摘要：针对现有的螺栓预埋施工中采用的定位夹具与螺栓间存在间隙，易造成松动，导致预埋精度不高，影响设备的正常安装及使用的难题，结合具体工程案例，开发了“竖向管式约束增强型水泥搅拌桩施工技术”，该技术利用环形结构的平面稳定性，将螺栓定位板设计成环状结构，通过制作单元定位板，组装形成整体定位板，实现了对预埋螺栓进行三维动态调整，螺栓群高精度预埋。
关键词：筏板基础；整体预埋；大直径螺栓群
1 前言
水泥搅拌桩存在着一个很大的缺陷，即强度较低，同时通过对水泥搅拌桩承载受力分析可以发现桩顶荷载在深度方向上的传递呈负指数规律逐渐衰减，荷载主要由桩的上部来承担。目前现有的改进水泥搅拌桩的施工方式是在水泥搅拌桩中设置劲芯桩来提高水泥搅拌桩的强度。但此施工方式采用的芯材成本较高，丧失了水泥搅拌桩成本低的优势，同时对芯材的选择也很有局限性，限制了复合材料水泥搅拌桩的发展，更重要的是难以保证劲芯桩的垂直和居中。
鉴于此，为了发挥水泥搅拌桩成本较低的优势前提下同时提高水泥搅拌桩抗压强度，研发了“竖向管式约束增强型水泥搅拌桩施工技术”，解决了上述问题。
2 工艺原理
水泥搅拌桩承载力主要由桩身强度控制，本技术通过竖向管式约束体的“套箍效应”来提高桩身强度，进而提高单桩极限承载力，同时考虑桩体上桩身轴力较大，并沿桩身衰减，故约束体自上而下为土工格栅；从桩顶至中部，在土工格栅外部设置碳纤维布。约束体与预制环形桩尖连接，水泥搅拌桩底部设置桩底扩大端，桩顶补浆形成桩顶回灌区，其结构如图2-1。水泥搅拌桩由于外侧筒形约束体的约束作用，能有效提高其抗压强度，并明显提高承载力。
竖向管式约束体外部的碳纤维布预留搭接长度后采用相同抗拉强度的材料与土工格栅采用“X”形绑扎连接。环形桩尖预制时在上部环向均匀预埋螺杆，如图2-2，竖向管式约束体下部的土工格栅尾端剪开有若干个开口，在预制桩尖顶部外翻，并用环形压固钢板与螺帽固定，环形压固钢板如图2-3。在水泥搅拌桩外侧设置竖向管式约束体，产生的约束效应能有效提高水泥搅拌桩的抗压强度，提高了承载力。由于水泥搅拌桩破坏点通常在桩身上部，故竖向管式约束体上部土工格栅外部加设碳纤维布，加强了桩身上半部分的加固效果。同时对传统的压杆进行优化，在压杆底部采用铰接结构，下压过程中与预制桩尖充分接触，待下压到设计标高后可竖向抽出，对搅拌桩的扰动较小，同时施工方便、准确。
图2-1 竖向管式约束增强水泥桩结构示意图
图2-2 预制环形桩尖立体图 图2-3 环形压固钢板示意图
3 施工工艺流程
竖向管式约束增强型水泥搅拌桩施工工艺流程如图3所示。
图3 竖向管式约束增强型水泥搅拌桩施工工艺流程图
4 操作要点
4.1 施工准备
根据设计图纸，清理平整施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位。
4.2 测量放样
对设计单位移交的导线点，水准点，施工前告知业主和监理工程师进行复核，确认无误后使用。
4.3 制作预制环形桩尖、筒形约束体、环形压固钢板
事先预制完成竖向管式约束体和环形桩尖，竖向管式约束体自上而下为土工格栅；从桩顶至中部，在土工格栅外部设置碳纤维布，桩尖上部均匀预埋若干个螺杆。其配筋构造和数量必须符合设计或施工规范的要求。环形压固钢板在工厂制作，其尺寸与预制桩尖相符，上部预留有孔，预留孔的位置与预制桩尖上螺杆的位置一致。如图4.3-1，4.3-2：
图4.3-1 预制环形桩尖图 图4.3-2 环形压固钢板图
4.4 桩尖与约束体连接
待工人将预制桩尖、管式约束体、环形压固钢板运至施工现场后，将竖向管式约束体下部的土工格栅尾端剪开若干个开口，在预制桩尖顶部外翻，然后套在环形预制桩尖的预埋螺杆上，随后将环形压固钢板套入预埋螺杆，再用螺帽拧紧。约束体与桩尖的连接如图4.4：
图4.4 桩尖-约束体连接节点图
4.5 施工参数确定
1.施工过程中每个试桩点均由专人负责水泥搅拌桩的成桩过程的数据收集，并按规范要求对收集的数据进行统计分析，将施工记录与分析成果报验。
2.搅拌桩成桩后7天，挖除土方暴露出桩体，检测桩体外观质量，并按规范要求凿除50cm桩头，并取芯制作成试块送有相应资质的试验室按规范要求进行养护。同时对试验成果进行数理统计分析，作为调整搅拌桩浆体级配，桩长、搅拌桩钻进各项技术数据的依据。
3.通过水泥搅拌桩试桩来检验施工机具性能及施工工艺中的各项技术参数，通过试桩来准确掌握下钻、提升的困难程度。
4.6 桩机就位
1.在传统水泥搅拌桩的施工设备基础上进行创新，预先制作铰接结构的压杆（如图5.2.6-1），然后用吊机悬吊深层单搅拌桩机机架放到底座轨道上，调整水平后，安装塔身和钻杆，校正位置，在钻杆上捆绑钻进深度标志（带颜色的尼龙绳等），钻到该标志与水准标志相平，即已达深度。
图4.6 压杆铰接结构示意图
4.7 搅拌、喷浆
根据试桩检测结果确定的配合比严格控制水灰比制备泥浆，水泥浆必须充分拌和均匀。此次喷浆量为搅拌桩水泥浆用量的80%左右。
4.8 桩尖-约束体整体就位
待搅拌机切割的土体与水泥浆搅拌均匀后，提升钻杆，将桩尖-约束体起吊，压杆抵住环形预制桩尖的内侧，水泥搅拌桩叶片安装时需低于预制环形桩尖底端。
4.9 桩尖-约束体下沉
开启搅拌桩机，将压杆抵住预制环形桩尖的内侧，钻杆带着压杆将预制桩尖-竖向管式约束体缓缓下压到土层中。
4.10 形成扩大端
当环形预制桩尖下沉达到指定标高后，旋转搅拌叶片搅拌形成桩底扩大端。
4.11 喷浆搅拌提升
待搅拌完成桩底扩大端后，灰浆泵将水泥浆压入地基中，连续喷入水泥浆液，直至地面。将预制环形桩尖和竖向管式约束体留在土层中，并且在设备提升出地面后提升压杆。
4.12 桩顶补浆
水泥搅拌桩施工完成后，在桩顶进行适宜的补浆，形成桩顶回灌区。水泥采用掺高效缓凝减水剂的水泥砂浆，砂浆强度等级高于桩基混凝土一个强度等级，用压浆机从孔底压注，边压浆边提压浆管，同时用浆液顶出孔内积水。
5. 效益分析
5.1 技术效益
本技术在水泥搅拌桩桩周设置自上而下为土工格栅；从桩顶至中部，在土工格栅外部设置碳纤维布的竖向管式约束体，束体与预制环形桩尖连接，水泥搅拌桩底部设置桩底扩大端，桩顶补浆形成桩顶回灌区。水泥搅拌桩由于外侧筒形约束体的约束作用，能有效提高其抗压强度，使桩体极限承载力提高15%~20%。由于水泥搅拌桩破坏点通常在桩身上部，故竖向管式约束体上部土工格栅外部再加一层碳纤维布，加强了桩身上半部分的加固效果，桩尖采用预制，与竖向管式约束体连接牢固后开始施工，施工简单快速，具有较好的技术效益。
5.2 经济效益
本技术中水泥搅拌桩桩周设置竖向管式约束体，上部土工格栅外部加设碳纤维布，用来提高上部桩身的承载力，在保证桩体施工质量的同时节约施工材料，与此同时，本技术也保留了水泥搅拌桩自身造价低的优点，相同的桩身承载力要求下，可减小桩体直径，从而节约水泥用量和施工机械台班。在满足相同的复合地基承载力和工后沉降要求下，采用本技术可综合节约造价约10%~15%，可实现在较低造价的前提下根据工期和沉降要求对地基进行动态加固，达到节约资源、减少能耗，实现低碳环保的效果，具有较好的经济效益。
5.3 社会效益
本技术改进了目前水泥搅拌桩技术的不足及存在的缺陷，改善传统水泥搅拌桩桩身强度较弱，易产生断桩缺陷的问题，在水泥搅拌桩外设筒形约束体，有效提高了水泥搅拌桩的抗压强度施工时振动小，噪音很小，不产生废水污染，不需要泥浆护壁，无大量废土运出加速了软基土体固结，有效缩短工期，降低工后沉降，施工时对周围环境影响较低，为后期类似工程提供了借鉴，具有较好的社会效益。
6 结论
水泥搅拌桩桩周设置竖向管式约束体，在保证水泥土桩成本较低的优势前提下同时提高水泥土桩抗压强度。竖向管式约束体自上而下为土工格栅，半桩长自顶部格栅外部设置碳纤维布，碳纤维布预留一定长度后采用相同抗拉强度的材料与土工格栅采用 “X”形绑扎连接。加强了桩身上半部分的加固效果，改善传统水泥搅拌桩桩身强度较弱的问题。环形桩尖预制时在上部环向均匀设置若干螺杆，环形压固钢板制作时设置与螺杆位置相同的预留孔，方便竖向管式约束体与桩尖的连接。竖向管式约束体与桩尖连接时，下部的土工格栅尾端剪开有若干个开口，在预制桩尖顶部外翻，随后套上环形压固钢板并螺帽拧紧，使两者连接牢固。在传统施工设备上改造，采用铰接结构的压杆，下压过程中与预制桩尖内侧充分接触，待下压到设计标高后可竖向抽出，对搅拌桩的扰动较小，同时施工方便。环形预制桩尖下端设置水泥搅拌叶片，用来形成桩底扩大端，使得桩周表面积增大，水泥搅拌桩的承载力高。施工时水泥土搅拌桩机先将土搅松，随即喷一部分水泥浆，后将预制桩尖-管式约束体结构下压到土层，随即喷余下的水泥浆，提高了施工效率。水泥搅拌桩施工完成后，在桩顶进行适宜的补浆，形成桩顶回灌区，使桩上部的承载力进一步提高。
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论文作者:薛建华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：水泥论文; 环形论文; 管式论文; 格栅论文; 土工论文; 螺栓论文; 承载力论文; 《基层建设》2019年第19期论文;