一种扩底复合桩及其施工方法
技术领域
本发明建筑桩基础技术领域，尤其涉及一种扩底复合桩及其施工方法。
背景技术
随着超高层建筑、大跨度桥梁、高速高铁等工民建和交通基础设施的不断涌现，对于桩基础和复合地基的承载力以及控制变形的要求越来越高，尤其对于广泛分布在我国沿江沿海地区的深厚软弱土地基而言，工程建设面临更加严峻的挑战。但同时也促进了桩基础技术的不断发展，形成了钻孔灌注桩、预应力混凝土管桩、支盘桩、扩底桩等一系列桩型。钻孔灌注桩具有较高的承载力，但往往存在塌孔、缩径、桩孔偏斜等问题，而且施工效率往往较低。预制桩施工较为方便且质量可靠，压桩过程对桩周土体有挤密作用，单位面积承载力较高，但难以克服接桩导致接头薄弱、不易穿透深厚坚硬地层以及造价较高等问题。同时对于传统的等截面桩而言，往往单位材料强度利用率低，桩基抗拔性能较弱。因此研发了众多变截面桩，扩底桩和支盘桩在等截面桩的基础上，通过扩大头和支盘有效提高单桩桩端阻力和侧摩阻力，一定程度提高了材料强度利用率和桩基整体承载力。但对于深厚软弱土地基，仍然需要提高桩径和桩长解决承载力有限的问题，导致工程造价偏高。近年来将水泥土搅拌桩（柔性桩）技术与预制桩（刚性桩）技术进行有机结合形成了劲性复合桩技术，由于该桩规避了刚性桩材料强度浪费和柔性桩桩身截面强度低的缺点，同时发挥预制桩高承载力和大直径搅拌桩侧摩阻力的优势，实现了刚柔并济，1+1>2的效果，具有较高的承载力，而且能够显著地降低工程造价，体现了良好的经济性。但劲性复合桩作为传统的等截面复合桩，抗压性能仍具有提升空间，其抗拔能力较弱，限制了劲性复合桩的适用范围。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了本发明为有效提高传统劲性复合桩的抗压和抗拔性能，将扩底桩和劲性复合桩的设计理念进行有机结合，兼纳扩底桩和劲性复合桩二者的双重优势，提出一种扩底复合桩及其施工方法。
本发明的一种扩底复合桩，所述扩底复合桩由搅拌桩非扩底、搅拌桩扩底部分、钢筋混凝土预制桩和预制桩底部扩大头组成，钢筋混凝土预制桩位于搅拌桩非扩底段中，预制桩底部扩大头位于搅拌桩扩底部分中。
本发明进一步改进在于：所述水泥土搅拌桩非扩底段、搅拌桩扩底部分桩体成型后为一个整体，上部细下部粗，由水泥土材料成桩。
本发明进一步改进在于：该处理方法包括下列步骤：
a. 水泥土搅拌桩非扩底段施工：扩底水泥土搅拌桩包括搅拌桩非扩底段 、搅拌桩扩底部分 ；双向搅拌桩机进行桩位对中，启动桩机，根据桩径调整搅拌叶片 长度，搅拌机转杆在钻进过程中，搅拌叶片 完成切土、入土、喷料、搅拌和压料系列操作，直至水泥土搅拌桩设计深度；
b. 提升搅拌钻杆搅拌水泥土：提升搅拌机钻杆 ，向上进行搅拌水泥土；重复步骤a、b，完成搅拌桩非扩底段 施工；
c. 搅拌桩扩底部分的施工：将搅拌叶片停留扩大头位置，关闭喷浆装置，开启搅拌叶片伸缩开关，将搅拌叶片伸长为扩底部分直径长度；
d. 重复a、b步骤，完成搅拌桩扩底部分部分的施工；
e. 钢筋混凝土预制桩压桩施工：在扩底水泥土搅拌桩施工完成后且尚未硬凝时，采用振动沉管法将钢筋混凝土预制桩施打至设计深度；
f. 扩底、空腔取土：利用扩底设备对桩底进行扩底处理，采用取土设备去除预制桩桩端下部的水泥土；
g. 下沉钢筋笼：将收缩状态的扩底放射状钢筋笼下沉至设计标高，随后施加荷载呈展开状态；
h. 浇筑混凝土：对扩底空腔进行混凝土浇筑，确保扩大头规则成型且与预制桩连接良好；
i. 完成扩底复合桩施工。
本发明进一步改进在于：所述的搅拌叶片为可伸缩搅拌叶片。
本发明进一步改进在于：所述扩底放射状钢筋笼是通过可活动铰接体将箍筋、主筋、底板连接形成一种变直径的扩底放射状体系；下沉过程中，钢筋笼上端受力呈收缩状态；下沉到设计高度接触土体，受到自身重力或施加荷载变为展开状态。
本发明进一步改进在于：所述钢筋混凝土预制桩和预制桩底部扩大头组成构成扩底钢筋混凝土预制桩，且预制桩底部扩大头比钢筋混凝土预制桩粗。
本发明有益效果：
（1）扩底复合桩内外芯桩端的扩大头共同作用，有效提高桩端阻力，同时放射状钢筋笼能够增强扩大头的力学性能并保证较高强度。
（2）扩底复合桩同时发挥劲性复合桩和扩底桩的优点，提高单位材料强度利用率，侧摩阻力和桩端阻力的发挥，有效地提高桩基的整体承载力，降低工程造价。
附图说明
图1为扩底复合桩施工工艺流程图。
图2(a)为扩底放射状钢筋笼收缩状态示意图。
图2(b)为扩底放射状钢筋笼展开状态示意图。
图3为扩底复合桩示意图
其中附图标记列表：
1-动力传动装置；2-搅拌机钻杆；3-搅拌叶片；4-搅拌桩非扩底段；5-搅拌桩扩底部分；6-钢筋混凝土预制桩；7-振动沉管压桩装置；8-预制桩底部空腔；9-扩底放射状钢筋笼；10-预制桩底部扩大头；11-扩底钢筋混凝土预制桩；12-扩底复合桩；13-箍筋；14-可活动铰接体；15-主筋；16-底板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1：
一种扩底复合桩施工方法，如图1-3所示：包括下列步骤：
a. 水泥土搅拌桩非扩底段施工：扩底水泥土搅拌桩包括搅拌桩非扩底段4、搅拌桩扩底部分5；双向搅拌桩机进行桩位对中，启动动力传动装置1，将搅拌叶片伸长为800mm（搅拌桩非扩底段常用直径为800~1200mm，此实施例选用800mm桩径），搅拌机钻杆2在钻进过程中，搅拌叶片3完成切土、入土、喷料、搅拌和压料等一系列操作，直至水泥土搅拌桩设计深度；
b. 提升搅拌机钻杆2搅拌水泥土：提升搅拌机钻杆2，向上进行搅拌水泥土；重复步骤a、b，完成搅拌桩非扩底段施工；
c. 搅拌桩扩底部分的施工：将搅拌叶片3停留扩大头位置，关闭喷浆装置，将搅拌叶片伸长为1200mm（一般变径比为1.5~2，此实施例选用1.5），向下钻进搅拌1.5m（扩底高度一般为1~2m，此实施例选用1.5m）；
d. 重复a、b步骤，完成搅拌桩扩底部分部分的施工；
e. 钢筋混凝土预制桩压桩施工：在扩底水泥土搅拌桩施工完成后且尚未硬凝时，采用振动沉管法将钢筋混凝土预制桩施打至设计深度（预制桩可选用管桩，桩径常用为300~800mm，此实施例选用500mm桩径）；
f. 扩底、空腔取土：利用扩底设备对桩底进行扩底处理，扩底宽度为0.8m，高度为0.8m（扩底宽度和高度一般为0.8~1.5m，此实施例均取0.8m），采用取土设备去除预制桩桩端下部的水泥土；
g. 下沉钢筋笼：将收缩状态的扩底放射状钢筋笼9下沉至设计标高，随后施加荷载呈展开状态；
h. 浇筑混凝土：对扩底空腔进行混凝土浇筑，确保扩大头规则成型且与预制桩连接良好；
i. 完成扩底复合桩施工。
实施例2：
一种扩底复合桩施工方法，如图1-3所示，包括下列步骤：
a. 水泥土搅拌桩非扩底段施工：扩底水泥土搅拌桩包括搅拌桩非扩底段、搅拌桩扩底部分；双向搅拌桩机进行桩位对中，启动动力传动装置1，将搅拌叶片伸长为800mm（搅拌桩非扩底段常用直径为800~1200mm，此实施例选用800mm桩径），搅拌机钻杆2在钻进过程中，搅拌叶片3完成切土、入土、喷料、搅拌和压料等一系列操作，直至水泥土搅拌桩设计深度；
b. 提升搅拌机钻杆2搅拌水泥土：提升搅拌机钻杆2，向上进行搅拌水泥土；重复步骤a、b，完成搅拌桩非扩底段施工；
c. 搅拌桩扩底部分的施工：将搅拌叶片3停留扩大头位置，关闭喷浆装置，将搅拌叶片伸长为1600mm（一般变径比为1.5~2，此实施例选用2），向下钻进搅拌1.5m（扩底高度一般为1~2m，此实施例选用1.5m）；
d. 重复a、b步骤，完成搅拌桩扩底部分部分的施工；
e. 钢筋混凝土预制桩压桩施工：在扩底水泥土搅拌桩施工完成后且尚未硬凝时，采用振动沉管法将钢筋混凝土预制桩施打至设计深度（预制桩可选用管桩，桩径常用为300~800mm，此实施例选用500mm桩径）；
f. 扩底、空腔取土：利用扩底设备对桩底进行扩底处理，扩底宽度为1m，高度为1m（扩底宽度和高度一般为0.8~1.5m，此实施例均取1m），采用取土设备去除预制桩桩端下部的水泥土；
g. 下沉钢筋笼：将收缩状态的扩底放射状钢筋笼下沉至设计标高，随后施加荷载呈展开状态；
h. 浇筑混凝土：对扩底空腔进行混凝土浇筑，确保扩大头规则成型且与预制桩连接良好；
i. 完成扩底复合桩施工。
实施例3：
一种扩底复合桩及其施工方法，如图1-3所示。其特征在于，包括下列步骤：
a. 水泥土搅拌桩非扩底段施工：扩底水泥土搅拌桩包括搅拌桩非扩底段、搅拌桩扩底部分；双向搅拌桩机进行桩位对中，启动动力传动装置1，将搅拌叶片伸长为800mm（搅拌桩非扩底段常用直径为800~1200mm，此实施例选用800mm桩径），搅拌机钻杆2在钻进过程中，搅拌叶片完成切土、入土、喷料、搅拌和压料等一系列操作，直至水泥土搅拌桩设计深度；
b. 提升搅拌机钻杆2搅拌水泥土：提升搅拌机钻杆2，向上进行搅拌水泥土；重复步骤a、b，完成搅拌桩非扩底段施工；
c. 搅拌桩扩底部分的施工：将搅拌叶片3停留扩大头位置，关闭喷浆装置，将搅拌叶片伸长为1600mm（一般变径比为1.5~2，此实施例选用2），向下钻进搅拌2m（扩底高度一般为1~2m，此实施例选用2m）；
d. 重复a、b步骤，完成搅拌桩扩底部分部分的施工；
e. 钢筋混凝土预制桩压桩施工：在扩底水泥土搅拌桩施工完成后且尚未硬凝时，采用振动沉管法将钢筋混凝土预制桩施打至设计深度（预制桩可选用管桩，桩径常用为300~800mm，此实施例选用500mm桩径）；
f. 扩底、空腔取土：利用扩底设备对桩底进行扩底处理，扩底宽度为1.2m，高度为1.2m（扩底宽度和高度一般为0.8~1.5m，此实施例均取1.2m），采用取土设备去除预制桩桩端下部的水泥土；
g. 下沉钢筋笼：将收缩状态的扩底放射状钢筋笼下沉至设计标高，随后施加荷载呈展开状态；
h. 浇筑混凝土：对扩底空腔进行混凝土浇筑，确保扩大头规则成型且与预制桩连接良好；
i. 完成扩底复合桩施工。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
