变径灌注桩及其制造工艺 本发明涉及一种用于高层建筑的变径灌注桩及其制造工艺。
近半个世纪以来，桩基在世界各国被广泛用作高层建筑或重型结构的基础，以承受和传递建筑物荷载。根据施工方法不同，桩基通常分为打入桩和就地灌注桩(或称普通灌注桩)两类。由于普通灌注桩不管用何种方法成孔，其孔壁土均处于自然状态，孔壁土对桩身混凝土只起“模板”作用，桩所穿过的各个土层的地基承载力未能开发出来，且桩端立在天然土之上，若清孔不净，大多数情况下桩端总是落在虚土上，致使普通灌注桩承载力较低，一般情况下单桩承载力不超过200吨。据查，目前尚未见对现有普通灌注桩上述缺陷加以改进的报导。
本发明的任务在于提供一种变径灌注桩及其制造工艺，此种变径灌注桩结构独特，采用特殊振动杆振实而改变桩基荷载分布，并从根本上消除了孔底虚土，从而使单桩承载力大大提高。
本发明所提供的变径灌注桩由灰土碎石垫层、一个或几个结构、尺寸相同的“钻孔墩”以及顶部直线段叠加而成，即整个桩身自下而上分别为垫层(1)、扩大端(2)、变径段(3)、直线段(4)、钢筋笼(5)和顶部直线段(6)，其中扩大端(2)、变径段(3)和直线段(4)三部分组合分别构成每一个钻孔墩。钻孔墩个数根据承载力不同而有所不同：承载力500吨时，为2个钻孔墩，含有1个扩大径；承载力700吨时，为3个钻孔墩，含2个扩大径；承载力1000吨时为4个钻孔墩，含3个扩大径。桩身直线段径为φ800-1200mm，扩大径部位直径为φ1600m。由于此种变径灌注桩具有多个扩大径，桩下端具有扩大脚，扩大径坐在压缩后的基土上，扩大脚立在灰土碎石垫层上，且桩侧表面混凝土的“棘凸”嵌入到压密后的孔壁土中，故桩身对荷载的传递方式比普通灌注桩增加了一种侧向支撑力，且桩端阻力和桩侧磨擦阻力亦显著增大，从而使其承载力和抗压、抗弯强度大大提高。
本发明所提供的变径灌注桩制造工艺按以下步骤进行：
(1)定位放线。施工前，先在施工地面按设计要求尺寸定位放线，并做好桩位标记；
(2)打桩机就位对中。将改装好的日本产LS-78RS两用打桩机上的螺旋钻对准桩位标记，孔中心误差应小于φ20mm；
(3)开机钻孔。开动螺旋钻机钻孔，当孔深达到设计标高时停钻。提出螺旋钻杆，放好孔口护筒；
(4)下入振动杆。将螺旋钻杆顺时针方向转15°角，使振动杆尖端对准桩孔中心，沉下振动杆，使其尖端到达孔底；
(5)打灰土碎石垫层。开启振动锤，将振动杆尖端沉下2.28m挤出一个孔穴。同时，从振动杆四周向钻孔内填入搅拌好的灰土碎石，其高度必须保持在振动杆尖端以上2m左右。将振动杆提升2.28m，再沉下2.28m，如此反复7次，则垫层制作完毕；
(6)打第一个“钻孔墩”的扩大端。将振动杆每次拾高0.78m反插5次，同时填入扩胀混凝土，在制作过程中共加入扩胀混凝1.02m3；
(7)制作变径段。振动杆第一提升高度0.5m，反插2次，第二提升高度1m，反插2次，同时填入扩胀混凝土，在制作过程中共加入扩胀混凝土0.78m3；
(8)制作直线段。提升振动杆1.76m，加入扩胀混凝土0.3m3，一次插入即制作完毕。
以上(6)、(7)、(8)三个步骤合在一起为制作第一个钻孔墩的程序，重复上述程序即可分别制作完第二、三、四个钻孔墩。
(9)制作顶部直线段。提升振动杆1.34m，加入扩胀混凝土0.16m3，一次插入即制作完毕。至此，整根桩即制作完毕。桩制好后，养生20天即可做桩上工程。
(10)钢筋笼的制作与安装。钢筋笼的制作必须符合GBJ204-83(《钢筋混凝土工程施工及验收规范》)地要求，钢筋笼长8m，也可与桩身等长设置，应在桩身高度达6.5m时下放到孔内，然后接上述制桩程序继续制桩直到与地面平齐。为防止钢筋笼位移或破坏，必要时可在钢筋笼内侧加保护套管，套管随桩的升高逐渐上提，桩到顶套管也全部提出。
本发明所提供的变径灌注桩结构合理，最大限度地发挥了地基土和桩自身的承载能力。与普通灌注桩相比，承载力可以提高数倍，且造价大幅度降低，采用此种灌注桩可以获得巨大的经济效益和社会效益。此种灌注桩技术的问世为高层建筑施工开僻了良好的前景，宜于广泛采用。
图为变径灌注桩的结构示意图。
图2、3分别为制桩时所采用的特制振动杆结构示意图及其A-A视图。
以下结合附图对本发明的实施作进一步说明。
本发明所述的变径灌注桩的垫层(1)厚2.28m，由生石灰、粘土和碎石混匀搅拌后填入桩孔用振动杆反复振实挤密，三种成分的配比为3∶7∶10。桩身用C40干硬性混凝土制作，其每一钻孔墩的扩大端(2)呈圆柱形，底部为倒圆锥，高0.78m，半径0.8m；变径段(3)呈正圆台形，高1m，上、下底半径分别为0.4m和0.8m，直线段(4)呈圆柱形，高1.76m，半径0.4m。顶部直线段(5)呈圆柱形，高1.34m，半径0.4m。在制桩过程中，振动杆的提升高度和反插次数由灌入混凝土量和扩径的形状所决定，故各工序时振动杆的上下运动必须严格按设计的提升高度和反插次数运行，不能多打也不能少打，打桩机由电脑控制，自动运行。开机后，由4名操作工人从4个方向向桩孔内不停地回填搅拌好的C40干硬性混凝土即可。该变径灌注桩的制造需采用特制的振动杆，此种振动杆(见图2，图3)用φ426无缝钢管(7)制成，其下部分4层错开设置有16个雁翅(8)，底端(9)成40°圆锥尖角。将该振动杆安装在北京601型振动锤上，振动锤则安装在日本产LS-78RS两用打桩机上，当开启振动锤时，在振动杆尖端13MPa的压力下，其附近的混凝土被振密挤实。