CN103741678A - 带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法 - Google Patents

带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法 Download PDF

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本发明公开了一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法，其特征在于所述微型桩由注浆外管、套装于所述注浆外管外部的柔性桩袋以及充填于所述注浆外管和柔性桩袋内部的聚氨酯泡沫构成，所述柔性桩袋的袋口与所述注浆外管的一端外壁密封连接。本发明的优点是，微型桩具有单桩承载力高，嵌固地基能力好，施工简单快捷，桩型和桩径可控，用浆量小，工期短，不会出现缩径、断桩的质量事故。

Description

带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法
技术领域
本发明属于地基加固和纠偏技术领域，具体涉及一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法。
背景技术
对于建设在软弱地基的建构筑物，若在设计或施工阶段未考虑或采取有效的地基处理措施，建成后容易出现大面积的地面沉降，如若地基土软弱不均，会出现过大的差异沉降，在建构筑物内产生裂缝，危害结构安全。
微型桩是一种具有承载力较高、施工快捷、布置形式灵活等特点的新型桩型，广泛用于建构筑物改造加固及纠偏、防洪堤坝和塔基及边坡等加固工程中。
近年来，花管水泥注浆成桩法在软土地区的建构筑物的沉降地面处理中得到了广泛的运用。花管水泥注浆成桩法是利用花管向填筑区内注入具有一定胶凝时间的水泥浆液。由于钢花管上预设有小孔，通过小孔可向周围土体压注水泥浆，注入的浆液在压力作用下以填充、渗透和挤密等方式排出土颗粒间裂隙中的水分和空气，并占据土颗粒间的空间，使土体孔隙比减少，强度提高，经过一段时间后水泥凝结，浆液将原来松散的土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强度大、防水性能高和化学稳定性好的微型桩体，提高地基土体强度，减小后期的沉降量。
但是花管水泥注浆成桩法也存在以下一些缺点：
（1）花管水泥注浆成桩法采用水泥作为灌浆材料，水泥粒径较大，粗颗粒多，最大粒径可达90～100μm.水灰比较大时，浆液的稳定性差，易析水回浓，不能有效灌入细微裂隙；
（2）花管水泥注浆成桩法施工设备较大型，由于水泥属于颗粒材料，成孔直径较大，对既有建构筑物的扰动较大；
（3）花管水泥注浆成桩法桩体硬化时伴有析水，固相体积收缩，使硬化结石与被灌地基的粘结强度降低，降低了地基承载力；
（4）花管水泥注浆成桩法注浆范围不可控制，如在孔隙较大的填土内，渗透半径较大，容易造成水泥浆液的浪费；
（5）花管水泥注浆成桩法主要调节高压水泥泵的注浆压力，对桩体的直径，影响范围，桩体的形状无法控制；
（6）花管水泥注浆成桩法注浆桩体需要一定的养护时间才能形成强度，对建构筑物的加固区域需要封闭施工，对生产经营活动造成一定影响。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法，该微型桩通过在其注浆外管外部套设柔性桩袋并充填聚氨酯泡沫以构成微型桩桩体，该微型桩可提高建构筑物地基承载力，并可对发生不均匀沉降的建构筑物进行加固纠偏。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩，其特征在于所述微型桩由注浆外管、套装于所述注浆外管外部的柔性桩袋以及充填于所述注浆外管和柔性桩袋内部的聚氨酯泡沫构成，所述柔性桩袋的袋口与所述注浆外管的一端外壁密封连接。
伸入所述柔性桩袋内部的所述注浆外管管壁上具有若干注浆孔眼。
所述柔性桩袋为土工布袋、布袋、塑料套、橡胶套、尼龙纤维袋中的一种。
所述注浆外管在所述柔性桩袋内的伸入长度不小于所述柔性桩袋长度的一半。
一种涉及上述带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的施工方法，其特征在于所述施工方法至少包括如下步骤：
在地基中成桩孔；将所述注浆外管套入所述柔性桩袋内，并将所述柔性桩袋的袋口与所述注浆外管的一端外壁密封连接；将带有所述柔性桩袋的注浆外管下放入所述桩孔中；在地面上设置一台储存有聚氨酯反应原料浆的双组份聚氨酯发泡设备，使所述注浆外管的开口端与所述双组份聚氨酯发泡设备的输出端连通，所述双组份聚氨酯发泡设备的输出端具有外延的注浆管并伸入至所述注浆外管底部，通过所述双组份聚氨酯发泡设备的注浆管将所述聚氨酯反应原料浆泵送入所述注浆外管内，聚氨酯反应原料浆通过所述注浆孔眼注入到所述柔性桩袋内，所述聚氨酯反应原料浆发生化学反应膨胀，注浆管在每个位置注浆一段时间后，匀速上升一段距离再注浆，生成的聚氨酯泡沫将所述柔性桩袋充满并撑大，形成桩体，即带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩。
所述双组份聚氨酯发泡设备内所储存的聚氨酯反应原料浆包括分隔储存的A组分和B组分，所述A组分和所述B组分按重量比1:0.1～1:10通过所述双组份聚氨酯发泡设备泵送入所述注浆外管内混合，其中，所述A组分包括一种或多种氰酸酯，所述B组分包括多元醇、扩链剂、发泡剂以及催化剂。
一种涉及上述带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的应用方法，其特征在于所述应用方法为利用所述微型桩提高建构筑物的地基承载力，具体步骤为：在建构筑物地基中按一定间距以正方形或三角形布置所述微型桩，所述微型桩上部铺设有一层厚度为100mm-400mm的砂石垫层。
一种涉及上述带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的应用方法，其特征在于所述应用方法为利用所述微型桩对发生不均匀沉降的建构筑物进行加固纠偏，具体步骤为：在发生不均匀沉降的建构筑物地基中，将带有所述柔性桩袋的注浆外管斜向或竖向深入至所述地基中，之后持续向所述注浆外管中注入聚氨酯反应原料浆以使其发生化学反应膨胀，生成所述聚氨酯泡沫将所述柔性桩袋充满并撑大，注浆持续直到所述地基表面的竖向位移达到设计纠偏要求。
本发明的优点是：
①施工快捷简便，不需要养护时间：聚氨酯原料注射，15分钟内便发生充分的化学反应，拥有90%以上的强度，可为工程建设节省大量工期；
②带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩强度高，弹性模量大，单桩承载力高：聚氨酯原料注射后，发生化学反应，形成坚硬的块状体，与注浆外管、柔性桩袋稳固胶结，形成竖向增强体；
③成桩质量好，承载力高：聚氨酯原料反应后，体积可迅速膨胀，最高到40倍液体体积，产生膨胀压力，且反应后形成的聚氨酯泡沫不会发生干缩，对周围土体有强大的挤压作用，所以不会出现缩径现象，桩侧阻力大，承载力较高；
④耐久性好，聚氨酯泡沫为惰性材料，耐化学腐蚀，在地底下老化时间长，能长期保持稳定的性能；
⑤绿色环保无污染：聚氨酯泡沫性能稳定，无污染，长期埋置于地下不会对地下造成污染；且由于外围桩袋的作用，聚氨酯原料反应浆液不会随意扩散，保护了地下环境；聚氨酯原料反应浆液生产过程安全可控，造成的环境污染比水泥等传统材料低很多。
附图说明
图1为本发明中微型桩结构示意图；
图2为本发明中由多根注浆外管连接形成的微型桩结构示意图；
图3为本发明中微型桩的施工步骤示意图；
图4为本发明中微型桩应用于建构筑物加固纠偏的示意图。
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1-4，图中标记1-9分别为：注浆外管1、柔性桩袋2、注浆孔眼3、聚氨酯泡沫4、套箍5、桩孔6、双组份聚氨酯发泡设备7、地基8、注浆管9。
实施例：本实施例具体涉及一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩及其施工方法和应用方法，该微型桩可应用于地基处理、建构筑物加固及纠偏、防洪堤坝和塔基及边坡等加固工程中。
如图1所示，本实施例中的微型桩以垂直或斜向姿态设置于土体中，其包括注浆外管1、套装于注浆外管1外部的柔性桩袋2以及充填于注浆外管1和柔性桩袋2内部的聚氨酯泡沫4，柔性桩袋2的袋口同注浆外管1的管口外壁处通过套箍5扎紧固定。其中，注浆外管1可以是钢管、PVC管、ABS管或者袖阀管中的一种，其位于柔性桩袋2内的管壁部分上带有注浆孔眼3；柔性桩袋2可以是土工布袋、布袋、塑料套、橡胶套、尼龙纤维袋等袋状物中的一种，其充满聚氨酯泡沫4撑开后的直径远大于注浆外管1的直径；聚氨酯泡沫4是由两种组分混合后发生快速化学反应，膨胀5-30倍体积形成的一种高聚物，是主链上含有重复的—HNCO—O—基团的树脂，聚氨酯泡沫4的密度为30kg/m3-1000kg/m3，其抗压强度为0.5MPa-50MPa，聚氨酯泡沫4与注浆外管1和外围柔性桩袋2胶结形成地下竖向体，即本微型桩，带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩直径为10cm-60cm，密度为30kg/m3-1000kg/m3，桩长0.5m-10m。
如图2所示，本实施例中的微型桩在实际工程应用中并不限于由一根注浆外管1构成，当桩孔深度较大时，微型桩也可由两根或多根注浆外管1连接构成，各根注浆外管1上仍旧各自通过套箍5扎紧固定有柔性桩袋2。
如图3中从左至右所示为本实施例中微型桩的成桩步骤示意图，具体步骤为：
步骤一 地基中成桩孔6：
如图3所示，在地基中成垂直于地面的桩孔6，可按照传统的人工挖土成孔工艺、螺旋钻机取土成孔工艺或旋挖钻取土成孔工艺施行，桩孔6直径为3cm-15cm, 孔深按设计桩长取值；成孔设备可选用工程地质钻机、GPS-10型正循环钻机、DZ60KS型振动锤沉管机；
步骤二 注浆外管1绑扎柔性桩袋2：
如图2、3所示，桩孔6施作完毕后，校验孔位、孔深以及垂直度，均满足要求后，将注浆外管1套入柔性桩袋2内，并在注浆外管1顶部将柔性桩袋2与注浆外管1通过套箍5绑扎严实，防止浆液从顶部溢出；
步骤三  下放绑扎好柔性桩袋2的注浆外管1进入桩孔6：
如图3所示，将绑扎好柔性桩袋2的注浆外管1下放进入桩孔6中，如若注浆外管1由多节注浆外管连接而成，在下放之前，必须确保连接处紧密；
步骤四 浇注聚氨酯反应原料浆：
如图2、3所示，在地面上停放有储存有聚氨酯反应原料浆的双组份聚氨酯发泡设备7，双组份聚氨酯发泡设备7的输出端与注浆外管1的顶口相连通，同时在双组份聚氨酯发泡设备7的输出端向外延伸出一根注浆管9并使其底端伸入至注浆外管1底部，略高于注浆外管1底部的注浆孔眼3，以进行聚氨酯反应原料浆浇注；将聚氨酯反应原料浆通过注浆管9泵送入壁上带有注浆孔眼3的注浆外管1内，通过0.1MPa-100MPa的注浆压力将浆液通过壁上的注浆孔眼3，注入到柔性桩袋2内，聚氨酯反应原料浆自下而上发生化学反应膨胀，生成聚氨酯泡沫4，将柔性桩袋2充满并撑大，形成桩体，即带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩；需要说明的是，注浆管9可以是钢管、PVC管、ABS管或者袖阀管中的一种，注浆管9的直径略小于注浆外管1，保证其在注浆外管1内可自由移动，其在每个位置注浆一段时间后，需匀速向上提拉一段距离后再行注浆；双组份聚氨酯发泡设备7含有空气循环系统，在注浆停止过程中，设备产生高达20MPa的循环空气，不断从注浆管吹出，保证注浆孔眼3不会被聚氨酯泡沫堵塞和持续注浆成桩；前述的聚氨酯反应原料浆由分隔储存的A组分和B组分按照重量比1:0.1～1:10通过双组份聚氨酯发泡设备7注射混合； 
其中，A组分包括一种或多种氰酸酯，该氰酸酯可由通式R(NCO)n表示，其中R 表示含2-18 个碳原子的脂肪族烃基、含6-15 个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，n=2-4；
其中，B组分包括多元醇、扩链剂、发泡剂和催化剂，所述的多元醇是一种多元醇或多种多元醇的混合物，多元醇的平均分子量为100-10000，官能度为2-10，所述的扩链剂为一种或多种扩链剂的混合物，是分子量小于800 的含活泼氢原子化合物；所述的发泡剂选用水、卤代烃、烃类化合物、气体等，用量为多元醇和扩链剂重量的0.3%-15.0%；所述的催化剂为胺类催化剂、有机金属催化剂、或它们的混合物，用量为多元醇和扩链剂重量的0.001%-10.0%，在-10°C-100°C下， A组分和B组分混合发生化学反应，生成聚氨酯泡沫4，,聚氨酯泡沫4是高聚物，是主链上含有重复的—HNCO—O—基团的树脂；
聚氨酯反应原料浆的最佳反应温度范围为15-40摄氏度，该双组份聚氨酯发泡设备7具有加热装置，可以将原料加热到这个范围内保证注浆过程中充分反应膨胀。
如图1-3所示，本实施例中带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩可以用于提高建构筑物的地基承载力，具体的应用方法为：在建构筑物地基中按一定间距以正方形或者三角形布置微型桩，厚度为100mm-400mm的砂石垫层铺设在微型桩桩群和建构筑物地基上部，以最终整体提高建构筑物的地基承载力。
如图4所示，本实施例中带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩可以用于对发生不均匀沉降的建构筑物进行加固纠偏：
如图4所示，若建构筑物中的地基8中心部位发生不均匀沉降时，穿透地基8垂直布置绑扎有柔性桩袋2的注浆外管1，并按前述微型桩的施工方法进行注浆，注浆持续直到地基8表面的竖向位移达到设计要求，地基8表面的竖向位移由设置的实时观测仪器确定；
若建构筑物的地基发生单侧沉降，则可在地基发生沉降的一侧斜向穿透地基布置绑扎有柔性桩袋的注浆外管，并按前述微型桩的施工方法进行注浆，注浆持续直到地基沉降一侧的表面竖向位移达到设计要求，地基表面的竖向位移由设置的实时观测仪器确定。
在本实施例中，利用设备在地基中成桩孔，将带有柔性桩袋的注浆外管送入设计深度的孔内，通过专用双组份聚氨酯发泡设备注入聚氨酯原料反应浆液A、B组分进入柔性桩袋内，聚氨酯反应原料A、B组分发生快速的化学反应，膨胀体积为5-30倍原反应原料浆液液体体积，同时产生高达400kPa的膨胀压力，充实柔性桩袋内的体积，高压膨胀柔性桩袋并对周围土体产生强大的挤密作用，外围的柔性桩袋可以有效控制浆液的扩散半径，使桩体形态直径可控，此外，如果该桩体布置在发生不均匀沉降的已有建构筑物基础上，持续注浆，并能对基础进行抬升、纠偏和加固。聚氨酯原料浆液发生化学反应固化非常迅速，10min内聚氨酯泡沫的强度就可达到最终强度的90%，不需要长时间的养护，施工结束后即可承担较大的工作荷载，大大缩短了工程工期。

Claims (8)

1.一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩，其特征在于所述微型桩由注浆外管、套装于所述注浆外管外部的柔性桩袋以及充填于所述注浆外管和柔性桩袋内部的聚氨酯泡沫构成，所述柔性桩袋的袋口与所述注浆外管的一端外壁密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩，其特征在于伸入所述柔性桩袋内部的所述注浆外管管壁上具有若干注浆孔眼。
3.根据权利要求1或2所述的一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩，其特征在于所述柔性桩袋为土工布袋、布袋、塑料套、橡胶套、尼龙纤维袋中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩，其特征在于所述注浆外管在所述柔性桩袋内的伸入长度不小于所述柔性桩袋长度的一半。
5.一种涉及权利要求1-4中任一所述带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的施工方法，其特征在于所述施工方法至少包括如下步骤：
在地基中成桩孔；将所述注浆外管套入所述柔性桩袋内，并将所述柔性桩袋的袋口与所述注浆外管的一端外壁密封连接；将带有所述柔性桩袋的注浆外管下放入所述桩孔中；在地面上设置一台储存有聚氨酯反应原料浆的双组份聚氨酯发泡设备，使所述注浆外管的开口端与所述双组份聚氨酯发泡设备的输出端连通，所述双组份聚氨酯发泡设备的输出端具有外延的注浆管并伸入至所述注浆外管底部，通过所述双组份聚氨酯发泡设备的注浆管将所述聚氨酯反应原料浆泵送入所述注浆外管内，聚氨酯反应原料浆通过所述注浆孔眼注入到所述柔性桩袋内，所述聚氨酯反应原料浆发生化学反应膨胀，注浆管在每个位置注浆一段时间后，匀速上升一段距离再注浆，生成的聚氨酯泡沫将所述柔性桩袋充满并撑大，形成桩体，即带有柔性桩袋的聚氨酯注浆微型桩。
6.根据权利要求5所述的一种带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的施工方法，其特征在于所述双组份聚氨酯发泡设备内所储存的聚氨酯反应原料浆包括分隔储存的A组分和B组分，所述A组分和所述B组分按重量比1:0.1～1:10通过所述双组份聚氨酯发泡设备泵送入所述注浆外管内混合，其中，所述A组分包括一种或多种氰酸酯，所述B组分包括多元醇、扩链剂、发泡剂以及催化剂。
7.一种涉及权利要求1-4中任一所述带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的应用方法，其特征在于所述应用方法为利用所述微型桩提高建构筑物的地基承载力，具体步骤为：在建构筑物地基中按一定间距以正方形或三角形布置所述微型桩，所述微型桩上部铺设有一层厚度为100mm-400mm的砂石垫层。
8.一种涉及权利要求1-4中任一所述带有桩袋的聚氨酯注浆微型桩的应用方法，其特征在于所述应用方法为利用所述微型桩对发生不均匀沉降的建构筑物进行加固纠偏，具体步骤为：在发生不均匀沉降的建构筑物地基中，将带有所述柔性桩袋的注浆外管斜向或竖向深入至所述地基中，之后持续向所述注浆外管中注入聚氨酯反应原料浆以使其发生化学反应膨胀，生成所述聚氨酯泡沫将所述柔性桩袋充满并撑大，注浆持续直到所述地基表面的竖向位移达到设计纠偏要求。
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