高性能組合摩擦樁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

陳 慧，韓尚宇，康登源，張培恒

(南昌航空大學 土木建筑學院，江西 南昌 330063)

0 前 言

摩擦樁作為一種重要的基樁形式，已被廣泛地應用于各種基礎(chǔ)項目工程中。從基樁的承載性能和破壞形態(tài)來看，摩擦樁的承載能力受樁周摩阻力和樁身整體性影響顯著。因此，在工程設計和施工時，一直將改善樁周土體的性能、提升基樁承載能力作為研究的重點。迄今為止，許多學者致力于研究摩擦樁承載力及荷載-沉降的作用機理。鄭俊杰等[1]對樁土共同作用理論作了初步探討，對不同樁距下復合樁基設計方法進行了討論。張獻民等[2]建立了常見土質(zhì)條件下樁極限側(cè)阻力、極限端阻力與剪切波速度的相關(guān)模型，從而提出了應用瞬態(tài)面波預測摩擦樁極限承載力的新方法。郭衛(wèi)社等[3]依據(jù)具體的工程實例，詳細闡述了地鐵車站暗挖隧道緊鄰高層建筑摩擦樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)。馮國軍[4]通過分析樁-土體系的變形機理得出合適的荷載傳遞函數(shù)模型，并對樁基礎(chǔ)的豎向承載力進行分析研究。姜晨光等[5]、游敏[6]分析了摩擦樁樁周土與樁間的相互作用過程，揭示了摩擦樁單樁豎向承載力的確切機理。郭皓[7]、劉輝等[8]結(jié)合實際施工情況，對摩擦樁后壓漿施工的施工工藝以及質(zhì)量控制進行研究。李顯剛[9]、董洪漢等[10]對超長鉆孔摩擦樁基的關(guān)鍵施工技術(shù)進行了介紹，并詳細研究了樁基施工中可能出現(xiàn)的不均勻沉降、斜孔、滲漏漿和鉆桿堵塞等問題。徐文娟等[11]提出了在施工過程中加長樁長或改變樁基類型的建議。劉啟林[12]、初丹[13]從多個角度、多種技術(shù)方法分析了公路橋梁樁基的設計施工與檢測相關(guān)技術(shù)內(nèi)容。孫玉輝等[14]以北京某高速橋梁樁基試驗為例，介紹了樁基試驗過程樁身軸力、位移監(jiān)測設計及監(jiān)測數(shù)據(jù)總結(jié)分析方法，總結(jié)出樁基試驗過程中樁土相互作用機理。

綜上所述，許多學者致力于研究樁基承載特性、樁與土的共同作用等，針對于摩擦樁施工方面的研究相對較少，僅少量文獻對摩擦樁的施工流程及后壓漿等技術(shù)要點進行研究。鑒于此，基于當前的工程實際需要，亟待發(fā)明一種可以在摩擦樁外側(cè)形成補強結(jié)構(gòu)，并能有效降低現(xiàn)場施工難度、提高承臺施工效率和材料利用率的高性能組合摩擦樁結(jié)構(gòu)及施工方法。

1 工程技術(shù)問題及施工難點

1.1 承臺模板定位難度大

由于樁土相對位移，樁間土對承臺產(chǎn)生一定豎向抗力，承臺成為樁基豎向承載力的一部分而分擔荷載。對于組合摩擦樁承臺施工時，對其澆筑質(zhì)量要求較高，常涉及承臺模板安裝定位、混凝土澆筑質(zhì)量等問題。

1.2 樁頂及樁周土體承載性能不足

樁端阻力及樁周土體的承載性能在樁基研究中占有重要的位置，加強樁端土體側(cè)向變形約束及樁周土體硬化程度，將有助于樁頂及樁周土體的承載力發(fā)揮和沉降控制，可以取得更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.3 基樁整體性低

現(xiàn)有技術(shù)中樁基礎(chǔ)與承臺之間的連接常采用焊接、搭接、灌漿套筒等連接形式，但樁基礎(chǔ)和承臺的相連難以形成有效的受力通道，常常會造成連接處抗震性能、抗彎性能、整體性能均較差。

2 施工原理

1)研究結(jié)構(gòu)在樁身鋼筋籠內(nèi)預設了節(jié)段式增強管，可滿足樁側(cè)補強體設置的需要；同時，在節(jié)段式增強管的外側(cè)設置了剛性彈片，并通過約束剛性彈片的變形，既可防止置漿液滲出槽孔被堵塞，又可起到樁側(cè)橫向加筋的作用。

2)研究結(jié)構(gòu)在鋼筋籠上設置了引孔導向管，采用斜向引孔裝置沿引孔導向管向樁周土體內(nèi)引孔，有助于提升引孔導向的準確性。

3)研究結(jié)構(gòu)采用靜壓方式沉放鋼護筒和環(huán)向增強體，并在導向撐架面向鋼護筒側(cè)設置導向滑槽，在導向滑槽與鋼護筒以及導向滑槽與環(huán)向增強體之間設置定向滑塊，通過定向滑塊控制鋼護筒和環(huán)向增強體的方向，能夠?qū)︿撟o筒和環(huán)向增強體下沉方向進行的精確控位。

4)研究結(jié)構(gòu)在樁身鋼筋籠與鋼護筒之間設置環(huán)向墊塊，可準確控制樁身鋼筋籠與鋼護筒的凈距離。

5)研究結(jié)構(gòu)在摩擦樁的頂端設置環(huán)向增強體，通過向補強注漿管壓漿，可在摩擦樁的外側(cè)形成環(huán)形增強體，可同步實現(xiàn)約束樁端土體側(cè)向變形、硬化樁周土體的目的。

6)研究結(jié)構(gòu)中的承臺模板包括兩塊形狀相同、橫斷面呈臺階形的模板塊體，由混凝土預制板預制而成，既可降低樁頂承臺模板支設的難度，又可節(jié)省建筑材料，并可通過錨墊板和補強拉筋提升摩擦樁與承臺混凝土的整體性。

3 主要施工工藝

3.1 施工流程圖(見圖1)

圖1 摩擦樁承載能力組合提升結(jié)構(gòu)施工流程圖

3.2 施 工

3.2.1 施工準備

施工前，根據(jù)設計工程量要求，并結(jié)合現(xiàn)場情況確定施工用水、水泥、中粗砂、鋼筋、注漿管、鋼板、豎向囊袋等材料的用量，并對材料的性能指標進行測試。

3.2.2 施工工藝

1)樁身鋼筋籠制備。樁身鋼筋籠(如圖2所示)包括節(jié)段式增強管、縱向鋼筋以及橫向箍筋，并在樁身鋼筋籠的頂端設置環(huán)板定位筋；引孔導向管軸線與豎直線夾角為10°～30°，并使引孔導向管與相接的縱向鋼筋或橫向箍筋焊接連接，使剛性彈片與節(jié)段式增強管的外側(cè)壁貼合連接。

圖2 樁身鋼筋籠結(jié)構(gòu)示意圖

2)鋼護筒打設施工。在摩擦樁的樁周土體內(nèi)設置靜壓支架，并使靜壓支架的導向撐架插入摩擦樁的樁周土體內(nèi)；將鋼護筒置于設定位置后，在鋼護筒的頂端設置連接橫梁，并使定向滑塊與導向滑槽連接；采用外部加壓設備對連接橫梁施加壓力，并通過定向滑塊控制鋼護筒的方向。

3)鋼筋籠安裝與定位。鋼護筒打設完成后，拆除靜壓支架；將樁身鋼筋籠吊裝至摩擦樁的樁位處，然后在樁身鋼筋籠與鋼護筒之間設置環(huán)向墊塊；在樁身鋼筋籠下放過程中同步通過鋼護筒和環(huán)向墊塊對樁身鋼筋籠進行控位。

4)后壓漿管安裝。采用斜向引孔裝置沿引孔導向管向樁周土體內(nèi)引孔，引孔過程中同步插入防塌孔護管；引孔完成后，向防塌孔護管內(nèi)插入后壓漿管。

5)樁身混凝土施工。先解除剛性彈片的約束，使剛性彈片在彈性力作用下向外彈擴，插入樁周土體內(nèi)；將混凝土灌注管插至樁身鋼筋籠的底端，進行摩擦樁的樁身混凝土澆筑施工；摩擦樁的樁身混凝土澆筑施工完成后，取出豎向囊袋和防塌孔護管，然后對節(jié)段式增強管以及后壓漿管進行壓漿施工。

6)樁周環(huán)向增強施工。樁身混凝土灌注完成后，拔出鋼護筒；先將環(huán)向增強體(如圖3所示)吊裝至摩擦樁的上部，再將注漿管限位栓插入補強注漿管內(nèi)；在摩擦樁的樁周土體內(nèi)設置靜壓支架，并在靜壓支架的反力橫梁與下壓鋼梁之間設置加壓設備，使定向滑塊與導向滑槽連接；將環(huán)向增強體壓至設定深度后，向補強注漿管內(nèi)壓漿，在摩擦樁的外側(cè)形成環(huán)形增強體。

圖3 環(huán)向增強體靜壓施工示意圖

7)樁頂承臺施工。環(huán)形增強體形成強度后，將摩擦樁的樁周土體挖除，并在摩擦樁的頂端設置錨墊板和補強拉筋；將承臺模板置于摩擦樁的上部，分別通過對拉螺桿和橫向抱箍對承臺模板進行限位；承臺混凝土灌注完成后，取下橡膠塞，通過注漿孔對承臺混凝土進行壓密注漿。

4 結(jié) 論

1)通過對組合摩擦樁施工原理的分析，制定合理的施工次序，同時借助導向滑槽、環(huán)向墊塊等構(gòu)件落位及穩(wěn)定，逐步形成高性能組合摩擦樁結(jié)構(gòu)的施工工藝。

2)結(jié)合工程實際，對研究技術(shù)的施工工藝流程和關(guān)鍵技術(shù)要點進行了系統(tǒng)研究，闡明了研究技術(shù)的工程適用性和工程應用價值。

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