CN103821139B

CN103821139B - 一种夯扩载体劲芯多元复合桩及软土地基加固施工方法

Info

Publication number: CN103821139B
Application number: CN201410047391.2A
Authority: CN
Inventors: 邹胜勇
Original assignee: Zhejiang Institute of Communications
Current assignee: Zhejiang Institute of Communications
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2034-02-11
Also published as: CN103821139A

Abstract

本发明涉及一种夯扩载体劲芯多元复合桩及软土地基加固施工方法。目的是提供的复合桩具有排水效果好和承载能力高的优势，提供的方法具有工艺简单成熟、加固优势显著和效益高的特点。技术方案是：一种夯扩载体劲芯多元复合桩，包括散体桩；该散体桩中竖直穿插一刚性芯桩；刚性芯桩的底端与散体桩的底端平齐，刚性芯桩与散体桩的底端还共同连接一球形载体扩大头从而形成夯扩载体劲芯复合桩。一种载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，包括在软土地基中打入若干个散体桩、夯扩载体劲芯复合桩或/和劲芯复合桩；散体桩、夯扩载体劲芯复合桩工及劲芯复合桩的施工步骤如下：（1）散体桩施工；（2）夯扩载体劲芯复合桩施工；（3）劲芯复合桩施工。

Description

一种夯扩载体劲芯多元复合桩及软土地基加固施工方法

技术领域

本发明涉及一种多元复合桩加固软土地基技术，尤其是基于散体桩与刚性芯桩以及夯扩载体的复合技术，适于地层分布不均匀或承载力要求不一的软基加固。

背景技术

在公路软土地基处理技术中，提高复合地基中桩的承载力的方法包括以下3种：①增加桩身刚度减小压缩变形，②增加桩身直径增大侧摩阻力和③增加桩端体积增大受力面积。这些方法各自具有其局限性，单独使用都会受到各种因素的制约，从而不能最大限度地发挥桩土相互作用及其承载特性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术之不足，融合散体桩、刚性芯桩和载体桩的技术优点，提供一种夯扩载体劲芯多元复合桩；该复合桩同时兼具柔性桩和刚性桩的优点，具有排水效果好和承载能力高的优势。

本发明的另一目的是提供多元复合桩加固软基施工方法，该方法具有工艺简单成熟、加固优势显著和成本低效益高的特点；可实现建筑物拆除废弃物无害化处理与再生利用，并且解决地层分布复杂、承载力要求不一等特殊条件下的软基加固问题。

本发明提供的技术方案是：

一种夯扩载体劲芯多元复合桩，包括竖直固定在土层中且采用建筑废弃物作为再生骨料的散体桩；其特征在于该散体桩中竖直穿插一由钢筋混凝土形成的刚性芯桩；所述刚性芯桩的底端与散体桩的底端平齐，刚性芯桩与散体桩的底端还共同连接一球形载体扩大头从而形成夯扩载体劲芯复合桩。

所述球形载体扩大头由外部压密土体层包覆的建筑废弃物填料层和建筑废弃物填料层内部的干硬混凝土层组成。

所述刚性芯桩与散体桩的轴线重合。

一种载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，包括在软土地基中打入若干个相互间隔一定距离的散体桩、夯扩载体劲芯复合桩或/和劲芯复合桩；所述散体桩、夯扩载体劲芯复合桩工以及劲芯复合桩的施工步骤如下：

（1）散体桩施工

1）振动沉管：首先利用桩管自重徐徐静压至一定深度，然后开启振动锤使桩管振动下沉到设计深度；

2）投放骨料：停止振动沉管后，立即将作为再生骨料的建筑垃圾由加料口投入桩管内；

3）反插密实：根据单桩设计的再生骨料用量，确定第1次投料的成桩长度，进行数次反插直至桩管内再生骨料密实为止；

4）桩管拔出：边拔管边振动，直至拔出地面；将桩管提至高于地面，停止振动，并进行孔口投料，直至骨料灌至与地表齐平为止；

5）桩成品检测与验收。

（2）夯扩载体劲芯复合桩施工

2）内外管分别填料：

沉管停止振动后，在桩管中采用柱锤作业，柱锤的内管与桩管之间填入作为再生骨料的建筑垃圾，并分层夯实直至与地表齐平为止；

柱锤的内管中也填入一定量的建筑垃圾并用柱锤夯实，直至三击贯入度小于10cm或设计要求；然后通过护筒投料孔填入干硬性混凝土，每填0.01m³干硬性混凝土锤击1次，累计填约0.2～0.4m³；接着在内管用柱锤冲出一定直径的深孔；清除孔底浮土后放入预制钢筋笼，预制钢筋笼的底部坐入所述深孔的孔底；最后向内管中灌入混凝土，至设计桩顶标高以上50cm左右；

3）拔管；内管和外管同时边振动边拔管；

4）桩成品检测与验收。

（3）劲芯复合桩施工

2）内外管分别填料：

利用柱锤的内管在软土中冲出直达硬土地基的深孔，清除孔底浮土后放入预制钢筋笼，预制钢筋笼的底部坐入所述深孔的孔底；最后向内管中灌入混凝土，至设计桩顶标高以上50cm左右；

3）拔管；内管和外管同时边振动边拔管；

4）桩成品检测与验收。

所述夯扩载体劲芯复合桩或\劲芯复合桩或\散体桩的顶端还设置桩帽钢筋并浇注桩帽混凝土。

所述桩成品检测与验收步骤中，每个场地工程桩的检测数量不少于总数的0.5%～1.0%，且不应少于3点。

所述拔管步骤中的拔管速度应控制在1m/min～2m/min。

本发明的有益效果：

（1）柱锤夯击建筑废弃物（即废弃物填料），挤压周围土体，使之获得有效的挤密、加固作用，作用范围包括桩端以下深度为3～5m和直径2～3m约10m³的土体（图中显示了受挤密的影响土体），形成由干硬性混凝土、建筑废弃物填料和挤密土体组成的扩大头复合载体。

（2）载体劲芯多元复合桩利用散体材料外芯排水、护壁并挤密桩间土，而利用刚度和强度较大的芯桩可有效提高单桩承载力。

（3）多元复合桩组合可形成多元复合地基。多种介质协调匹配，刚柔相济，相互补强，共同提高，集排水、固结、置换、挤密置换和竖向增强作用等于一体。多元复合桩可进行多型单元桩组合，以适应现场不同土质分布情况，满足上部结构对承载力的多元化要求。

与其他类似的软基处理工艺相比，多元复合桩集成了多型单元桩的优点。其中，柔性短桩可加速排水固结，而载体与芯桩则可提高承载力，最大可将地基工后沉降控制于2～5cm范围。较之同体积刚性桩，单桩承载力与之相当，然而造价约为其1/2（采用建筑垃圾或其再生材料）。

多元复合桩还可充分利用建筑垃圾作为填料，具有消耗大量建筑垃圾，扩大建筑材料来源，减少天然建材消耗和土地面积占用等多重功效，可节约建材成本和保护生态环境，由此产生较为显著的经济、环保和社会效益。

附图说明

图1是散体桩的主视结构示意图。

图2是夯扩载体劲芯复合桩的主视结构示意图。

图3是劲芯复合桩的主视结构示意图。

图4是夯扩载体劲芯复合桩的施工过程示意图。

具体实施方式

如图所示的载体劲芯多元复合桩，包括以建筑废弃物为料源的散体桩1。

本发明在上述散体桩中设置一刚性芯桩2（即劲芯，通常为钢筋混凝土制成），该刚性芯桩竖直穿插在前述散体桩中（所述芯桩与散体桩的轴线重合），芯桩与散体桩的底端平齐；芯桩与散体桩的底端形成一个球形载体扩大头。所述载体扩大头由外部压密土体层5包覆的建筑废弃物填料层4和建筑废弃物填料层3内部的干硬混凝土层组成。

一种载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，根据不同地质条件在软土地基中打入若干个相互间隔一定距离的散体桩、夯扩载体劲芯复合桩或/和劲芯复合桩（散体桩、夯扩载体劲芯复合桩、劲芯复合桩的数量、分布方式以及相互之间的间距根据不同地质条件确定）；所述散体桩、夯扩载体劲芯复合桩工以及劲芯复合桩的施工步骤如下：

1、建筑垃圾再生处理

在旧城改造拆迁场地，进行建筑废弃物（如碎砖、碎瓦、混凝土）就地再生获得成桩主要原材料，包括各级粗骨料与细粒土等；旧城改造过程中，采用分选、破碎、筛分等技术环节，对建筑废弃物进行预处理，获得不同粒径范围的各级再生材料。

然后，针对劲芯桩复合地基不同结构部位用材特点，采用建筑废弃物作为夯扩载体填充料；既能解决天然骨料紧缺问题，又能解决建筑废弃物堆放、占地和污染等问题。

2、散体桩（即柔性桩）施工

为有效减小软基工后沉降，加速排水固结进程，采用振动沉管法在软土地基中首先打入散体桩，桩身材料以再生材料替代传统砂石。

(1)桩机就位：合拢桩尖合瓣，使桩管竖直，桩尖对准桩位标记。

(2)振动沉管：利用锤重和沉管自重，徐徐静压至一定深度后，开启振动锤使桩管振动下沉到设计深度。通常在此过程中，每下沉0.5m留振30s。

(3)稍微提升桩管使桩尖合瓣彻底打开。

(4)投放骨料：在停止振动沉管后，立即将建筑垃圾再生骨料由加料口投入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。

(5)振动拔管：拔管前先振动1min，以后边振动边拔管。每提升0.5～1.0m导管反插40cm，留振30～60s。如此反复，直至全管拔出，拔管平均速度为1.2～1.5m/min。

(6)反插密实：根据单桩设计的再生骨料用量，确定第1次投料的成桩长度，进行数次反插直至桩管内再生骨料密实为止。

(7)二次投料：当桩管提升至一定高度后，停止振动并开启第二投料口，进行第2次投料直至桩管灌满为止。

(8)拔出地表：继续边拔管边振动，直至拔出地面；将桩管提至高于地面，停止振动，并进行孔口投料（第3次投料），直至骨料灌至与地表齐平为止。

(9)孔口补料：启动反插，并及时进行孔口补料，至设计用量全部投完为止。

(10)孔口加压至前机架抬起，完成1根散体桩的施工。

3、劲芯复合桩施工

对于部分需要复合处理（穿插刚性芯桩）的散体桩，在振动沉管打设过程中预置内管（内管直径约等于劲芯桩直径，较之外管直径小约100～150mm）。待振动沉管完成后同时在内管灌注混凝土（形成刚性芯桩）而内外管空腔内投放再生骨料，最后边拔管边振动直至桩身完成（刚性芯桩的底端低于散体桩的底端1m以上）。其中，散体桩施工过程按前述相关步骤进行，而刚性芯桩的施工过程详述如下：

(1)吊放钢筋笼。通过内管用柱锤冲出一定直径（优选150mm）深孔，为后续桩身与载体发生良好黏结提供条件。清理孔底浮土，然后将钢筋笼吊放入内管，底部要求坐入深孔的孔底；

(2)浇筑混凝土。钢筋笼放置完成后，向内管中灌入标号为C25混凝土，至设计桩顶标高以上50cm左右。振捣混凝土，振捣时要快插慢拔；一次插至桩底并逐渐上拔，振捣时间不少于1.5min。

(3)拔出内（外）管。混凝土浇筑完毕后，将柴油锤压在管内混凝土之上，之后开始将内外管逐渐拔出。振动拔管施工过程参照散体桩施工中相关步骤进行。对于内管而言边拔管边压实形成载体劲芯复合桩。拔管速度应控制在1m/min～2m/min。

4、夯扩载体劲芯复合桩

对于部分需要复合处理的散体桩，在振动沉管打设过程中预置内管。要求：内管直径约等于劲芯桩直径，较之外管直径小约100～150mm。待振动沉管完成后，首先进行夯扩载体施工，然后同时在内管灌注混凝土而内外管空腔内投放再生骨料，最后边拔管边振动直至桩身完成。

其中夯扩载体的施工过程详述如下：

(1)夯扩桩机就位

在检查认定桩机设备正常后，即可实施夯扩桩机就位工作。在现场拼装桩机及其夯击部件，并用方木整平桩机。主机上悬挂一吊锤，用以测控钻杆的竖直度，同时保证柱锤与桩孔中心线重合。

(2)夯填建筑废弃物

首先，将柱锤提升至一定高度，以确保填料顺利投放(如图4的a步骤)；其次，在护筒底部分次分批填入一定量（共0.3-0.5m³）的建筑废弃物；最后，分层锤击夯实(如图4的b步骤)。

柱锤锤击可使填料向四周土体挤压，而使获得有效的挤密、加固效果。有效影响范围包括：桩端下深度约3～5m和直径约2～3m（总体积约10m³）的土体。

(3)测定三击贯入度

在填料被夯实且不再填料后，测定三击贯入度，即：采用35kN重锤，以落距6m做自由落体运动，连续夯击三次所测贯入度。

三击贯入度应小于10cm或设计要求。否则，应重复实施填料和重锤夯击的施工步骤，直至三击贯入度满足设计要求为止。

(4)夯填干硬性混凝土(如图4的c步骤)

通过护筒投料孔，再向孔底分次投入干硬性混凝土，每填0.01m³干硬性混凝土锤击1次，累计填约0.3m³则夯扩载体施工结束。在夯填完毕时，控制锤底高出内管底部3～5cm。

干硬性混凝土与桩身混凝土标号一致，同时要求：①水灰比0.3～0.4；②维勃稠度16～20s。所用砂、石和水泥按配比保持变，主要控制用水量，以使成品达到手攥成团、落地开花的效果。

接着在内管灌注混凝土（参照步骤3进行），完成后拔出内（外）管。

上述散体桩、劲芯复合桩、夯扩载体劲芯复合桩，可根据需要安装连接钢筋和桩帽；具体在达到桩帽连接钢筋底部标高时，先安放桩帽连接钢筋，待桩身混凝土强度达到设计值的80%时，绑扎桩帽钢筋并浇注桩帽混凝土。

最后是桩成品检测、验收；可在成桩后7～28d对上述散体桩、复合桩进行质量检测试验，包括开挖检测、钻孔检测和载荷试验等。每个场地工程桩的检测数量不少于总数的0.5%～1.0%，且不应少于3点。为保证工程质量，可适当加大检测频次。

为缩短检测时间，加快作业循环，采用声波透射法快速检测，辅助钻孔取芯法对比校正，既可满足较大频次检测要求，又可保证检测结果的准确性。

以上方案的特点是：

1、以柔性桩作为加速软基排水固结的主体单元，而以柔性桩复合后形成的（夯扩载体）劲芯桩作为提高承载能力的主要单元，多种类型的桩单元与软土共同作用构成了多元复合地基。对柔性桩的复合类型包括2种：①劲芯复合桩和②夯扩载体劲芯复合桩。复合类型选择及桩单元的分布可以根据现场承载力要求决定。

（1）夯扩（废弃物）载体扩大头。采用柱锤夯击建筑废弃物再生填料，使之挤压周围土体，从而得到有效挤密与加固。作用范围包括：桩端以下深度3～5m和直径2～3m约10m³的土体，形成由干硬性混凝土、废弃物填料和挤密土体组合而成的扩大头复合载体。

（2）长—短或刚—柔桩组合。柔性桩（如砂石桩）通常击穿软弱层底形成短桩，“短而密”的柔性桩可加速排水固结且振密、挤密软土。在部分柔性桩中心，打入刚性芯桩（如混凝土桩）并进入较硬持力层形成长桩。劲芯长桩与部分柔性短桩以及砂石垫层等形成多元桩复合地基。劲芯长桩利用散体材料外芯排水、护壁并挤密桩间土，而利用刚度和强度较大的劲芯有效提高单桩承载力。

（3）桩土相互作用共同承载。在多元复合地基中，夯扩载体、劲芯长桩、柔性短桩和桩间土体等多个单元协调匹配、刚柔相济、相互补强、共同提高，集置换、竖向增强、排水、固结、振密和充填作用于一体。该型多元复合地基大幅提高了软土地基的强度和稳定性，降低了压缩性，可以适应现场不同土质分布的实际工况，并能满足上部结构对承载力的多元化要求。

Claims

1.一种载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，包括在软土地基中打入若干个相互间隔一定距离的散体桩、夯扩载体劲芯复合桩或/和劲芯复合桩；所述散体桩、夯扩载体劲芯复合桩以及劲芯复合桩的施工步骤如下：

(1)散体桩施工

1)振动沉管：首先利用桩管自重徐徐静压至一定深度，然后开启振动锤使桩管振动下沉到设计深度；

2)投放骨料：停止振动沉管后，立即将作为再生骨料的建筑垃圾由加料口投入桩管内；

3)反插密实：根据单桩设计的再生骨料用量，确定第1次投料的成桩长度，进行数次反插直至桩管内再生骨料密实为止；

4)桩管拔出：边拔管边振动，直至拔出地面；将桩管提至高于地面，停止振动，并进行孔口投料，直至骨料灌至与地表齐平为止；

5)桩成品检测与验收；

(2)夯扩载体劲芯复合桩施工

2)内外管分别填料：

柱锤的内管中也填入一定量的建筑垃圾并用柱锤夯实，直至三击贯入度小于10cm或设计要求；然后通过护筒投料孔填入干硬性混凝土，每填0.01m³干硬性混凝土锤击1次，累计填0.2～0.4m³；接着在内管用柱锤冲出一定直径的深孔；清除孔底浮土后放入预制钢筋笼，预制钢筋笼的底部坐入所述深孔的孔底；最后向内管中灌入混凝土，至设计桩顶标高以上50cm；

3)拔管；内管和外管同时边振动边拔管；

4)桩成品检测与验收；

(3)劲芯复合桩施工

2)内外管分别填料：

利用柱锤的内管在软土中冲出直达硬土地基的深孔，清除孔底浮土后放入预制钢筋笼，预制钢筋笼的底部坐入所述深孔的孔底；最后向内管中灌入混凝土，至设计桩顶标高以上50cm；

3)拔管；内管和外管同时边振动边拔管；

4)桩成品检测与验收。

2.根据权利要求1所述的载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，其特征在于：所述夯扩载体劲芯复合桩或/和劲芯复合桩或/和散体桩的顶端还设置桩帽钢筋并浇注桩帽混凝土。

3.根据权利要求2所述的载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，其特征在于：所述桩成品检测与验收步骤中，每个场地工程桩的检测数量不少于总数的0.5％～1.0％，且不应少于3点。

4.根据权利要求3所述的载体劲芯多元复合桩加固软土地基施工方法，其特征在于：所述拔管步骤中的拔管速度控制在1m/min～2m/min。