本發(fā)明屬于建筑工程技術(shù)領域，具體涉及一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法，可根據(jù)地層承載力條件在樁身、樁底任意部位實現(xiàn)多次擴徑或擴底等現(xiàn)澆超流態(tài)混凝土異型樁。本發(fā)明的施工方法適用于需要較高承載力特征值的軟土地基處理和較高承載力的樁基礎施工。

背景技術(shù)：

環(huán)保、異型、高承載力是現(xiàn)今樁基礎和施工方法的發(fā)展趨勢，并對樁基礎在軟土地基處理、復合地基施工、邊坡支護治理的應用產(chǎn)生重要影響。長螺旋超流態(tài)鉆孔灌注樁以其施工速度快、質(zhì)量好、無污染等特點越來越多被工程界采納。擴孔、擴底鉆進技術(shù)是提高單樁承載力的重要手段，但傳統(tǒng)的擴孔、擴底鉆進技術(shù)只適用于機械成孔的水下灌注樁，并且成孔、擴底需要二次才能完成，不僅施工速度慢，且易產(chǎn)生縮徑、塌孔、水下灌注斷樁、孔底沉渣超標等質(zhì)量事故，同時泥漿排放量大，污染嚴重。因此，亟需開發(fā)一種能夠一次完成鉆孔成樁工作、并且成樁質(zhì)量好、效率高的混凝土樁施工方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法，包括采用非嵌巖的長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭施工，根據(jù)設計要求在樁位處鉆孔、擴孔鉆進及進行擴底施工；然后開啟混凝土泵，壓注超流態(tài)混凝土，邊壓注邊提鉆，始終保持混凝土泵入孔中混凝土量大于鉆桿上提體積量；將鋼筋籠固定于樁頂設計標高。

上述施工方法中，所述非嵌巖的長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭為同軸雙柱型空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)層圓柱結(jié)構(gòu)內(nèi)徑與鉆桿內(nèi)徑相同，外層圓柱結(jié)構(gòu)為雙作用空心活塞液壓缸，并采用雙作用空心活塞液壓缸內(nèi)壁管作為鉆頭中心管，實現(xiàn)不提鉆灌注混凝土作業(yè)；并且所述鉆頭兩側(cè)為安裝切削齒的擴孔翼板，切削齒用于向下切削地基土，擴孔翼板安裝在擴孔鉸鏈和支撐鉸鏈上，擴孔翼板用于向側(cè)向擠壓地基并使變徑截面穩(wěn)定，擴孔鉸鏈和支撐鉸鏈組成鉸鏈機構(gòu)，通過鉆機控制系統(tǒng)控制雙作用空心液壓油缸活塞頂頭的伸縮，通過控制鉸鏈機構(gòu)實現(xiàn)切削齒的擴孔翼板的鉆孔、擴孔及擴底鉆進過程。

上述施工方法中，所述擴孔鉆進的擴孔直徑允許誤差為-0.1倍擴孔直徑，且-0.1倍擴孔直徑≤5cm；變徑擴孔在豎直方向應進入良好土層不少于0.5m；擴底位置允許在豎直方向上下調(diào)整0.5～1.0m。

上述施工方法中，所述邊壓注邊提鉆的提鉆速度控制在2.0~2.5m/min，并且鉆桿提升不大于30cm。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明可以實現(xiàn)不提鉆灌注混凝土作業(yè)，能夠一次完成鉆孔、擴孔及擴底鉆進工作，并且成樁質(zhì)量好、效率高，顯著降低了工程造價和環(huán)境污染，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明的一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法的非嵌巖長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭鉆孔狀態(tài)圖；

圖3為本發(fā)明的一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法的非嵌巖長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭擴孔狀態(tài)圖；

圖2和圖3中，1-連接法蘭，2-耐磨螺旋葉片，3-雙作用空心活塞液壓缸，4-雙作用空心液壓油缸活塞頂頭，5-鉆頭中心管，6-擴孔鉸鏈，7-擴孔翼板，8-支撐鉸鏈，9-切削齒，10-易更換底側(cè)翻門，11-底牙輪掌片。

圖4為本發(fā)明的長螺旋變直徑壓灌混凝土樁詳圖。

圖5為本發(fā)明的長螺旋變直徑壓灌混凝土樁剖面圖，其中（a）為長螺旋變直徑壓灌混凝土樁的縱向剖面圖；（b）為（a）圖中1-1面的剖視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

將本發(fā)明的一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法應用于原型樁基礎的試鉆、成樁和檢測，其部分數(shù)據(jù)見表1。

如圖4和圖5所示，所述長螺旋變直徑壓灌混凝土樁的樁頂鋪設厚0.3m的褥墊層（基礎墊層），樁體混凝土采用C30超流態(tài)混凝土灌注，樁體直徑和長度分別為：直徑d=0.4m、L=8.0m，配置5根HRB335?18主筋，采用螺旋箍筋HPB235?6@200，樁頂、變直徑處箍筋加密，間距為100mm；粘土層的樁體擴孔，直徑分別為D=0.4m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m。試驗場地所揭示的地層從上至下分別為厚度2m的粘土層和厚度8m的粗砂層。粘土層的重度為19.5kN·m^-3，壓縮模量為15MPa，泊松比為0.35，黏聚力為20kPa，內(nèi)摩察角為10°；粗砂層的重度為20kN·m^-3，壓縮模量為40MPa，泊松比為0.3，黏聚力為1kPa，內(nèi)摩察角為40°。

所述長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法，工藝流程圖如圖1所示，具體施工步驟是：

（1）施工準備

按設計要求采購材料，對材料的型號、規(guī)格、數(shù)量、質(zhì)量做好驗收工作，查驗出廠合格證書，按規(guī)范抽樣復檢；

在場地平整后，進行管線調(diào)查，清除施工場地地面以下2米以內(nèi)的障礙物，然后整平、夯實；合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”；

采用功率為110kW、鉆桿直徑為400mm的IZD800鉆機，HBT80型混凝土輸送泵，并調(diào)試至運行正常；所述鉆機采用非嵌巖的長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭，所述鉆頭為同軸雙柱型空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)層圓柱結(jié)構(gòu)內(nèi)徑與鉆桿內(nèi)徑相同，外層圓柱結(jié)構(gòu)為雙作用空心活塞液壓缸3，并采用雙作用空心活塞液壓缸內(nèi)壁管作為鉆頭中心管5，實現(xiàn)不提鉆灌注混凝土作業(yè)；并且所述鉆頭兩側(cè)為安裝切削齒9的擴孔翼板7，切削齒用于向下切削地基土，擴孔翼板7安裝在擴孔鉸鏈6和支撐鉸鏈8上，擴孔翼板用于向側(cè)向擠壓地基并使變徑截面穩(wěn)定，擴孔鉸鏈和支撐鉸鏈組成鉸鏈機構(gòu)，通過鉆機控制系統(tǒng)控制雙作用空心液壓油缸活塞頂頭4的伸縮，通過控制鉸鏈機構(gòu)實現(xiàn)切削齒的擴孔翼板的鉆孔、擴孔及擴底鉆進過程；圖2和圖3分別提供了所述非嵌巖長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭的鉆孔狀態(tài)圖和擴孔狀態(tài)圖；

鋪設粗砂，分層碾壓，褥墊層厚度為0.3m，褥墊層上表面標高+0.3m；

（2）施工放線和鉆機就位

在施工前，從原始測量基點向施工場地引入測量控制點，用全站儀測定長螺旋變直徑壓灌混凝土樁的測量控制點，施放樁點位線；經(jīng)過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位，保證樁孔中心移位偏差小于50mm；

鉆機就位，使鉆機支撐穩(wěn)定，對準樁位點后必須調(diào)平，確保成孔的垂直度；

設定樁頂標高為相對標高（±0.000），使用NTS－355S全站儀（5″級），測量精度±(3mm＋2ppm·D)，測定樁口標高，依據(jù)樁基礎設計圖紙和地質(zhì)勘查報告，確定樁鉆孔并擴孔深度為-2.5m，樁鉆進總深度8m；

（3）制作鋼筋籠，制備超流態(tài)混凝土

鋼筋進場應按《金屬拉伸實驗方法》（GB/T228—2002）、《鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》（GB/T2975—1998）、《金屬材料彎曲試驗方法》（GB/T232—2010）的規(guī)定進行屈服點、抗拉強度、延伸量和冷彎試驗；鋼筋須按不同鋼種、等級、牌號、規(guī)格及生產(chǎn)廠分批驗收，分別堆存，且應立牌便于識別；鋼筋籠制作采用長線法在臺座胎具上統(tǒng)一制作，鋼筋籠基本節(jié)長8m，鋼筋籠主筋5根HRB335?18，HPB235?6箍筋采用螺旋形纏繞，主筋每隔2m設置加勁箍筋（HPB235?12）固定主筋，主筋與箍筋連接宜點焊；鋼筋籠制作對鋼筋規(guī)格，焊條規(guī)格、品種，焊縫長度，焊縫外觀質(zhì)量、主筋與箍筋制作偏差等進行檢查；鋼筋籠主筋與加勁箍筋必須焊接，鋼筋籠下端500mm處主筋宜向內(nèi)側(cè)彎曲15～30o，鋼筋籠允許偏差如下：直徑±10mm，長度±100mm，主筋間距±10mm，箍筋間距±20mm；

C30超流態(tài)混凝土選用硅酸鹽水泥，強度等級為32.5 MPa，水灰比為0.58、塌落度23 cm，拌制投料時其填加順序宜滯后于水和水泥、石子，砂率44%，樁身混凝土必須留有試塊每個澆注臺班不得小于1組，每組3件；

（4）引點就位，變徑擴孔及鉆孔

鉆機就位后，對樁位進行復測，穩(wěn)固鉆機，通過水平尺及垂球雙向控制非嵌巖的長螺旋超流態(tài)擴孔鉆頭中心與鉆桿垂直度，即對樁機進行調(diào)平、對中，調(diào)整樁機的垂直度，偏差應在10mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差＜0.3%，控制鉸鏈機構(gòu)和擴孔翼板張開（如圖3所示）；校驗鉆桿長度，保證鉆孔深度的準確；鉆桿下端距地面10～20cm，對準樁位，壓入土中，施工過程中要求邊旋轉(zhuǎn)鉆桿邊清除孔邊渣土，以防止提升鉆桿時土塊掉入，鉆孔過程要用全站儀校正垂直度（≤1%），根據(jù)設計要求在樁位處鉆孔并擴孔至設計深度-2.5m；然后控制鉸鏈機構(gòu)和擴孔翼板縮回，繼續(xù)向下施工樁體至-8m處，停止鉆機；

在樁體擴孔施工過程中，應認真觀測液壓表的變化，詳細記錄各變徑擴孔位置的表壓值和變徑擴孔、擴底時間，擴孔直徑允許誤差-0.1倍擴孔直徑，且-0.1倍擴孔直徑≤5cm。變徑擴孔在豎直方向應進入良好土層不少于0.5m；擴底位置允許在豎直方向上下調(diào)整0.5～1.0m；

（5）成孔灌注

啟動HBT80型混凝土輸送泵開始壓注超流態(tài)混凝土，邊壓注邊提鉆，鉆桿提升不大于30cm，控制鉆桿提升速度（2.0~2.5m/min），始終保持泵入孔中混凝土量大于鉆桿上提體積量，計算每盤泵入混凝土方量（每盤0.44立方米），施工時，通過混凝土泵送對鉆桿產(chǎn)生的上頂力，調(diào)整提鉆速度，保證鉆桿及葉片對混凝土有一定的擠壓作用；

（6）安放鋼筋籠

為防止起吊時鋼筋籠變形，鋼筋籠下部應綁附鋼管（沿主筋通長布置，間距為1.5米），利用鉆機自備吊鉤將鋼筋籠豎直吊起，垂直于孔口上方，然后扶穩(wěn)旋轉(zhuǎn)依靠自重和人工下入孔中，下放鋼筋籠應輕放、慢放，若遇阻礙，應查明原因，進行處理；可在端頭以帶配重的振動器振動壓入，并監(jiān)控樁頂標高；鋼筋籠入孔后，定位要準確，固定要牢固，其中平面位置偏差不大于20mm，骨架頂端高程±20mm。

本發(fā)明實施例對一種長螺旋變直徑壓灌混凝土樁施工方法的樁基礎（如圖4和圖5所示）進行了豎向承載力試驗，隨著粘土層中樁體直徑從400mm等直徑樁、擴孔到樁體直徑600mm、700mm、800mm、900mm的變截面樁，樁基礎的豎向極限荷載分別為447.58kN、508.17kN、557.99kN、561.31kN、585.30kN，豎向極限荷載對應的樁頂位移分別為6.95mm、7.05mm、7.00mm、6.06mm、5.88mm。

從單樁極限荷載分析（見表1），粘性土層中樁基礎擴孔后，樁基礎極限荷載整體呈現(xiàn)提高趨勢，當擴孔直徑在700~800mm時，樁基礎接近于大直徑樁基礎界限直徑，樁的極限承載力增長幅度較小，表現(xiàn)出類似樁端嵌入密實地基土的端阻力和側(cè)阻力衰減現(xiàn)象，800mm以后樁的極限荷載增長幅度加大，但小于中小直徑樁基礎的擴徑后的極限荷載增長量。在樁頂位移方面，隨著粘性土層中樁徑的擴孔增加，樁頂位移整體呈現(xiàn)出逐漸減小趨勢。在粘性土層中，樁基礎擴孔后，擴孔樁體加大了對下部密實砂層的壓縮深度，使得700mm擴孔直徑之內(nèi)的樁基礎沉降量略有增加，但增加幅度較小0.72%~1.44%；其后，隨著擴孔直徑的增加，極限荷載時的樁頂位移有較明顯減小。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 長螺旋變直徑壓灌混凝土樁的極限承載力和樁頂位移