一种抗拉压防渗缓粘结钢绞线桩体结构及其施工方法与流程

本发明属于桩基工程，特别涉及一种抗拉压防渗缓粘结钢绞线桩体结构及其施工方法。

背景技术：

1、在桩基工程中，承受竖向压力的工程桩和承受竖向拉力的抗拔桩通常分别设计和施工，承担不同角色。然而，这种分离设计模式往往造成工程投资造价的较大浪费。现有技术中已有采用预应力钢绞线作为抗拔承载体的方案，例如通过水泥土搅拌桩内植入预制钢筋混凝土芯桩并施加预应力的双重作用自应力组合抗拔桩，以及采用无/缓粘结钢绞线配合筒形承压件后插植入桩身的压力型抗拔桩技术。然而，上述现有技术仍存在以下不足：

2、多数抗拔桩结构仅侧重于抗拔性能，难以兼顾承压和承拉双重功能，无法兼做工程桩和抗拔桩使用；

3、桩端和桩侧承载潜力未得到充分挖掘，端阻力和侧阻力提高有限；

4、普通钢筋防腐防锈性能欠佳，在腐蚀性地质条件下耐久性不足；

5、施工工序分散，各工序之间等待时间长，施工周期较长。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种防渗缓粘结抗压/拔桩桩底和桩侧后压浆施工方法，要解决传统灌注桩不能同时兼顾抗压和抗拔功能而需分别设置导致造价高，且现有抗拔桩存在主筋易腐蚀、桩端与桩侧承载力不足、施工工序离散效率低的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

3、一种抗拉压防渗缓粘结钢绞线桩体结构，包括桩身、桩端扩大头和桩顶锁定组件；

4、所述桩身包括桩身填充体和柔性复合主筋；所述柔性复合主筋为缓粘结或变粘结纤维复合主筋，且至少设置有一根；该柔性复合主筋包括有主筋主体、纤维层和保护层；所述纤维层包裹在主筋主体的外侧；所述保护层套设在纤维层外，在纤维层与保护层之间设置有缓粘结剂层；所述桩身填充体包裹于柔性复合主筋的外部；所述桩端扩大头为变截面结构，设置于桩身底部；所述桩端扩大头包括扩大头填充体以及设置在扩大头填充体内的变截面承载体；所述柔性复合主筋的下端通过挤压锚具锚固在变截面承载体的底部；所述挤压锚具外部套设有与变截面承载体相连接的导向装置；所述桩身内预埋有桩端压浆管和桩侧压浆管；所述桩端压浆管的出浆口设置于靠近桩端扩大头区域；所述桩侧压浆管的出浆口沿桩身高度方向间隔分布。

5、优选的，所述桩顶锁定组件包括桩顶锚具和钢垫板；所述柔性复合主筋上端超出桩身，且伸入位于桩身顶部的筏板中；所述桩顶锚具套设在一组柔性复合主筋外，且将一组柔性复合主筋锚固在桩顶；所述钢垫板设置在桩身顶部与桩顶锚具之间。

6、优选的，所述桩顶锚具采用夹片锚具，用于清除柔性复合主筋的缓粘结剂层和保护层后、对柔性复合主筋进行夹紧锁定。

7、优选的，所述柔性复合主筋在桩身中至少设置有两根时，所述桩身还包括有对中定位板；所述对中定位板设有一组，沿桩身竖向间隔套装于一组柔性复合主筋外部，用于约束一组柔性复合主筋的相对位置并确保柔性复合主筋在桩身横截面内居中布置。

8、优选的，所述变截面承载体包括有承压板和上部套管；所述上部套管为圆管或矩形管，上部套管的管壁厚度为3mm~5mm，上部套管与承压板采用角焊缝连接；所述承压板的形状为圆形或方形，厚度为10～40mm；在承压板上设置有通孔，且通孔的数量、大小与柔性复合主筋相匹配；一组柔性复合主筋穿设在上部套管和对应的通孔中。

9、优选的，所述导向装置为圆锥体或矩形锥体或菱形锥体或梯形锥体；在导向装置的内部设置有连接板；所述连接板上间隔开设有穿孔，且在连接板的底部、对应穿孔处设置有螺母；所述变截面承载体设置在导向装置的顶部，在变截面承载体上、对应穿孔位置设置有连接孔；变截面承载体通过穿设在通连接孔、穿孔和螺母中的螺栓与连接板连接。

10、优选的，所述桩端扩大头的上端面径向尺寸与桩身径向尺寸相等，且小于桩端扩大头的下端面径向尺寸；所述扩大头填充体通过在桩身底部压浆形成。

11、优选的，所述桩端压浆管采用钢管制作，沿环向间隔布置有2～3根，各桩端压浆管通过绑扎筋或点焊固定于柔性复合主筋内侧；所述桩端压浆管的顶端伸出桩身顶部，且在顶部管口设有第一封堵件；所述桩端压浆管的底端设有射浆管段，该射浆管段的底端封闭，射浆管段的管壁上开设有出浆孔；所述桩端压浆管的底端伸出柔性复合主筋底部200～500mm。

12、优选的，所述桩侧压浆管采用钢管制作，沿环向间隔布置有2～3根；各桩侧压浆管通过绑扎筋或点焊与柔性复合主筋连接；所述桩侧压浆管的顶端伸出桩身顶部，且在顶部管口设有第二封堵件；所述桩侧压浆管上沿竖向间隔设置有桩侧出浆口；在桩侧出浆口处设置有径向喷管；所述径向喷管的喷浆孔朝向外侧土体，且喷浆孔外侧包覆有单向密封层。

13、优选的，所述纤维层为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或多种组合。

14、优选的，所述缓粘结剂层为环氧树脂基缓凝粘合剂或聚氨酯基缓凝粘合剂。

15、一种抗拉压防渗缓粘结钢绞线桩体结构的施工方法，包括步骤如下。

16、步骤一，成孔。

17、步骤二，制备柔性复合主筋。

18、步骤三，安装变截面承载体和挤压锚具：在柔性复合主筋的下部设置变截面承载体。

19、步骤四，在柔性复合主筋的下端安装挤压锚具，将一组柔性复合主筋与挤压锚具锚固在变截面承载体的底部。

20、步骤五，在变截面承载体的外侧罩设导向装置，并将变截面承载体与导向装置连接。

21、步骤六，安装后压浆装置：在桩身设置后压浆装置；所述后压浆装置包括桩端压浆管和桩侧压浆管，桩端压浆管和桩侧压浆管的下端均设有单向注浆阀或压浆喷头；桩端压浆管和桩侧压浆管沿环向设置在一组柔性复合主筋周围，并与柔性复合主筋绑扎固定。

22、步骤七，施工柔性复合主筋：将安装有挤压锚具、变截面承载体、导向装置和后压浆装置的柔性复合主筋放入桩孔中。

23、步骤八，向桩孔内灌注桩身填充体的材料：进行桩身填充体材料的灌注，桩身填充体材料从孔底向上填充，将柔性复合主筋包裹，确保桩身连续完整。

24、步骤九，在桩身填充体的材料达到初凝强度后，向桩端压浆管和桩侧压浆管中分别注高压水，使桩身填充体冲刷出压浆通道。

25、步骤十，清除桩顶柔性复合主筋外露段表面的缓粘结剂层和保护层，露出清洁的主筋主体表面，为安装桩顶锚具做准备。

26、步骤十一，待桩身填充体的材料达到设计强度后，在桩顶安装千斤顶和桩顶锚具，对主筋主体施加设计张拉力，张拉至设计值后放松千斤顶，利用桩顶锚具将主筋主体锁定于桩顶，主筋主体保持弹性拉伸状态。

27、步骤十二，后压浆施工：通过预埋的桩端压浆管将浆液压入桩底扩大头区域，对桩底土层进行渗透、填充和压密，提高桩端端阻力；同时，通过预埋的桩侧压浆管将浆液压入桩周土层，对桩侧土体进行渗透、填充和固结，提高桩侧摩阻力。

28、步骤十三，封锚：对桩顶锚具进行防腐封闭处理，完成全部施工。

29、优选的，步骤十一中，在主筋主体张拉前，确认桩身填充体的材料达到设计强度且缓粘结剂层未凝固。

30、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

31、1、本发明桩体兼具抗压与抗拔双重承载性能，其通过桩底扩大头的变截面结构、桩端压浆增强端阻、桩侧压浆提高侧阻三方面协同作用，显著提升了桩体的抗压承载力；同时，柔性复合主筋下端通过挤压锚具锚固于变截面承载体底部，配合桩端扩大头的机械锚固效应和桩侧压浆增强的侧摩阻力，使桩体同时具备优良的抗拔承载能力。一根桩体可兼作工程桩和抗拔桩使用，避免了传统工程中分别设置抗压桩和抗拔桩造成的材料浪费和造价增加。

32、2、本发明采用缓粘结纤维复合主筋或变粘结纤维复合主筋，主筋主体外侧依次包裹有纤维层、缓粘结剂层和pe保护层，形成多层防护结构。该结构有效隔绝了地下水和腐蚀性介质对主筋主体的侵蚀，无需额外进行钢筋防腐处理，解决了传统钢绞线易锈蚀的难题，桩体服役寿命大幅延长，尤其适用于地下水丰富或腐蚀性地质环境。

33、3、本发明在桩身内预埋有桩端压浆管和桩侧压浆管，桩身填充体达到设计强度后进行压浆施工。桩端压浆通过渗透、填充和压密作用消除桩底沉渣缺陷，形成扩大头增强区，桩端端阻力和抗拔锚固力大幅提高；桩侧压浆通过渗透和固结作用消除泥皮效应，增强桩土界面剪切强度，桩侧摩阻力显著提升。二者协同作用，单桩承载力可比常规灌注桩得到有效提高。

34、4、本发明采用缓粘结/变粘结纤维复合主筋，在桩身填充体养护期间缓粘结剂层还未固化，张拉时主筋与填充体之间能够相对移动，张拉力通过底部挤压锚具传递至变截面承载体并转化为对桩底土体的压力，避免了张拉导致的破坏。同时，缓粘结剂层在张拉完成后完全固化，将主筋与桩身填充体牢固粘结为一体，改善了桩体的整体受力性能。

35、5、本发明的变截面承载体由底部承压板和上部圆钢管焊接组成，柔性复合主筋下端通过挤压锚具锚固于承压板底部。承压板厚度采用经验公式计算确定，钢管半径满足构造条件和计算条件双重要求，确保了承载体在承受抗拔力时具有足够的承载能力和安全储备。该构造将主筋的集中拉力转化为对扩大头填充体的分散压力，受力明确，传力可靠。

36、6、本发明的柔性复合主筋、对中定位板、变截面承载体、挤压锚具、导向装置和后压浆装置均在工厂或现场预先加工组装，形成整体主筋笼后一次性吊装或插入桩孔，大幅减少了孔口作业时间。与传统的现场绑扎钢筋笼、逐根焊接主筋的施工方式相比，安装效率提高50%以上，有效缩短了施工周期。

37、7、本发明通过模块化设计和快速装配施工，减少了现场人工用量和机械台班费用；通过桩体兼具抗压抗拔双重功能，节省了单独设置抗拔桩的造价；通过柔性复合主筋的耐久性提升，延长了桩体使用寿命，减少了后期维护成本。