加固軟土地基的帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁及加固方法
2023-12-10 21:42:32 1
專利名稱：加固軟土地基的帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁及加固方法
技術領域：
本發明涉及一種處理軟土地基的樁型，特別涉及一種加固軟土地基的帶孔波紋塑料 套管粒料注漿樁及其加固施工方法。
背景技術：
目前，在高速公路、高速鐵路、市政、機場等工程中，樁式路堤已成為一種普遍的 地基處理方法。在本發明發明以前，路堤樁以水泥土攪拌樁等柔性樁和振動沉管灌注樁、 預應力管樁、鑽孔灌注樁等剛性樁為主。同時在本技術發明之前， 一種帶塑料套管的現 繞混凝土樁、散體材料樁、碎石注漿樁等，在合適的地質條件和工程背景下，正在逐步 推廣應用之中。
水泥土攪拌樁(包括漿噴樁和粉噴樁)屬柔性樁，樁體強度低，造價省，但施工質 量不易控制，常規方法處理深度有限而不能用於軟基較深厚的地段；振動沉管現澆混凝 土樁其造價要少於預製樁，但振動沉管混凝土樁由于振動施工過程中對周圍樁體影響大， 易出現斷樁、質量不易控制和檢測困難、充盈係數有時過大、對周圍建築物影響大等； 預應力鋼筋混凝土樁由於質量極易控制和檢測，加固效果好，不會出現斷樁等質量問題， 但是往往是造價相當昂貴，同時高強度的樁作為路堤樁使用時其樁體強度方面存在著很 大浪費；注漿樁沒有泥皮沉渣等問題但施工費用高、除泥槳處理導致環境汙染等問題之 外，還存在著碎石不易洗乾淨，在砂石夾層的地基中浪費材料、注漿不均勻等缺點。塑 料套管混凝土樁施工採用的是外大直徑鋼沉管內套小直徑塑料管以及擴大樁尖的方法成 樁的，這就使得單根樁剛打設沉管拔出後存在著對樁周土擾動大、樁周土不能及時回擠 的情況，樁周土強度需要一定的時間才能恢復，樁側摩阻力也需要在擠土效應以及上部 荷載的作用下才能充分發揮，但實際工程施工時，由於工期限制，往往28天就需要做靜 載試驗，這時承載力往往較低，有時僅能反映樁端的承載力(樁側承載力這時尚不能充 分發揮)，不能完全反映長期工作條件下的實際承載力情況，試驗表明90天的承載力就 要比28天的承載力高出20~30%左右。但由於對實際荷載長期工作條件下的承載力檢測 不方便，缺乏這方面的承載力大量數據，因此為了安全起見設計時往往採用28天的承載 力進行設計，使得大部分工程設計時仍然比較保守進行設計。
為了使軟土地基處理的方式更加多元化，適合不同地區不同工況下的選擇，需要尋
求新的處理方式並克服上述一些缺陷，充分發揮地基加固樁的承載性能。 發明內容本發明的目的在於提供一種加固軟土地基的帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁及其加固 施工方法。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
-種帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁，其特徵在於它是由樁帽l、波紋塑料套管2、 土 工布或濾布3、套管接頭5、漿固粒料樁體6、樁尖9所構成，其中波紋塑料套管2的頂 部與樁帽1固定連接，底部與樁尖9固定連接，波紋塑料套管2的管壁上有開孔4，每節 波紋塑料套管2用塑料套管接頭5固定連接，波紋塑料套管2外包土工布或濾布3，波紋 塑料套管2內投放粒料並進行注漿，形成漿固粒料樁休6，在樁體外周為漿液擴散區7， 或者在注漿壓力下土工布或濾布3向外突出膨脹，形成羅盤狀8的糖萌蘆樁樁身。
所述樁尖9為鋼筋混凝土結構，呈圓錐形，上部中央設有PVC材料製成的套管插口 11，將波紋塑料套管2的下部插入套管插口 11中，並用PVC粘結劑膠粘固定連接，在套 管插口 11的外周設有個凹形圓環12或者設一個臺階形的平臺13。 上述的粒料為碎石、砂爍、粉煤灰或建築碎石塊、建築垃圾或鋼渣。 一種帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁的成樁施工方法，其特徵在於成樁施工步驟如下
1) 用專用模具預製圓錐形混凝土樁尖9;
2) 按設計樁長，將波紋塑料套管2用套管接頭5連接至設計樁長，在套管壁上開孔4， 在開孔處用土工布或濾布3包裹牢固；
3) 將波紋塑料套管2的下端插入樁尖9的套管插口 11中牢固連接，形成上部開口的 半封閉空間；
4) 提升打設機的沉管口，用繩子將上述連接好樁尖9的帶孔塑料套管2插入沉管中， 沉管的下端插入樁尖9的凹形圓環12或擱置在平臺13上；
5) 開啟打設機，對準樁位，將波紋塑料套管2和樁尖9一併打入設計樁深，然後上 拔沉管，或套管內部注水後上拔沉管，波紋塑料套管2和樁尖9留在地基內；
6) 將注漿管10置于波紋塑料套管2中，並投放粒料；
7) 注水泥漿或水泥砂漿至樁頂端有漿液冒出後，開始拔注漿管IO，邊拔管邊注漿， 並補填粒料，漿液滲透形成漿固粒料樁體6;
8) 在注漿壓力下，包裹在波紋塑料套管2孔周闈的土工布或濾布3被衝開，漿液向 樁體周圍的土體滲透形成漿液擴散區7，或者土工布或濾布3未被衝開，而是在壓 力作用下，土工布或濾布3向外突出膨脹，形成類似羅盤狀8的糖葫蘆樁身；
9) 在樁身頂端放置樁帽模具，現場澆注樁帽，待樁身及樁帽混凝土達幹固強度後， 鋪加筋材料及砂石墊層，形成複合地基。
本發明樁身可採用內外均是波紋的單壁PVC塑料套管或其他塑料套管，套管材料廉價，並可有一定的彎曲度，因此可方便的插入打設機沉管內打設，可以滿足先 將塑料套管全部打設完畢再進行投石注水泥漿或水泥砂漿等工序，提高施工效率、 節約工程造價。同時，使用單壁波紋塑料套管，套管內注漿與粒料膠結形成的膠結 樁體與套管咬合緊密，加大了樁與土體的接觸摩擦力，提高了樁的承載力，充分發 揮了套管波紋的作用。採用帶孔塑料波紋管後，塑料套管透水，這樣可減輕超靜孔 壓對塑料套管的壓力，降低塑料套管的強度要求，降低工程造價。
漿固散體材料樁無論是採用鑽機成孔或是沉管沉孔，都不可避免的會產生樁側 泥漿侵入樁體，影響了注漿後的樁體質量。而帶孔塑料套管粒料注漿樁套管打設後 不再取出，套管的護壁作用則能有效保證的樁體質量，塑料套管外壁外包土工布或 濾布，絕大部分土顆粒不能通過，因此套管內的碎石骨料比較乾淨，在相對封閉的 環境內注漿對樁體強度和質量控制有利，且由於套管的存在，帶孔塑料套管粒料注 漿樁打設過程中無需洗孔、泥漿護壁等工序，沒有泥皮沉渣，施工快速、注漿均勻， 能保證較高成樁質量高，吸收了碎石注槳樁中不需要混凝土拌合、運輸等優點。同 時沒有泥漿導致的環境汙染問題。
由於注漿之前，內設碎石、外包濾布的帶孔塑料套管為良好的排水通道，可有 效減小沉管打設施工過程中所弓I起的超淨孔隙水應力的消散，加速樁間土的固結和 減小施工擾動損傷的影響，降低成樁擠土效應。因此，這種施工工藝也吸收了2D工 法(複合地基與排水板聯合應用的簡稱)中的部分優點。
由於本發明屬於小直徑樁(目前採用直徑25cm)，其樁土接觸面的性質對承載 性能的影響較大，套管打設時沉管產生一定的擴孔，樁周土體受到擾動、結構破壞， 這使得樁土接觸面處作用薄弱，波紋套管不能與土體緊密接觸，其對側摩阻貢獻則 不能充分發揮。採用側壁開孔並包裹土工布或濾布後，當達到一定注漿壓力時，漿 液口I通過管壁開孔處將包裹的土工布或濾布衝開，從而使漿液向樁周土體滲透，形 成漿液擴散區，有效改善樁周土體的性質，實際增大了本樁型的有效樁徑，其承載 性能得到大幅度提高。
注漿時也可不衝開土工布或濾布對樁周土體滲透注漿，而採取一定壓力注漿使 得包裹在孔周的土工布或濾布向樁體外突起膨脹，沿樁長形成形狀類似於糖葫蘆的 "葫盧樁"，這同樣增強了樁土間的接觸作用，提高承載性能。
採用注漿工藝後，水泥砂漿漿液注入碎石孔隙使之膠結成樁外，在注漿的過程 中漿液在壓力作用下就會通過塑料套管的密布孔洞對樁周土產生滲透、壓密、膠結 等物理化學作用，消除施工過程中由於樁尖、沉管擴孔作用使得樁側土不能回擠、 樁周土強度短期損失降低的不良影響，使樁側阻力及時得到提高，這樣就可以使得樁的28天承載力迅速提高，降低工程造價。
木發明採用預製混凝土擴大樁尖，樁尖可採用多種形式(圓錐形或十字形等)， 可根據不同的實際情況按設計選用。樁尖中預設與塑料套管緊密連接的套管插口。
本發明將塑料套管打設完畢後，安放注漿管並投放碎石注漿，注漿採用邊拔管 邊均勻注漿的方法，拔管速度根據注漿量控制，並且連續不間斷。在注漿的過程中 由於注漿管的振動會造成孔口石料下沉，在注漿過程中應不斷補料和回灌作業，注 漿管可重複回收利用。或者，可在樁尖中預設注漿管，待成樁後，根據實際情況， 對樁端進行注漿，改善樁端土體性質，充分發揮其端阻力，提高豎向承載性能。吸 收了塑料套管混凝土樁、漿固散體材料樁、2D工法的各自優點而形成的一種新型地 基加固方式。
本發明如果同時具有了上述特點，將會大幅提高承載性能與成樁質量。
圖1——帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁結構示意圖
圖2——帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁糖葫戸樁身結構示意圖3——注漿管注漿；
圖4——樁尖結構示意圖。 圖中1-樁帽、2-波紋塑料套管、3-反濾土工布或濾布、4-波紋塑料套管上的開孔、5-
塑料套管接頭、6-漿固粒料樁體、7-樁體外周漿液擴散區、8-塑料套管開孔處漿液擴散
形成的羅盤、9-預製樁尖、10-注漿管、ll一套管插門、12—凹形圓環、13—臺階式平臺。
具體實施例方式
用專門研製開發的帶孔塑料套管粒料注漿樁樁尖模具製作預製樁尖9;準備好波紋塑
料套管2，套管2是按設計要求沿樁身按80cm間距開孔，孔徑5cm按設計樁長20米用專 用接頭和PVC膠粘劑膠水將套管2分段連接牢固，側壁開孔處用土工布或濾布3包裹， 然後將略長於設計樁長的塑料套管2與預製砼樁尖9連接緊密，形成上部開n的半封閉 空間；提升打設機沉管至2米高度，用繩子將連接好樁尖的塑料套管2拉入沉管中，開 啟打設機對準樁位打設至設計深度20米；提升沉管，塑料套管2樁尖9則留在地基內； 下注漿管10並向套管2內投放粒料；如圖3，開啟注漿設備，注漿至樁頂有漿液冒出後， 開始拔注漿管10，邊拔管邊注漿，並補填粒料回灌，在一定的注漿壓力作用下，套管2 內的理疔形成漿固粒料樁體6，包裹在套管2孔周的土工布或濾布3被衝開，漿液向樁周 土體滲透形成漿液擴散l^ 7，有效改良樁周土性質；或者注漿壓力未衝開土工布或濾布3， 在壓力作用下，土工布或濾布3向外突出膨脹，形成類似羅盤8狀的糖葫蘆樁身，同樣 能改善樁土接觸特性，在樁身頂端放置樁帽模具，現場澆注混凝土樁帽l;待樁身及樁帽達到幹固強度後，鋪設加筋材料和砂石墊層，形成複合地基。 本發明的原理和技術可廣泛應用於各種地基處理中。 本發明要求保護的範圍並不僅僅限於上述描述。
權利要求
1. 一種帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁，其特徵在於它是由樁帽(1)、波紋塑料套管(2)、土工布或濾布(3)、套管接頭(5)、漿固粒料樁體(6)、樁尖(9)所構成，其中波紋塑料套管(2)的頂部與樁帽(1)固定連接，底部與樁尖(9)固定連接，波紋塑料套管(2)的管壁上有開孔(4)，每節波紋塑料套管(2)用塑料套管接頭(5)固定連接，波紋塑料套管(2)外包土工布或濾布(3)，波紋塑料套管(2)內投放粒料並進行注漿，形成漿固粒料樁體(6)，在樁體外周為漿液擴散區(7)，或者在注漿壓力下土工布或濾布(3)向外突出膨脹，形成羅盤狀(8)的糖葫蘆樁身。
2. 根據權利要求1所述的帶孔波紋塑料套管注漿樁，其特徵在於所述的樁尖(9)為鋼 筋混凝土結構，呈圓錐形，上部中央設有PVC材料製成的套管插口 (11)，將波紋塑 料套管(2)的下部插入套管插口 (11)中，並用PVC粘結劑膠粘或用強力膠水或錨 釘固定連接，在套管插口 (11)的外周設有一個凹形圓環(12)或者設一個臺階形的 平臺(13)。
3. —種帶孔波紋塑料套管粒料注漿樁的成樁施工方法，其特徵在於成樁施工步驟如下1) 用專用模具預製圓錐形混凝土樁尖(9);2) 按設計樁長，將波紋塑料套管(2)用套管接頭(5)連接至設計樁長，在套管壁 上開孔(4)，在開孔處用土工布或濾布G)包裹牢固；3) 將波紋塑料套管(2)的下端插入樁尖(9)的套管插口 (11)中牢固連接，形成 上部丌口的半封閉空間；4) 提升打設機的沉管口，用繩子將上述連接好樁尖(9)的帶孔塑料套管(2)插入 沉管中，沉管的下端插入樁尖(9)的凹形圓環(12)中或擱置在平臺(13)上；5) 開啟打設機，對準樁位，將波紋塑料套管(2)和樁尖(9) 一併打入設計樁深， 然後上拔沉管，或套管內注水後上拔沉管，波紋塑料套管(2)和樁尖(9)留在 地基內；6) 將注漿管(10)置于波紋塑料套管(2)中，並投放粒料；7) 注水泥漿或水泥砂漿至樁頂端有漿液冒出後，開始拔注漿管(IO)，邊拔管邊注漿， 並補填粒料，漿液滲透形成漿固粒料樁體(6);8) 在注漿壓力下，包裹在波紋塑料套管(2)孔周圍的土工布或濾布(3)被衝開， 漿液向樁體周圍的土體滲透形成漿液擴散區(7)，或者土工布或濾布(3)未被衝 開，而是在壓力作用下，土工布或濾布(3)向外突出膨脹，形成類似羅盤狀(8)的糖葫蘆樁身；9)在樁身頂端放置樁帽模具，現場澆注樁帽，待樁身及樁帽混凝土達到千固強度後, 鋪加筋材料及砂石墊層，形成複合地基。
全文摘要
加固軟土地基的塑料套管注漿樁及其成樁加固施工方法，該樁由樁帽、螺紋套管、土工布、接頭、樁體及樁尖構成、套管頂部與樁帽連接，底部與樁尖連接，套管側壁有開孔，外包土工布，每節套管用接頭連接，套管內投放粒料並注漿，而形成樁體、樁周為漿液擴散區；成樁加固方法是將套管用接頭連接至樁長深度，再連接樁尖，一併置於沉管中，用打設機將套管打入地基中，套管及樁尖留在地基中，向套管內投放粒料並注漿形成漿固散體材料柱體，在注漿壓力下漿液擴散在樁周形成擴散區或土工布向外膨脹而形成葫蘆樁身，在樁頂澆注樁帽，待樁身及樁帽幹固後，鋪加筋材料及碎石墊層，形成複合地基，此樁型可增強樁土間的接觸作用，大幅度提高樁體的承載能力，是加固軟土地基的一種理想樁型。
文檔編號E02D5/22GK101532290SQ200910024638
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者馮兆祥, 飛 林, 王新泉, 陳永輝 申請人:河海大學