硬凝时，在其中心用振动沉管法施打变截面预制管桩至设计深度(预制桩可选用管桩，桩径常用为300～800mm，此实施例选用500mm桩径)，扩大头部位桩径为750mm(一般变径比为1.5～2，此实施例选用1.5)，变径高度为2m(一般变径高度为2～5m，此实施例选用2m)；

g.完成变截面复合桩施工；

应该指出，以上所述仅是本发明的优选实施方式；对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。