摘要：在桩基础施工中，劲性复合桩是一项全新的工艺，其桩体的构成是结合了散体桩、柔性桩，刚性桩中的两或三种，属于一种复合形式的桩体。劲性复合桩的特点突出，例如具有较高的施工效率、良好的经济效益，同时对环境产生较小的影响。这一技术与我国的绿色建筑发展理念相一致，可以满足当前我国的建筑行业发展需求。本文依托实际的项目案例，结合工程的地质条件，在基础施工中应用劲性复合桩施工技术，为桩基础体系的有效建立提供了技术支撑，促进了施工的顺利进行。
关键词：劲性复合桩；施工；应用
前言：
城市化的逐步推进，促进了建筑工程的发展。在工程建设中，岩土工程问题是普遍现象，由于岩土工程关系到建筑的整体质量，因此对工程施工技术的要求较为严格。在工程地基施工中，需要结合水文地质、地理环境等情况，选用科学的技术方案，以提高地基施工水平，保障地基处理质量。地基施工的方法有许多，然而在满足沉降要求方面，逐渐推广水泥土搅拌桩或散体桩芯复打劲性混凝土刚性桩的应用，相对单一技术的采用，复合应用技术能够对地基土体进行有效加固，劲性芯桩竖向承载性能良好，其应用对于地基工程的施工效益的提升有着重要意义。
1劲性复合桩概述
水泥搅拌桩工艺虽然施工效率高、工程费用少，然而承载能力有限，对于一些高标准的基础工程施工中无法满足相应要求，一般适用于软弱地基施工中。钢筋混凝土预制桩在强度方面有一定优势，能够满足高质量要求的地基施工工程，然而施工造价成本高，并且土层强度低的施工范围内，不能充分发挥预制桩的强度作用，容易发生桩身反弹从而带来损坏的可能性。劲性复合桩工艺，指的是一种结合了散体桩、柔性桩，刚性桩中的两或三种桩体的复合施工方式，充分利用了两种基础的优势，建立加强的地基承载系统，有利于提高地基处理质量，减少工程施工成本。
劲性复合桩的特征表现在：①能够增强土体承载性能；②采用搅拌成孔后再施工预制桩（非挤土桩工艺），施工中的环境影响低；③由于泥浆排放量小，能够实现文明施工；④桩体成型速率高、质量高，有利于减少工期；⑤预制单位为现场施工供应预制桩，质量好，能够防止传统灌注桩施工模式下的沉渣、缩孔、塌孔等质量隐患；⑥相对普通管桩而言，搅拌插芯成桩，能够提升桩体的水平稳定程度；⑦劲性复合桩工艺符合我国的装配式施工理念，有利于促进建筑施工实现发展绿色化。因此，进行劲性复合桩施工工艺在近年来得了积极推广和应用。
依据构造组合方式的不同，劲性复合桩包括SMC桩、MC桩等形式，其中s桩、M桩、C桩分别代表的是散体桩、柔性桩和刚性桩。
2工程概况
2.1工程简介
本工程为箭牌总部大厦项目，位于顺德区乐从镇北围产业园总部企业4号地块。箭牌总部大厦项目工程结构为框架结构，二类公共建筑，使用年限为三类50年，总建筑面积162367.09㎡。地基基础设计等级为甲级。本工程采用黄海高程，设计标高±0.00相当绝对标高3.85M；
2.2桩基工程概况
本工程MC劲性复合桩桩型为PHC-AB型，内芯（PHC-500AB-125）预应力混凝土管桩+外芯800水泥搅拌桩，即水泥土搅拌桩中同心植入套箍式PHC管桩，接桩采用套箍连接接头。劲性复合桩单桩竖向抗压承载力设计值为2500KN，单桩竖向抗拔承载力设计值为680KN；有效桩长32M，桩端持力层为砾砂层；总工程量1821根桩（承压桩1012根抗拔桩809根）。
2.3水文地质条件
施工场地地质情况为基岩上部覆盖层主要为粘性素填土（松散）——淤泥质粉质粘土（流塑）——细沙（中密，局部密实）——砾砂（中密---密实）——中风化泥岩。
3主要施工技术
3.1机械选型技术
对桩基施工条件和环境进行分析，其作业面标高及基坑底标高分别是－2.1m、－15.8m；桩机空转长度为13.7m，桩长达到了31m、42m。施工中的桩机需要深入到44.7m、55.7m，为了满足施工需求，确保施工质量和安全，选择三轴搅拌桩机进行打设，基于使自身桩架和底座得到充分利用，调整钻杆施工参数，替换成大功率动力头，提升钻杆转动速率，将1个钻头和喷浆口增加布设在已有钻杆中，通过对其进行改造使单轴搅拌桩机可以适应柔性桩施工要求。此项目桩体总数量达到了1821根，整体施工量大，施工工期紧促（期限为150天），为了确保能够在规定期限内顺利完工并保证工程质量，机械设备配置如下：
①压桩设备：2台；
②搅拌桩设备：2台；
③自动搅拌系统：2套
④挖掘机：2台。
3.2场地处理
针对桩基作业面施工，具体有两种方案。①在－8.1m的位置展开作业，也就是说桩基设备要经过地面深入到7m的基坑中，由于施工区域的土体性质为灰色淤泥质黏土，具有饱和水的特性，地基性质软弱，因此要实施相应的地基加固施工；②在－1.1m标高位置展开作业，也就是原地面部位，这一方案中的地基承载性能佳，然而会增加桩机空转深度。
从安全角度出发来考虑，本工程选用后者方案，即在原地面位置开展桩基作业，为使桩基施工中的承载力达到需求，施工前需要对场地进行硬化处理，将厚70cm的道砟进行铺设夯实。
场地排水措施采用设置排水沟的方式，排水沟宽1m、深1m。场地内的整个排水系统，排水沟通到周边明排水沟，然后通到临时道路挖设的明排水沟，且将水泵设置在明排水沟部位，从而实现将场地中的明水排到场外。
3.3柔性桩施工技术
本工程中的柔性桩选择的是水泥搅拌桩，直径φ700mm，设计水泥掺入量在空钻范围内是8%，在有效桩长范围是15%。工艺选用两喷两搅施工法，即一上一下施工。（图1）
（1）在设备进入现场之前，对场地环境进行整理，包括平整土地，清理施工范围内的垃圾、障碍物等，将一定量的道砟回填夯实，路基的承载力需要满足重型桩架的行走需求，有必要的话要进行路基箱设置。
（2）保证桩机设置稳定、可靠，桩机钻头与桩心保持一致，采用定位测量尺和经纬仪对平面和垂直度进行检验，需要保证平面位置符合设计要求，经过2台经纬仪测量校正的垂直度误差控制在0.5%范围内，定位误差小于10mm。
（3）注浆操作在水泥搅拌桩下沉和提升中都需要进行，本工程利用的是全封闭全自动水泥浆液制备系统，提前按照设计标准拌制水泥浆液，并放入贮浆桶内做好准备。配置水泥浆液的过程中，停留时间不能多于2h，其水灰比需要根据配合比设计标准严格执行，同时采取有效措施避免水泥浆液出现离析现象，而且有专门人员对浆液进行质量检验。注浆过程中，需要重点把控水泥搅拌桩提升和下沉时的注浆量及其速率。提升过程中，注浆量设计为30%，速度是2.0m/min；下沉时为70%的注浆量，速度是1.0m/min。为了避免四周地基出现不均匀沉降，水泥搅拌桩提升过程中要控制孔内出现负压现象。
（4）水泥搅拌桩施工中所用材料的参数具体为：
①固化剂：P.O42.5硅酸盐水泥；
②水泥掺入量：15%；
③水灰比：0.8~1.2；
以上数据的确定经过了现场试验。针对拌浆注浆量的确定，根据每钻加固土体方量进行计算，浆液流量的把控结合浆液输送情况来进行。对28d的搅拌土体进行无侧限抗压强度测试，要确保其强度超过0.8MPa。
图1柔性桩施工
3.4刚性桩施工技术
为了保证刚性桩施工质量，柔性桩施工结束后的6h内进行刚性桩施工，本工程选用的是TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩，设计桩长31m、42m。
（1）当搅拌桩机施工结束，移至下一根桩身施工后，静压桩机施工就位，同时调整桩机的平稳顺直度，使桩机与桩心保持一致，误差不超过10mm。而且，在校准桩机水平状态时，启动平台的支腿油缸，保证水平校准准确有效。
（2）利用起重设备进行两点起吊，实施卸桩操作，平移到桩架前，在入压桩机的过程中采用单点起吊形式。
（3）单点起吊的过程中，采用钢丝绳进行捆绑，桩机到位后进行调平处理，开动纵横向油缸移动桩机调整对中，并在相应的影响区域外部，进行桩垂直度检测，同时采用2台经纬仪互成90°，检测后的垂直度误差需要小于0.5%。
（4）桩位位置准确、垂直度符合标准的情况下再实施压桩操作。如果柔性桩施工结束后6h，仍没有压入刚性桩，亦或出现垂直度误差较大、压桩不合格重新操作导致超出6h，应当通过搅拌桩机再次进入现场对原桩位进行搅拌施工，而且确保6h内结束作业。压桩作业需要保持连续性，如果必须间歇，同一根桩的压桩的中断时长不得多于30min。
（5）在拼接上下节桩形成整桩的过程中，连接方法选择上螺下顶的卡扣相连形式，接头卡扣连接强度需要大于桩身机械连接的强度，同时保证在锤击回弹过程中不会存在缝隙现象。
（6）选择一定比例的固化剂和环氧树脂构成的专用密封材料50g，将其涂抹在下节桩的端面涂抹，且在2min时间内完成涂抹，初凝时间控制在6h内，终凝不多于12h（图2）。
（7）在专门人员的指导下，使中间套头轴线与插杆处于同一水平状态，采取控制措施避免插入时发生磕碰现象。插接结束以接桩口溢出密封材料为标准，同时保证接口不存在缝隙。为了保证密封材料应用有效，要在其拌制后的4h内进行使用，如果超出时间要重新拌制。压桩操作需要一次性连续达到底标高，接桩和送桩也应当保持连续性，中途间隔的时长要少于30min。
图2刚性桩接桩施工
4项目施工的难点及对策
4.1超高密度劲性复合桩群桩施工难度大
通过分析工程方案，本项目施工中的桩体相互距离只有2.25m，而且施工范围广，桩施工规模大（数量为12435根），所以群桩施工过程中，受到土体挤压效应，会存在已打入桩身出现变形或位移现象，亦或由于垂直挤拔导致浮桩现象发生，进而再进入土体的桩同样由于挤密效应很难满足标高要求或到不到设计深度，引发土体隆起和挤压问题。
针对这一施工难点的处理，可以采取以下措施。打桩施工顺序从东到西展开，鉴于桩间距小、仅为2.25m、桩直径500mm的情况，施工中对基坑进行分区分块采用跳仓法，从而使施工应力得到一定的释放，降低影响力度。
4.2大型机械设备落坑施工难度高
为了在规定工期内完成施工，打桩施工设备量配置较大，包括进行改造的三轴桩机8台，双轴桩机2台、静压桩机4台，同时还有吊车，这些设备进入－8.1 m基坑内全天循环作业，给现场安全控制和地基承载力提出了相应的要求和挑战。
为了确保施工安全和施工作业的顺利进行，本工程采取网格化管理模式，相关人员对现场安全进行24h全天候监测和检查；对现场施工环境进行完善，包括设置钢路基箱、铺设30 cm道砟＋型钢路基箱以及50 cm道砟＋钢板
4.3 打桩期间排水要求高
本项目处于广东省范围内，受气候条件影响，施工中会出现较多的降雨量，为此要进行现场排水系统配置及采取有效的规避措施。
在施工方案制定时，将桩施工安排在枯水期期间，尽可能在雨季来临前结束桩施工。同时，为了避免大于、暴雨侵袭，现场配备100DL100-20×6水泵13台，并配备1 200 m3/h离心式清水泵1台，在满足日常排水需求的同时，规避特殊情况带来的影响，起到应急排水的作用。
4.4周边在建工程、周围标段配合及道路交通组织保障
对施工现场环境进行分析，施工标段包括C1、C2、C3、C4几个地块，而进场大门只有西南位置的一个，为了提高施工效率，促进施工工期的顺利实现，要采取积极措施保证交通畅通。为此，本工程经过统筹安排、现场部署，在现场设计临时道路、交通通行采取分阶段组织方式，通过动态化调配，为施工交通提供了通畅保障。
结语：劲性复合桩施工工艺具有多方面的应用优势，在建筑工程地基基础施工中得到了广泛应用，并发挥了积极作用。本次工程采用劲性复合桩，通过对工艺技术要点进行把控，对施工难点问题进行解决，有效提高了地基施工效率和质量，最终保质保量的交付使用，能够为相似工程提供理论和实践参考。
参考文献：
[1]傅国强.MC劲性复合桩在基坑工程中的应用[J].建筑施工，2018，40（10）：1691-1692+1703.
[2]马燕婧.劲性复合桩在桥梁基础中的应用[J].安徽建筑，2018，24（03）：231-232.
论文作者:蔡海峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/26
标签：地基论文; 工程论文; 作业论文; 桩机论文; 水泥论文; 刚性论文; 浆液论文; 《基层建设》2019年第9期论文;