超大直径空心独立复合桩基础施工工艺

戴良军，冯忠居，盛明宏，崔林钊，董芸秀,4，冯凯，文军强

(1.安徽建工集团有限公司，合肥 安徽 230000；2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064；3.安徽省路桥工程集团有限责任公司，合肥 安徽 230000；4.陇东学院 土木工程学院，甘肃 庆阳 745000)

0 引 言

随着中国交通事业的迅速发展，公路等级不断提高，超重载的现象也不断增多，现行公路桥梁对桩基承载力的要求越来越高，导致桩基础直径、埋深越来越大，一些工程问题随之而来[1]。一方面，桩身自重占桩承载力的比重愈来愈大，有效承载率的降低致使工程效率不佳；另一方面，大直径深长桩基础的施工工艺复杂、造价高，成孔、钢筋笼的下放与对接、混凝土的连续灌注等对施工工艺要求极高，施工质量难以保证[2]。而大直径空心桩的出现有效地解决了上述问题[3-6]。

近年来，在大直径空心桩基础的基础上，发展出一种新型的桩基础结构形式——超大直径空心独立复合桩基础，其主要由空心桩、水泥搅拌桩、桩周注浆土体共同组成[7-11]。超大直径空心独立复合桩基础除了具有传统大直径空心桩基础的所有优势外，由于复合桩在成孔之前在外围完成了水泥搅拌桩的施工，因此在成孔过程中并不需要采用泥浆护壁，从而避免了泥浆残留对桩基承载力的影响，而且克服传统桩孔灌注桩灌注水下混凝土的各种弊病。桩侧注浆则进一步改善桩周土的工程性质，提高桩承载力，减小桩的沉降量。

超大直径空心独立复合桩可实现桥梁基础结构的轻型化，这为其在实体工程中的推广应用奠定了良好的基础，但作为一种新桩型和传统桥梁桩基相比，虽然其设计理念更为优越，但施工经验还较缺乏。为避免施工不规范造成的工程问题，本文基于现有的技术手段，明确超大直径空心独立复合桩基础施工工艺及流程，为该桩基的推广提供实际可行的技术支持。

图2 水泥搅拌桩施工流程

1 超大直径空心独立复合桩基构造

超大直径空心独立复合桩基主要由超大直径空心桩、水泥搅拌桩、桩端钢筋混凝土厚板、桩周注浆土体组成[12-14]，是一种将预制桩和钻孔桩以及复合地基三者的优点结合在一起的全新桩型，其构造如图1所示。

图1 超大直径空心独立复合桩的构造

超大直径空心独立复合桩基的施工主要包括水泥搅拌桩施工、空心桩施工(现浇或预制)、桩侧注浆施工三部分[15-16]。

2 水泥搅拌桩施工

在既定桩位处沿桩基四周施工水泥搅拌桩，形成封闭的水泥搅拌桩围护墙。双轴单向水泥搅拌桩施工工艺流程为：场地整平，桩机就位，预拌下沉，提升，清理钻头，喷浆下沉，提升搅拌，清理钻头，重复喷浆下沉，重复提升搅拌，清理钻头，移动桩机，之后进行下一根桩的施工，如图2所示。

3 空心桩施工

根据实际工程建设条件，空心桩的施工方式有预制桩节接高型、预制桩片拼装型以及现浇成桩型3种。

3.1 预制桩节接高型

3.1.1 桩节预制

当空心桩桩径不大时，桩节可在工厂或施工现场采用双层模板对接法预制，即第1桩节预制后，在第1桩节的上端涂刷1层不掺固化剂的环氧树脂胶作为隔离层，于隔离层上预制第2桩节，同样在第2桩节上端面涂隔离层，以此类推预制其他桩节，直至预制完1根桩所需的桩节，如图3所示。

图3 空心桩预制顺序

预制过程中，在桩节上预留预应力钢筋孔道，用于拼接桩节时张拉预应力钢筋，如图4所示。

图4 空心桩节构造

3.1.2 桩节拼接下放

图6 普通桩片

在设计桩位处使用大型钻孔器械成孔，钻机钻孔达到设计标高后，用钻机进行清渣，埋设注浆管，进行孔底抛石，抛石厚度以0.25～0.3倍直径或1～2 m为宜；随后安装导向架、支承托架等设备和运输平台。由于空心桩壳尺寸大，外表不能打孔和设置吊环，因此在运输时将特制的钢板夹具与桩节紧扣在一起，钢板和桩壳间的空隙用木塞塞紧。

使用支承托架吊放空心桩底节，当空心桩底节吊放至接高第1节桩壳的高度时暂停下放，利用大型吊装器械将第1节桩壳吊运至底节上方，烘干处理干净接桩的端面，再用丙酮清洗，涂刷环氧树脂胶砂，然后在预留孔道内穿入锥形螺纹连接筋，并与底节上的HZLM连接器连成整体，再对上端面张拉连接筋，使预制桩壳通过环氧树脂水泥胶砂连成整体。将支承托架夹箍夹在第1节桩身上，松开吊装器械夹具；吊放至下一节桩壳拼接高度，重复拼装工序，完成空心桩身的拼接下放；使用桩底预留的注浆管对桩底碎石层进行注浆处理，如图5所示。

图5 桩节拼接下放

3.2 预制桩片拼接型

3.2.1 桩片预制

当桩径较大时，将空心桩沿轴向和环向分割成多个块件在工厂预制，块件类型有普通桩片和闭合桩片2种。普通桩片型号相同，是桩节的主要组成部分；闭合桩片较普通桩片窄，是桩节拼装的最后一部分，用于闭合桩节。多块普通桩片和一块闭合桩片拼装成一节完整的桩节，其构造分别如图6、7所示。

底节桩片带有凸榫，其余构造同普通桩片，如图8所示。

3.2.2 桩片环向拼装

桩片拼接应在施工现场完成，将预制好的桩片运输至施工现场，并在事先准备好的拼接场地上安装辅助定位架。按照先普通再闭合的顺序拼接桩节。相邻桩片拼接时，将拼接端面烘干处理干净后，再用丙酮清洗，涂刷环氧树脂胶砂，然后使用高强弯螺栓通过预留的环向拼接孔道连接相邻桩片，并在相邻桩片之间和高强弯螺栓周围的空隙内压注水泥砂浆形成整体。闭合桩片是桩节拼装的最后一个部件，拼接时自上而下插入指定位置，通过环向拼接孔道与相邻普通桩片连接后，向闭合桩片环向预应力束端孔中穿插预应力钢束，依次通过普通桩片环向预应力贯通孔道，从闭合桩片另一端的环向预应力束端孔穿出，给贯通孔周围压注水泥浆，并对预应力钢束张拉预应力，完成环向桩片的拼装，如图9所示。

图7 闭合桩片

图8 底节桩片

3.2.3 桩节拼接下放

在设计桩位处，使用大型钻机成孔清渣后，进行孔底抛石并整平，抛石厚度以0.25～0.3倍直径或1～2 m为宜，并预埋注浆管；随后安装导向架和支承托架等地面设备，使用大型吊装器械将拼装完成的空心桩底节吊运至支承托架上，夹箍夹紧底节，松开吊桩器械的夹具，利用支承托架下放空心桩底节，吊放至接高高度时暂停下放；吊运拼装完成的第一节桩身至底节上方，烘干处理干净接桩的端面，再用丙酮清洗，涂刷环氧树脂胶砂，然后在预留孔道内穿入锥形螺纹连接筋并张拉，使桩节连成整体，注意连接桩节时，轴向不得出现通缝，需错开接桩(图10)；将支承托架夹箍夹在第一节桩身上，松开吊装器械夹具，吊放至下一节桩节拼接高度，重复拼装工序，完成空心桩身的拼接下放；将封底钢筋笼吊入空心桩的底部，采用水下灌注法浇筑桩端钢筋混凝土厚板，封闭空心桩底部，使用预埋的注浆管对桩底的碎石层进行注浆处理，如图11所示。

图9 桩片环向拼接

图10 桩片竖向拼接

3.3 立模现浇型

超大直径空心独立复合桩基础可采用现场浇筑的方法成桩。超大直径空心桩现场浇筑分为成孔、立模、桩壁钢筋笼下放、桩壁混凝土浇筑、桩底钢筋笼下放、振动拔管、桩底混凝土浇筑等工序。首先在既定桩位处钻桩孔，桩底清孔整平；下放用于充当内膜的钢护筒，钢筒内膜的高度低于桩顶标高一个桩底厚度的量；下放桩壁钢筋笼，浇筑桩壁混凝土；桩壁混凝土浇筑至一定高度时，下放桩底混凝土钢筋笼，振动拔管，将钢筒内膜提升至桩顶标高并固定；浇筑桩底混凝土，桩壁混凝土的浇筑在该过程中不停止；桩身混凝土浇筑完成后，视钢筒内膜为空心桩的一部分，不将其拔出。现浇型空心桩的施工如图12所示。

图11 桩节拼接下放

图12 空心桩现浇施工

3.4 中掘下沉型

当桩径相对较小且埋深较大时，超大直径空心独立复合桩基础的空心桩还可采用中掘法施工。将预制好的桩节通过大型运输设备吊运至设计桩位处，在空心桩中空部插入特制的专用钻机，一边钻孔取土，一边利用液压千斤顶或锤击使空心桩压入土中，钻头在钻进的同时压注膨润土泥浆；桩节拼装时需暂定钻进并拔出钻机，桩节拼装完成后再次下钻，如此重复至空心桩到达设计埋深；随后将水泥浆通过钻杆压入桩底，形成桩端扩大头，提钻后下放空心桩底板钢筋笼，浇筑空心桩桩底。施工工艺如图13所示。

图13 空心桩中掘法施工

4 桩侧注浆施工

空心桩施工完毕后，采用高压旋喷法向空心桩和水泥搅拌桩之间压注水泥浆；依次从空心桩下段至上段通过桩壁上的注浆孔对空心桩的桩壁外侧注浆，注浆量以充满空心桩与水泥搅拌桩墙之间的土体为准，形成注浆土体，最终完成超大直径空心独立复合桩基础施工，如图14、15所示。

图14 桩侧注浆施工

图15 超大直径空心独立复合桩基施工完毕

5 结 语

超大直径空心独立复合桩基础是一种新型的桩基础结构形式，主要由超大直径空心桩、水泥搅拌桩、桩周围注浆土体共同组成。其施工首先在既定桩位处施工一圈水泥搅拌桩，形成绕空心桩的封闭水泥搅拌桩墙。其次进行空心桩的施工，当桩径不大时，将空心桩分节在工厂或现场预制，通过吊运器械吊装拼接放入预先成好的桩孔内；当桩径较大时，将空心桩沿径向分为多个桩片在工厂预制，使用预应力将桩片拼接成桩节，采用先成孔、再吊入的方法使空心桩到达设计标高；当空心桩埋深不大时，可在施工现场成孔并支立钢筒内模，采用现浇方式施工成桩；当空心桩桩径相对较小且埋深较大时，可利用特制专用钻杆在桩中心钻孔，同时采用液压千斤顶推进或锤击使空心桩桩身到达设计埋深。成桩后，在超大直径空心桩与水泥搅拌桩墙之间高压旋喷水泥浆液，然后通过水平和竖向注浆孔对空心桩底及桩身周边土体压注水泥浆进行加固，形成复合桩基。