高性能組合摩擦樁結構施工技術研究

陳 慧，韓尚宇，康登源，張培恒

(南昌航空大學 土木建筑學院，江西 南昌 330063)

0 前 言

摩擦樁作為一種重要的基樁形式，已被廣泛地應用于各種基礎項目工程中。從基樁的承載性能和破壞形態來看，摩擦樁的承載能力受樁周摩阻力和樁身整體性影響顯著。因此，在工程設計和施工時，一直將改善樁周土體的性能、提升基樁承載能力作為研究的重點。迄今為止，許多學者致力于研究摩擦樁承載力及荷載-沉降的作用機理。鄭俊杰等[1]對樁土共同作用理論作了初步探討，對不同樁距下復合樁基設計方法進行了討論。張獻民等[2]建立了常見土質條件下樁極限側阻力、極限端阻力與剪切波速度的相關模型，從而提出了應用瞬態面波預測摩擦樁極限承載力的新方法。郭衛社等[3]依據具體的工程實例，詳細闡述了地鐵車站暗挖隧道緊鄰高層建筑摩擦樁基礎的施工技術。馮國軍[4]通過分析樁-土體系的變形機理得出合適的荷載傳遞函數模型，并對樁基礎的豎向承載力進行分析研究。姜晨光等[5]、游敏[6]分析了摩擦樁樁周土與樁間的相互作用過程，揭示了摩擦樁單樁豎向承載力的確切機理。郭皓[7]、劉輝等[8]結合實際施工情況，對摩擦樁后壓漿施工的施工工藝以及質量控制進行研究。李顯剛[9]、董洪漢等[10]對超長鉆孔摩擦樁基的關鍵施工技術進行了介紹，并詳細研究了樁基施工中可能出現的不均勻沉降、斜孔、滲漏漿和鉆桿堵塞等問題。徐文娟等[11]提出了在施工過程中加長樁長或改變樁基類型的建議。劉啟林[12]、初丹[13]從多個角度、多種技術方法分析了公路橋梁樁基的設計施工與檢測相關技術內容。孫玉輝等[14]以北京某高速橋梁樁基試驗為例，介紹了樁基試驗過程樁身軸力、位移監測設計及監測數據總結分析方法，總結出樁基試驗過程中樁土相互作用機理。

綜上所述，許多學者致力于研究樁基承載特性、樁與土的共同作用等，針對于摩擦樁施工方面的研究相對較少，僅少量文獻對摩擦樁的施工流程及后壓漿等技術要點進行研究。鑒于此，基于當前的工程實際需要，亟待發明一種可以在摩擦樁外側形成補強結構，并能有效降低現場施工難度、提高承臺施工效率和材料利用率的高性能組合摩擦樁結構及施工方法。

1 工程技術問題及施工難點

1.1 承臺模板定位難度大

由于樁土相對位移，樁間土對承臺產生一定豎向抗力，承臺成為樁基豎向承載力的一部分而分擔荷載。對于組合摩擦樁承臺施工時，對其澆筑質量要求較高，常涉及承臺模板安裝定位、混凝土澆筑質量等問題。

1.2 樁頂及樁周土體承載性能不足

樁端阻力及樁周土體的承載性能在樁基研究中占有重要的位置，加強樁端土體側向變形約束及樁周土體硬化程度，將有助于樁頂及樁周土體的承載力發揮和沉降控制，可以取得更好的經濟效益和社會效益。

1.3 基樁整體性低

現有技術中樁基礎與承臺之間的連接常采用焊接、搭接、灌漿套筒等連接形式，但樁基礎和承臺的相連難以形成有效的受力通道，常常會造成連接處抗震性能、抗彎性能、整體性能均較差。

2 施工原理

1)研究結構在樁身鋼筋籠內預設了節段式增強管，可滿足樁側補強體設置的需要；同時，在節段式增強管的外側設置了剛性彈片，并通過約束剛性彈片的變形，既可防止置漿液滲出槽孔被堵塞，又可起到樁側橫向加筋的作用。

2)研究結構在鋼筋籠上設置了引孔導向管，采用斜向引孔裝置沿引孔導向管向樁周土體內引孔，有助于提升引孔導向的準確性。

3)研究結構采用靜壓方式沉放鋼護筒和環向增強體，并在導向撐架面向鋼護筒側設置導向滑槽，在導向滑槽與鋼護筒以及導向滑槽與環向增強體之間設置定向滑塊，通過定向滑塊控制鋼護筒和環向增強體的方向，能夠對鋼護筒和環向增強體下沉方向進行的精確控位。

4)研究結構在樁身鋼筋籠與鋼護筒之間設置環向墊塊，可準確控制樁身鋼筋籠與鋼護筒的凈距離。

5)研究結構在摩擦樁的頂端設置環向增強體，通過向補強注漿管壓漿，可在摩擦樁的外側形成環形增強體，可同步實現約束樁端土體側向變形、硬化樁周土體的目的。

6)研究結構中的承臺模板包括兩塊形狀相同、橫斷面呈臺階形的模板塊體，由混凝土預制板預制而成，既可降低樁頂承臺模板支設的難度，又可節省建筑材料，并可通過錨墊板和補強拉筋提升摩擦樁與承臺混凝土的整體性。

3 主要施工工藝

3.1 施工流程圖(見圖1)

圖1 摩擦樁承載能力組合提升結構施工流程圖

3.2 施 工

3.2.1 施工準備

施工前，根據設計工程量要求，并結合現場情況確定施工用水、水泥、中粗砂、鋼筋、注漿管、鋼板、豎向囊袋等材料的用量，并對材料的性能指標進行測試。

3.2.2 施工工藝

1)樁身鋼筋籠制備。樁身鋼筋籠(如圖2所示)包括節段式增強管、縱向鋼筋以及橫向箍筋，并在樁身鋼筋籠的頂端設置環板定位筋；引孔導向管軸線與豎直線夾角為10°～30°，并使引孔導向管與相接的縱向鋼筋或橫向箍筋焊接連接，使剛性彈片與節段式增強管的外側壁貼合連接。

圖2 樁身鋼筋籠結構示意圖

2)鋼護筒打設施工。在摩擦樁的樁周土體內設置靜壓支架，并使靜壓支架的導向撐架插入摩擦樁的樁周土體內；將鋼護筒置于設定位置后，在鋼護筒的頂端設置連接橫梁，并使定向滑塊與導向滑槽連接；采用外部加壓設備對連接橫梁施加壓力，并通過定向滑塊控制鋼護筒的方向。

3)鋼筋籠安裝與定位。鋼護筒打設完成后，拆除靜壓支架；將樁身鋼筋籠吊裝至摩擦樁的樁位處，然后在樁身鋼筋籠與鋼護筒之間設置環向墊塊；在樁身鋼筋籠下放過程中同步通過鋼護筒和環向墊塊對樁身鋼筋籠進行控位。

4)后壓漿管安裝。采用斜向引孔裝置沿引孔導向管向樁周土體內引孔，引孔過程中同步插入防塌孔護管；引孔完成后，向防塌孔護管內插入后壓漿管。

5)樁身混凝土施工。先解除剛性彈片的約束，使剛性彈片在彈性力作用下向外彈擴，插入樁周土體內；將混凝土灌注管插至樁身鋼筋籠的底端，進行摩擦樁的樁身混凝土澆筑施工；摩擦樁的樁身混凝土澆筑施工完成后，取出豎向囊袋和防塌孔護管，然后對節段式增強管以及后壓漿管進行壓漿施工。

6)樁周環向增強施工。樁身混凝土灌注完成后，拔出鋼護筒；先將環向增強體(如圖3所示)吊裝至摩擦樁的上部，再將注漿管限位栓插入補強注漿管內；在摩擦樁的樁周土體內設置靜壓支架，并在靜壓支架的反力橫梁與下壓鋼梁之間設置加壓設備，使定向滑塊與導向滑槽連接；將環向增強體壓至設定深度后，向補強注漿管內壓漿，在摩擦樁的外側形成環形增強體。

圖3 環向增強體靜壓施工示意圖

7)樁頂承臺施工。環形增強體形成強度后，將摩擦樁的樁周土體挖除，并在摩擦樁的頂端設置錨墊板和補強拉筋；將承臺模板置于摩擦樁的上部，分別通過對拉螺桿和橫向抱箍對承臺模板進行限位；承臺混凝土灌注完成后，取下橡膠塞，通過注漿孔對承臺混凝土進行壓密注漿。

4 結 論

1)通過對組合摩擦樁施工原理的分析，制定合理的施工次序，同時借助導向滑槽、環向墊塊等構件落位及穩定，逐步形成高性能組合摩擦樁結構的施工工藝。

2)結合工程實際，對研究技術的施工工藝流程和關鍵技術要點進行了系統研究，闡明了研究技術的工程適用性和工程應用價值。

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