一种复合载体静压扩底桩及施工方法 【技术领域】
本发明涉及建筑工程桩基础领域，具体地说是一种复合载体静压扩底桩及施工方法。
背景技术
建筑工程大多采用桩基础，且随着城市的发展，高层建筑越来越多，需要能承受更大荷载的桩基础，为此桩基础向高承载发展，从而产生了夯扩桩、复合载体桩、静压予制桩等。复合载体夯扩桩虽然具有较高的承载力和较低的成本，但是它是采用重锤冲击沉管成桩的办法，存在着以下缺点：一、施工中的振动及噪音较大，不适合居民集中区和对振动敏感的建筑物附近施工。二、强大的冲击力将使填入的加固料粉碎乃至成为粉沫失去了骨料的作用。三、在地下水丰富地区，特别是砂卵石层水量丰富时难以成桩。四、单桩承载能力是通过施工中是三级灌入量来控制，受人为因素影响大，容易引起人为造成的不均匀及至单桩承载能力的不均匀，给工程留下隐患。五、桩端复合载体与桩身连接处结合差，降低了桩抗水平承载能力。
静压予制桩单桩承载较高，无噪音、无污染，是一种环保型工法，但是它存在着接桩繁琐，截桩浪费的缺点，另外静压予制桩不能对桩端地基土层进行更深的加固，难以充分发挥桩端土的承载力，并难以通过加大桩端承载面积来提高桩端承载力，使得予制桩只能向大直径、大桩长方向发展，这样就造成了一定的浪费。
【发明内容】
本发明的目的是，旨在解决上述技术问题的不足，克服上述两种桩的缺点，以解决城市发展建设中对高承载、低成本、无污染、无噪音、环保型桩的需要，发明一种复合载体静压扩底桩，并提出解决在施工中的技术方法，并实现经济、节约、环保、安全的效果。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种复合载体静压扩底桩，包括桩身、桩端扩大头，在桩身下端的桩端扩大头的底部，依次设有素砼层、加固料水泥砂灰混合层和加固料与加固土层混合层组成的复合载体。
本发明所述的桩端扩大头呈梨型，桩端扩大头的直径是桩身直径的1.5-3倍或按填入砼量的0.3-0.5m3大小确定，由与桩身同标号砼组成。
本发明所述的素砼层、加固料水泥砂灰混合层和加固料与加固土层混合层组成复合载体，其用料包括建筑垃圾、砖渣、砖块、砼块、砂卵石、碎石其中的一种或多种。
本发明所述的素砼层、加固料水泥砂灰混合层和加固料与加固土层混合层组成的复合载体，其使用建筑垃圾的用量不小于0.5m3。
本发明所述的一种复合载体静压扩底桩的施工方法，包括下列步骤：
1、在地基中予定桩位处挖引孔，孔径同桩径，孔深0,5m，此步骤是为了保证桩位不发生偏差，若地基土层较硬或有夹层，沉管沉入困难时，引孔深可加大，以保证沉管沉入设计深度；
2、在引孔内填入0.2-0.3m高的干硬性砼，以达到封底止水止泥的效果；
3、静压沉管扩桩机就位，将沉管放入引孔内，静力将沉管压入地基土层；
4、沉管沉入至设计深度后，提出内管，向外管内填入加固料，如砖块、混凝土块、卵石、碎石等，放入内管，静力将所填加固料压出外管，压入桩端地基土层，如此反复填料静压至桩端土层被压密为止，加固料量为0.5-1.5m3，其压密程度的确定：待填料量一定且静压压力值达1.5倍单桩承载力标准值后，填料难以压入时，保持稳压，稳压沉降小于设计或试桩确定的值时，进入下一步，否则继续填料至满足要求，若填料超过1.5m3，稳压沉降仍不能满足时，应在下一步施工中进行调整，调整包括下一层填料量的增加及桩端扩大头面积的增加；
5、提出内管，向外管内填入加固料与水泥砂灰混合物，放入内管，静压内管将所填物压出外管，如此反复进行，形成复合载体之中间层，即加固料与水泥砂灰混合层，填料量为0.3-1.0m3，需要说明的是，当步骤2中填料量大时取大值，小时取小值；
6、提出内管向外管填入低标号的素砼，砼量0.1-0.3m3，静压如此反复进行，形成复合载体的上层，即素砼层；
7、提出内管，向外管填入干硬性砼，放入内管，起拔外管，静压内管及外管至原位，此为一次压扩，如此反复进行多次压扩，从而形成不同直径的桩端扩大头；
根据桩端扩大头截面积可一次或多次压扩。
扩大头截面积公式为<mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>4</mn> </mfrac> <mi>π</mi> <msubsup> <mi>D</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow>
一次夯扩<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>do</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> </msqrt> </mrow>
二次夯扩<mrow> <msub> <mi>D</mi> <munder> <mn>2</mn> <mo>‾</mo> </munder> </msub> <mo>=</mo> <mi>do</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> </msqrt> </mrow>
n次夯扩<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>do</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>Λ</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>h</mi> <mi>n</mi> </msub> </mfrac> </msqrt> </mrow>
D1，D2，Dn——第一次，第二次，第n次压扩大头平均直径。
Do——外管内径。
H1，h2，hn——第一次，第二次，第n次压扩工序中外管中灌注砼高度(从桩底起算)。
h1，h2，h3——第一次，第二次，第n次压扩工序中外管上拔高度(从桩底起算)可取H1/2、H2/2、Hn/2
C1，C2，Cn——第一次，第二次，第n次压扩工序中由外管同步下沉至离桩底的距离可取C1＝C2＝Cn＝0.2m。
8、压扩完成后，采用2倍单桩承载力标准值静压内外管，静压沉降满足要求进入下一步工序，若不能满足，重复7、8的步骤；
此步骤即在施工中对单桩承载能力进行了检验，从而保证了每根桩的承载能力。
9、提出内管向外管内下入钢筋笼，灌注桩身砼，砼高度要保证，外管拔出后，砼面标高高于设计桩顶高0.5m；
10、放入内管使之压在所灌之砼面上，起拔外管至内外管都拔出地面，该桩施工完成。内管压在砼面上，从而保证了桩身砼的连续与密度，保证了桩身重量。
本发明的优点是：
1、桩体结构合理，单桩承载力大幅度提高，单桩承载力可达1000-3000KN。
2、经济节约。单方砼提供承载力达700-1500KN，基础节约投资约30-50％。
3、可以消耗大量的建筑垃圾且施工中无噪音、无振动，是环保型桩。
4、单桩承载能力在施工过程中即能进行根根检验，且检验直观明了，使桩基础更加安全可靠。
5、使得试桩检测更加全面，即能检测桩端加固后土体的承载力，又能检测到单桩承载力，并能根据检测结果及时调整计划，使得设计方案更加安全可靠，检测时利用静压桩机的自重及配重，可节省检测费用。
6、利用静压保证了骨料的结构，使其真正起到增强体的作用。
7、用砼止水、止泥的办法，消除了地下水对施工的影响，使得复合载体桩在地下水丰富地区，特别是砂卵石层地区应用变为现实。
8、钢筋笼能够下入桩端扩大头内，使得基础结构更加合理。
本发明经济、节约、环保、安全，成本低，承载力强，施工中无污染、无噪音，符合市场发展的需求。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的施工方法中的步骤1的示意图；
图3是本发明的施工方法中的步骤2的示意图；
图4是本发明的施工方法中的步骤3的示意图；
图5是本发明的施工方法中的步骤4的示意图；
图6是本发明的施工方法中的步骤5的示意图；
图7是本发明的施工方法中的步骤5、6的示意图；
图8是本发明的施工方法中的步骤6的示意图；
图9是本发明的施工方法中的步骤6、7的示意图；
图10是本发明的施工方法中的步骤7、8的示意图；
图11是本发明的施工方法中的步骤7、8的示意图；
图12是本发明的施工方法中的步骤9的示意图；
图13是本发明的施工方法中的步骤10的示意图。
图中标记：1、桩身；2、桩端扩大头；3、素砼层；4、加固料水泥砂灰混合层；5、加固料与加固土层混合层；6、引孔；7、干硬性砼；8、内管；9、外管；10、地基土层；11、加固料；12、加固料与水泥砂灰混合物；13、素砼层；14、钢筋笼；15、灌注桩身。
【具体实施方式】
由图1可知，一种复合载体静压扩底桩，由桩身1和桩端扩大头2及符合载体形成，符合载体由素砼层3、加固料水泥砂灰混合层4、加固料与加固土层混合层5形成，底部为加固料与加固土体静压压扩挤密而形成的复合载体，载体之上是静压压扩而成的桩端扩大头2，上部为砼灌注而成的桩身或予制桩身。桩端扩大头2是用加固料和干硬性砼通过静力压扩挤密的办法来实现的，桩端扩大头2的大小是通过填入的砼量来控制，一般的填入量是0.3-0.5m3，桩端扩大头2的直径是桩身直径的1.5-3倍，桩端扩大头2的形状呈梨型。由于复合载体由素砼层3、加固料水泥砂灰混合层4、加固料与加固土层混合层5形成，其用料为建筑垃圾、砖渣、砖块、砼块、砂卵石、碎石等，建筑垃圾的用量一般不小于0.5m3，最大用量以不影响邻桩及地面不发生隆起为原则。
由图1-图13可知，本发明一种复合载体静压扩底桩的施工方法是：
1、在地基中予定桩位处挖引孔6，孔径同桩径，孔深0,5m，此步骤是为了保证桩位不发生偏差，若地基土层较硬或有夹层，沉管沉入困难时，引孔6深可加大，以保证沉管沉入设计深度；
2、在引孔6内填入0.2-0.3m高的干硬性砼7，以达到封底止水止泥的效果；
3、静压沉管扩桩机就位，将沉管放入引孔6内，静力将沉管压入地基土层10；
4、沉管沉入至设计深度后，提出内管8，向外管9内填入加固料11，如砖块、混凝土块、卵石、碎石等，放入内管，静力将所填加固料压出外管，压入桩端地基土层，如此反复填料静压至桩端土层被压密为止，加固料量为0.5-1.5m3，其压密程度的确定：待填料量一定且静压压力值达1.5倍单桩承载力标准值后，填料难以压入时，保持稳压，稳压沉降小于设计或试桩确定的值时，进入下一步，否则继续填料至满足要求，若填料超过1.5m3，稳压沉降仍不能满足时，应在下一步施工中进行调整，调整包括下一层填料量的增加及桩端扩大头面积的增加；
5、提出内管8，向外管9内填入加固料11与水泥砂灰混合物12，放入内管8，静压内管8将所填物压出外管9，如此反复进行，形成复合载体之中间层，即加固料与水泥砂灰混合层4，填料量为0.3-1.0m3，需要说明的是，当步骤2中填料量大时取大值，小时取小值；
6、提出内管8向外管9填入低标号的素砼，砼量0.1-0.3m3，静压如此反复进行，形成复合载体的上层，即素砼层3；
7、提出内管8，向外管9填入干硬性砼7，放入内管8，起拔外管9，静压内8管及外管9至原位，此为一次压扩，如此反复进行多次压扩，从而形成不同直径的桩端扩大头2；
根据桩端扩大头2截面积可一次或多次压扩。
8、压扩完成后，采用2倍单桩承载力标准值静压内外管，静压沉降满足要求进入下一步工序，若不能满足，重复7、8的步骤；
此步骤即在施工中对单桩承载能力进行了检验，从而保证了每根桩的承载能力。
9、提出内管8向外管9内下入钢筋笼14，灌注桩身砼，砼高度要保证，外管拔出后，砼面标高高于设计桩顶高0.5m；
10、放入内管8使之压在所灌之砼面上，起拔外管9至内外管都拔出地面，该桩施工完成。内管8压在砼面上，从而保证了桩身砼的连续与密度，保证了桩身重量。