一種帶砂牆翼板的後注漿碎石樁及其專用沉管的製作方法

2023-12-10 21:17:02

專利名稱：一種帶砂牆翼板的後注漿碎石樁及其專用沉管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶砂牆翼板的後注漿碎石樁及其專用沉管。屬於地基工程領域，適宜於軟土地區公路、市政、機場及堤壩等工程的地基處理。
背景技術：
我國軟土地基種類繁多、分布廣泛，普遍具有含水率高、壓縮性大、強度低、透水性差等特點。建造在軟土地基上的建築物常出現總沉降量過大、差異沉降明顯、後期沉降量超標、承載能力不足等工程問題，影響建築物的正常使用性能和安全性能。對此，為提高軟土地基的承載能力，國內外湧現出了大量的軟基處理技術，其中排水固結法和複合地基加固方法應用較為普遍。排水固結法是先在地基中設置砂井等豎向排水體，然後施加預壓荷載，使土體中的孔隙水通過縱橫向排水體系排出，土體逐漸固結，地基強度逐步提高。排水固結法由排水系統和加壓系統兩個主要部分組成。根據加壓和排水兩個系統的不同，派生出多種地基加固方法，如堆載預壓法、真空預壓法、真空聯合堆載預壓法、電滲法等。由於排水固結法具有造價低、施工工藝成熟等特點，在我國得到廣泛應用，但排水固結法具有工期長、地基總沉降大、地基承載能力提升幅度有限，而且若預壓期不足其工後沉降常超過規定值，這些在一定程度上限制了該法的適用範圍。複合地基加固方法一種比較理想的軟土地基處理方式，起源於20世紀60年代，由於該法能顯著改善地基的承載力，減小地基沉降，並有效抑制地基土體側向變形，在世界範圍內都得到廣泛應用。碎石樁是複合地基處理方法中的一種，它是用振動、衝擊或水衝等方式在軟弱地基中成孔，再將碎石壓入孔中，形成由碎石構成的大直徑密實樁體。碎石樁最早始於1835年，20世紀50年代末，振衝法開始用於加固粘性土地基，並成為碎石樁。迄今為止，新型的碎石樁主要有以下幾種:錘擊碎石樁、幹振碎石樁、振擠碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁、強夯碎石樁。碎石樁具有施工簡便、造價低廉、加固周期短等優點，已成為軟土地區土木工程建設常用的複合地基加固方法之一，但由於樁體材料為柔性散體材料，強度較低，有效加固深度通常不足20m。考慮到排水固結法與複合地基法在實際應用中均存在一定的局限性，為完善地基加固方法體系，工程界已開始將注意力轉向排水固結法與複合地基法組合應用方面。目前，較常見的組合方法是在水泥攪拌樁、預應力管樁等樁間土中打設豎向排水體。該類設計雖可在適宜的工程背景和地質條件下取得相對較好的工程效果，但該類加固方法涉及到複合地基、袋裝砂井或塑料排水板兩種不同類型的地基處理方法，施工組織難度大，工程造價較高；同時豎向排水體在複合地基的樁間設置，其間距較大，不滿足豎向排水通道「細而密」的設計原則，其排水加固效果較為有限。目前已有在地基中打設立體排水體的方法，該法在豎向排水管上設置側向排水管道，使地基土的排水路徑大大縮短，排水方向從傳統的單一性變為立體性，同時可實現地基土固結排水均勻、地基承載力均勻提高的目的，但該法僅具有加速土體固結的目的。[0007]綜上所述，現有的複合地基加固方法難以有效解決樁間土體的固結問題和樁體材料多次利用問題，在樁間土體中打設豎向排水體雖可在一定程度上加速樁間土體的固結，但由於其排水方向單一、排水路徑相對較長、存在塗抹或井阻效應。鑑於此，目前亟需開發一種能兼顧排水固結法與複合地基法兩者之長的新型樁體，使之既有立體排水體的排水功能，又有複合地基的增強作用，還可實現有效改善樁體受力性能，提材料利用效率的目的。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種能兼顧排水固結法與複合地基法兩者之長的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，樁體中的散體材料先作為預壓期的立體排水體，後與水泥漿粘結形成剛性樁體，既可實現加速軟土地基的排水固結、提高樁體的強度的目的，還可實現在較低造價的前提下根據沉降要求對沉降變形進行動態控制。為了實現上述技術目的，本實用新型採用了以下技術方案:一種帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，其特徵在於，主要由注漿碎石樁、多組砂牆翼板、預製鋼筋混凝土樁尖組成；砂牆翼板沿注漿碎石樁環向均勻分布並與其連接成一整體，樁體頂部伸入砂墊層內部；預製鋼筋混凝土樁尖包括碎石樁樁尖和砂牆翼板樁尖，分別設於碎石樁和砂牆的底部；注漿碎石樁樁體中間設有注漿管，注漿管底部與預製樁尖連接。本實用新型注漿前樁體中的散體材料可作為立體排水體加速軟土地基的排水固結，注漿後可形成帶砂牆翼板的後注漿碎石樁可提高樁體的強度，設置砂牆翼板可加大樁體的加固能力和範圍。砂牆翼板尺寸可以根據加固範圍要求確定。為了限制碎石樁的側向變形、增強樁身的整體性，所述注漿碎石樁注漿碎石樁外側裹有土工格柵或環形鋼筋網；土工格柵或環形鋼筋網的底部與預製鋼筋混凝土樁尖連接。進一步，所述預製鋼筋混凝土樁尖中的碎石樁樁尖和砂牆翼板樁尖整體澆注，其頂部設用於連接沉管的碎石樁樁尖榫頭和砂牆樁尖榫頭，以及固定注漿管的注漿管固定孔。所述注漿管為鋼管，管壁均勻開孔。本實用新型還提供了一種專用於上述碎石樁的沉管，其特徵在於，所述沉管為鋼製沉管，由圓形碎石樁沉管和矩形砂牆沉管連接而成，砂牆沉管沿碎石樁沉管外側環向等間隔分布。圓形碎石樁沉管沿縱向設注漿管限位鋼筋環，其直徑略小於圓形碎石樁沉管。帶砂牆翼板的碎石樁打設完成後再鋪設砂墊層，在地基中形成縱橫向排水通道。預壓期結束後，通過預留的注漿管向樁體內壓入水泥漿形成帶砂牆翼板的後注漿碎石樁。後注漿可根據沉降及承載力要求，在不同時間、不同路段有選擇的進行。本實用新型的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁的施工方法，包括以下施工步驟:步驟一、施工準備:施工場地清理完成後，先將土工格柵或環形鋼筋網裹裝呈圓柱形，並置於圓形碎石樁沉管的內部圓腔內；然後將注漿管穿過注漿管限位鋼筋環，與注漿管限位鋼筋環一起放入圓形碎石樁沉管的內部圓腔內，並與預製混凝土樁尖固定孔連接；步驟二、沉管打設:將沉管底部與混凝土預製樁尖頂面連接並固定，隨後將沉管連同樁尖一起，豎直、均勻打至設計樁底標高；[0021]步驟三、樁體集料填充:根據每一循環控制深度，用給料漏鬥分別向圓形碎石樁沉管和矩形砂牆沉管內填充碎石和中粗砂；步驟四、樁體成型:根據每一循環成樁高度振動上拔沉管，並進行振動密實，形成帶砂牆翼板的碎石樁；步驟五、堆載預壓:在樁頂鋪設砂墊層，並根據設計要求填築預壓，使地基土排水固結；步驟六、樁體後注漿:待預壓結束後，將樁體注漿管與路基注漿主管連接，通過注漿主管向帶砂牆翼板的碎石樁注漿，並封閉排水通道，形成後注漿帶砂牆翼板的碎石樁。在上述的施工方法中，後注漿可根據沉降及承載力要求，在不同時間、不同路段有選擇的進行。本實用新型具有以下特點:(I)集排水固結法與複合地基法兩者之長，砂牆翼板和碎石樁可先作為預壓期的豎向排水通道，後與水泥漿粘結形成剛性樁體。(2)預壓期，砂牆翼板和碎石樁可作為軟土地基中的排水通道，實現了立體排水，既縮短了排水路徑，又可實現地基土均勻固結。(3)通過調整注漿時間、注漿位置、注漿壓力，可實現對地基沉降的動態控制。(4)施工工藝簡單，無需分別進行排水固結法與複合地基法施工，降低了施工組織的難度和工程造價。總之，本實用新型的特點在於集排水固結與複合地基法兩者之長，提高了樁體材料的使用價值，增強了地基的承載能力，擴大了地基的加固範圍。

圖1是本實用新型帶砂牆翼板的後注漿碎石樁立體圖；圖2是本實用新型帶砂牆翼板的後注漿碎石樁縱向剖面圖；圖3是圖2沿A-A線的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁橫斷面圖；圖4是圖2沿B-B線的預製樁尖頂部橫斷面圖；圖5是圖2預製樁尖放大圖；圖6是沉管橫斷面剖視圖；圖7是給料漏鬥俯視圖；圖8是圖7沿C-C線的給料漏鬥剖面圖；圖9是注漿管限位鋼筋環示意圖；圖10是後注漿碎石異型砂牆樁主要施工流程圖。圖中:1一碎石樁、2—砂牆翼板、3—注眾管、4一土工格柵、5—預製鋼筋混凝土樁尖、6—砂牆樁尖、7—砂牆樁尖榫頭、8—碎石樁樁尖、9一碎石樁樁尖榫頭、10—注眾管固定孔、11 一異型鋼製沉管、12—給料漏鬥、13—漏鬥外壁、14一碎石給料口、15—漏鬥內壁、16—擋板、17—砂料給料口、18—未注眾的帶砂牆翼板的碎石樁、19一後注眾的帶砂牆翼板的碎石樁、20—注漿管限位孔、21—注漿管限位鋼筋環。
具體實施例[0043]沉管的焊接技術要求、沉管打設及提升技術要求、砂墊層及上部填料設計參數及施工要求等本實施方案中不再累述，具體闡述本實用新型涉及結構的實施方式。圖1是本實用新型帶砂牆翼板的後注漿碎石樁立體圖，圖2是本實用新型帶砂牆翼板的後注漿碎石樁縱向剖面圖，圖3是圖2沿A-A線的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁橫斷面圖，圖4是圖2沿B-B線的預製樁尖頂部橫斷面圖，圖5是圖2預製樁尖放大圖。參照圖1飛所示，帶砂牆翼板的後注漿碎石樁主要包括碎石樁1、多組砂牆翼板2、注漿管3、土工格柵4、預製鋼筋混凝土樁尖5。預製鋼筋混凝土樁尖5外形與異型鋼製沉管11外形一致，其中圓形碎石樁樁尖8的直徑為550mm，碎石樁樁尖榫頭9外徑500mm，高為IOOmm ;砂牆樁尖6的尖部呈等邊三角形，邊長為55mm，在樁尖頂面設置高和寬均為30mm的砂牆樁尖榫頭7 ;樁尖水泥採用42.5#普通矽酸鹽水泥，混凝土強度等級為C30，鋼筋直徑為8mm，強度等級為Q235 ;碎石樁樁尖8設有注漿管固定孔10 ;砂牆樁尖6與碎石樁樁尖8應澆築成一整體。碎石樁I及多組砂牆翼板2的沉管採用異型鋼製沉管11，該異型鋼製沉管11由中間圓形碎石樁沉管和四個矩形砂牆沉管焊接連接，矩形砂牆沉管繞圓形碎石樁沉管環向等間隔分布。圖6是沉管橫斷面剖視圖，如圖6所示，異型鋼製沉管11中的圓形碎石樁沉管採用的熱軋無縫鋼管，壁厚為12mm,內徑為500mm ;矩形砂牆沉管採用熱軋鋼板，內壁寬500mm ;鋼板的強度等級均為Q235，板厚均為12_，尺寸規格應滿足現行規範之要求。圓形碎石樁沉管與矩形砂牆沉管應焊接連接；鋼板的強度等級均為Q235，尺寸規格應滿足現行規範之要求。注漿管3設於異性鋼製沉管11的圓形沉管中心，其公稱直徑為50mm的普通鋼管注漿管，管壁上均勻開設花孔，鋼管壁厚3.8mm，強度等級為Q235，尺寸規格應滿足現行規範之要求。 土工格柵4採用鋼塑格柵，縱、橫向抗拉強度彡50kN/m,縱、橫向延伸率彡3%。碎石樁I和砂牆翼板2採用給料漏鬥12進行給料。圖7是給料漏鬥俯視圖，圖8是圖7沿C-C線的給料漏鬥剖面圖，如圖所示，給料漏鬥12包括漏鬥外壁13、漏鬥內壁15和下部擋板16，形成碎石給料口 14和砂料給料口 17 ;給料漏鬥12外觀呈圓臺形，外壁最大直徑為2500mm，內孔直徑為500mm ;給料漏鬥12採用鋼製材料焊接而成，為限制注漿管3的空間位置，沿注漿管縱向設注漿管限位鋼筋環21。圖9是注漿管限位鋼筋環示意圖，如圖9所示，注漿管3穿過注漿管限位孔20，注漿管限位鋼筋環21的直徑為400mm。異型鋼製沉管11打設至設計深度後，按每一循環控制深度同時向圓形碎石樁沉管和矩形砂牆沉管內分別填充碎石和砂，經循環振動後形成碎石樁I和砂牆2 ;碎石樁1，外徑為500mm,碎石米用未經風化的扎制碎石含泥量小於5%,且最大粒徑不大於40mm ;砂牆翼板2厚為50mm，寬為500mm，填充砂採用天然級配的中砂，含泥量小於3%。圖10是後注漿碎石異型砂牆樁主要施工流程圖，如圖10所示，後注漿碎石異型砂牆樁的主要施工過程如下:步驟一、施工準備:施工場地清理完成後，先將土工格柵4裹裝呈圓柱形，並置於圓形碎石樁沉管的內部圓腔內；然後將注漿管3穿過注漿管限位鋼筋環21的注漿管限位孔20，並與注漿管限位鋼筋環21 —起放入異型鋼製沉管11中圓形碎石樁沉管的內部圓腔內，並與樁尖注漿管固定孔10連接；步驟二、沉管打設:將異型鋼製沉管11底部與混凝土預製樁尖5頂面連接並固定，隨後將異型鋼製沉管11連同樁尖一起，豎直、均勻打至設計樁底標高；步驟三、樁體集料填充:根據每一循環控制深度，用給料漏鬥12分別向異型鋼製沉管11中的圓形碎石樁沉管和矩形砂牆沉管內填充碎石和中粗砂；步驟四、樁體成型:根據每一循環成樁高度振動上拔異型鋼製沉管11，並進行振動密實，形成未注漿的帶砂牆翼板的碎石樁18 ；步驟五、堆載預壓:在樁頂鋪設砂墊層，並根據設計要求填築預壓，使地基土排水固結；步驟六、樁體後注漿:待預壓結束後，將樁體注漿管3與路基注漿主管連接，通過注漿主管向未注漿的帶砂牆翼板的碎石樁18注漿，並封閉排水通道，形成後注漿的帶砂牆翼板的碎石樁19。
權利要求1.一種帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，其特徵在於，主要由注漿碎石樁、多組砂牆翼板、預製鋼筋混凝土樁尖組成；砂牆翼板沿注漿碎石樁環向均勻分布並與其連接成一整體，樁體頂部伸入砂墊層內部；預製鋼筋混凝土樁尖包括碎石樁樁尖和砂牆翼板樁尖，分別設於碎石樁和砂牆的底部；注漿碎石樁樁體中間設有注漿管，注漿管底部與預製樁尖連接。
2.根據權利要求1所述的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，其特徵在於，所述注漿碎石樁外側裹有土工格柵或環形鋼筋網；土工格柵或環形鋼筋網的底部與預製鋼筋混凝土樁尖連接。
3.根據權利要求1所述的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，其特徵在於，所述預製鋼筋混凝土樁尖中的碎石樁樁尖和砂牆翼板樁尖整體澆注，其頂部設用於連接沉管的碎石樁樁尖榫頭和砂牆樁尖榫頭，以及用於固定注漿管的注漿管固定孔。
4.根據權利要求1所述的帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，其特徵在於，所述注漿管為鋼管，管壁均勻開孔。
5.一種專用於權利要求Γ3之一所述碎石樁的沉管，其特徵在於，所述沉管為鋼製沉管，由圓形碎石樁沉管和矩形砂牆沉管連接而成，砂牆沉管沿碎石樁沉管外側環向等間隔分布。
6.根據權利要求5 所述的沉管，其特徵在於，所述圓形碎石樁沉管沿縱向設有注漿管限位鋼筋環。
專利摘要本實用新型涉及一種帶砂牆翼板的後注漿碎石樁，其特徵在於，主要由注漿碎石樁、多組砂牆翼板、預製鋼筋混凝土樁尖組成；砂牆翼板沿注漿碎石樁環向均勻分布並與其連接成一整體，樁體頂部伸入砂墊層內部；預製鋼筋混凝土樁尖包括碎石樁樁尖和砂牆樁尖，分別設於碎石樁和砂牆的底部；注漿碎石樁樁體中間預設注漿管，注漿管底部與預製樁尖連接。本實用新型既可發揮散體材料在預壓期的排水性能，又可根據沉降情況通過注漿管向樁體內注漿形成剛性複合樁型，提高了碎石樁地基的有效加固深度，實現了排水固結法與複合地基法的有效統一。
文檔編號E02D5/46GK203066056SQ20132005306
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者黃勝芬, 黃建光, 程千文, 楊潔, 林祖客, 朱雷, 麻建勇, 沈金樑, 林田夫, 王純, 朱永光, 李博, 金金柱, 謝忠巢, 席青善, 吳溫昊, 付連發, 潘飛朋, 趙成豔, 林靜順, 李凱, 潘飛敏, 潘永策 申請人:方泰建設集團有限公司, 新宇建設有限公司