一种振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩及其施工方法 【技术领域】
本发明属于软土地基处理及桩基础技术领域，涉及一种振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩及其施工方法。主要适应于高速公路软土地基处理等工程技术领域。
背景技术
根据桩身材料性质来分，桩基可分为散体材料桩、柔性桩和刚性桩三大类；散体材料桩和柔性桩处理方法费用较低，但是处理后桩身变形相对较大；而刚性桩处理方法桩身变形较小，但是处理费用相对较高。在本发明之前，混凝土旋喷插芯组合桩处理方法，如中国专利(ZL200410094077.6和ZL200510014323.7)等，在长螺旋压灌混凝土桩内插入预制桩芯形成组合桩；该桩型处理方法可以穿透预制桩无法穿过的硬土层，且桩身承载力高；但是插芯施工中容易偏心从而影响整体承载力，旋喷搅拌施工影响环境，且整体处理费用相对偏高。不同刚度组合桩复合地基处理方法，如中国专利(ZL 94105052.1，ZL200810121621.X和ZL200810062509.3)等，利用刚性桩、柔性桩或者散体材料桩间隔布置形式，与土体以及褥垫层一起组成复合地基；与传统复合地基相比，不同刚度组合桩复合地基具有节约工程成本，协调复合地基模量等优点；但是在高速公路等软土地基处理时，由于同一加固区内不同刚度桩的存在，导致上部荷载传递到不同刚度桩上的应力存在差别，从而容易引起路基不均匀沉降。楔形钢管混凝土组合桩，如美国专利(US 7073980 B2)等，先将带桩尖的楔形钢管桩打入土体中，随后打入与楔形钢管桩联接的普通钢管桩，最后在钢管中灌注混凝土形成楔形钢管混凝土组合桩；该桩型处理方法桩身承载力高；但是楔形钢管与普通钢管联接段是桩体提供水平向抗力的薄弱环节，且处理费用相对昂贵。普通振动沉管挤密碎石桩工程造价低，但是桩身强度低且在土层性质较差时，侧向鼓出较大甚至破坏土体结构；普通沉管灌注混凝土桩施工工艺成熟，应用广泛，属于刚性桩，桩身强度高，但是相对于碎石桩等散体材料桩和柔性桩等工程造价偏高。
【发明内容】
本发明克服上述缺陷，与普通碎石桩相比，该新桩型提高了桩身强度，可以有效减少桩身压缩变形量；与普通混凝土灌注桩相比，比整桩采用混凝土灌注桩形式节省了工程造价，比部分采用混凝土灌注桩形式提高了灌注桩桩端承载能力，减小桩端沉降。
振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩，由混凝土桩段与挤密碎石桩段组合而成，其主要技术特征在于采用振动沉管方式先在沉管空腔内形成下部挤密碎石桩，然后在沉管空腔上部浇注混凝土以形成灌注桩，最终形成振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩。灌注桩底部混凝土浆液的渗透形成混凝土桩与挤密碎石桩的有效连接。根据实际土层性质情况，可以调节混凝土桩段与挤密碎石桩段地长度，使其达到最佳的技术经济效果；一般情况下，挤密碎石桩布置在土层性质相对较硬段。
振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩施工方法，其主要技术步骤为：
(1)场地平整，测量放线，并将带活瓣桩尖的沉管在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm；
(2)启动振动机，把套管沉入土中并将套管沉至设计深度，且每下沉0.5m留振1min；
(3)通过进料口向沉管空腔内注入一定量的碎石；
(4)启动振动拔管，上拔速率为0.5-1.4m/min，且每拔管1m留振1min；
(5)重复(3)和(4)工序，把沉管提升至规定高度，填筑碎石直至振动沉管挤密碎石桩施工至设计标高；
(6)重新启动振动，将沉管向上拔出地面，并同时通过进料口向沉管内填筑混凝土以形成上部灌注桩桩身，最终形成振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩。
本发明的优点和效果在于：与普通现浇混凝土桩等刚性桩相比，该新桩型可以在确保桩体整体性能的前提下，降低工程造价；与普通振动沉管挤密碎石桩等散体材料桩相比，该新桩型可以提高桩身刚度，提高竖向承载能力及水平向承载能力等；同时该桩型具备普通碎石桩和灌注混凝土桩的优点。振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩，其施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制、检测，单桩承载力高。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
图中：1为振动打桩机，2为振动头，3为带孔钢制盖板，4为进料口，5为带刻度沉管，6为活瓣桩靴。
图2为本发明的施工过程示意图。
图中：(1)为振动沉桩模，(2)为桩模沉管完成，(3)为填筑碎石填料，(4)为振动拔管形成挤密碎石桩，(5)为振动拔管浇注混凝土，(6)成桩。
【具体实施方式】
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。
如图1和图2所示，振动打桩机1上部设有振动头2，带孔钢制盖板3螺丝铆接振动头2和带刻度的沉管5，带刻度沉管5具有较高的刚度和强度，且中间为空腔，沉管5下部连接活瓣桩靴6；沉管5上部外侧设置进料口4。
实施时，如图2(1)所示，先平整场地并将振动打桩机1就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm；如图2(2)所示，将下部连接活瓣桩靴6的带刻度沉管5在指定的打桩位置定位，启动振动头2向下振动，使与之相连接的盖板3、沉管5和活瓣桩靴6一起沉入地基土中并至设计深度，且每下沉0.5m留振1min；如图2(3)所示，通过沉管5上部外侧的进料口4向沉管5空腔内注一定量的碎石填料；如图2(4)所示，启动振动头拔管，上拔速率为0.5-1.4m/min，且每拔管1m留振1min；如图2(5)所示，完成挤密碎石桩达到设计深度之后，启动振动头2振动向上拔出沉管5，上拔时的速度控制在0.5-1.4m/min左右以利于成桩；如图2(6)所示，待沉管5和活瓣桩靴6完全拔出地面后，在地基中就已形成了振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩。
当作为建筑桩基础方案时，一般需要相对更高的桩体强度，因此也可以在混凝土灌注桩段设置钢筋笼而形成振动沉管挤密碎石-钢筋混凝土组合桩。