CN104032777B - 土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法 - Google Patents

Abstract

一种土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，实施步骤为：①钻进成孔；②土工布袋制作；③桩体安放；④封孔；⑤注水。其优点是：①避免纠倾过程中建/构筑物基础破坏、修复工作；②可预制桩体，成桩效率高；③防止成桩时填料块、粉分离，成桩质量好；④导水管注水、土工布导水、砂颗粒透水，桩体可均匀、可控制性膨胀。根据在凤翔冀东水泥厂宿舍楼纠倾工程实践情况，采用该方法后，成桩效率提高50%。通过现场原位试验，微型桩径向膨胀率可提高到未采用此方法桩径的1.2倍。

Description

土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法

技术领域

本发明涉及工程技术领域，具体说是一种土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法。

背景技术

在天然地基中进行微型桩顶升建/构筑物基础的课题研究、施工工艺等尚存在不足：1)生石灰桩膨胀过程主要分为消化和碳化两步骤，消化过程需要H₂O参与，碳化过程需要CO₂参与，在地层以下一定深度范围，土层含水率较高时，生石灰桩可以完成消化过程，但土层含CO₂气体量微乎其微，不能使已经消化过的生石灰完成碳化(提高强度的过程)；2)传统人工夯实生石灰桩施工过程中，成桩质量受混合料搅拌程度、下料夯实击数等因素控制，在关键的下料过程中，由于没有专门设备，混合填料均被倾倒进钻孔，由于混合填料的粒径、重度均不同，在下落过程中填料已经分离，特别是孔壁较湿时，细料组分极易粘在孔壁上；3)生石灰桩用于建/构筑物的顶升纠倾，亟需一种控制膨胀的措施，让顶升纠倾全过程处于可控范围；4)部分传统微型桩顶升工法，如静压桩，应用范围受基础形式限制，如无法应用于无筋扩展基础、条形基础中，此时若需要对建/构筑物进行顶升纠倾，必须采用一种能挤密加固土体的工艺方法。

发明内容

本发明的目的是研发一种能够适用于多种基础形式、减少对建/构筑物正常使用影响、提高实施效率的新型顶升纠倾方法。

本发明土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，具体实施步骤如下：

①钻进成孔：在倾斜建/构筑基础周围按照计算要求布孔，采用地质钻机竖向、斜向成孔，整个成孔过程干法作业，到达计算孔深后，取出钻杆，撤离钻机，预埋两根导水管，所述导水管起导水消化和导气碳化作用，成孔孔径D、倾斜角、孔深等参数根据计算要求执行；

所述成孔孔径D、倾斜角、孔深等参数，由论文《土工布袋组合微型桩在顶升加固工程中的应用》中阐述的计算方法计算得到，该计算方法简单表述如下：

设单位长度上所需石灰桩的体积为V_ql，则膨胀后石灰桩的体积为故石灰桩膨胀后的体积膨胀量为于是单位长度范围内基础下需补加固顶升生石灰桩的体积由式可得:

$V_{\mathrm{ql}}=\frac{1}{(\mathrm{\β}-1)}\×\{{\∫}_0^1{\∫}_{-l_0/2}^{-B/2}{\∫}_{-h}^{\frac{\mathrm{\Δ}}{B^2-l_0^2}({4x}^2-l_0^2)[\frac{e_0}{1+e_0}-\frac{1}{[1+(e_0+e_{\min })/2]}(\frac{4(e_0-e_{\min })}{l_0^2}{x}^2+e_{\min })]\frac{h+y}{h}\·}$ $\mathrm{dydxdz}+{\∫}_0^1{\∫}_{-B/2}^0{\∫}_{-h}^{\mathrm{\Δ}}[\frac{e_0}{1+e_0}-\frac{1}{[1+(e_0+e_{\min })/2]}(\frac{4(e_0-e_{\min })}{l_0^2}{x}^2+e_{\min })]\frac{h+y}{h}\mathrm{dydxdz}-$ ${\∫}_0^1{\∫}_{{-V}_0/2(h+\mathrm{\Δ})}^0{\∫}_{-h}^{\mathrm{\Δ}}[\frac{e_0}{1+e_0}-\frac{1}{[1+(e_0+e_{\min })/2]}\·(\frac{4(e_0-e_{\min })}{l_0^2}{x}^2+e_{\min })]\frac{h+y}{h}\mathrm{dydxdz}\}$ (式1）

$V_{\mathrm{ql}}=n\·\frac{\mathrm{\π}}{4\cos \mathrm{\α}}\·D^2\·h$ （式2）

tanα＝B/h(式3)

式中，Δ——基础下土体的最大顶升量，m；

B——基础宽度，m；

l₀——膨胀挤压影响范围，m；

h——石灰桩桩端深度，桩端在不可压缩土层顶，m；

e₀、e_min——原地基土体初始孔隙比、最小孔隙比，kN/m³；

V₀——单位长度原基础下地基土的总体积，m³/m；

D——组合桩孔径，m；

α——倾斜角，°；

n——每延米基础下组合桩数量。

由式1、式2和式3可确定单位长度基础下顶升所需组合桩的体积；

所述的竖向成孔和斜向成孔的孔径一样，直径均为D＝Φ100～150mm；

②土工布袋制作：缝制土工布袋，将混合填料填入到加工好的土工布袋中，并采用缝包机封口；

所述的土工布袋采用长丝土工布加工成筒状布袋，布袋直径小于成孔直径5～10mm，高度为0.5m；

所述的混合填料为生石灰块、素土、水泥、砂、粉煤灰组合物,其组分体积百分比为：V_生石灰：V_素土：V_水泥：V_砂：V_粉煤灰＝75％:12％:7％:3％:3％；

所述的混合填料中生石灰块起膨胀剂作用，块径在1cm～5cm之间，素土起填充骨架空隙作用，水泥起胶凝作用，中粗砂颗粒构成透水路径起导水作用，粉煤灰为工业废料利用；

③桩体安放：钻孔中侧壁预留2根导水管，将制作好的土工布袋通过自制夹具吊放入钻孔中，每安放一袋用20kg重锤，其上2m落距夯垂5击，重复②、③步骤直至设计桩顶标高；

所述的导水管采用直径20mmPVC给水管，管上每隔5cm钻花孔，环向对称梅花型布置；

所述的重锤直径小于成孔直径50mm，加配重杆；

④封孔：根据计算，采用1m厚C25细石混凝土将土工布袋微型桩桩顶封住，其上再用具有接近最优含水率15％～20％的素土夯填至地面，若素土含水率低于最优含水率，则需要往土素中加适量水，若素土含水率高于最优含水率，则需要晾晒素土；

⑤注水：通过预留导水管往桩体侧壁注水，每孔采用总水量控制法，用水量通过计算确定，注水量：

式中，V_w——注水体积，m³；

ρ_w——水密度，1000kg/m³；

m_生石灰——加入生石灰质量，kg；

m_水泥——加入水泥质量，kg。

本发明土工布袋微型桩在天然地基中顶升纠倾建/构筑物的方法优点：

1)避免纠倾过程中建/构筑物基础破坏、修复工作，该方法的大部分实施在室外完成，基本不会影响建/构筑物正常使用，不破坏基础；2)可预先制备桩体，成桩效率高；3)防止成桩过程中填料块、粉分离，成桩桩体质量好；4)通过导水管控制注水量，土工布导水、砂颗粒透水作用使得桩体均匀、可控制性膨胀，导水管兼有导气作用。根据在陕西凤翔冀东水泥厂宿舍楼纠倾工程实践情况，采用该方法后，成桩效率提高50％。通过现场原位试验，微型桩径向膨胀率可提高到未采用此方法桩径的1.2倍，地基土被挤密，建筑基础得到很好顶升。

附图说明

图1：土工布袋微型桩顶升纠倾示意图。

图2：土工布袋微型桩桩体制作工艺图。

图3：土工布袋微型桩施工断面图。

图4：导水管结构示意图。

图5：重锤结构示意图。

图中：1-长丝土工布；2-混合填料；3土工布袋；4-C25细石混凝土；5-素土；6-导水管；7-沉降基础；8-土层；9-倾斜角；10-钻孔；11-花孔；12-重锤；13-配重杆；14-绳索。

具体实施方法

陕西凤翔冀东水泥厂宿舍楼纠倾工程实践案例。

土工布袋微型桩在天然地基中顶升纠倾建/构筑物的方法，其步骤如下：

①钻进成孔：使用XY-1(100)立轴式钻机，主要采用螺旋钻干法作业，淤泥土层采用钢套筒护壁。设计孔径150mm，设计倾斜角0～13°，达到设计孔深(17.5m)后，取出钻杆，撤离钻机，安放2根PVC导水管；

②土工布袋制作：用缝袋机将土工布制作成直径140mm，高度500mm的布袋，将生石灰块、素土、水泥、砂、粉煤灰按计算体积配合比(V_生石灰：V_素土：V_水泥：V_砂：V_粉煤灰＝75％:12％:7％:3％:3％)混合后，填入土工布袋中，用缝包机封口；

③桩体安放：将制作好的土工布袋桩体用自制夹具吊放到钻孔中，每安放一袋用20kg重锤，重锤的直径为100mm，其上2m落距夯垂5击，重复上述工作，直至桩体到预定标高；

④封孔：用C25细石混凝土将土工布袋微型桩桩顶1m高范围封堵。地面至混凝土顶面之间采用约23％含水率素土回填夯实；

⑤注水：凤翔属湿陷性黄土地区，钻孔深度范围内黄土含水率为23～27％，通过计算，17.5m深桩土工布袋桩体高度约14m，每孔注入约28.8L水，靠桩中生石灰填料吸水达到桩身膨胀，桩间土被挤密，宿舍楼基础得到顶升的目的。

Claims (6)

1.一种土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，其特征在于：实施步骤如下：

①钻进成孔：在倾斜建/构筑基础周围按照计算要求布孔，采用地质钻机竖向、斜向成孔钻孔(10)，整个成孔过程干法作业，到达计算孔深后，取出钻杆，撤离钻机，预埋导水管(6)；

②土工布袋(3)制作：缝制土工布袋(3)将混合填料(2)，填入到加工好的土工布袋(3)中，并采用缝包机封口；

所述的混合填料(2)为生石灰块、素土、水泥、砂、粉煤灰；

③桩体安放：钻孔(10)中侧壁预留2根导水管(6)，将制作好的土工布袋(3)通过自制夹具吊放入钻孔(10)中，每安放一袋用20kg重锤(12)，其上2m落距夯垂5击，重复②、③步骤直至设计桩顶标高；

④封孔：根据计算，采用1m厚C25细石混凝土(4)将土工布袋微型桩桩顶封住，其上再用具有接近最优含水率的素土(5)夯填至地面；

⑤注水：通过预留导水管(6)往桩体侧壁注水，每孔采用总水量控制法，用水量通过计算确定，注水量

其中，

V_w——注水体积，单位m³；

ρ_w——水密度，1000kg/m³；

m_生石灰——加入生石灰质量，单位kg；

m_水泥——加入水泥质量，单位kg。

2.根椐权利要求1所述的土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，其特征在于：所述的斜向钻孔(10)的成孔直径D＝Φ100～150mm。

3.根椐权利要求1所述的土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，其特征在于：所述的土工布袋(3)，采用长丝土工布(1)加工成筒状布袋，布袋直径小于成孔直径5～10mm，高度为0.5m。

4.根椐权利要求1所述的土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，其特征在于：所述的混合填料(2)为生石灰块、素土、水泥、砂、粉煤灰；其组分体积百分比为：V_生石灰：V_素土：V_水泥：V_砂：V_粉煤灰＝75％:12％:7％:3％:3％。

5.根椐权利要求1所述的土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，其特征在于：所述的导水管(6)，采用直径20mmPVC给水管，管上每隔5cm钻花孔(11)，环向对称梅花型布置。

6.根椐权利要求1所述的土工布袋组合微型桩顶升纠倾建/构筑物的方法，其特征在于：所述的重锤(12)的直径小于成孔直径50mm，加配重杆(13)。