擠土樁成型機理及現場成型試驗研究

張德興

（中國石油工程建設公司華東設計分公司）

擠土樁成型機理及現場成型試驗研究

張德興

（中國石油工程建設公司華東設計分公司）

對擠土樁的成型機理進行談論總結，基于現場成型試驗的研究方法，對擠土樁的樁型、性能以及成樁機理進行研究。詳細探討了擠土樁現場成型試驗的試驗概述、試驗施工工藝，通過分析現場成型試驗的試驗結果。擠土樁樁型的整體結構成型規律得以表征，同時探明了擠土樁的樁徑變化規律。探究擠土樁的成型機理，以及表征樁型結構、樁徑變化規律為實際工程提供了借鑒意義。

樁基；擠土樁；成型機理；現場成型試驗

在基礎形式中，現代房屋建筑、橋梁結構等建筑工程中應用普遍的是樁基礎。同時，樁基礎也是建筑基礎應用中最古老的基礎形式之一。早在有文字記載之前，主要用木樁來承重的房屋就已經在地基條件不良的等地區出現，例如河谷、濕地等地區。木樁作為樁基礎的形式之一經歷了漫長的歷程。

擠土樁從樁型角度是一種變截面異型樁，屬于特殊的樁種系列，異型樁放棄常規樁身的橫、縱截面的規整形狀，是為了在某些特定地質條件和施工要求下，采用“異形”更能貫徹樁基設計的一個原則，即最大程度地發揮地基土和樁本身的潛在能力，這些改良的樁型在工程建設中發揮了很大的作用。

1 擠土樁成型機理

1.1 擠土樁概述

壓擠混凝土灌注樁（簡稱擠土樁）是針對施工要求和樁基發展形勢，結合灌注樁施工經驗和壓密注漿技術，創新提出的一種對應于具體土性的新型變截面樁。擠土樁樁體截面面積是隨著不同土層、深度和施工條件的情況而變化，從而增加了樁身的有效受力。另外，周圍土體與鋼管內灌注的變截面混凝土緊密結合為一體，充分發揮了樁-土結構承擔上部結構荷載的作用，有效的挖掘了地基的潛力，增加了基樁的端承面積，將原來只有一個端承點的端承摩擦樁改變為樁身多個端承點摩擦端承樁，從而改變了樁的受力機理，使基樁承載力大幅度的增加。

1.2 擠土樁成型機理

擠土樁是根據仿生原理衍生出來的一種變截面異形樁。從成樁方式角度看，屬于灌注樁;從樁基的承載力特性看，屬于端承摩擦樁；從樁體形狀看，屬于變截面樁；從樁體強度與樁基的承載功能方面來看，是一種有著優越承載性能的抗壓樁。從承載原理上來看，壓密注漿擠土樁是土體擠壓和土體被動土壓力相互作用結合灌注樁的特性進行研究而形成的一種新的樁型結構。該樁的創新是對傳統樁基結構的施工工藝和成型原理的改進，在樁結構和受力機理上進行了很大的改善變化。

對于理論分析得到的樁體圖形，樁體底部是有漿液填充成型的，且在底部形成一個球形漿泡這與現場試驗不甚相同，造成的原因主要是理論模型的建立是在土體理想本構關系的基礎上，并且為了建模方便，進行了理論假定和忽略了很多不確定因素。另外實際施工過程中存在著許多的影響因素，例如漿液配合比、注漿速率、土體分布等，這些都會對樁體的形狀造成一定的影響。

2 現場成型試驗

2.1 試驗概述

根據壓密注漿理論和擠土樁成型機理，依據《公路橋涵施工技術規范》，結合現場施工條件對擠土樁的成型進行初步的現場試驗研究。

本試驗是先將直徑18cm、長6m的鋼管四周均勻開孔，孔徑大約7*5cm的橢圓形，孔的分部間距為30cm，梅花形布置，將端頭加工成錐狀，外層包裹延展性較強的塑料外膜，然后將其壓入地下，外頭連接泵管和混凝土泵送車連接，拌和站拌合小石子泵送混凝土，運至現場，通過加壓泵送將混凝土泵入地下的鋼管內，以讓混凝土全部從鋼管的四周開孔內均勻壓出，以形成一定直徑的樁體。

2.2 試驗施工工藝

2.2.1 原材料制備：

碎石：采用規格為5～10mm碎石，夾雜規格為3～5mm碎石以及河砂。

水泥：采用硅酸鹽水泥，規格為P.O42.5。

鋼管：采用規格為20cm直徑，8m長度，0.5cm壁厚的鋼管。

水：采用當地自來水。

試驗室配合比為水泥:河砂:碎石:水=350:700: 1050: 210，坍落度為180-220mm。現場成型試驗前，首先按照試驗室配合比進行材料預先攪拌，檢驗攪拌后的材料是否能夠滿足使用要求。

2.2.2 施工過程

（1）平整地面：使用壓路機平整現場成型試驗區域地面，壓實周圍土體，使成樁區域周圍土體的壓實程度保持一致。

（2）構架插入土體:開挖一個方形坑槽，它的尺寸為4*4m，深度1m，在坑槽的中心地點將加工好的鋼構架漸漸施加壓力壓入地下，之后將鋼筋與鋼管連接，鋼筋延深至坑槽區域內，之后澆筑砼填滿坑槽用來避免在混凝土泵送時施加壓力過大導致構架上浮。

（3）接泵管與構架：輸送泵泵管與底下的鋼材料上接頭小距離連接，接頭必須滿足嚴密結實。以防止漏漿，并檢查泵車各項性能指標是否穩定，各連接部位連接是否牢固。

（4）樁周圍土壓頂:在將鋼結構插入入土體后，需要在構架附近一定尺寸內土體表層面壓上板，再向鋼材料上方放上兩臺20t的震動壓路機，用來防止在施加壓力注漿過程中鋼材料浮起和鋼管周圍土體抬升。

（5）施加壓力注漿:在攪拌站內根據試驗室配合比進行拌合混凝土，經檢查坍落度符合標準后，將混凝土罐車運至現場，然后啟動泵車進行調整壓力，壓力注漿要不斷增長，最后當注漿壓力設計值為2MPa時，將混凝土泵送到地下鋼管材料內。

2.3 對現場成型試驗的結果進行分析

待整個注漿試驗結束后，使樁土保持原來的模樣5天，使得混凝土在土體中凝結，然后將樁體成型清理干凈接著使用挖掘機和人工挖開樁體的施工位置，用人工將樁體上的土體清理干凈，然后用后吊法運出坑槽，檢查它的外觀和混凝土的密實度。

通過觀察并發現樁體似乎是倒三角錐型，在鋼材料上部注漿位置樁徑最大，隨著深度的增大，樁的徑口慢慢減小，在光管最底處的注漿處甚至沒有出現混凝土。另外樁的上部端頭處并不是規則的圓形，如果樁體最外邊緣的部分混凝土凝固為扁平型，說明土體的分布是不均勻的，這些位置的土體的材料性質相對來說比較軟弱，土體在一定程度上被劈裂。由此看出，通過分析混凝土輸送過程中，隨著土層下端土的側壁壓力的增大，混凝土泵送壓力將無法擠開下部位的土層，只在相對壓力相對來說較小的上部土層中形成一定直徑的樁體，而下部壓出的混凝土慢慢減少直到沒有混凝土壓出。

3 結語

通過現場成型試驗，擠土樁樁型的整體結構成型規律得以表征，同時探明了擠土樁的樁徑變化規律。探究擠土樁的成型機理，以及表征樁型結構、樁徑變化規律樁體成型的理論知識將能夠給實際工程中擠土樁成型提供借鑒性的指導意義。

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張德興，1986.10.7，山東省膠州市 ，中國石油工程建設公司華東設計分公司，工程師（中級）

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1007-6344（2016）03-0253-01

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