复合桩桩端建筑再生料夯密施工技术

关瑞荣 欧国原 肖三霞 毛祥华 李奇

摘 要：采用跟管旋挖钻进的方法成孔，能有效保证软弱土层中孔壁的稳定，无挤土效应，降低对地层的扰动，并且无泥浆排放。桩端夯填黏土块形成临时止水层，防止地下水涌进钻孔对后续夯填施工的影响。桩端扩大体由建筑再生料和干硬性混凝土夯填形成，显著提高了基桩的承载力，并且有效利用了建筑垃圾，促进资源回收再利用。

关键词：复合桩;桩端;建筑再生料

中图分类号：TU444 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）13-0093-03

Abstract： The method of following pipe drilling is used to make holes， which can effectively guarantee the stability of the hole wall in the weak soil layer， no soil crowding effect， and reduce the disturbance to the formation， and no mud discharge. A temporary stop-water layer is formed by ramming clay blocks at the pile end to prevent the impact of groundwater intrusion on the subsequent ramming and filling construction. Pile end expansion is mainly formed by building recycled materials and dry concrete ramming， which significantly improves the bearing capacity of foundation piles， and effectively uses building waste to promote resource recovery and reuse.

Keywords： composite pile;pile end;building recycled materials

復合桩基可显著改善和提高天然软弱地基的承载力，避免地基沉降变形。复合桩基中的刚性桩与常规钻孔灌注桩相比，具有直径小、长度短、密度大的特点。目前，此类复合桩基在实际施工中主要存在如下问题：①由于桩长短和直径小，一般穿过上部软弱土层，以下部较好土层作为持力层，所提供的承载力有限;②由于布桩较密，相邻桩施工时影响较大;③遇到复杂地层，如下部承压水层，施工困难，由此拖延工期，增加工程造价。对于这些问题，采用跟管旋挖钻进的方法成孔，在孔底柱锤夯填黏土块形成临时止水层，并依次夯填建筑再生料和干硬性混凝土形成桩端扩大体，然后下放钢筋笼、浇筑混凝土，最后在桩头处设置扩大桩帽和上覆褥垫层，由此形成复合桩基。

1 工艺原理

本工法所施工的复合桩基如图1所示。该刚性桩由桩端夯密扩大体、钢筋混凝土桩身和桩头扩大桩帽组成。其中，桩头扩大桩帽置于褥垫层中;桩端夯密扩大体包括外围夯密土体、止水层、建筑再生料夯密体、刚硬性混凝土体。上部软弱土层通过旋挖钻跟管成孔，钢护筒保证软弱土层的稳定性和不受扰动，在成孔深度满足要求后，往钢护筒内投入黏土块并柱锤夯填挤扩，形成临时止水层，为后续建筑再生料和干硬性混凝土夯填提供干作业环境[1-3]。通过柱锤的夯填，建筑再生料挤压周边土体，提高土体密实度和强度，建筑再生料挤扩体作为桩端夯密扩大体的主要部分，可消耗再利用大量建筑垃圾[4，5]。接着，在其上夯填干硬性混凝土，浇筑混凝土桩身和桩头扩大桩帽后，外荷载通过褥垫层传递给桩间土和刚性桩，桩头扩大桩帽的存在可提高桩土应力比，进而大部分荷载通过钢筋混凝土桩身传递至桩端夯密扩大体，并由下卧硬土层承担。

2 工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

桩端建筑再生料夯密扩大复合桩基施工工艺流程如图2所示。

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备。①施工机械、仪器、设备、工具准备妥当，结合地基处理工程特点，制定有针对性的安全、质量、工期、文明施工和环境保护管理等措施，配备相应的施工人员。②所需施工材料进场应有产品合格证和出厂检验报告，并对其性质、状态进行现场检测。③平整场地，使地基承载力满足施工荷载和防沉陷倾覆要求，采用经纬仪确定桩中心点位置，采用水准仪进行桩顶标高复核。④熟悉场地岩土工程勘察资料，明确场地和邻近区域内现有建筑物的位置、地下管线及地下构筑物埋藏情况、施工现场上空的高压电线及通信线路等的高度。

2.2.2 钻机就位。①根据土层地质情况及周边环境要求，采用合适型号的旋挖钻机进行成孔施工。②旋挖钻机按照预定的行走路线进行移动就位，并考虑钻头换取、排土、运输等的方便性。③按照桩中心测量放样点，移动钻机到合适位置，并进行微调，使钻头轴线垂直对准桩中心点。

2.2.3 跟管钻进成孔。①旋挖钻机开孔时，采用与套管直径相匹配的钻头钻进前导孔，当达到适宜的深度时，下入第一节带切削刃的前导套管，施工前要根据套管下入的先后顺序进行排列调整，以确保施工各个工序的正常衔接。②搓管机带动套管下入时，应将两根套管连接部位用刷子清洗干净，焊接牢固，保证连接部位无孔洞。③在稳定性较差的软土层中，先下套管后旋挖取土;在承压层中，同步下套管和旋挖取土;在强度较高的硬质土层中，先旋挖超前30～50cm取土，再下套管，降低套管下入阻力。④钻至预定深度后，清除孔底沉渣。⑤旋挖钻成孔后的土渣部分回填利用，粗颗粒可作为桩端夯填料使用，其余集中堆放，及时外运处理。

2.2.4 抛填黏土块并夯击形成孔底止水层。①当桩端持力层为承压水砂砾层时，在钻至预定深度后，向护筒内抛填30cm厚的黏土块，并采用锤径355mm、质量3 500kg的标准柱锤夯击，使黏土充填周边砂砾层中的孔隙，形成一层止水帷幕。②如一次抛填、夯击后，孔底仍有大量水涌出，可进行多次抛填、夯击，直至孔底完全封闭无渗水。

2.2.5 抛填建筑再生料。①将碎砖块、混凝土块等组成的建筑废弃料中的土块、生活垃圾、腐殖土等去除，并剔除粒径大于15cm的颗粒，钻渣中部分砂砾可混入一起作为填料，填料含泥量≤10%，有机物含量≤3%。②从护筒口将建筑再生料倒入孔内，孔径较小的钻孔可通过漏斗抛填。③单次抛填量不超过0.5m3，高度不超过0.5m，总抛填量根据持力层性质确定，一般不超过2.0m3。

2.2.6 柱锤夯填挤扩建筑再生料。①提升柱锤进行自由落体式夯击，填料夯至出护筒40～60cm。②在落距6.0m的情况下，连续三次测量锤击累计下沉值，以此作为三击贯入度。当填料夯击密实后，正常的贯入度应该是后一次测得的贯入度不大于前一次的贯入度，并且三击贯入度不大于10cm。③当三击贯入度不满足上述要求时，继续抛填建筑再生料，并柱锤夯实，直至三击贯入度达到要求。

2.2.7 填筑干硬性混凝土。①按照设计配合比现场拌制干硬性混凝土。②通过卸料斗往护筒底填入干硬性混凝土，填筑量控制在干硬性混凝土填筑表面高出护筒底30～50cm。

2.2.8 柱锤夯击干硬性混凝土。①提升柱锤自由落体式夯击3～5次后，以护筒底1～2cm为标准，若干硬性混凝土上表面高于该标准，则继续夯击，若低于该标准，则填筑干硬性混凝土后夯击。②最后三击的贯入度满足前述要求。

2.2.9 下放钢筋笼并浇筑混凝土。①将制作好的钢筋笼缓慢下放到位，并采取措施避免笼体变形和偏位。②插入导管，从下往上浇筑混凝土，同步拔出钢护筒，并确保护筒底在混凝土浇筑面以下2～3m。③上端2m范围内的混凝土采用振动棒振捣密实，排出混凝土中的气泡。

2.2.10 桩头扩大桩帽施工。①待刚性桩混凝土初凝后，平整桩周一定范围内的地表，在桩头扩大桩帽下铺筑一层10cm左右的级配砂礫垫层，并碾压密实。②清除桩头接触部位的泥土等杂物，绑扎桩帽钢筋，并与刚性桩的钢筋笼绑扎连接，桩头伸入桩帽中一定长度。③搭设侧模板，浇筑桩帽混凝土。

2.2.11 褥垫层施工。待所有刚性桩和桩帽均施工完毕后，平整桩间地表，铺筑一层30～50cm厚的级配砂砾垫层，并碾压密实，压实度达到0.97以上。

3 结语

采用本工法显著提高了地基承载力，采用跟管旋挖钻成孔无泥浆排放，桩端扩大体充分利用建筑垃圾作为填料，促进了资源回收再利用，旋挖施工噪音低，桩端扩大体夯击产生的振动和噪声通过减振降噪处理后对周边影响小，刚性桩布桩密度小，直径和长度均可减小，降低了钢筋、混凝土的消耗，施工效率高，工程造价低，劳动强度低，技术水平高。因此，本工法应用于实际工程具有显著的社会效益，值得在同类工程中推广应用。

参考文献：

[1]蒋麦林，李庆伟，张冠涛，等.建筑垃圾再生料无侧限抗压试验研究[J].中国市政工程，2018（6）：78-79，113.

[2]张宝琛.建筑垃圾再生材料处理湿陷性黄土地基试验研究[D].西安：长安大学，2018.

[3]秦善勇，闫春岭.再生料在水泥稳定类基层中的应用试验研究[J].粉煤灰综合利用，2018（6）：33-36.

[4]陈冬梅.建筑垃圾再生料处治湿软黄土地基的技术参数及施工工艺研究[D].西安：长安大学，2016.

[5]陈舸，王清远，赵晓，等.汶川地震建筑垃圾再生骨料物理力学性能研究[C]//西南mts材料与结构测试暨实验力学研讨会.2009.