張德興

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司）

擠土樁成型機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)研究

張德興

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司）

對(duì)擠土樁的成型機(jī)理進(jìn)行談?wù)摽偨Y(jié)，基于現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)的研究方法，對(duì)擠土樁的樁型、性能以及成樁機(jī)理進(jìn)行研究。詳細(xì)探討了擠土樁現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)的試驗(yàn)概述、試驗(yàn)施工工藝，通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果。擠土樁樁型的整體結(jié)構(gòu)成型規(guī)律得以表征，同時(shí)探明了擠土樁的樁徑變化規(guī)律。探究擠土樁的成型機(jī)理，以及表征樁型結(jié)構(gòu)、樁徑變化規(guī)律為實(shí)際工程提供了借鑒意義。

樁基；擠土樁；成型機(jī)理；現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)

在基礎(chǔ)形式中，現(xiàn)代房屋建筑、橋梁結(jié)構(gòu)等建筑工程中應(yīng)用普遍的是樁基礎(chǔ)。同時(shí)，樁基礎(chǔ)也是建筑基礎(chǔ)應(yīng)用中最古老的基礎(chǔ)形式之一。早在有文字記載之前，主要用木樁來(lái)承重的房屋就已經(jīng)在地基條件不良的等地區(qū)出現(xiàn)，例如河谷、濕地等地區(qū)。木樁作為樁基礎(chǔ)的形式之一經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷程。

擠土樁從樁型角度是一種變截面異型樁，屬于特殊的樁種系列，異型樁放棄常規(guī)樁身的橫、縱截面的規(guī)整形狀，是為了在某些特定地質(zhì)條件和施工要求下，采用“異形”更能貫徹樁基設(shè)計(jì)的一個(gè)原則，即最大程度地發(fā)揮地基土和樁本身的潛在能力，這些改良的樁型在工程建設(shè)中發(fā)揮了很大的作用。

1 擠土樁成型機(jī)理

1.1 擠土樁概述

壓擠混凝土灌注樁（簡(jiǎn)稱擠土樁）是針對(duì)施工要求和樁基發(fā)展形勢(shì)，結(jié)合灌注樁施工經(jīng)驗(yàn)和壓密注漿技術(shù)，創(chuàng)新提出的一種對(duì)應(yīng)于具體土性的新型變截面樁。擠土樁樁體截面面積是隨著不同土層、深度和施工條件的情況而變化，從而增加了樁身的有效受力。另外，周圍土體與鋼管內(nèi)灌注的變截面混凝土緊密結(jié)合為一體，充分發(fā)揮了樁-土結(jié)構(gòu)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載的作用，有效的挖掘了地基的潛力，增加了基樁的端承面積，將原來(lái)只有一個(gè)端承點(diǎn)的端承摩擦樁改變?yōu)闃渡矶鄠€(gè)端承點(diǎn)摩擦端承樁，從而改變了樁的受力機(jī)理，使基樁承載力大幅度的增加。

1.2 擠土樁成型機(jī)理

擠土樁是根據(jù)仿生原理衍生出來(lái)的一種變截面異形樁。從成樁方式角度看，屬于灌注樁;從樁基的承載力特性看，屬于端承摩擦樁；從樁體形狀看，屬于變截面樁；從樁體強(qiáng)度與樁基的承載功能方面來(lái)看，是一種有著優(yōu)越承載性能的抗壓樁。從承載原理上來(lái)看，壓密注漿擠土樁是土體擠壓和土體被動(dòng)土壓力相互作用結(jié)合灌注樁的特性進(jìn)行研究而形成的一種新的樁型結(jié)構(gòu)。該樁的創(chuàng)新是對(duì)傳統(tǒng)樁基結(jié)構(gòu)的施工工藝和成型原理的改進(jìn)，在樁結(jié)構(gòu)和受力機(jī)理上進(jìn)行了很大的改善變化。

對(duì)于理論分析得到的樁體圖形，樁體底部是有漿液填充成型的，且在底部形成一個(gè)球形漿泡這與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不甚相同，造成的原因主要是理論模型的建立是在土體理想本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，并且為了建模方便，進(jìn)行了理論假定和忽略了很多不確定因素。另外實(shí)際施工過(guò)程中存在著許多的影響因素，例如漿液配合比、注漿速率、土體分布等，這些都會(huì)對(duì)樁體的形狀造成一定的影響。

2 現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)概述

根據(jù)壓密注漿理論和擠土樁成型機(jī)理，依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件對(duì)擠土樁的成型進(jìn)行初步的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

本試驗(yàn)是先將直徑18cm、長(zhǎng)6m的鋼管四周均勻開孔，孔徑大約7*5cm的橢圓形，孔的分部間距為30cm，梅花形布置，將端頭加工成錐狀，外層包裹延展性較強(qiáng)的塑料外膜，然后將其壓入地下，外頭連接泵管和混凝土泵送車連接，拌和站拌合小石子泵送混凝土，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)加壓泵送將混凝土泵入地下的鋼管內(nèi)，以讓混凝土全部從鋼管的四周開孔內(nèi)均勻壓出，以形成一定直徑的樁體。

2.2 試驗(yàn)施工工藝

2.2.1 原材料制備：

碎石：采用規(guī)格為5～10mm碎石，夾雜規(guī)格為3～5mm碎石以及河砂。

水泥：采用硅酸鹽水泥，規(guī)格為P.O42.5。

鋼管：采用規(guī)格為20cm直徑，8m長(zhǎng)度，0.5cm壁厚的鋼管。

水：采用當(dāng)?shù)刈詠?lái)水。

試驗(yàn)室配合比為水泥:河砂:碎石:水=350:700: 1050: 210，坍落度為180-220mm?，F(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)前，首先按照試驗(yàn)室配合比進(jìn)行材料預(yù)先攪拌，檢驗(yàn)攪拌后的材料是否能夠滿足使用要求。

2.2.2 施工過(guò)程

（1）平整地面：使用壓路機(jī)平整現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)區(qū)域地面，壓實(shí)周圍土體，使成樁區(qū)域周圍土體的壓實(shí)程度保持一致。

（2）構(gòu)架插入土體:開挖一個(gè)方形坑槽，它的尺寸為4*4m，深度1m，在坑槽的中心地點(diǎn)將加工好的鋼構(gòu)架漸漸施加壓力壓入地下，之后將鋼筋與鋼管連接，鋼筋延深至坑槽區(qū)域內(nèi)，之后澆筑砼填滿坑槽用來(lái)避免在混凝土泵送時(shí)施加壓力過(guò)大導(dǎo)致構(gòu)架上浮。

（3）接泵管與構(gòu)架：輸送泵泵管與底下的鋼材料上接頭小距離連接，接頭必須滿足嚴(yán)密結(jié)實(shí)。以防止漏漿，并檢查泵車各項(xiàng)性能指標(biāo)是否穩(wěn)定，各連接部位連接是否牢固。

（4）樁周圍土壓頂:在將鋼結(jié)構(gòu)插入入土體后，需要在構(gòu)架附近一定尺寸內(nèi)土體表層面壓上板，再向鋼材料上方放上兩臺(tái)20t的震動(dòng)壓路機(jī)，用來(lái)防止在施加壓力注漿過(guò)程中鋼材料浮起和鋼管周圍土體抬升。

（5）施加壓力注漿:在攪拌站內(nèi)根據(jù)試驗(yàn)室配合比進(jìn)行拌合混凝土，經(jīng)檢查坍落度符合標(biāo)準(zhǔn)后，將混凝土罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，然后啟動(dòng)泵車進(jìn)行調(diào)整壓力，壓力注漿要不斷增長(zhǎng)，最后當(dāng)注漿壓力設(shè)計(jì)值為2MPa時(shí)，將混凝土泵送到地下鋼管材料內(nèi)。

2.3 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析

待整個(gè)注漿試驗(yàn)結(jié)束后，使樁土保持原來(lái)的模樣5天，使得混凝土在土體中凝結(jié)，然后將樁體成型清理干凈接著使用挖掘機(jī)和人工挖開樁體的施工位置，用人工將樁體上的土體清理干凈，然后用后吊法運(yùn)出坑槽，檢查它的外觀和混凝土的密實(shí)度。

通過(guò)觀察并發(fā)現(xiàn)樁體似乎是倒三角錐型，在鋼材料上部注漿位置樁徑最大，隨著深度的增大，樁的徑口慢慢減小，在光管最底處的注漿處甚至沒(méi)有出現(xiàn)混凝土。另外樁的上部端頭處并不是規(guī)則的圓形，如果樁體最外邊緣的部分混凝土凝固為扁平型，說(shuō)明土體的分布是不均勻的，這些位置的土體的材料性質(zhì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較軟弱，土體在一定程度上被劈裂。由此看出，通過(guò)分析混凝土輸送過(guò)程中，隨著土層下端土的側(cè)壁壓力的增大，混凝土泵送壓力將無(wú)法擠開下部位的土層，只在相對(duì)壓力相對(duì)來(lái)說(shuō)較小的上部土層中形成一定直徑的樁體，而下部壓出的混凝土慢慢減少直到?jīng)]有混凝土壓出。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)成型試驗(yàn)，擠土樁樁型的整體結(jié)構(gòu)成型規(guī)律得以表征，同時(shí)探明了擠土樁的樁徑變化規(guī)律。探究擠土樁的成型機(jī)理，以及表征樁型結(jié)構(gòu)、樁徑變化規(guī)律樁體成型的理論知識(shí)將能夠給實(shí)際工程中擠土樁成型提供借鑒性的指導(dǎo)意義。

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張德興，1986.10.7，山東省膠州市 ，中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，工程師（中級(jí)）

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1007-6344（2016）03-0253-01

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