CN103711123A - 竹节式砂浆桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桩基础技术领域，具体涉及一种竹节式砂浆桩及其施工方法，其特征在于所述竹节式砂浆桩由直立桩体以及同轴设置于所述桩体内部的钢管或钢筋笼构成，所述桩体上具有至少两个呈球状的竹节式扩大头，所述桩体、所述钢管或钢筋笼及所述竹节式扩大头构成一体结构，其中所述竹节式扩大头通过加压注浆挤压土体构成。本发明的优点是，竹节式砂浆桩结构简单，成桩效率高，可利用加压注浆方式，形成数个竹节式扩大头，以提高桩体刚度及抗拔能力，并对桩周土体进行加固，有效提高土体强度，可广泛适用于基坑围护及地基处理等领域，具有施工便捷，设计灵活、经济环保等优点。

Description

竹节式砂浆桩及其施工方法

技术领域

本发明属于桩基础技术领域，具体涉及一种竹节式砂浆桩及其施工方法。

背景技术

在基坑开挖时需要沿基坑开挖边线外侧一定距离设置一圈围护桩结构，通过利用围护桩结构本身的刚度和稳定性来保证坑壁土体的稳定性，有效约束土体的侧向变形，满足基坑直立开挖的需要。当场地土体软弱、基坑开挖深度或面积较大时，目前较多的采用双排桩的支护形式，通过桩、压顶梁和连梁形成空间门架式支护结构体系，可大大增加其侧向刚度，能有效控制基坑的侧向变形。

在门架式支护结构体系中起关键作用的是围护桩，目前常用的围护桩型主要包括预制桩及灌注桩。

预制桩呈圆柱形，相对造价较低，但抗弯刚度较差，受桩身质量及压桩施工工艺影响较大，在大范围施工时挤土效应明显，一般在土质较好，基坑开挖深度不大，周边环境相对简单的情况下采用。

而灌注桩的应用则相对更加广泛，其成桩工艺较成熟，成桩直径选择范围较大，桩身抗弯刚度可通过配筋调节，配合斜撑或拉锚工法使用时，对于大部分基坑工程均适用，但缺点是灌注桩本身造价较高，尤其在大范围应用双排灌注桩门架式围护结构时，其经济性是不得不考虑的重要因素，此外，灌注桩成桩须经成孔及养护等工序，其施工周期较长，对于基坑工程整体工期有一定影响。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种竹节式砂浆桩及其施工方法，该竹节式砂浆桩通过加压注浆方式在桩体上形成数个竹节式扩大头，以提高桩体的刚度及抗拔能力。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种竹节式砂浆桩，其特征在于所述竹节式砂浆桩由直立桩体以及同轴设置于所述桩体内部的钢管或钢筋笼构成，所述桩体上具有至少两个呈球状的竹节式扩大头，所述桩体、所述钢管或钢筋笼及所述竹节式扩大头构成一体结构。

所述竹节式砂浆桩的底部具有竹节式扩大头。

所述桩体上具有若干呈球状的竹节式扩大头，各所述竹节式扩大头之间以一定距离间隔分布，间隔距离不小于4m。

所述竹节式扩大头的直径不小于所述桩体直径的1.5倍。

一种涉及上述竹节式砂浆桩的施工方法，其特征在于所述施工方法至少包括如下步骤：

利用钻机成孔；成孔至所述竹节式砂浆桩预定深度后通过钻杆进行注浆；在注浆压力作用下，钻杆及上部土体上抬，抬至一定高度后固定钻杆，增大注浆压力使浆液向桩周扩散，从而在所述一定高度处形成第一个有水泥浆包裹的竹节式扩大头；之后解除钻杆的固定，继续注浆并抬升钻杆至第二个所述竹节式扩大头预设位置处后固定钻杆，增大注浆压力形成竹节式扩大头，如此往复，直至完成所述竹节式砂浆桩的成桩。

所述竹节式扩大头形成后的注浆终止通过注浆压力进行控制，在粘性土中的注浆终止压力控制在0.7-1.5Mpa。

所述竹节式扩大头形成后的注浆终止通过注浆压力进行控制，在粉土及砂土中的注浆终止压力控制在不小于2MPa。

所述成桩完成后，同轴压入一钢管或钢筋笼进入所述竹节式砂浆桩桩体内部。

所述的水泥浆主要由水、水泥、砂、粉煤灰及外加剂按一定配比现场配置而成，水灰比在0.5-0.6，水泥浆比重在1.6-1.9。

本发明的优点是，竹节式砂浆桩结构简单，成桩效率高，可利用加压注浆方式，形成数个竹节式扩大头，以提高桩体刚度及抗拔能力，并对桩周土体进行加固，有效提高土体强度，可广泛适用于基坑围护及地基处理等领域，具有施工便捷，设计灵活、经济环保等优点；当作为围护结构使用时，可加强围护范围内土体的抗滑、抵抗变形能力；当作为上部建筑的桩基础使用时，可加强桩基础的抗拔抗倾覆及承载能力。

附图说明

图1为本发明中竹节式砂浆桩结构示意图；

图2为本发明实施例一中步骤（一）的示意图；

图3为本发明实施例一中步骤（二）的示意图；

图4为本发明实施例一中步骤（三）的示意图；

图5为本发明实施例一中步骤（三）的示意图；

图6为本发明实施例一中步骤（四）的示意图；

图7为本发明实施例一中步骤（五）的示意图；

图8为本发明实施例一中步骤（六）的示意图；

图9为本发明实施例一中步骤（七）的示意图；

图10为本发明实施例二中基坑围护结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-10，图中标记1-19分别为：钢管或钢筋笼1、桩体2、竹节式扩大头3、钻机4、钻杆5、螺旋钻头6、注浆管7、土体8、桩体9、竹节式扩大头10、固定装置11、竹节式扩大头12、桩体13、钢管或钢筋笼14、压顶板15、外排竹节式砂浆桩16、内排竹节式砂浆桩17、连梁18、基坑19。

实施例一：本实施例具体涉及一种竹节式砂浆桩及其施工方法，通过加压注浆的方式在该竹节式砂浆桩的桩体上形成至少两个竹节式扩大头，从而提高桩体的抗弯刚度和抗拔力，可替代目前常用的预制桩及灌注桩。

如图1所示，该竹节式砂浆桩直立设置于土体内部，主要包括钢管或钢筋笼1、桩体2以及若干个竹节式扩大头3，且三者构成一体结构，其中桩体2为圆柱形的水泥砂浆桩，钢管或钢筋笼1则位于桩体2的内部用以提高桩体2的刚度，呈球状的竹节式扩大头3自桩体2的底部沿其桩身纵向均匀间隔分布，竹节式扩大头3的数量以及相邻的竹节式扩大头3之间的间隔距离应视桩体2的长度及实际工程的具体要求而定，一般间隔距离不小于4m，同时竹节式扩大头3的直径应不小于桩体2直径的1.5倍。

如图2-9所示，上述的竹节式砂浆桩通过在孔内加压注浆的方式形成，其具体施工步骤如下：

（一）如图2所示，根据竹节式砂浆桩的设计坐标在地面放孔定位，定位误差一般不得超过50mm，同时令钻机4就位，该钻机4上具有钻杆5以及位于钻杆5头部的螺旋钻头6，钻机4的尾部还与注浆管7相连，而注浆管7则与一泵机相连，可进行泵送水泥浆作业；

（二）如图3所示，启动钻机4上的钻杆5，在钻杆5的带动下螺旋钻头6螺旋钻进至竹节式砂浆桩的设计深度以成孔，根据成孔深度、土性及钻机设备情况选择一次或多次钻进，成孔直径则根据设计需要及施工机械不同可达到300mm～600mm；

（三）如图4、5所示，成孔完成后，开启注浆管7的注浆阀门，水泥浆液从注浆管7经钻杆5注至孔内底部，在孔底水泥浆液的压力作用下，螺旋钻头6、钻杆5及其上部土体8随之上抬，待上抬至一定高度后通过固定装置11锁定钻杆5，以使其不被上浮的水泥浆液继续顶起，随即螺旋钻头6及其上部土体8形成固定活塞，此时增大注浆管7的注浆压力以使水泥浆液挤压土体向孔底四周扩散，从而形成呈类似于球状的第一个竹节式扩大头10；其中所述的水泥浆主要由水、水泥、砂、粉煤灰及外加剂按一定配比现场配置而成，水灰比一般在0.5-0.6，水泥浆比重一般在1.6-1.9；

（四）如图6所示，待第一个竹节式扩大头10形成后，终止注浆，注浆终止一般以注浆压力控制，在粘性土中注浆终止压力控制在0.7-1.5MPa，粉土及砂土中注浆终止压力一般控制在大于2MPa；终止注浆后，解除固定装置11对钻杆5的锁定，继续注浆，在水泥浆液的压力作用下钻杆5及其上的螺旋钻头6得以继续抬升，当抬升至下一个竹节式扩大头的设计高度时，形成位于竹节式扩大头10之上的第一段桩体9；

（五）如图7所示，当钻杆5头部的螺旋钻头6抬升至第二个竹节式扩大头12的设计高度后，再次通过固定装置11锁定钻杆5，按照步骤（三）所述之方法，即增大注浆管7的注浆压力以使水泥浆液挤压桩体9顶部的土体向桩周扩散，从而在桩体9的顶部形成呈类似于球状的第二个竹节式扩大头12；

（六）如图8所示，待形成第二个竹节式扩大头12后，终止注浆，并再次解除固定装置11对于钻杆5的锁定，之后继续注浆，在水泥浆液的压力作用下钻杆5及其上的螺旋钻头6得以继续抬升，当抬升至下一个竹节式扩大头的设计高度时，形成位于竹节式扩大头12之上的第二段桩体13；如此重复上述步骤（三）～（五），直至成桩完成，钻杆5提起；

（七）如图9所示，成桩完成后可通过振动方式在桩体13、9内同轴压入钢管或钢筋笼14，从而提高桩体刚度，该钢管或钢筋笼14可根据成桩直径和设计需要选用直径60mm～95mm的钢管或三角形钢筋笼，钢管或钢筋笼的长度不小于1.2倍适用基坑的开挖深度并不大于桩体长度。

从本实施例中可以看出，竹节式水泥砂浆桩可利用加压注浆的方式形成数个竹节式扩大头，提高桩身刚度及抗拔能力，并可在加压注浆时利用水泥浆液对桩周土体进行挤压加固，使桩周土体更加密实，有效提高土体强度，可广泛适用于基坑围护及地基处理等领域，具有施工便捷，设计灵活、经济环保等优点。

具体的说，本竹节式砂浆桩的抗弯刚度相对于常规的砂浆桩提高了至少30%，其抗拔能力相对于常规的砂浆桩提高了至少50%，其施工周期相对于灌注桩可减少50%，此外，其施工成本相对于预制桩及灌注桩分别降低了20%和40%。

实施例二：本实施例中主要涉及实施例一中竹节式砂浆桩在基坑围护中的应用，如图10所示，在基坑19的开挖边线外侧一定距离设置有由竹节式砂浆桩所构成的门架式围护结构，用于有效约束基坑19的土体侧向变形。

如图10所示，该围护结构呈门架式构造，具体由双排围护桩（即外排竹节式砂浆桩16和内排竹节式砂浆桩17）、连梁18以及压顶板15组合构成。

如图10所示，外排竹节式砂浆桩16和内排竹节式砂浆桩17直立设置于土体中，且沿基坑6之边缘均匀分布，靠近基坑一侧的内排竹节式砂浆桩17与远离基坑一侧的外排竹节式砂浆桩16之间相隔一定距离；必要时可在两者之间设置止水帷幕以隔断地下水。在本实施例中，外排竹节式砂浆桩16或内排竹节式砂浆桩17均由若干均匀间隔分布的竹节式砂浆桩构成。值得注意的是，外排竹节式砂浆桩16与内排竹节式砂浆桩17的水平间距，深度及宽度均需根据土体性质确定，并满足基坑19的安全稳定性计算要求。

如图10所示，连梁18为横向设置的钢筋混凝土结构，且沿双排围护桩的延伸方向间隔设置，其两端分别连接固定于外排竹节式砂浆桩16与内排竹节式砂浆桩17的顶部，以构成整体受力结构。

如图10所示，压顶板15为钢筋混凝土结构，位于外排竹节式砂浆桩16、内排竹节式砂浆桩17以及连梁18的上方，具体的说是外排竹节式砂浆桩16和内排竹节式砂浆桩17的桩顶锚入压顶板15内构成一体结构，以最终形成整体门架式围护结构。

从本实施例中可以看出，上述门架式竹节砂浆桩围护结构，可利用前后排桩形成的门架式结构本身的刚度和稳定性来保证坑壁土体的稳定性，有效约束土体的侧向变形，满足基坑直立开挖的需要，解决了设置水平支撑时挖土不便、造价高的问题，克服了常规灌注桩门架式结构施工周期长，造价高等问题，同时还克服了预制桩抗弯刚度不够等问题，具有施工便捷，设计灵活、经济环保等优点。

Claims (9)

1.一种竹节式砂浆桩，其特征在于所述竹节式砂浆桩由直立桩体以及同轴设置于所述桩体内部的钢管或钢筋笼构成，所述桩体上具有至少两个呈球状的竹节式扩大头，所述桩体、所述钢管或钢筋笼及所述竹节式扩大头构成一体结构。

2.根据权利要求1所述的一种竹节式砂浆桩，其特征在于所述竹节式砂浆桩的底部具有竹节式扩大头。

3.根据权利要求1所述的一种竹节式砂浆桩，其特征在于所述桩体上具有若干呈球状的竹节式扩大头，各所述竹节式扩大头之间以一定距离间隔分布，间隔距离不小于4m。

4.根据权利要求1所述的一种竹节式砂浆桩，其特征在于所述竹节式扩大头的直径不小于所述桩体直径的1.5倍。

5.一种涉及权利要求1-4所述的竹节式砂浆桩的施工方法，其特征在于所述施工方法至少包括如下步骤：

  利用钻机成孔；成孔至所述竹节式砂浆桩预定深度后通过钻杆进行注浆；在注浆压力作用下，钻杆及上部土体上抬，抬至一定高度后固定钻杆，增大注浆压力使浆液向桩周扩散，从而在所述一定高度处形成第一个有水泥浆包裹的竹节式扩大头；之后解除钻杆的固定，继续注浆并抬升钻杆至第二个所述竹节式扩大头预设位置处后固定钻杆，增大注浆压力形成竹节式扩大头，如此往复，直至完成所述竹节式砂浆桩的成桩。

6.根据权利要求5所述的一种竹节式砂浆桩的施工方法，其特征在于所述竹节式扩大头形成后的注浆终止通过注浆压力进行控制，在粘性土中的注浆终止压力控制在0.7-1.5Mpa。

7.根据权利要求5所述的一种竹节式砂浆桩的施工方法，其特征在于所述竹节式扩大头形成后的注浆终止通过注浆压力进行控制，在粉土及砂土中的注浆终止压力控制在不小于2MPa。

8.根据权利要求5所述的一种竹节式砂浆桩的施工方法，其特征在于所述成桩完成后，同轴压入一钢管或钢筋笼进入所述竹节式砂浆桩桩体内部。

9.根据权利要求5所述的一种竹节式砂浆桩的施工方法，其特征在于所述的水泥浆主要由水、水泥、砂、粉煤灰及外加剂按一定配比现场配置而成，水灰比在0.5-0.6，水泥浆比重在1.6-1.9。

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