CN101429765A

CN101429765A - 高压挤土砂浆桩方法及系统

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Publication number: CN101429765A
Application number: CNA2007100480244A
Authority: CN
Inventors: 顾宝洪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-13

Abstract

一种高压挤土砂浆桩方法及系统，包括：利用钻机或振动桩工机械使钻杆达到土层深度设计标高，将压注料从下向上逐步压入土体，慢速提升钻杆引成连贯砂浆桩体。该压注料高压压出后很快泌水降低流动性，桩体靠推挤原状土体位移腾出空间而引成近似球状的茎状注浆；人为增加土中附加应力挤压桩间土体，土中空隙水压力提高而排出，从而挤密桩间土。实现上述方法的系统，该压注设备的压料系统为双缸不间断吸、排料系统。本发明兼有目前常规处理(固结处理、复合处理)工艺的优点；另外通过PLC即时数显出料压力、流量(曲线)等各种信息，模拟挤扩桩径，更有助于施工人员及时了解施工状态以进行准确的操控。

Description

高压挤土砂浆桩方法及系统

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及复合地基处理技术。

背景技术

1、有关土木工程复合地基处理、沉降控制处理的现状：

主要处理手段有两种方式：

a、固结法：利用外力来达到固结目的，目前主要处理手段有强夯法、堆载法、真空降水法等。

b、复合地基：采用置换以点带面达到加固目的，目前主要处理手段有深层搅拌注浆法、旋喷注浆法、打入桩法等。

以上两种常规方法优缺点比较：

固结法：

优点：造价低廉(适合大面积处理)。

缺点：a、对被处理场地的环境要求高(强夯有振动，降水影响周边)；

b、处理需要时间周期长(堆载、降水)；

C、处理深度有限。

复合法：

优点：可避免固结法的缺点(场地环境、时间周期)。

缺点：a、总体造价较高；

b、常规置换主要是水泥浆同原状土搅拌，成桩强度较低压缩模量高(搅拌法、旋喷法)；

c、相对造价低廉的现场搅拌注浆法处理深度有限，同时对场地净空和地质条件有一定的要求；

d、相对处理深度较深的旋喷法，对施工场地带来环境污染(泥浆处理等)，材料利用率低，造价高；

e、处理范围仅限于点，对桩边土体挤压力很小；

f、处理桩径上下不可以变径。

2、有关滑动面锚索、锚杆抗拔处理的现状：

目前增加抗拔力的处理手段主要是低压灌浆，灌浆材料比较稀，作用主要是填充孔道。灌浆料凝结收缩后同周围土体不能有效结合，抗拔能力偏低。(浆料稀水灰比很大的原因是目前市场上没有可灌注厚料的设备)

3、纠偏抬升、管涌、堵漏处理的现状：

纠偏抬升处理：目前没有通过土体中人为增加附加应力手段来达到土体挤密向上运动抬升的方法。

管涌、堵漏处理方面：目前主要还是采用常规降水、压浆等手段处理。压浆主要水灰比很大的水泥浆(设备限制)，只能起到填充作用，实际处理效果不是很理想，作用不明显。

4、已有的一种工艺：

CCG(Controlled Compaction Grouting)注浆，该工艺施工材料条件需要水泥、黄砂、粘土、煤灰、外加剂等(粘土降低强度，增加保水、润滑性)，浆体材料为高粘度、低稠度。事实上可灌性好了以后，无法在土中真正达到压注成球可控，往往会产生挤压劈列，结果变成分层注浆。可参阅申请号为03141809.0的中国发明专利申请“可控制压密注浆施工工艺”。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高压挤土砂浆桩方法及系统(可简称为CCMG(Controllable Cement Mortar Grouting：高压挤土砂浆桩)，具体的，CCMG高压挤土压注塑性砂浆连贯成桩之地基处理方法及系统，兼有目前常规处理(固结处理、复合处理)工艺的优点而限制弥补了各自的不足。

为达到上述目的，本发明解决的方案是：

改进的CCMG注浆方法，包括：利用钻机或振动桩工机械使钻杆达到土层深度设计标高，将压注料从下向上逐步压入土体，慢速提升钻杆引成连贯砂浆桩体。

进一步：将压注料从下向上逐步压入土体的步骤是通过高压压注设备完成的；该压注料是水泥、黄砂为主基料的砂浆或水泥、黄砂、细石子为主基料的细石混凝土。

该压注料高压压出后很快泌水降低流动性，桩体靠推挤原状土体位移腾出空间而引成近似球状的茎状注浆；

人为增加土中附加应力挤压桩间土体，土中空隙水压力提高而排出，从而挤密桩间土。

针对各层土体调整挤压能力，调整不同土层的砂浆桩径，充分发挥砂浆桩和土体自身的承载能力。

处理大面积地基时与垂直排水相结合，起到堆载固结处理、置换处理双重效果。

在管涌、堵漏处理中在注浆管外面增加设置弹性布袋，使浆只进入布袋，应急处理时扩充布袋。

在钻机的钻杆上安装搅拌刀片切割土体，由下往上切割搅拌，同步注入塑性砂浆，形成砂浆搅拌桩。

实现上述方法的系统，包括：材料搅拌设备、压注设备、管道、钻机或振动下管桩工机械。

进一步：该压注设备的压料系统为双缸不间断吸、排料系统。

该系统的计量，包括：

通过压力电感应器检测作用油缸油压数据传送至可编程控制器；

通过电感应器监测油缸往复次数数据传送至可编程控制器；

通过在机架上安装电感应器感应动力头往上提升高度数据传送至可编程控制器；

依据以上数据和经验数据，通过PLC即时数显出桩体深度—压力变化曲线、深度—压注量变化曲线、耗用时间等技术数据，(以及模拟挤扩桩径？)同时保存记录每个桩孔不同深度压力、流量关系曲线。

由于采用了上述方案，本发明具有以下优点：兼有目前常规处理(固结处理、复合处理)工艺的优点；另外通过PLC即时数显出料压力、流量(曲线)等各种信息，模拟挤扩桩径，更有助于施工人员及时了解施工状态以进行准确的操控。

附图说明

图1为本发明实施例逐段成球后形成连贯桩体的示意图。

图2为本发明实施例的挤压砂浆桩工艺流程示意图。

图3为本发明实施例的布袋注浆流程示意图。

图4为本发明实施例的切割土体搅拌注塑性砂浆原理示意图。

图5为本发明实施例的CCMG工法桩加固设计示意图。

图6为本发明实施例的数据采集原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

砂浆材料组成：水泥、黄砂、煤灰、外加剂、水，配比为1：6：1.5：0.02：1(根据土性、深度可加入外加剂，一般可以忽略，特殊需要还可加小颗粒石子组成细石混凝土，调整配比强度可以做的更高)。

物理特性：浆体材料为塑性，砂浆体中80％为砂，同时砂浆体为低粘度、低稠度、泌水性好的混合体。

设备：为克服砂浆泌水性问题在压注泵中增加搅拌系统，压注设备为双缸不间断压注，压力、流量合理匹配，压注管道采用变径密封。

工艺特点：浆体材料保水性差通过高压压出后很快泌水，从而减少浆体材料在土中的流动性达到真正挤土成球。逐段成球后形成连贯桩体，请参阅图1。

本发明的方法主要是利用现有钻机或振动桩工机械使钻杆达到土层深度设计标高，通过专用高压压注设备，把已搅拌均匀的以水泥、黄砂为主基料的塑性砂浆体或细石混凝土体从下向上逐步压入土体，可调慢速提升钻杆引成连贯砂浆桩体。具体流程请参阅图2

该方法兼顾了目前常规处理(固结处理、复合处理)两者的特点。在桩位处上下形成连贯砂浆桩体(置换)，同时压注料高压压出后很快泌水，流动性极差(压注材料本身塑性)，材料本身特点是保水性很差，只要压注料高压压出即可自动实现，“高压”的范围是4～18Mpa。桩体靠推挤原状土体位移腾出空间而引成近似球状的茎状注浆，注浆材料不渗透到原土体空隙，也不形成原土壤劈列。桩间土体受到挤压(外力，即人为增加土中附加应力，外力大小可通过调节压力来实现)，土中空隙水压力提高而排出，从而达到挤密桩间土。达到以“点”连贯砂浆桩体带动被挤密的桩间土体“面”的整体加固处理效果。

原状土体为上下不均匀构造，分层土体的土性指标各不相同，土性受挤压的能力差异很大。利用新方法可随意针对各层土体调整挤压能力，使砂浆桩径在不同土层可调变化，达到物尽其用充分发挥砂浆桩和土体自身的承载能力。可通过调节压力大小，控制流量来实现桩径变化。

本发明对场地不产生污染，施工设备对场地空间没有特殊要求，施工深度可达50米以上。

根据设计需要使加固区达到加固目的及被压注土的土性、压注深度等因素，可采用水泥、黄砂为主基料的砂浆，也可采用水泥、黄砂、细石子为主基料的细石混凝土。塑性砂浆配比组成，例如：水泥、黄砂、煤灰、外加剂、水，配比为1：6：1.5：0.02：1(根据土性、深度可加入外加剂，一般可以忽略，特殊需要还可加小颗粒石子组成细石混凝土，或加入短纤维可以改变材料的力学性能)。配合比的范围主要是坍落度的控制，一般小于50。

压注的是已搅拌均匀的砂浆体，桩身强度稳定。桩体强度可调，一般强度可达2～10Mpa。浆体材料的物理特性介于刚性与柔性之间。

本发明造价相对低廉，介于常规方法之间。

进一步，与其他工艺的搭配，包括：

处理大面积地基时与垂直排水相结合，可起到堆载固结处理、置换处理双重效果，大量缩短工期。

在管涌、堵漏处理中在注浆管外面增加设置弹性布袋，使浆只进入布袋，扩充布袋能更有效地应急处理，请参阅图3。

在钻机的钻杆上安装搅拌刀片切割土体，由下往上切割搅拌，同步注入塑性砂浆，形成砂浆搅拌桩，请参阅图4。

请参阅图5，某高速公路路基台后复合地基处理实施例。该项目采用长短桩布置，深桩达到21米。上下变径，上和下部分采用大直径设计。目前没有更好的施工手段能减少桥台同路基之间的不均匀沉降，高速公路使用一段时间后桥台和路基沉降不协调，使高速行驶的车上桥和下桥时造成跳车现象，这种跳车现象目前是软地基地区高速公路使用中的通病(软地基主要分布在沿海地区)。

采用本工艺施工可以提高台后填土部分路基整体模量，路基处理结果优于常规处理手段，并造价低廉。该方法使刚性桥台同柔性路基之间能有效协调过渡。

该项目施工结束后进行了竖向抗压静载荷试验检测，桩间土的极限承载能力相对于原状土提高了20％，同面积复合地基承载能力提高了240％。单桩极限承载力达500KN。桩间土比贯入阻力Ps值、标贯均提高一倍以上。

另外，在某老居民楼的抬升处理中应用：

该工程采用了压浆管外套布袋的手段，使压入浆体彻底有效控制。同时压注过程中还结合有效排水措施，起到充分挤密土体，使土体发生实质位移，达到抬高目的。

为实现抬高上部结构(已有房屋)，采用CCMG能挤密桩间土原理，以及采用布袋有效控制压注料范围，来达到使桩间土挤密后发生有效变形，从而达到抬高目的。

本发明的压注系统和设备，包括：材料搅拌设备、压注设备、管道、钻机或振动下管桩工机械。

浆体材料压注设备：

a、泵体系统：类同于常用混凝土泵车。

b、动力部分：液压可变量系统。

c、压料系统：为双缸不间断吸、排料系统，提高了压注能力。(基本原理同常用混凝土泵，属公知技术，此不赘述。)

d、吸排料控制：采用管阀交换控制。

e、流量与压力：为专用匹配，小流量高压力，出料压力最高达18Mpa(一般范围在4～18Mpa)；流量控制在6～16m³/h，可调设计。

f、计量系统：通过液电原理和经验参数，通过PLC达到即时数显出料压力、流量、模拟挤扩桩径指导施工，同时保存记录每个桩孔不同深度压力、流量关系曲线，原理请参阅图6。

计量系统控制方法：

a、压力采集：通过压力电感应器监测作用油缸油压数据传送至可编程控制器。

b、流量采集：通过电感应器检测油缸往复次数数据传送至可编程控制器。

c、压注钻机提升速度：通过在机架上安装电感应器感应动力头往上提升高度数据传送至可编程控制器。

d、可编程控制器：通过以上三个数据和经验数据(不同稠度浆料实验数据)，计算数显出桩体深度—压力变化曲线、深度—压注量变化曲线、耗用时间等技术数据。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：包括：利用钻机或振动桩工机械使钻杆达到土层深度设计标高，将压注料从下向上逐步压入土体，慢速提升钻杆引成连贯砂浆桩体。

2、根据权利要求1所述的高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：将压注料从下向上逐步压入土体的步骤是通过高压压注设备完成的；该压注料是水泥、黄砂为主基料的砂浆(也可加入短纤维改性砂浆)或水泥、黄砂、细石子为主基料的细石混凝土。

3、根据权利要求1所述的高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：该压注料高压压出后很快泌水降低流动性，桩体靠推挤原状土体位移腾出空间而引成近似球状的茎状注浆；

4、根据权利要求1所述的高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：针对各层土体调整挤压能力，调整不同土层的砂浆桩径，充分发挥砂浆桩和土体自身的承载能力。

5、根据权利要求1所述的高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：处理大面积地基时与垂直排水相结合，起到堆载固结处理、置换处理双重效果。

6、根据权利要求1所述的高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：在管涌、堵漏处理中在注浆管外面增加设置弹性布袋，使浆只进入布袋，应急处理时扩充布袋。

7、根据权利要求1所述的高压挤土砂浆桩方法，其特征在于：在钻机的钻杆上安装搅拌刀片切割土体，由下往上切割搅拌，同步注入塑性砂浆，形成砂浆搅拌桩。

8、实现权利要求1至7中任一方法的系统，其特征在于：包括：材料搅拌设备、压注设备、管道、钻机或振动下管桩工机械。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于：该压注设备的压料系统为双缸不间断吸、排料系统。

10、权利要求8所述系统的计量控制方法，其特征在于：包括：

通过电感应器监测油缸往复次数数据传送至可编程控制器；