一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置及施工方法

2023-06-11 01:59:31 2

一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置及施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，所述施工裝置主要由內沉管、外沉管、預製樁尖和高壓噴漿管組成；預製樁尖的上表面設有定位上部沉管裝置的外沉管限位槽、內沉管限位槽、支擋板嵌入槽及抗扭限位鋼板，預製樁尖內預設供高壓噴漿管通過的孔道；在內沉管的外側壁沿環向均勻布設有底端帶噴頭的高壓噴漿管；高壓噴漿管的兩側設豎向通長支擋板，在支擋板的外側等間隔布設加勁肋板。採用本發明施工裝置施工可在沉管內形成勁芯樁，樁周邊形成水泥土，儘可能發揮樁體材料的受力性能；裝置旋轉下沉過程中對下部土體高壓噴漿，可減小端部阻力、側摩阻力，提高沉管下沉速率。本發明還公開了上述施工裝置成樁的施工方法。
【專利說明】一種粧周水泥土現澆勁芯粧的施工裝置及施工方法【技術領域】
[0001]本發明涉及ー種勁芯樁施工裝置，特別涉及一種預製樁尖和內沉管可同時旋轉，噴漿衝切土體，裝置下沉過程中基本形成樁周水泥土，沉管內澆築勁芯樁，裝置可回收的樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置。屬於地基處理領域，適用於建築物地基承載カ要求較高的地基處理工程。
【背景技術】
[0002]世界經濟的快速增長在促進高層建築和大型エ業建築興起和發展的同吋，對建築物地基的承載能力和抗變形能力的要求越來越高，對於上部結構荷載較大的建築物，採用天然地基、淺基礎常常難以滿足建築物對承載カ與變形的要求。對此，工程建設中往往需要加大基礎埋深，綜合利用下部堅實土層、巖層和樁側土體承載能力的深基礎進行地基處理。目前，常用的深基礎地基處理方法有樁基礎、地下連續牆和沉井等幾種類型，其中樁基礎通過合理設計可充分發揮下樁周土體的樁側摩阻力和樁端地層的樁端阻力，地基處理效果顯著，在實際工程中被廣泛應用。
[0003]常見的樁基礎中，採用鑽孔灌注樁存在著泥漿汙染、造價高、質量受多種因素影響難以控制的缺點；採用混凝土預製樁存在振動、噪聲、擠土效應較明顯的缺點；採用水泥土攪拌樁存在單樁承載カ低、施工質量難控制的缺點。
[0004]水泥土勁芯組合樁是在水泥土攪拌樁的基礎上發展而來的新型地基處理技術，樁體上部的荷載傳給芯樁，芯樁再通過水泥土與芯樁之間的作用力傳給水泥土，然後再傳給地基土，這樣從芯樁到土體通過水泥土的過渡形成了強-中-弱的漸變過程，形成一種中間強度高四周強度低的合理的樁身結構，充分發揮了芯樁和水泥土樁體的性能。該樁型具有單樁承載カ高、造價低、質量容易控制等優點，並且施工噪聲低、振動小、土方排出量少，在環境保護意識日益增強的今天，該樁型基本吻合現代建設施工環保要求。
[0005]目前，水泥土勁芯組合樁的常規施工方法是在水泥土攪拌樁成樁之後、水泥土初凝之前，用壓樁機械將剛性加強體(混凝土芯樁、型鋼等)壓入水泥土體內到設計位置，待水泥土凝固後，芯樁與水泥土共同作用，承受上部荷載。此外，還有採用沉管灌注樁的設備在水泥攪拌樁中心成孔灌注混凝土形成複合樁，以及採用沉管灌注樁的設備(在沉管內加一小夯錘)在水泥攪拌樁中心成孔灌注混凝土，並在指定位置進行夯擴，進而形成夯擴式的複合樁。上述幾種方法都是將樁周水泥土 (柔性體)與勁芯樁(剛性體)分時段施工，會出現水泥土攪拌樁超過初凝時間後受到預製樁強行插入造成樁身受到破壞、鄰近已施工完成的樁由於預製樁強カ擠入，擠土效應使成品樁受損、在超過初凝時間插入的預製樁不能和水泥土攪拌樁緊密結合，導致荷載不能有效傳遞等情況。
[0006]另外，採用常見的應用深層攪拌法形成樁周水泥土也存在著一定的不穩定性，主要體現在:攪拌機的鑽進或提升速度過快，而供水泥漿系統速度未能協調或攪拌次數不夠，造成水泥摻量不足或不均勻；供水泥系統不健全，供料エ藝時間控制不準確，水泥是否輸入土體不明確，造成斷樁或短缺；攪拌葉片的磨損使樁徑不足，攪拌不充分，造成摻入不均勻、摻入量降低，加固土體的作用下降。
[0007]綜上所述，既有的樁體施工裝置在適宜的工程條件下雖取得了較為理想的地基處理效果，但在施工效率、不同齡期混凝土粘結、減小樁體間的相互幹擾等方面尚存可改善之處。
[0008]鑑於此，目前亟待發明ー種施工簡單快速、成樁質量可靠、承載能力高的的樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置。採用樁周水泥土現澆混凝土樁芯的一體施工裝置，解決施工效率低問題，並且實現樁側水泥土與勁芯樁共同固結，增強勁芯樁與樁周水泥土的結合強度。

【發明內容】

[0009]本發明的目的在於提供一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，該裝置下壓、回收快速方便，下壓過程中形成樁周水泥土，現澆勁芯樁質量易控制，對施工機械自重、動カ要求小，能促使樁周水泥土與現澆勁芯樁共同固結、並且結合緊密。
[0010]為實現上述技術目的，本發明採用了以下技術方案:
一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，其特徵在於所述施工裝置主要由內沉管、夕卜沉管、預製樁尖和高壓噴漿管組成；預製樁尖的上表面設有定位上部沉管裝置的外沉管限位槽、內沉管限位槽、支擋板嵌入槽及抗扭限位鋼板，預製樁尖內預設供高壓噴漿管通過的孔道；在內沉管的外側壁沿環向均勻布設有底端帶噴頭的高壓噴漿管；高壓噴漿管的兩側設豎向通長支擋板，在支擋板的外側等間隔布設加勁肋板。
[0011]內沉管和外沉管為同心圓鋼管，兩沉管間的間距較高壓噴漿管大15?30_。
[0012]所述預製樁尖為圓錐形鋼筋混凝土樁尖；外沉管限位槽的中心直徑與外沉管相同，寬度較外沉管管壁厚度大5mnTl0mm,槽內塗抹潤滑劑；內沉管限位槽和支擋板嵌入槽等深度並連通，槽ロ寬度貼合沉管和支擋板厚度，支擋板嵌入槽側邊預設抗扭限位鋼板。
[0013]所述高壓噴漿管為鋼管，底部的噴頭可為旋噴頭或固定噴頭，固定噴頭開ロ朝外，與水平面夾角45°飛0°，噴頭伸出口位置與預製樁尖的側面平齊。
[0014]本發明還提供了採用所述施工裝置進行樁周水泥土現澆勁芯樁施工的方法，其主要施工步驟如下:
1)施工前準備:根據設計圖紙，處理施工場地，繪製施工輪廓線，測定樁體位置，施工材料、機械、人員就位；
2)人工開孔:在設計樁位處人工開挖深50(Tl000mm的樁孔，直徑不小於樁周水泥土設計直徑；
3)裝置就位:將預製樁尖與內沉管和外沉管組合，高壓噴漿管底部穿過預製樁尖；將裝置整體插入前述預開挖的樁孔內，採用機械扶持定位，並確保裝置垂直；
4)旋轉噴漿:將高壓噴漿管與泵送注漿管連通，通過高壓噴漿管噴漿頭向樁尖底部斜下方土體噴射漿液，衝切土體，內沉管和預製樁尖在機械帶動下正反向45°、0°來迴旋轉;
5)下壓裝置:待裝置下方原有土體被噴漿衝切升揚後，對外沉管施加豎向壓力，將裝置逐漸下壓，內沉管與樁尖不停止旋轉，高壓噴漿管持續噴漿；
6)底部加壓噴漿:裝置下壓至設計樁底標高以上500mnTl000mm時，加大噴漿壓力，並減緩壓入速率，在裝置樁尖部位形成樁端擴大頭；
7)澆築勁芯樁:裝置下沉至設計標高后，根據設計要求，進行勁芯樁施工；
8)裝置回收:內沉管內混凝土灌注充實後回拔裝置，適時向內沉管內進行空中補料，高壓噴漿管在上拔過程中低壓補漿，直至移走施工裝置；
9)處理上部水泥土:根據上部樁孔內翻起漿液情況，在頂部水泥土中加入碎石、水泥適度攪拌，加強上部樁周水泥土強度。
[0015]步驟7所述勁芯樁可採用素凝土樁或水泥粉煤灰碎石樁，也可加入鋼筋籠、插筋或鋼管形成加筋勁芯。
[0016]本發明具有以下特點和有益效果
(I)內沉管與預製樁尖在下沉過程中，在機械帶動下共同小幅度來迴旋轉噴漿衝切預製樁尖周邊土體，不僅可減小樁端摩阻力，使裝置下沉更加容易、快速，而且可將外沉管外側土體改性為水泥土，初歩完成了勁芯樁外側柔性樁的施工。
[0017](2)外沉管設置，可將內沉管與外側土體隔開，同步內沉管下壓但自身不主動旋轉，可減少內沉管旋轉時側摩阻力，從而減小對施工機械動カ要求；在外沉管和預製樁尖圍合下，可減少帶肋內沉管及高壓噴漿管磨損，並方便回收。
[0018](3)採用本裝置施工，勁芯樁灌注後即可回收裝置，回收過程中噴漿管低壓補漿，勁芯樁與樁周水泥土共同固化，兩者結合相對更緊密；另外，也可根據施工要求選擇性回收內、外沉管，增加樁體承載カ。
[0019](4)採用本發明涉及的施工裝置進行樁周水泥土現澆勁芯樁施工，樁周水泥土及內、外沉管間隙作為緩衝，可較好的保護勁芯樁，減小擠土效應對臨樁的不良影響。
[0020]總之，採用本發明進行樁周水泥土勁芯樁施工，場地適應性強、施工效率高、耗能相對較少、樁體質量可靠，裝置整體組裝簡易，其技術經濟效益突出。
[0021]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發明一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置示意圖；
圖2是圖1預製粧尖上表面7] 意圖；
圖3是高壓噴漿管穿過處的預製樁尖剖視圖；
圖4是支擋板插入處的預製樁尖剖視圖；
圖5.1、圖5.2是採用本發明進行樁周水泥土現澆勁芯樁施工的流程示意圖；
圖中:1-外沉管、2-內沉管、3-支擋板、4-加勁肋、5-高壓噴漿管、6-預製樁尖、7-噴頭、8-外沉管限位槽、9-內沉管限位槽、10-高壓噴漿管穿過孔、11-支擋板嵌入槽、12-樁周水泥土、13-局部擴大樁身、14-樁端擴大頭、15-鋼筋籠、16-樁芯混凝土、17-抗扭限位鋼板。
具體實施例
[0022]本實施方式中鋼材切割、焊接施工技術要求，鋼筋籠綁紮施工技術要求，勁芯樁混凝土、高壓噴漿配比，沉管施工技術要求等不再贅述，重點闡述採用本發明涉及的施工裝置進行樁周水泥土現澆勁芯樁施工的實施方式。
[0023]圖1是本發明一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置示意圖，圖2是圖1預製樁尖上表面截面圖，圖3是高壓噴漿管穿過處的預製樁尖剖視圖，圖4是支擋板插入處的預製樁尖剖視圖。參照圖廣4所示的樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，主要由外沉管1、內沉管2、高壓噴漿管5和預製樁尖6組成。
[0024]外沉管I和內沉管2均採用無縫鋼管，鋼材的強度等級為Q345，厚度為20mm，鋼管尺寸規格滿足規範現行之要求，其中:外沉管I外徑680mm，內沉管2外徑440mm，即內、外沉管之間淨距為100mm。
[0025]在內沉管2外側壁環向均勻垂直焊接3對支擋板3,支擋板3厚16mm、寬70mm,沿內沉管2側壁通長焊接，成對的支擋板3圓心角為20°。
[0026]支擋板3外側，沿內沉管2的外側壁均勻焊接支擋板加勁肋4 ;支擋板加勁肋4的縱向間隔為600mm，採用厚16mm的Q345鋼板切割而成，垂直貼合焊接。
[0027]高壓噴漿管5採用無縫鋼管，直徑為75_，壁厚8_，其尺寸規格應滿足現行規範之要求；高壓噴漿管5穿過內沉管2與支擋板3圍合而成的空腔，並與支擋板3焊接連接；高壓噴漿管5底部的噴頭7穿過預製樁尖6的預留孔道，噴頭伸出ロ位置與預製樁尖的側面平齊，調整噴射方向與水平面夾角為45°。
[0028]預製樁尖6為圓錐形鋼筋混凝土樁尖，預製樁尖高650mm,外形由高150mm,直徑IOOOmm的圓柱形和高500mm,直徑IOOOmm的圓錐組成；預製樁尖6的上表面設有外沉管限位槽8和內沉管限位槽9及支擋板嵌入槽11，其中外沉管限位槽8的中心直徑與外沉管I相同，限位槽的寬度較外沉管管壁厚度大10mm，槽內塗抹潤滑劑；與內沉管連接的限位槽和與支擋板連接的嵌入槽等深度並連通，槽ロ寬度與鋼板厚度相同，並在槽的外側壁位置預設抗扭限位鋼板17 ;抗扭限位鋼板17長為200mm,寬為50mm,厚為20mm, —半埋入預製樁尖6內；在相應位置預留直徑80mm的供高壓噴漿管5穿過的高壓噴漿管穿過孔10。
[0029]將帶有支擋板3、加筋肋4、高壓噴漿管5的內沉管2與預製樁尖6組合，高壓噴漿管5穿過預製樁尖6，再套上外沉管I，施工裝置基本組裝完成。
[0030]將施工裝置垂直放入深度1000mm，直徑1500_的預挖孔洞內。通過機械傳動，使裝置整體下壓，內沉管2與預製樁尖6旋轉，配合高壓噴漿，在裝置下沉過程中形成樁周水泥土 12，可在設計位置加壓噴漿並減小下沉速度，形成局部擴大樁身13。下壓至設計標高上500mm，加壓噴漿，並加快旋轉速率，形成樁端擴大頭14，直至預製樁尖6到達設計底面標
高，暫停噴漿。
[0031]在內沉管內放入鋼筋籠15，並澆築樁芯混凝土 16，澆築充實後，整體拔起裝置，預製樁尖6留在底部。拔起過程中，不僅需向內沉管2內進行空中補料，而且高壓噴漿管5還需低壓補漿直至裝置整體拔出。
[0032]裝置拔出後，根據樁頂的翻漿質量，可採用水泥及細石、沙粒固化補強。
[0033]圖5.1、圖5.2是本採用本發明所述裝置進行樁周水泥土現澆勁芯樁施工的流程示意圖，參照圖5.1、圖5.2所示,主要施工步驟如下:
1)施工前準備:根據設計圖紙，處理施工場地，繪製施工輪廓線，測定樁體位置，施工材料、機械、人員就位；
2)人工開孔:在設計樁位處人工開挖深1000mm,直徑1500mm的樁孔；
3)裝置就位:將預製樁尖6與內沉管2和外沉管I組合完成，高壓噴漿管5的底部穿過預製樁尖6 ;隨後將裝置整體插入前述預開挖的樁孔內，採用機械扶持定位，並確保裝置的垂直度； 4)旋轉噴漿:只有內沉管2和預製樁尖6在機械帶動下正反向60°來迴旋轉下壓，裝置旋轉的同時，通過高壓噴漿管5高壓注漿，噴漿頭7向斜下方噴射漿液，衝切土體；
5)下壓裝置:裝置下方原有土體被噴漿衝切升揚後，在裝置自身重力及機械作用下，將裝置逐漸下壓，下壓過程中不停止旋轉、持續噴漿；
6)底部加壓噴漿:裝置下壓至設計樁底標高以上500mm吋，加大噴漿壓カ，並減緩壓入速率，在裝置樁尖部位形成樁端擴大頭14 ；
7)澆築勁芯樁:裝置下沉至設計標高后，暫停噴漿，根據設計要求放置鋼筋籠15，並向內沉管內灌注樁芯混凝土 16，振搗密實；
8)沉管回抜:內沉管2內混凝土灌注充實後回拔裝置，適時向內沉管2內進行空中補料，高壓噴漿管5在上拔過程中低壓補漿，直至移走施工裝置；
9)處理上部水泥土:根據上部樁孔內翻起漿液情況，在頂部水泥土中加入碎石、水泥適度攪拌，對上部樁周水泥土和臨近土體進行再固化處理。
【權利要求】
1.一種樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，其特徵在於所述施工裝置主要由內沉管、外沉管、預製樁尖和高壓噴漿管組成；預製樁尖的上表面設有定位上部沉管裝置的外沉管限位槽、內沉管限位槽、支擋板嵌入槽及抗扭限位鋼板，預製樁尖內預設供高壓噴漿管通過的孔道；在內沉管的外側壁沿環向均勻布設有底端帶噴頭的高壓噴漿管；高壓噴漿管的兩側設豎向通長支擋板，在支擋板的外側等間隔布設加勁肋板。
2.根據權利要求1所述的樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，其特徵在於內沉管和外沉管為同心圓鋼管，兩沉管間的間距較高壓噴漿管大15?30_。
3.根據權利要求1所述的樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，其特徵在於所述預製樁尖為圓錐形鋼筋混凝土樁尖；外沉管限位槽的中心直徑與外沉管相同，寬度較外沉管管壁厚度大5mnTl0mm，槽內塗抹潤滑劑；內沉管限位槽和支擋板嵌入槽等深度並連通，槽ロ寬度貼合沉管和支擋板厚度，支擋板嵌入槽側邊預設抗扭限位鋼板。
4.根據權利要求1所述的樁周水泥土現澆勁芯樁的施工裝置，其特徵在於所述高壓噴漿管為鋼管，底部的噴頭可為旋噴頭或固定噴頭；固定噴頭開ロ朝外，與水平面夾角45°飛0°，噴頭伸出口位置與預製樁尖的側面平齊。
5.採用權利要求f4之一所述施工裝置進行樁周水泥土現澆勁芯樁施工的施工方法，其特徵在於主要包括以下施工步驟: 1)施工前準備:根據設計圖紙，處理施工場地，繪製施工輪廓線，測定樁體位置，施工材料、機械、人員就位； 2)人工開孔:在設計樁位處人工開挖深50(Tl000mm的樁孔，直徑不小於樁周水泥土設計直徑； 3)裝置就位:將預製樁尖與內沉管和外沉管組合，高壓噴漿管底部穿過預製樁尖；將裝置整體插入前述預開挖的樁孔內，採用機械扶持定位，並確保裝置垂直； 4)旋轉噴漿:將高壓噴漿管與泵送注漿管連通，通過高壓噴漿管噴漿頭向樁尖底部斜下方土體噴射漿液，衝切土體，內沉管和預製樁尖在機械帶動下正反向45°、0°來迴旋轉; 5)下壓裝置:待裝置下方原有土體被噴漿衝切升揚後，對外沉管施加豎向壓力，將裝置逐漸下壓，內沉管與樁尖不停止旋轉，高壓噴漿管持續噴漿； 6)底部加壓噴漿:裝置下壓至設計樁底標高以上500mnTl000mm時，加大噴漿壓力，並減緩壓入速率，在裝置樁尖部位形成樁端擴大頭； 7)澆築勁芯樁:裝置下沉至設計標高后，根據設計要求，進行勁芯樁施工； 8)裝置回收:內沉管內混凝土灌注充實後回拔裝置，適時向內沉管內進行空中補料，高壓噴漿管在上拔過程中低壓補漿，直至移走施工裝置； 9)處理上部水泥土:根據上部樁孔內翻起漿液情況，在頂部水泥土中加入碎石、水泥適度攪拌，加強上部樁周水泥土強度。
6.根據權利要求5所述的施工方法，其特徵在於步驟7所述勁芯樁採用素凝土樁或水泥粉煤灰碎石樁。
7.根據權利要求5所述的施工方法，其特徵在於步驟7所述勁芯樁加入有鋼筋籠、插筋或鋼管形成加筋勁芯。
【文檔編號】E02D5/44GK103437348SQ201310381595
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】吳金興, 吳曉斌, 吳曉峰 申請人:深圳市福田建安建設集團有限公司