CN104294821A - 一种约束增强水泥土桩成桩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种约束增强水泥土桩成桩方法，主要包括以下步骤：1)施工前准备；2)制作预制环形桩尖和筒形约束体；3)桩机就位；4)搅拌喷浆下沉；5)形成桩底扩大端；6)喷浆、搅拌提升；7)重复搅拌下沉和提升；8)桩顶补浆。本发明的有益效果是：(1)在水泥土桩外侧设置了筒形约束体，产生了约束效应有效提高了水泥土桩的抗压强度，提高了承载力。(2)由于水泥土桩破坏点通常在桩身上部，固筒形约束体的上部采用了碳纤维布袋，加强了桩身上半部分的加固效果。(3)预制环形桩尖上部设置环形连接钢筋，方便与筒形约束体绑扎连接。(4)在桩底设置了扩大端，有效增强了桩体的承载能力。

Description

一种约束增强水泥土桩成桩方法
技术领域
本发明涉及一种成桩方法，特别涉及一种约束增强水泥土桩成桩方法，属于地基工程领域。
背景技术
水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土低地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。水泥土搅拌桩适用于包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种含水量较高且地基承载力标准较低的粘性土，适用的土质类型广，且由于水泥土搅拌桩机的发展，其加固深度已经能达到30m深；同时由于水泥土搅拌桩只是用水泥作为固化剂，通过与泥土的强制搅拌使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土桩，相较于混凝土灌注桩节省材料且施工工艺简单。
但是水泥土桩存在着一个很大的缺陷，即强度较低，同时通过对水泥土搅拌桩承载受力分析可以发现桩顶荷载在深度方向上的传递呈负指数规律逐渐衰减，荷载主要由桩的上部来承担，距试验测试的成果来看，在外荷载的作用下桩体内应力随深度的增加而衰减，在桩底位置桩身应力只为桩顶应力的10％～15％，且大幅度衰减在5～6倍桩径范围内，综上可以得出水泥土桩承载主要在桩顶，工程实践表明，直径40～60cm的水泥土搅拌桩在土体上部容易发生断桩缺陷，也证实了以上结论。
针对水泥土桩上述的缺点，出现了很多新型结构。例如(中国专利CN1322204C)，预制劲芯水泥土桩及其施工方法，在水泥土桩中设置了劲芯桩来提高水泥土桩的强度。此项发明存在的不足为：采用预制劲芯桩成本较高丧失了水泥土桩成本低的优势，且难以保证劲芯桩的垂直和居中。
鉴于此，为了发挥水泥土桩成本较低的优势前提下提高水泥土桩抗压强度，亟待发明一种简单有效加强水泥土强度提高水泥土桩承载力的成桩方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种改善传统水泥土桩桩身强度较弱，易产生断桩缺陷的问题，在水泥土桩外设筒形约束体，有效提高了其抗压强度，承载力明显提高的约束增强水泥土桩成桩方法。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
这种约束增强水泥土桩成桩方法，主要包括以下步骤
1)施工前准备：根据设计图纸，清理平整施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位；
2)制作预制环形桩尖和筒形约束体：筒形约束体上部采用碳纤维布袋，下部采用土工格栅，两者采用绑扎或缝合，使之连接牢固；预制环形桩尖顶部设置环形连接钢筋，同时还在预制环形桩尖外侧设压杆槽；
3)桩机就位：保证桩基导向架与地面的垂直度，同时在传统水泥土桩的施工设备基础上外带环形夹具，环向固定与压杆槽配合的根压杆，施工时将筒形约束体与预制环形桩尖顶部的环形连接钢筋连接，并用吊绳拉紧，同时将压杆插入环形预制桩尖的压杆槽内，水泥土搅拌桩叶片低于预制环形桩尖底端；
4)搅拌喷浆下沉：启动电机，使搅拌机沿导向架边搅拌边切割土体下沉喷浆；同时压杆将预制环形桩尖和筒形约束体，随着水泥搅拌叶片下压到土层中；
5)形成桩底扩大端：当环形预制桩尖达到指定标高后，旋转搅拌叶片停滞喷浆搅拌形成桩底扩大端；
6)喷浆、搅拌提升：边旋转搅拌钻头边提升，提升时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机并喷射余下的水泥浆，将预制环形桩尖和筒形约束体留在土层中，并且在设备提升出地面后拆除压杆；
7)重复搅拌下沉和提升：将搅拌机边旋转边沉入土中，至桩底标高后再将搅拌机边旋转边提升出地面，如此反复二到六次，将软土和水泥浆搅拌均匀；
8)桩顶补浆：水泥土桩施工完成后，在桩顶进行适宜的补浆，形成桩顶回灌区。
作为优选：步骤2)所述预制环形桩尖上部环向均匀预埋若干竖向连接筋，然后在其顶部焊接环形连接钢筋，同时在预制环形桩尖外侧对应压杆位置沿桩周均匀设置三到四个压杆槽。
作为优选：步骤3)所述筒形约束体下部与连接钢筋绑扎，使筒形约束体与预制环形桩尖牢固连接。
作为优选：步骤5)所述旋转搅拌叶片位于预制环形桩尖的下端，当预制环形桩尖达到指定标高后，旋转搅拌叶片不再向下沉，适当加大喷浆压力和旋转速度，搅拌形成桩底扩大端。
作为优选：步骤3)～7)中水泥土桩的施工方法采用水泥搅拌桩施工工艺或高压旋喷施工工艺。
本发明的有益效果是：
(1)在水泥土桩外侧设置了筒形约束体，产生了约束效应有效提高了水泥土桩的抗压强度，提高了承载力。
(2)由于水泥土桩破坏点通常在桩身上部，固筒形约束体的上部采用了碳纤维布袋，加强了桩身上半部分的加固效果。
(3)预制环形桩尖上部设置环形连接钢筋，方便与筒形约束体绑扎连接。
(4)在桩底设置了扩大端，有效增强了桩体的承载能力。
附图说明
图1是本发明约束增强水泥土桩结构示意图；
图2是预制环形桩尖立体图；
图3是预制环形桩尖俯视图；
图4是预制环形桩尖横截面示意图；
图5是本发明一种约束增强水泥土桩施工流程图；
附图标记说明：水泥土桩1，筒形约束体2，碳纤维布袋3，土工格栅4，桩底扩大端5，桩顶回灌区6，预制环形桩尖7，压杆槽8，环形连接钢筋9，压杆10，旋转搅拌叶片11，吊绳12，土层13。
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。
钢筋的焊接施工技术要求，水泥土的配合比及施工技术要求，筒形约束体和环形连接钢筋的绑扎施工技术要求等，本方式不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
图1是本发明约束增强水泥土桩结构示意图，图2～图4是预制环形桩尖结构示意，图5是本发明施工过程图。参照图1～图2所示的植筋水泥土桩，由水泥土桩1，筒形约束体2、预制环形桩尖7和桩端扩大端5和桩顶回灌区6组成。
筒形约束体2上部采用碳纤维布袋3，碳纤维布袋3强度高比重轻，力学性能好，拉伸强度为3.3GPa，弹性模量为230GPa，伸长率为1.52％。筒形约束体下部采用土工格栅4，采用聚丙烯、聚氯乙烯等高等聚合物经热塑而成断裂强度为25KN/m，断裂伸长率为3％。筒形约束体上部和下部采用缝合或者绑扎的方式牢固连接。
在传统水泥土桩的施工设备基础上外带3-4根压杆10其直径为30mm，采用强度等级为Q345的钢材制成。
如图2～图4所示，预制环形桩尖7上方沿圆周均匀埋入4根竖向钢筋，伸出长度为50mm上方焊接环形连接钢筋9，钢筋强度为Q235，同时在环形桩尖7外侧对应压杆10的位置沿桩周均匀设置4个压杆槽8，直径略大于压杆10直径，深度为40mm。
筒形约束体2下部的土工格栅4与环形连接钢筋9绑扎在一起，使两者牢固连接。
如图5所示，植筋水泥土桩的施工方法包括以下施工步骤：
1)施工前准备：根据设计图纸，清理平整施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位；
2)制作预制环形桩尖和筒形约束体：筒形约束体2上部采用碳纤维布袋3，下部采用土工格栅4，两者采用绑扎或缝合，使之连接牢固。预制环形桩尖7顶部设置环形连接钢筋9，同时还在预制环形桩尖7外侧设压杆槽8。
3)桩机就位：保证桩基导向架与地面的垂直度，同时在传统水泥土桩的施工设备基础上外带环形夹具，环向固定3-4根压杆10，施工时将筒形约束体2与预制环形桩尖7顶部的环形连接钢筋9连接，并用吊绳12拉紧，同时将压杆10插入环形预制桩尖7的压杆槽8内，水泥土搅拌桩叶片11低于预制环形桩尖7底端。
4)搅拌喷浆下沉：启动电机，使搅拌机沿导向架边搅拌边切割土体下沉喷浆；同时压杆10将预制环形桩尖7和筒形约束体2，随着水泥搅拌叶片11下压到土层13中。
5)形成桩底扩大端：当环形预制桩尖7达到指定标高后，旋转搅拌叶片11停滞喷浆搅拌形成桩底扩大端5。
6)喷浆、搅拌提升：边旋转搅拌钻头边提升，提升时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机并喷射余下的水泥浆，将预制环形桩尖7和筒形约束体2留在土层13中，并且在设备提升出地面后拆除压杆10。
7)重复搅拌下沉和提升：根据设计需要，将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机边旋转边提升出地面，如此反复几次，将软土和水泥浆搅拌均匀。
8)桩顶补浆：水泥土桩1施工完成后，根据实际情况的需要在桩顶进行适宜的补浆，形成桩顶回灌区6。

Claims (5)

1.一种约束增强水泥土桩成桩方法，其特征在于：主要包括以下步骤
1)施工前准备：根据设计图纸，清理平整施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位；
2)制作预制环形桩尖和筒形约束体：筒形约束体(2)上部采用碳纤维布袋(3)，下部采用土工格栅(4)，两者采用绑扎或缝合，使之连接牢固；预制环形桩尖(7)顶部设置环形连接钢筋(9)，同时还在预制环形桩尖(7)外侧设压杆槽(8)；
3)桩机就位：保证桩基导向架与地面的垂直度，同时在传统水泥土桩的施工设备基础上外带环形夹具，环向固定与压杆槽(8)配合的根压杆(10)，施工时将筒形约束体(2)与预制环形桩尖(7)顶部的环形连接钢筋(9)连接，并用吊绳(12)拉紧，同时将压杆(10)插入环形预制桩尖(7)的压杆槽(8)内，水泥土搅拌桩叶片(11)低于预制环形桩尖(7)底端；
4)搅拌喷浆下沉：启动电机，使搅拌机沿导向架边搅拌边切割土体下沉喷浆；同时压杆(10)将预制环形桩尖(7)和筒形约束体(2)，随着水泥搅拌叶片(11)下压到土层(13)中；
5)形成桩底扩大端：当环形预制桩尖(7)达到指定标高后，旋转搅拌叶片(11)停滞喷浆搅拌形成桩底扩大端(5)；
6)喷浆、搅拌提升：边旋转搅拌钻头边提升，提升时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机并喷射余下的水泥浆，将预制环形桩尖(7)和筒形约束体(2)留在土层(13)中，并且在设备提升出地面后拆除压杆(10)；
7)重复搅拌下沉和提升：将搅拌机边旋转边沉入土中，至桩底标高后再将搅拌机边旋转边提升出地面，如此反复二到六次，将软土和水泥浆搅拌均匀；
8)桩顶补浆：水泥土桩(1)施工完成后，在桩顶进行适宜的补浆，形成桩顶回灌区(6)。
2.根据权利要求1所述的约束增强水泥土桩成桩方法，其特征在于：步骤2)所述预制环形桩尖(7)上部环向均匀预埋若干竖向连接筋，然后在其顶部焊接环形连接钢筋(9)，同时在预制环形桩尖(7)外侧对应压杆(10)位置沿桩周均匀设置三到四个压杆槽(8)。
3.根据权利要求1所述的约束增强水泥土桩成桩方法，其特征在于：步骤3)所述筒形约束体(2)下部与连接钢筋(6)绑扎，使筒形约束体(2)与预制环形桩尖(7)牢固连接。
4.根据权利要求1所述的约束增强水泥土桩成桩方法，其特征在于：步骤5)所述旋转搅拌叶片(11)位于预制环形桩尖(7)的下端，当预制环形桩尖(7)达到指定标高后，旋转搅拌叶片(11)不再向下沉，适当加大喷浆压力和旋转速度，搅拌形成桩底扩大端(5)。
5.根据权利要求1所述的约束增强水泥土桩成桩方法，其特征在于：步骤3)～7)中水泥土桩的施工方法采用水泥搅拌桩施工工艺或高压旋喷施工工艺。
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