CN104131555A - 一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，由预制管桩、预制桩尖、土工布袋、注浆管、碎石浆固体、水泥砂浆桩周、排水垫层、盖板组成；预制桩尖设置于预制管桩的底部，桩尖顶面设有预制管桩限位凸起以及注浆管限位凹槽；预制管桩中心位置设置有注浆管，注浆管管壁上均匀设有花孔，注浆管外包碎石浆固体，预制管桩上均匀预留横向透水孔；预制管桩桩体顶部设置有盖板；预制桩尖和预制管桩外侧包裹土工布袋，预制管桩和土工布袋之间具有水泥砂浆桩周。本发明可以有效解决预制管桩外壁淤堵问题，充分利用碎石的排水性能加速土体的排水固结，和普通的碎石桩相比大大提高了其承载性能。本发明还公开了上述组合桩的施工方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，属于地基处理领域，可提高地基承载力、充分发挥碎石的排水性能，加速土体的固结，适用于软土地基处理工程。
背景技术
软土在我国分布广泛，在沿海和河流的中下游及湖泊附近均有软土覆盖层深厚地区。软土具有含水量大，抗剪强度低，超载能力差的特性。如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，不但会引起路面结构破坏、桥头跳车等工程问题，还会影响行车的舒适性，造成通过车辆大幅度减速，甚至造成行车事故。因此，路基沉降问题，特别是软土路基沉降控制问题已成为影响高等级公路等路基工程质量、造价、运营修护成本、运营效益等重要因素，这已引起工程界和学术界的广泛关注。
目前工程领域常用的地基处理的方法主要有散粒桩（如碎石注浆桩，格珊式碎石桩）以及透水性混凝土－碎石桩串联复合地基等。
碎石注浆桩（申请号：201310636953.2）施工时，先利用钻机进行钻挖成孔至设计深度，向桩孔内放入注浆管并向桩孔内灌入碎石至设计标高，然后进行二次清孔，最后向碎石内压力注浆。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。但是传统的碎石桩也存在许多问题，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，造成碎石桩体均匀性差，影响桩体的承载力，同时也会使碎石的使用量大幅增加，无法发挥其良好的经济效益。
格珊式碎石桩（申请号：201120199243.4）主要包括土工格栅形成的管体以及碎石组成，本桩体充分利用土工格栅的高强度、低应变特性，使碎石在土工格栅内受到其包裹约束作用，防止碎石桩的侧向鼓胀问题。但是本桩体也存在一些不足，土工格珊往往强度不够，施工过程中土工格栅容易被挤破，土工格栅不能解决塌孔问题以及桩体承载力不足等。
综上所述，采用外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩可充分发挥和利用碎石的排水性能，同时采用预制管桩对碎石起到一定的包裹约束作用，起到提高桩基承载性能的作用，同时解决了塌孔、鼓胀等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够综合利用碎石的排水性能的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，可加速桩间土体的固结速率，提高地基土承载能力。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特性在于，由预制管桩、预制桩尖、土工布袋、注浆管、碎石浆固体、水泥砂浆桩周、排水垫层、盖板组成；预制桩尖设置于预制管桩的底部；预制管桩中心位置设有注浆管，注浆管外包碎石浆固体，预制管桩上均匀预留横向透水孔；预制桩尖和预制管桩外侧包裹土工布袋，预制管桩和土工布袋之间设有水泥砂浆桩周；预制管桩桩体顶部设置盖板。
所述预制桩尖、预制管桩、盖板均采用透水性混凝土。
所述桩尖顶面设有固定预制管桩位置的限位凸起，以及固定排水管的限位凹槽。
所述注浆管管壁上均匀设有花孔。
所述预制管桩顶部预留连接钢筋，预制管桩上均匀预留透水孔，同一断面上对称布置2~3个透水孔。
所述土工布袋为无纺土工布或有纺土工布或复合土工布袋体。
所述排水垫层可采用碎石或砂垫层。
所述盖板和预制管桩通过预留钢筋连接，盖板嵌入基础底部的排水垫层中，盖板中设有用于连通碎石和排水垫层的竖向排水管，其中排水垫层中设有与预制管桩的注浆管连接的外接水平注浆管。
本发明还提供了外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩的施工方法，包括以下步骤：
1）施工前准备：将预制管桩和预制桩尖固定连接，并套上土工布袋；
2）成孔：根据地质条件，在土层中用钻机进行钻孔至设计深度；
3）桩体下压：起吊桩体，对准桩位，调整桩及桩架的垂直度，然后施压，均匀将预制管桩压入土层中至设计标高；
4）灌入碎石：在预制管桩的中心放入注浆管，注浆管底部插入预制桩尖上的现为凹槽中，向预制管桩中灌入碎石直至设计高度；
5）清孔：通过注浆管向碎石内压力注水，使碎石中的泥沙排出，同时使碎石密实，清孔过程中应不断补灌碎石；
6）桩机移位：移动桩打设机至下一桩点，并重复上述步骤；
7）盖板施工：在桩体顶部浇筑盖板，盖板采用透水混凝土浇筑，盖板通过预留钢筋与预制管桩连接；
8）铺设排水垫层：在盖板上部铺设碎石或砂排水垫层，使盖板嵌入排水垫层中；
9）压力注浆：预压期结束后，通过外接注浆管向碎石内压力注浆，进而成碎石浆固体，形成刚性或半刚性桩，预制管桩外侧会扩挤形成水泥砂浆桩周，最后根据工程需要进行后续工程施工。
本发明具有以下的特点和有益效果：
1、本发明预制管桩对碎石的约束作用，对提高桩体的承载性能起到决定性作用，与传统的碎石桩相比，大大提高了桩体的承载性能，同时避免了碎石桩的鼓胀破坏。
2、预制管桩、预制桩尖、盖板均采用透水混凝土材料，对加速周围土体的排水固结具有良好的效果。
3、设置土工布袋和横向透水透水孔，可以防止预制管桩外壁被细小的淤泥颗粒淤堵，地下水可通过透水孔及时排入碎石中，使渗透空隙保持畅通，进而充分发挥了碎石的排水性能，加速土体固结。
4、盖板中竖向排水管以及基础底部的排水垫层的设置，能够及时排出碎石中的地下水，对加速土体的固结具有很好的效果。
5、预压期结束后，向碎石中压力注浆，使碎石浆固成刚性或半刚性桩，大大提高了桩体的承载性能。
6、水泥砂浆扩挤形成的囊体，对土层的挤密作用明显，可以增加桩体的侧摩阻力，降低桩体的沉降，对提高桩体的承载性能具有非常好的效果。
附图说明
图1是本发明外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩结构示意图；
图2是外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩预压期前结构示意图；
图3是预制桩尖详图；
图4是本发明一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩的施工流程示意图；
图中：1－预制管桩；2－预制桩尖；3－透水孔；4－土工布袋；5－碎石浆固体； 6－注浆管；7－盖板；8－排水垫层；9－外接水平注浆管；10－竖向排水管；11－水泥砂浆桩周；12－碎石；13－注浆管限位凹槽；14－预制管桩限位凸起。
具体实施方式
预制管桩的制作过程与运输、碎石的运输等本实施例中不在累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
图1是本发明一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩结构示意图；图2是本发明外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩横截面图；图3是本发明一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩的施工流程示意图。
参照图1~3所示的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，主要由预制管桩1、预制桩尖2、土工布袋4、注浆管6、碎石浆固体5、水泥砂浆桩周11、盖板7组成。
下面以植入外径500mm、壁厚100mm的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩为例，阐述外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩的具体实施方式。
预制管桩1、预制桩尖2、盖板7均采用透水混凝土。
土工布袋4选用卷筒型，采用采用聚酯长纤维复合材料制作；预制管桩1内的透水孔3，直径为20mm，同一断面上布置两个透水孔。
预制管桩1内的注浆管6采用PVC管，φ100mm，PVC管上均匀设有注浆孔。
桩体顶部的盖板7采用透水性钢筋混凝土盖板，通过预制管桩1顶部预留的钢筋与预制管桩1固定连接，盖板7厚200mm，直径1200mm，盖板7中预留竖向排水管10。盖板7嵌入碎石垫层8中，碎石垫层的厚度为300~500mm。其中，透水性混凝土室内设计抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于2mm/s。
采用静压法进行外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩植桩，主要施工过程如下：
1）施工前准备：将预制管桩1插入预制桩尖2上的预制管桩限位凸起13上，并在预制管桩1以及预制桩尖2外侧套上土工布袋4；
2）成孔：根据地质条件，在土层中用钻机进行钻孔至设计深度；
3）桩体下压：用桩机将桩体起吊，对准桩位，调整桩体及桩架的垂直度，然后施压，均匀将桩体压入土层中直至设计标高；
4）灌入碎石：将注浆管6插入注浆管限位凹槽14中，然后向预制管桩1中灌入碎石12，直至设计高度；
5）清孔：通过注浆管6向碎石12内压力注水，使碎石12中的泥沙排出，同时使碎石12密实，清孔过程中应不断补灌碎石12；
6）桩机移位：移动桩打设机至下一桩点，并重复上述步骤；
7）盖板施工：在透水性钢筋混凝土管碎石桩顶部制作盖板7，盖板7通过预留钢筋与预制管桩1连接，盖板7上设有竖向排水管10；
8）铺设水平排水垫层：在盖板7上部铺设排水垫层8，使盖板7嵌入排水垫层中；
9）压力注浆：预压期结束后，通过外接水平注浆管9以及注浆管6向碎石12内压力注浆，使碎石12浆固成碎石浆固体5，形成刚性或半刚性桩，预制管桩1外侧会扩挤形成水泥砂浆桩周11，最后根据工程需要进行后续工程施工。
Claims (9)
1.一种外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特性在于，由预制管桩、预制桩尖、土工布袋、注浆管、碎石浆固体、水泥砂浆桩周、排水垫层、盖板组成；预制桩尖设置于预制管桩的底部；预制管桩中心位置设有注浆管，注浆管外包碎石浆固体，预制管桩上均匀预留横向透水孔；预制桩尖和预制管桩外侧包裹土工布袋，预制管桩和土工布袋之间设有水泥砂浆桩周；预制管桩桩体顶部设置盖板。
2.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述预制桩尖、预制管桩、盖板均采用透水性混凝土。
3.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述桩尖顶面设有预制管桩限位凸起以及注浆管限位凹槽。
4.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述注浆管管壁上均匀设有花孔。
5.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述预制管桩顶部预留连接钢筋，预制管桩上均匀预留透水孔，同一断面上对称布置2~3个透水孔。
6.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述土工布袋为无纺土工布或有纺土工布或复合土工布袋体。
7.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述排水垫层采用碎石或砂垫层。
8.根据权利要求1所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩，其特征在于所述盖板和预制管桩通过预留钢筋连接，盖板嵌入基础底部的排水垫层中，盖板中设有用于连通碎石和排水垫层的竖向排水管，其中排水垫层中设有与预制管桩的注浆管连接的外接水平注浆管。
9.权利要求1~8所述的外包透水性钢筋混凝土管碎石注浆桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）施工前准备：将预制管桩和预制桩尖固定连接，并套上土工布袋；
2）成孔：根据地质条件，在土层中用钻机进行钻孔至设计深度；
3）桩体下压：起吊桩体，对准桩位，调整桩及桩架的垂直度，然后施压，均匀将预制管桩压入土层中至设计标高；
4）灌入碎石：在预制管桩的中心放入注浆管，注浆管底部插入预制桩尖上的现为凹槽中，向预制管桩中灌入碎石直至设计高度；
5）清孔：通过注浆管向碎石内压力注水，使碎石中的泥沙排出，同时使碎石密实，清孔过程中应不断补灌碎石；
6）桩机移位：移动桩打设机至下一桩点，并重复上述步骤；
7）盖板施工：在桩体顶部浇筑盖板，盖板采用透水混凝土浇筑，盖板通过预留钢筋与预制管桩连接；
8）铺设排水垫层：在盖板上部铺设碎石或砂排水垫层，使盖板嵌入排水垫层中；
9）压力注浆：预压期结束后，通过外接注浆管向碎石内压力注浆，使碎石浆固成碎石浆固体，形成刚性或半刚性桩，预制管桩外侧会扩挤形成水泥砂浆桩周，最后根据工程需要进行后续工程施工。
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