CN101597898A - 刚性排水桩及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚性排水桩及施工方法，预制不透水混凝土管和预制透水混凝土管上分别设有呈轴向的第一、二通孔，所述第一、二通孔密封相通，相邻预制透水混凝土管上的第二通孔之间相互密封连通。由于透水混凝土管上的第二通孔可滤集地下水，第二通孔在土层中形成孔隙水的竖向排水通道，可快速消散土层中骤增的孔隙水压力，使地面不易隆起；再通过真空泵和吸水管使刚性排水桩形成负压，抽排地下水和产生真空，可快速强制降低桩间软土层的含水量及在地层中形成有效应力，而对地基形成预压，提高地基土强度；当土层含水量降到适于夯实时，用夯锤夯击地表，使地基土层快速固结，强度迅速提高，加固后复合地基承载力较高，而地基处理费用较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种加固地基用桩体及施工方法，尤其是一种刚性排水桩及施工方法。
背景技术
刚性桩复合地基已有十多年的应用经历(见《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002中“CFG桩法”)，它具有有效桩长长，变形小，能充分调动桩间土及桩端土的承载力，复合地基承载力高，比桩基造价低等较多优点，因而得到广泛推广使用。但刚性桩复合地基在深厚软土层中有变形急进；刚性桩多为低标号沉管灌注或压灌现浇混凝土桩，在软土层中施工易使土层中孔隙水压力骤增引起地面隆起而将桩拔断、桩身混凝土易产生缩径、离析，刚性桩的打设对桩周软土层不但没有改良作用，反而有扰动作用降低桩侧阻等缺陷，因此在软土地基中较少采用。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种刚性排水桩及施工方法，该刚性排水桩及施工方法对桩间软土层有较好的加固改良作用，施工时不易产生地面隆起，桩身质量较易保证，加固后复合地基承载力较高。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种刚性排水桩，由预制不透水混凝土管和至少一段预制透水混凝土管组成，预制不透水混凝土管和预制透水混凝土管上分别设有呈轴向的第一、二通孔，所述第一、二通孔密封相通，相邻预制透水混凝土管上的第二通孔之间相互密封连通。
预制透水混凝土管的一种透水结构是：其管壁由透水混凝土制成。
预制透水混凝土管的另一种透水结构是：预制混凝土管的立面上设有至少一个呈轴向的第一排水槽，预制混凝土管的上、下端面中的至少一个端面上设有第二排水槽，第二排水槽的位置与第一排水槽相对应，第二排水槽一端对应相通于第一排水槽，第二排水槽另一端相通于所述第二通孔，设有一透水膜，透水膜连续覆盖于第一排水槽上，透水膜凹陷于排水桩的立面。
透水膜也可连续覆盖于第一排水槽和第二排水槽上，透水膜凹陷于排水桩的立面及对应上、下端面。
设有塑料排水槽，塑料排水槽形状与第一排水槽形状相匹配，塑料排水槽连续置于第一排水槽中，透水膜连续覆盖于塑料排水槽上。(当然第二排水槽中也可设置塑料排水槽)
预制混凝土管的立面上均匀间隔设有三个第一排水槽，预制混凝土管的上、下端面上均设有三个第二排水槽，对应位置的第一、二排水槽相通。
本发明的施工方法按以下步骤进行：
步骤①，定桩位；
步骤②，打桩机对位调成垂直状，用于设置成孔；
步骤③，成孔至设计深度，成孔后，透水混凝土管放入成孔内，成孔最上端安放不透水混凝土管，组装成排水桩桩体；
步骤④，另设有密封塞、吸水管、吸水支管、吸水总管和真空泵，在预制不透水混凝土管的第一通孔上端密封安装所述密封塞，所述密封塞上设有吸水管孔，所述吸水管密封插入吸水管孔中，使排水桩桩体上部密封，吸水管与吸水支管密封连接，吸水支管与吸水总管密封连接，吸水总管与真空泵连接，连接好后在第一、二通孔抽真空和同时抽出第二通孔中的地下水；
步骤⑤，至软土层含水量到设定要求，拆除吸水支管、吸水总管，不透水混凝土管顶应与地表有一定距离，在地表面用夯锤进行夯击，夯击能量由小逐渐增大，直至符合地基承载要求。
所述步骤③上的成孔直接用钻孔方式形成。
所述步骤③中的成孔用桩管沉管方式形成，这时步骤①中定桩位后增加埋设桩尖，用震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机自带的桩管套于桩尖肩上，震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机把桩管沉管至设计深度，而后透水混凝土管放入桩管内，桩管最上端放入不透水混凝土管，最后拔出桩管。
所述步骤③中的成孔用桩管沉管方式形成，用双管夯扩桩机自带的桩管，双管夯扩桩机把桩管沉管至设计深度，而后透水混凝土管放入桩管内，桩管最上端放入不透水混凝土管，最后拔出桩管。
本发明的有益效果是：由于透水混凝土管上的第二通孔可滤集地下水，第二通孔在土层中形成孔隙水的竖向排水通道，可快速消散土层中骤增的孔隙水压力，使地面不易隆起；再通过真空泵和吸水管使刚性排水桩(指第二通孔中)形成负压，抽排地下水和产生真空，可快速强制降低桩间软土层的含水量及在地层中形成有效应力，而对地基形成预压，提高地基土强度；当土层含水量降到适于夯实时，用夯锤夯击地表，使地基土层快速固结，强度迅速提高，加固后复合地基承载力较高，而地基处理费用较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述的透水混凝土管示意图；
图3为图2的放大俯视图。
具体实施方式
实施例：一种刚性排水桩，由预制不透水混凝土管1和至少一段预制透水混凝土管2组成，预制不透水混凝土管和预制透水混凝土管上分别设有呈轴向的第一、二通孔11、12，所述第一、二通孔密封相通，相邻预制透水混凝土管上的第二通孔之间相互密封连通。
预制透水混凝土管的一种透水结构是：其管壁由透水混凝土制成。
预制透水混凝土管的另一种透水结构是：预制混凝土管的立面上设有至少一个呈轴向的第一排水槽3，预制混凝土管的上、下端面中的至少一个端面上设有第二排水槽4，第二排水槽的位置与第一排水槽相对应，第二排水槽一端对应相通于第一排水槽，第二排水槽另一端相通于所述第二通孔，设有一透水膜9，透水膜连续覆盖于第一排水槽上，透水膜凹陷于排水桩的立面。
透水膜连续覆盖于第一排水槽和第二排水槽上，透水膜凹陷于排水桩的立面及对应上、下端面。
设有塑料排水槽，塑料排水槽形状与第一排水槽形状相匹配，塑料排水槽连续置于第一排水槽中，透水膜连续覆盖于塑料排水槽上。(当然第二排水槽中也可设置塑料排水槽)
预制混凝土管的立面上均匀间隔设有三个第一排水槽，预制混凝土管的上、下端面上均设有三个第二排水槽，对应位置的第一、二排水槽相通。
本发明的施工方法按以下步骤进行：
步骤①，定桩位；
步骤②，打桩机对位调成垂直状，用于设置成孔；
步骤③，成孔至设计深度，成孔后，透水混凝土管放入成孔内，成孔最上端安放不透水混凝土管，组装成排水桩桩体；
步骤④，另设有密封塞5、吸水管8、吸水支管、吸水总管和真空泵，在预制不透水混凝土管的第一通孔上端密封安装所述密封塞，所述密封塞上设有吸水管孔7，所述吸水管密封插入吸水管孔中，使排水桩桩体上部密封，吸水管与吸水支管密封连接，吸水支管与吸水总管密封连接，吸水总管与真空泵连接，连接好后在第一、二通孔抽真空和同时抽出第二通孔中的地下水；
步骤⑤，至软土层含水量到设定要求，拆除吸水支管、吸水总管，不透水混凝土管顶应与地表有一定距离，在地表面用夯锤进行夯击，夯击能量由小逐渐增大，直至符合地基承载要求。
所述步骤③上的成孔直接用钻孔方式形成。
所述步骤③中的成孔用桩管沉管方式形成，这时步骤①中定桩位后增加埋设桩尖6，用震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机自带的桩管套于桩尖肩上，震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机把桩管沉管至设计深度，而后透水混凝土管放入桩管内，桩管最上端放入不透水混凝土管，最后拔出桩管。
所述步骤③中的成孔用桩管沉管方式形成，用双管夯扩桩机自带的桩管，双管夯扩桩机把桩管沉管至设计深度，而后透水混凝土管放入桩管内，桩管最上端放入不透水混凝土管，最后拔出桩管。
本发明的详细制作及施工过程为：(1)在混凝土构件厂制作预制透水混凝土管、预制不透水混凝土管、混凝土密封塞及桩尖(桩尖为采用震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机时用)；(2)在预制透水混凝土管的第一排水槽上粘贴塑料排水槽，再覆盖透水膜(如强度能满足要求时，也可用透水混凝土制作)；(3)定桩位，再埋设桩尖(如不用震动沉管及锤击沉管的方法就不用桩尖)；(4)桩机对位调直(如用震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机，就用桩管套在桩尖的肩上，如用双管夯扩桩机或回转钻孔桩机就不用桩尖)；(5)成孔钻进至设计深度(如用震动沉拔管桩机、双管夯扩桩机或锤击沉管桩机就直接沉管至设计深度)，在成孔的同时，桩机或吊车用特制的吊具卡在预制透水混凝土管的吊装卡槽内，将多节强度较高的预制透水混凝土管吊起放入孔内(或桩管内)，成孔最上端安放不透水混凝土管组装成桩体；(6)将桩体留在孔内(如用震动沉拔管桩机、双管夯扩桩机或锤击沉管桩机沉桩管就需拔出桩管)；该排水桩用的透水混凝土管可滤集地层中的地下水于透水混凝土管的第二通孔内，第二通孔内成为地层中孔隙水的竖向排水通道；具体透水过程为：软土层中的水通过透水膜进入到第一排水槽中，再从第一排水槽经第二排水槽进入第二通孔中；(7)在排水桩顶部的透水混凝土管上的第一通孔上端密封安装混凝土密封塞，密封塞上设有吸水管孔，吸水管密封插入吸水管孔伸入第一、二通孔中，从桩顶面使不透水混凝土管上的第一通孔上部密封，吸水管与吸水支管密封连接，吸水支管与吸水总管密封连接，吸水总管与真空泵密封连接，连接好后就可抽真空降水，这样在抽排地下水的同时在桩体内(指第一、二通孔内)抽排真空，其作用：a.加速孔隙水向桩体管内(第二通孔内)渗流，强制降低土体内的含水量(必要时还可辅以电渗方法)；b.在地层内形成负压，可转化为地层内部的有效应力，起到预压作用；c.地下水位降低也使土体内有效应力增大，形成部分预压荷载。通过对地层的抽降水及预压作用，使排水桩间土的含水量降低及强度提高；当排水桩间土降到一定含水量，就可拆除吸水支管和吸水总管，在场地表面用夯锤进行强夯，夯击能量应由小逐渐增大，排水桩顶应与地表有一定距离(一般不小于0.8m)，以免夯锤砸坏排水桩，强夯使排水桩间土迅速固结，排水桩间土强度及密实度迅速提高，又使排水桩侧摩阻力增大而使排水桩承载力变大，从而使排水桩复合地基承载力得以进一步提高。如一次抽降水强夯未达到预期效果，可再次安装吸水支管和吸水总管，与真空泵连接再次降水强夯或多次降水强夯，地基处理达到预期效果时，将地基整平，铺设一定厚度的碎石褥垫层(一般15～30cm厚)，再进行一次低能级满夯，将褥垫层夯实，这样就完成了排水桩复合地基处理。
刚性排水桩主要部件的要求是这样的：桩尖用混凝土预制，尺寸及强度应根据选定的桩径确定，其强度不应小于规范要求；透水混凝土管和不透气混凝土管采用钢筋混凝土预制，其混凝土强度和钢筋用量也须根据桩体承载力，按规范要求计算确定，每节管的制作长度，可根据制作、养护、运输、安装等条件综合确定不同规格型号，在混凝土构件厂制作；抽排地下水所用的吸水管、吸水支管和吸水总管及抽真空所用的真空泵，其性能应满足抽降水及抽吸真空的要求；密封塞用混凝土制作，安装及使用必须满足密封的要求。
本发明与一般刚性桩复合地基比更适合深厚软土层，对桩间软土层有较好的加固改良作用，施工不怕地面隆起，施工快捷，复合地基承载力高，造价相对更低。
实例：某工程在沿海软弱地基上建造5000m3钢制储油罐5座，油罐基础采用钢筋混凝土板式基础，基础底部荷载为200kPa，其地层情况见下表：
地基土物理力学指标
| 序号 | 岩性 | 厚度(m) | 含水量(％) | 重度(kN) | 孔隙比 | 压缩模量(MPa) | 极限侧阻(kPa) | 极限端阻(kPa) |
| 1 | 粉质粘土 | 0.5 | 27.9 | 19.1 | 0.79 | 5.19 | 15 | |
| 2 | 粉质粘土 | 0.6 | 35.8 | 18.4 | 0.97 | 4.19 | 15 | |
| 3 | 淤泥质粘土 | 6.7 | 55 | 16.5 | 1.52 | 2.01 | 15 | |
| 4 | 淤泥质粉质粘土 | 8.8 | 46.4 | 17.2 | 1.27 | 2.65 | 25 | |
| 5 | 粉土 | 4.8 | 35.6 | 18.1 | 0.99 | 6.03 | 50 | 1100 |
| 6 | 粉质粘土 | 2.2 | 36 | 18.3 | 0.99 | 4.40 | 50 | 1200 |
本工程采用的是素混凝土刚性桩复合地基，如用本发明进行地基处理，两种方法的技术经济比较如下表：
两种方法技术经济比较表
从以上比较中可看出：本例有明显的经济优势，更为重要的是：刚性桩复合地基过去由于采用CFG等素混凝土，桩身质量控制的难度影响了它的在软土地区的推广应用，本发明采用工厂预制桩身和成孔后植入桩体的办法、可快速消散土层孔隙水压力，使地面不易隆起，桩身质量容易保证。
本发明可因地制宜选用震动沉拔管桩机、锤击沉管桩机、双管夯扩桩机、回转钻孔机等设备进行施工，所用的材料均为常用的建筑材料，施工工艺简单，易于推广。
说明：
双管夯扩桩机用于沉管方式成孔，这种机器无须埋设桩尖，直接用机器自带的桩管沉管至设计深度即可；
震动沉拔管桩机、锤击沉管桩机用于沉管方式成孔，这两种机器须埋设桩尖，再用机器自带的桩管沉管至设计深度即可。
回转钻孔机用于钻孔方式成孔，直接钻成孔至设计深度。
最后，其他类似成孔方式同样为本例要求保护范围。
Claims (10)
1.一种刚性排水桩，其特征是：由预制不透水混凝土管和至少一段预制透水混凝土管组成，预制不透水混凝土管和预制透水混凝土管上分别设有呈轴向的第一、二通孔，所述第一、二通孔密封相通，相邻预制透水混凝土管上的第二通孔之间相互密封连通。
2.根据权利要求1所述的刚性排水桩，其特征是：预制透水混凝土管的透水结构是：其管壁由透水混凝土制成。
3.根据权利要求1所述的刚性排水桩，其特征是：预制透水混凝土管的透水结构是：预制混凝土管的立面上设有至少一个呈轴向的第一排水槽，预制混凝土管的上、下端面中的至少一个端面上设有第二排水槽，第二排水槽的位置与第一排水槽相对应，第二排水槽一端对应相通于第一排水槽，第二排水槽另一端相通于所述第二通孔，设有一透水膜，透水膜连续覆盖于第一排水槽上，透水膜凹陷于排水桩的立面。
4.根据权利要求3所述的刚性排水桩，其特征是：透水膜连续覆盖于第一排水槽和第二排水槽上，透水膜凹陷于排水桩的立面及对应上、下端面。
5.根据权利要求3或4所述的刚性排水桩，其特征是：设有塑料排水槽，塑料排水槽形状与第一排水槽形状相匹配，塑料排水槽连续置于第一排水槽中，透水膜连续覆盖于塑料排水槽上。
6.根据权利要求5所述的刚性排水桩，其特征是：预制混凝土管的立面上均匀间隔设有三个第一排水槽，预制混凝土管的上、下端面上均设有三个第二排水槽，对应位置的第一、二排水槽相通。
7.一种刚性排水桩的施工方法，其特征是：按以下步骤进行：
步骤①，定桩位；
步骤②，打桩机对位调成垂直状，用于设置成孔；
步骤③，成孔至设计深度，成孔后，透水混凝土管放入成孔内，成孔最上端安放不透水混凝土管，组装成排水桩桩体；
步骤④，另设有密封塞、吸水管、吸水支管、吸水总管和真空泵，在预制不透水混凝土管的第一通孔上端密封安装所述密封塞，所述密封塞上设有吸水管孔，所述吸水管密封插入吸水管孔中，使排水桩桩体上部密封，吸水管与吸水支管密封连接，吸水支管与吸水总管密封连接，吸水总管与真空泵连接，连接好后在第一、二通孔抽真空和同时抽出第二通孔中的地下水；
步骤⑤，至软土层含水量到设定要求，拆除吸水支管、吸水总管，不透水混凝土管顶应与地表有一定距离，在地表面用夯锤进行夯击，夯击能量由小逐渐增大，直至符合地基承载要求。
8.根据权利要求7所述的刚性排水桩的施工方法，其特征是：所述步骤③上的成孔直接用钻孔方式形成。
9.根据权利要求7所述的刚性排水桩的施工方法，其特征是：所述步骤③中的成孔用桩管沉管方式形成，这时步骤①中定桩位后增加埋设桩尖，用震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机自带的桩管套于桩尖肩上，震动沉拔管桩机或锤击沉管桩机把桩管沉管至设计深度，而后透水混凝土管放入桩管内，桩管最上端放入不透水混凝土管，最后拔出桩管。
10.根据权利要求7所述的刚性排水桩的施工方法，其特征是：所述步骤③中的成孔用桩管沉管方式形成，用双管夯扩桩机自带的桩管，双管夯扩桩机把桩管沉管至设计深度，而后透水混凝土管放入桩管内，桩管最上端放入不透水混凝土管，最后拔出桩管。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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