挤土桩成型机理及现场成型试验研究

2016-04-10张德兴

四川水泥 2016年3期

关键词：桩体机理成型

张德兴

（中国石油工程建设公司华东设计分公司）

挤土桩成型机理及现场成型试验研究

张德兴

（中国石油工程建设公司华东设计分公司）

对挤土桩的成型机理进行谈论总结，基于现场成型试验的研究方法，对挤土桩的桩型、性能以及成桩机理进行研究。详细探讨了挤土桩现场成型试验的试验概述、试验施工工艺，通过分析现场成型试验的试验结果。挤土桩桩型的整体结构成型规律得以表征，同时探明了挤土桩的桩径变化规律。探究挤土桩的成型机理，以及表征桩型结构、桩径变化规律为实际工程提供了借鉴意义。

桩基；挤土桩；成型机理；现场成型试验

在基础形式中，现代房屋建筑、桥梁结构等建筑工程中应用普遍的是桩基础。同时，桩基础也是建筑基础应用中最古老的基础形式之一。早在有文字记载之前，主要用木桩来承重的房屋就已经在地基条件不良的等地区出现，例如河谷、湿地等地区。木桩作为桩基础的形式之一经历了漫长的历程。

挤土桩从桩型角度是一种变截面异型桩，属于特殊的桩种系列，异型桩放弃常规桩身的横、纵截面的规整形状，是为了在某些特定地质条件和施工要求下，采用“异形”更能贯彻桩基设计的一个原则，即最大程度地发挥地基土和桩本身的潜在能力，这些改良的桩型在工程建设中发挥了很大的作用。

1 挤土桩成型机理

1.1 挤土桩概述

压挤混凝土灌注桩（简称挤土桩）是针对施工要求和桩基发展形势，结合灌注桩施工经验和压密注浆技术，创新提出的一种对应于具体土性的新型变截面桩。挤土桩桩体截面面积是随着不同土层、深度和施工条件的情况而变化，从而增加了桩身的有效受力。另外，周围土体与钢管内灌注的变截面混凝土紧密结合为一体，充分发挥了桩-土结构承担上部结构荷载的作用，有效的挖掘了地基的潜力，增加了基桩的端承面积，将原来只有一个端承点的端承摩擦桩改变为桩身多个端承点摩擦端承桩，从而改变了桩的受力机理，使基桩承载力大幅度的增加。

1.2 挤土桩成型机理

挤土桩是根据仿生原理衍生出来的一种变截面异形桩。从成桩方式角度看，属于灌注桩;从桩基的承载力特性看，属于端承摩擦桩；从桩体形状看，属于变截面桩；从桩体强度与桩基的承载功能方面来看，是一种有着优越承载性能的抗压桩。从承载原理上来看，压密注浆挤土桩是土体挤压和土体被动土压力相互作用结合灌注桩的特性进行研究而形成的一种新的桩型结构。该桩的创新是对传统桩基结构的施工工艺和成型原理的改进，在桩结构和受力机理上进行了很大的改善变化。

对于理论分析得到的桩体图形，桩体底部是有浆液填充成型的，且在底部形成一个球形浆泡这与现场试验不甚相同，造成的原因主要是理论模型的建立是在土体理想本构关系的基础上，并且为了建模方便，进行了理论假定和忽略了很多不确定因素。另外实际施工过程中存在着许多的影响因素，例如浆液配合比、注浆速率、土体分布等，这些都会对桩体的形状造成一定的影响。

2 现场成型试验

2.1 试验概述

根据压密注浆理论和挤土桩成型机理，依据《公路桥涵施工技术规范》，结合现场施工条件对挤土桩的成型进行初步的现场试验研究。

本试验是先将直径18cm、长6m的钢管四周均匀开孔，孔径大约7*5cm的椭圆形，孔的分部间距为30cm，梅花形布置，将端头加工成锥状，外层包裹延展性较强的塑料外膜，然后将其压入地下，外头连接泵管和混凝土泵送车连接，拌和站拌合小石子泵送混凝土，运至现场，通过加压泵送将混凝土泵入地下的钢管内，以让混凝土全部从钢管的四周开孔内均匀压出，以形成一定直径的桩体。

2.2 试验施工工艺

2.2.1 原材料制备：

碎石：采用规格为5～10mm碎石，夹杂规格为3～5mm碎石以及河砂。

水泥：采用硅酸盐水泥，规格为P.O42.5。

钢管：采用规格为20cm直径，8m长度，0.5cm壁厚的钢管。

水：采用当地自来水。

试验室配合比为水泥:河砂:碎石:水=350:700: 1050: 210，坍落度为180-220mm。现场成型试验前，首先按照试验室配合比进行材料预先搅拌，检验搅拌后的材料是否能够满足使用要求。

2.2.2 施工过程

（1）平整地面：使用压路机平整现场成型试验区域地面，压实周围土体，使成桩区域周围土体的压实程度保持一致。

（2）构架插入土体:开挖一个方形坑槽，它的尺寸为4*4m，深度1m，在坑槽的中心地点将加工好的钢构架渐渐施加压力压入地下，之后将钢筋与钢管连接，钢筋延深至坑槽区域内，之后浇筑砼填满坑槽用来避免在混凝土泵送时施加压力过大导致构架上浮。

（3）接泵管与构架：输送泵泵管与底下的钢材料上接头小距离连接，接头必须满足严密结实。以防止漏浆，并检查泵车各项性能指标是否稳定，各连接部位连接是否牢固。

（4）桩周围土压顶:在将钢结构插入入土体后，需要在构架附近一定尺寸内土体表层面压上板，再向钢材料上方放上两台20t的震动压路机，用来防止在施加压力注浆过程中钢材料浮起和钢管周围土体抬升。

（5）施加压力注浆:在搅拌站内根据试验室配合比进行拌合混凝土，经检查坍落度符合标准后，将混凝土罐车运至现场，然后启动泵车进行调整压力，压力注浆要不断增长，最后当注浆压力设计值为2MPa时，将混凝土泵送到地下钢管材料内。

2.3 对现场成型试验的结果进行分析

待整个注浆试验结束后，使桩土保持原来的模样5天，使得混凝土在土体中凝结，然后将桩体成型清理干净接着使用挖掘机和人工挖开桩体的施工位置，用人工将桩体上的土体清理干净，然后用后吊法运出坑槽，检查它的外观和混凝土的密实度。

通过观察并发现桩体似乎是倒三角锥型，在钢材料上部注浆位置桩径最大，随着深度的增大，桩的径口慢慢减小，在光管最底处的注浆处甚至没有出现混凝土。另外桩的上部端头处并不是规则的圆形，如果桩体最外边缘的部分混凝土凝固为扁平型，说明土体的分布是不均匀的，这些位置的土体的材料性质相对来说比较软弱，土体在一定程度上被劈裂。由此看出，通过分析混凝土输送过程中，随着土层下端土的侧壁压力的增大，混凝土泵送压力将无法挤开下部位的土层，只在相对压力相对来说较小的上部土层中形成一定直径的桩体，而下部压出的混凝土慢慢减少直到没有混凝土压出。