CN103993598B - 一种引孔植入布袋碎石注浆桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引孔植入布袋碎石注浆桩及施工方法，主要由预制桩尖、钢绞线、土工布袋、桩端浆固体、碎石浆固桩体、盖板组成，所述预制桩尖设于桩体底部，所述预制桩尖中心设有供注浆管穿过的预留孔，边缘设有供钢绞线穿过的孔洞；预制桩尖底部浇筑形成桩端浆固体；碎石浆固桩体设于预制桩尖上部，其外侧设置土工布袋；盖板设于碎石浆固桩体上方。本发明的有益效果是：充分发挥散体材料的性能，解决桩体缩颈、鼓胀、塌孔、泥浆污染等问题，提高结构的整体性、承载性能，降低桩体的沉降，加快提高地基承载力、改善成桩质量。

Description

一种引孔植入布袋碎石注浆桩及施工方法

技术领域

本发明涉及一种注浆桩及施工方法，更具体的说涉及一种引孔植入布袋碎石注浆桩及施工方法，属于地基处理领域。

背景技术

随着铁路和公路事业的不断发展，对桥梁灌注桩的承载能力和沉降控制提出了更高的要求。然而，东南沿海地区大多属于软土地基，容易产生不均匀沉降，因此软土地基处理问题显得日益突出。目前工程领域中与本专利相近的工法有三种，即布袋注浆桩、碎石注浆桩、布袋散体材料后注浆桩。

传统的布袋注浆桩施工技术(专利号：ZL 200710053179.7)先利用成孔机械在桩的设计位置钻孔，然后把安装好的布袋和注浆管放到桩孔中，然后将注浆液自下而上逐级压入，最后将布袋撑开，在土体中形成柱形的桩体。此施工方法经常会遇到塌孔或缩颈等问题，会导致布袋放置困难、无法达到设计桩径等问题。

碎石注浆桩(专利申请号：201310636953.2)施工过程包括先用钻机成孔，在孔内放置注浆管并向孔内灌入碎石，然后通过注浆管向孔内注入清水进行简单的洗孔，最后通过注浆管进行压力注浆，进而形成浆固桩体。碎石注浆桩能充分发挥其置换作用，改善地基的抗剪性能；同时碎石注浆桩具有良好的透水性，在上部荷载作用下能够发挥其良好的排水性能，加速土体固结，提高地基强度，减小地基的沉降量效果显著；此外，碎石注浆桩的材料来源丰富，成本低，具有良好的经济效益。但是传统的碎石注浆桩也存在许多问题，(1)桩顶2～3m内容易发生鼓出破坏，当径向变形过大时将导致桩体承载力大大降低从而导致失效；(2)当碎石穿过淤泥等极软土层时，无法有效避免灌入的碎石向桩径外扩散而挤入软土地层中，造成碎石注浆桩体均匀性差，影响桩体的承载力和整体性。(3)施工过程中会有土层中的泥浆残留在碎石中，污染碎石，并且影响桩体的承载性能。

布袋散体材料后注浆桩(专利申请号：200820087682.4)是利用吊绳将土工布袋吊入钢沉管内，其中土工布袋下部固定在预制钢筋混凝土桩尖上，用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将钢管以及预制钢筋混凝土桩尖沉入土层中形成桩孔，然后向布袋内放入注浆管并灌入碎石，边振动边拔出沉管，最后进行压力注浆形成所需要的注浆桩。该工艺施工质量不易控制，拔管过快容易造成桩身缩颈，而且由于是挤土桩，先期浇注好的桩易受到挤土效应而产生倾斜断裂甚至错位。由于施工过程中，锤击会产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，故不太适合在市区运用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构的承载性能好、施工效率高，有效避免缩颈、鼓胀和泥浆污染的引孔植入布袋碎石注浆桩及施工方法。

这种引孔植入布袋碎石注浆桩，主要由预制桩尖、钢绞线、土工布袋、桩端浆固体、碎石浆固桩体、盖板组成，所述预制桩尖设于桩体底部，所述预制桩尖中心设有供注浆管穿过的预留孔，边缘设有供钢绞线穿过的孔洞；预制桩尖底部浇筑形成桩端浆固体；碎石浆固桩体设于预制桩尖上部，其外侧设置土工布袋；盖板设于碎石浆固桩体上方。

作为优选：所述预制桩尖采用圆形钢板桩尖、十字形钢板桩尖或网兜桩尖，预制桩尖的边缘位置均匀设有2～3个供钢绞线穿过的孔洞。

作为优选：所述土工布袋上部3～5m采用碳纤维布袋，土工布袋下部通过连接件或胶粘固定在预制桩尖上。

作为优选：所述土工布袋外侧设有环向约束体，所述环向约束体采用土工格栅。

作为优选：所述盖板采用钢筋混凝土盖板或碎石注浆形成，盖板中预留使钢绞线穿过的竖向孔洞，盖板顶部设置固定钢绞线的锚具。

作为优选：所述盖板中预留使钢绞线穿过的竖向孔洞内嵌PVC管。

这种引孔植入布袋碎石注浆桩的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、钻进成孔：在土层中用钻机进行钻进成孔至设计深度；

步骤二、放预制桩尖：将固定有钢绞线、土工布袋以及环向约束体的预制桩尖放入桩孔内一定深度，其中钢绞线上端缠绕在洞口固定装置的滑轮上；

步骤三、放注浆管：将注浆管插入预制桩尖预留孔中，并伸出桩尖5～10cm；

步骤四、灌碎石：向土工布袋内灌入碎石，让预制桩尖以及碎石在自重条件下逐渐沉入桩孔底部；

步骤五、挖排水沟：在桩孔旁边挖一条排水沟，保证及时排除碎石内溢出的水；

步骤六、压力注浆：用高压灌浆泵向预制桩尖底部注浆，形成桩端浆固体，然后逐步提升注浆管，往碎石中压力注浆，直至将布袋注满；

步骤七、盖板施工：桩体注浆结束后，同步进行盖板的施工；

步骤八、施加预应力：待桩体达到设计强度时，对钢绞线施加预应力，并在盖板上部设置锚具，最后根据工程需要进行后序施工。

作为优选：所述步骤一中，成孔方式采用干取土成孔或泥浆护壁成孔；当使用泥浆护壁成孔时，所述步骤四中，注浆管在逐渐沉入桩孔底部过程中抽取泥浆。

作为优选：所述步骤四的具体步骤为：先向土工布袋内灌入0.8～1m厚的碎石，让预制桩尖和碎石在自重的作用下沉入桩孔底部，灌入碎石的过程中使碎石振动密实。

作为优选：所述步骤四中，预制桩尖沉入桩孔底部后将钢绞线回收。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在适宜的地质情况下使用干取土成孔，同时布袋的设置可避免淤泥挤入碎石，避免了泥浆的污染，对解决桩体缩颈、鼓胀等问题具有良好的效果；

(2)施工过程中，上部碎石的侧向力比较大，利用碳纤维布袋良好的抗拉性能来约束碎石，避免碎石挤入周围土层中，对提高上部桩体的完整性和成桩质量具有良好的效果；

(3)桩体外的环向约束体在注浆时可以对桩体起到束缚作用，避免碎石或砂浆挤入周围土层中，具有增强桩体的整体性的效果；

(4)钢绞线的设置，使桩尖保持水平逐渐下沉，保证了碎石能够顺利灌入布袋中，同时，在后期施工中可对钢绞线施加预应力，可大大提高桩体的承载性能以及盖板和桩体间的整体性。

(5)桩尖沉入桩孔底部过程中，桩尖底部会存在浮土(泥)，属于软弱土层，桩端浆固体可以对桩尖底部的软弱土层进行加固，减小桩体的沉降，增强桩体的承载性能。

(6)施工过程中，钢绞线的回收循环利用可以降低工程造价，具有较好的经济性。

(7)在施工过程中，向土工布袋内灌入部分碎石，让桩尖以及碎石在自重条件下逐渐沉入桩孔底部，下沉过程中不断补灌碎石，有效避免了缩颈、鼓胀等不良现象的发生。

总之，本发明的特点在于充分发挥散体材料的性能，解决桩体缩颈、鼓胀、塌孔、泥浆污染等问题，提高结构的整体性、承载性能，降低桩体的沉降，加快提高地基承载力、改善成桩质量。

附图说明

图1是本发明引孔植入布袋碎石注浆桩纵向剖面图；

图2是先引孔植入布袋碎石注浆桩结构成桩示意图；

图3是先引孔植入布袋碎石注浆桩主要施工流程图；

附图标记说明：桩孔1、预制桩尖2、预留开孔3、钢绞线4、滑轮5、注浆管6、碳纤维布袋7、土工布袋8、环向约束体9、碎石10、桩端浆固体11、盖板12、锚具13、PVC管14、碎石浆固桩体15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

本发明的实施参照图1至图3所示，本发明先成孔后植入布袋碎石注浆桩结构主要由：预制桩尖2、钢绞线4、碳纤维布袋7、土工布袋8、桩端浆固体11和盖板12组成。

本实例桩孔直径为500mm，预制桩尖2采用圆形钢板桩尖，设于布袋碎石注浆桩底部，圆形钢板桩尖的中心位置设有开孔，以便注浆管6穿过，注浆管端部伸出圆形钢板桩尖50mm。注浆时，注浆压力控制在0.3～0.7MPa，其中注浆用的水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥。投石料粒径为20～40mm。

碳纤维布袋7采用机织碳纤维布袋，布袋的长度为5m；土工布袋8选用卷筒型，单位面积250g/m²，等效孔径0.07～0.5mm，撕破强度≥0.9kN，渗透系数K＝1×10^-2～1×10^-3cm/s，CBR顶破强度≥5.5kN。其中两种材料布袋直径均为500mm，布袋连接处通过缝合连接，缝合处重叠200mm；布袋下部通过胶接固定在钢板预制桩尖2上。

钢绞线4选用15-7φ5规格的钢绞线，钢绞线的下端通过焊接固定钢板预制桩尖2，上端缠绕在洞口固定装置的滑轮4上。

环向约束体9采用土工格栅，呈上下贯通的圆筒状，通过将片状的土工格栅卷起，用尼龙绳绑扎卷起边而成，下部通过胶接和土工布袋一起固定在预制桩尖2上。

盖板12中内嵌PVC管14直径为30mm。

图3是先成孔后植入布袋碎石注浆桩主要施工流程图；如图3所示，上述引孔植入布袋碎石注浆桩的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、施工前准备：根据设计图纸，处理施工场地，测出桩位，画出桩位轮廓线；

步骤二、钻机就位：成孔可以采用旋挖钻机。设备进场后，按照装配图纸进行组装；

步骤三、钻进成孔：在土层中利用旋挖钻机成孔至设计深度，采用干取土成孔，钻孔时可向孔中注水护壁；

步骤四、放桩尖：将固定有预应力钢绞线4、土工布袋8、环向约束体9的预制桩尖2放入桩孔1内一定深度，将注浆管6插入到桩尖预留孔3中，下端突出钢板50mm，其中钢绞线4通过固定在洞口的滑轮5对整个预制桩尖2具有提拉作用；

步骤五、灌碎石：向土工布袋内灌入1m厚清洗过的碎石10，让预制桩尖2以及碎石10在自重下逐渐沉入桩孔1的底部，随着预制桩尖2的下降，不断向布袋内灌入碎石10，直至达到设计深度，灌入碎石10的过程中用振动器使碎石振动密实；

步骤六、挖排水沟：在旁边挖一条排水沟，保证及时排除碎石10内溢出的地下水；

步骤七、压力注浆：当碎石10中无地下水溢出时，用高压灌浆泵向预制桩尖2底部注浆，形成桩端浆固体11，然后逐步提升注浆管6，往碎石10中压力注浆，注浆管6提升速度控制在0.4～0.6m/min；当桩体上部有浆液溢出时，孔口翻浆比重到达要求后持续注浆30s；

步骤八、浇筑盖板：桩体的注浆完成后，然后浇筑桩体上部的盖板12，盖板12采用钢筋混凝土盖板；

步骤九、施加预应力：当碎石浆固桩体15和盖板12达到设计强度后，对钢绞线施加预应力，并在盖板上部设置锚具13，然后根据工程需要进行后序施工。

当步骤三中也可以使用泥浆护壁取孔，此时步骤四中，注浆管6在逐渐沉入桩孔1底部过程中抽取泥浆。

Claims (10)

1.一种引孔植入布袋碎石注浆桩，其特征在于：主要由预制桩尖(2)、钢绞线(4)、土工布袋(8)、桩端浆固体(11)、碎石浆固桩体(15)、盖板(12)组成，所述预制桩尖(2)设于桩体底部，所述预制桩尖(2)中心设有供注浆管(6)穿过的预留孔(3)，边缘设有供钢绞线(4)穿过的孔洞；预制桩尖(2)底部浇筑形成桩端浆固体(11)；碎石浆固桩体(15)设于预制桩尖(2)上部，其外侧设置土工布袋(8)；盖板(12)设于碎石浆固桩体(15)上方。

2.根据权利要求1所述的引孔植入布袋碎石注浆桩，其特征在于：所述预制桩尖(2)采用圆形钢板桩尖、十字形钢板桩尖或网兜桩尖，预制桩尖(2)的边缘位置均匀设有2～3个供钢绞线(4)穿过的孔洞。

3.根据权利要求1所述的引孔植入布袋碎石注浆桩，其特征在于：所述土工布袋(8)上部3～5m采用碳纤维布袋(7)，土工布袋(8)下部通过连接件或胶粘固定在预制桩尖(2)上。

4.根据权利要求1所述的引孔植入布袋碎石注浆桩，其特征在于：所述土工布袋(8)外侧设有环向约束体(9)，所述环向约束体(9)采用土工格栅。

5.根据权利要求1所述的引孔植入布袋碎石注浆桩，其特征在于：所述盖板(12)采用钢筋混凝土盖板或碎石注浆形成，盖板(12)中预留使钢绞线(4)穿过的竖向孔洞，盖板(12)顶部设置固定钢绞线(4)的锚具(13)。

6.根据权利要求5所述的引孔植入布袋碎石注浆桩，其特征在于：所述盖板(12)中预留使钢绞线(4)穿过的竖向孔洞内嵌PVC管(14)。

7.一种权利要求1～6任一权利要求所述引孔植入布袋碎石注浆桩的施工方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

步骤一、钻进成孔：在土层中用钻机进行钻进成孔至设计深度；

步骤二、放预制桩尖：将固定有钢绞线、土工布袋以及环向约束体的预制桩尖放入桩孔内一定深度，其中钢绞线上端缠绕在洞口固定装置的滑轮上；

步骤三、放注浆管：将注浆管插入预制桩尖预留孔中，并伸出桩尖5～10cm；

步骤四、灌碎石：向土工布袋内灌入碎石，让预制桩尖以及碎石在自重条件下逐渐沉入桩孔底部；

步骤五、挖排水沟：在桩孔旁边挖一条排水沟，保证及时排除碎石内溢出的水；

步骤六、压力注浆：用高压灌浆泵向预制桩尖底部注浆，形成桩端浆固体，然后逐步提升注浆管，往碎石中压力注浆，直至将布袋注满；

步骤七、盖板施工：桩体注浆结束后，同步进行盖板的施工；

步骤八、施加预应力：待桩体达到设计强度时，对钢绞线施加预应力，并在盖板上部设置锚具，最后根据工程需要进行后序施工。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤一中，成孔方式采用干取土成孔或泥浆护壁成孔；当使用泥浆护壁成孔时，所述步骤四中，注浆管在逐渐沉入桩孔底部过程中抽取泥浆。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤四的具体步骤为：先向土工布袋内灌入0.5～1m厚的碎石，让预制桩尖和碎石在自重的作用下沉入桩孔底部，灌入碎石的过程中使碎石振动密实。

10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，预制桩尖沉入桩孔底部后将钢绞线回收。