CN104294822A - 一种加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，所述组合桩包括设于上部厚覆盖层的水泥砂浆桩，设于下部软土层的大直径混凝土桩，以及设于所述组合桩桩体中心的预制管桩；水泥砂浆桩的桩周具有浆液加固区，大直径混凝土桩底部设置预制桩尖，预制桩尖伸入相对持力层；所述组合桩桩体外包土工膜袋，其中大直径混凝土桩外包不透浆土工布袋，水泥砂浆桩外包可透浆土工布袋；土工膜袋外设置有塑料排水板或软式透水管；预制管桩底部焊接有钢筋笼。本发明针对厚覆盖层和软土层两种土层各自的特点，采用不同的施工材料和施工工艺，解决了传统施工手段加固效果不佳的问题，取得良好的加固效果。

Description

一种加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩及施工方法

技术领域

本发明涉及一种加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩及施工方法，属于地基基础加固工程领域，适用于建筑工程、道路工程、提防工程中的地基基础加固处理。

背景技术

我国的建筑业已经经过了数十年的发展，建筑结构和建筑方法已经有了突飞猛进的发展。随着城市人口的不断增长，城市的范围在不断的扩大，以往的低洼地带经过多年的发展已经变成平整的可以使用的土地。经过多年的填埋已经变为一层厚实的覆盖土，表面看起来其承载力很高，但是现在建筑物的荷载越来越大，我们不仅要保证表层土具有较好的承载力，有些建筑物越来越向地下延伸，我们对土层承载力的要求也越来越高，但是真正的土层本身具有较好承载力的土质越来越少，这就需要我们不断的改进地基加固的方法。针对不同的地质特征采用具有针对性的地基加固方法。

地基基础加固是因为天然地基软弱无法满足地基强度、变形等要求，在进行上部结构施工时需要事先对地基进行处理。常用的地基加固方法都是针对特点某种常见的土质情况。如，换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。

以上的地基加固技术在一定的工程条件中能起到较好的加固效果。但对于一些较特殊的基础形式仍不能完全解决问题。针对原本是地势较低的淤泥质的软土层，随着建设的发展，在其上填埋了较厚的填土层，这种地质厚覆盖深埋软土的地质在江河边为常见地质。为了要解决城市交通的发展，越来越多的城市开始建设城市沿江大道，即为了改善交通环境也为了给城市居民一个较好的休闲环境。

鉴于此亟待发明一种厚覆盖层传统地基处理手段难于施工的难题，避免对厚覆盖产生过大扰动，且对下部软基起到了较好的加固效果的方法。

发明内容

现有的地基处理技术，大多数采用的是同一施工工艺应用到不同的土层中，没有针对不同土层的特点采用不同的施工方法，更好的对地基进行加固。本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，针对两种差别较大的土层各自的特点，采用不同的施工材料和施工工艺，起到较好的加固效果。

一种加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，其特征在于，所述组合桩包括设于上部厚覆盖层的水泥砂浆桩，设于下部软土层的大直径混凝土桩，以及设于所述组合桩桩体中心的预制管桩；水泥砂浆桩的桩周具有浆液加固区，大直径混凝土桩底部设置预制桩尖，预制桩尖伸入相对持力层；所述组合桩桩体外包土工膜袋，其中大直径混凝土桩外包不透浆土工布袋，水泥砂浆桩外包可透浆土工布袋；土工膜袋外设置有塑料排水板或软式透水管；预制管桩底部焊接有钢筋笼。

进一步地，不透浆土工布袋的直径大于可透浆土工布袋的直径。

进一步地，预制管桩的顶部和底部分别设置有预制管桩顶部封口和预制管桩底部封口，预制管桩的底部沿圆周均匀设置有预埋连接筋，预埋连接筋与下端的钢筋笼焊接连接。

所述预制管桩嵌入大直径混凝土桩中。

本发明通过引孔有效解决了厚覆盖层传统地基处理手段难于施工的难题，同时大直径布袋混凝土桩采用后扩挤形成的工法，避免厚覆盖层引孔过大，且对下部软基起到了较好的加固效果。塑料排水板或软式透水管的设置也加速了下部软土层的排水固结，可有效的控制地基的沉降。厚覆盖层部分采用浆液可渗透性土工布袋，故在往厚覆盖层中灌入水泥砂浆时，水泥砂浆会渗透到桩身周围土体形成浆液加固区，对引孔导致的厚覆盖层桩周土扰动层起到浆固加固效应。

在桩体中植入下部预制管桩，并且预制管桩底部焊接部分或与大直径混凝土桩等长的钢筋笼，可提高预制管桩整体承载能力，同时下部焊接的钢筋笼增强了下部大直径混凝土桩的强度。

本发明还提供了上述加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按现场地质条件和厚覆盖层深度确定可透浆土工布袋和不可透浆土工布袋的长度，根据数据制作土工膜袋，并在土工膜袋周围绑扎固定塑料排水板或软式透水管；

2)在指定桩位，采用潜孔钻机在厚覆盖层引孔至设计的标高位置；

3)将制作好的土工膜袋与预制桩尖连接，套入钢沉管中；

4)桩机就位，将钢沉管吊起，并将扩挤装置套入土工膜袋中伸入钢沉管底端，沿着引孔的中心线将钢沉管、和扩挤装置一起压入地基指定深度处；

5)形成大直径混凝土桩：往土工膜袋中灌入混凝土，然后开始上拔沉管，拔起到一定高度后，启动扩挤装置以扩大混凝土桩直径，然后再将钢沉管和扩挤装置一起上拔一定高度，再进行扩挤工序，重复以上步骤，直到扩挤形成通长的大直径混凝土桩；

6)形成水泥砂浆桩及浆液加固区：往钢沉管中灌入水泥砂浆，边灌水泥砂浆边上拔沉管，形成水泥砂浆桩，水泥砂浆渗透到周围土体中形成浆液加固区；

7)待沉管拔出后，利用吊机将在预制好的预制管桩植入桩体中心，所述预制管桩下部焊接钢筋笼。

本发明具有以下有益效果和特点：

(1)针对厚覆盖层深埋软土的地质条件，上部厚覆盖区采用小直径柔性水泥砂浆桩，深埋软土区大直径混凝土刚性桩，这种针对不同地质条件的刚柔组合桩的方式对厚覆盖地区进行加固处理，节约材料且加固效果良好。

(2)利用潜孔钻机等在厚覆盖层区域引孔，同时厚覆盖层以下的大直径混凝土桩采用后扩挤形成的方式避免了厚覆盖层引孔过大，有效解决了厚覆盖层地区传统地基处理手段难于施工的问题。

(3)在桩体中植入下部焊接钢筋笼的预制管桩，提高了桩体承载能力，同时对下部大直径混凝土桩起到了加筋作用，提高了桩体的强度。

(4)桩体外部包裹土工布袋，上部水泥砂浆桩部分采用的是可透浆布袋，浆液扩散至桩周形成浆液加固区，对引孔导致的厚覆盖层桩周土扰动层起浆固加固效应，下部采用不透浆布袋起到包裹、紧密混凝土桩的效果，加强了桩体强度。

(5)土工布袋周围固定绑扎塑料排水板和软式头水管，为厚覆盖层下部软土地区排水固结提供了竖向排水通道，加速排水固结速度。

附图说明

图1是加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩的结构示意图；

图2是预制管桩底部结构示意图；

图3-Ⅰ，图3-Ⅱ是加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩施工过程示意图。

附图图示说明：1—水泥砂浆桩，2—大直径混凝土桩，3—预制管桩，4—钢筋笼，5—预制管桩顶部封口，6—预制管桩底部封口，7—预埋连接筋，8—预制桩尖，9—土工膜袋，10—可透浆土工布袋，11—不透浆土工布袋，12—塑料排水板或软式透水管，13—浆液加固区，14—潜孔钻机，15—钢沉管，16—扩挤装置，17—厚覆盖层，18—软土层，19—相对持力层。

具体实施方式

沉管制作技术要求、沉管打设及提升技术要求、潜孔钻机的施工要求和钢筋笼制作的技术要求等本实施方案中不再累述，具体阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩的结构示意图；图2是预制管桩底部结构示意图。

参照图1所示的加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，主要由上部水泥砂浆桩1，下部大直径混凝土桩2，预制桩尖8，土工膜袋9，塑料排水板或软式水管头12和预制管桩3组成。

水泥砂浆桩1的桩周具有浆液加固区13，大直径混凝土桩2底部设置预制桩尖3，预制桩尖3伸入相对持力层19。组合桩桩体外包土工膜袋9，其中大直径混凝土桩2外包不透浆土工布袋11，水泥砂浆桩1外包可透浆土工布袋10；土工膜袋9外设置有塑料排水板或软式透水管12；预制管桩3的顶部和底部分别设置有预制管桩顶部封口5和预制管桩底部封口6，预制管桩的底部沿圆周均匀设置有预埋连接筋7，预埋连接筋7与下端的钢筋笼4焊接连接。

土工膜袋9呈现软土层处直径大、厚覆盖层处直径小的特征，软土层部分的土工膜袋直径达到800mm，厚覆盖层部分的土工膜袋直径为500mm；厚覆盖层部分土工膜袋的材料采用反滤土工布，为可透浆土工布袋10，具体参数如表1，软土区部分采用普通不透浆土工布袋11，并在土工膜袋9周围固定绑扎塑料排水板12，具体参数如表2。

表1反滤土工布具体参数表

表2普通型塑料排水板主要技术参数

钢沉管15采用的热轧无缝钢管，内径为500mm，钢板的强度等级均为Q345，板厚均为12mm。采用的扩挤装置为液压控制的DX三岔扩挤装置16。

预制管桩3采用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥，直径为400mm，预制管桩3底部的预埋连接筋采用直径为20mm、强度等级HRB335的螺纹钢筋，沿环向布置16根。钢筋笼4通过焊接与预埋连接筋7连接在一起，从而与预制管桩3形成一个整体。

预制管桩3底部钢筋笼4采用强度等级HRB335的螺纹钢筋，绑扎铁丝可采用20号火烧丝，主筋采用16Φ20，桩纵筋采用单面搭接焊连接，箍筋为Φ10100/200，在顶部适当加密，加强箍为Φ122000。

施工采用的主要材料水泥砂浆的配合比为：水泥：水：砂：粉煤灰＝1:0.5：0.1:0.25。配制水泥砂浆时严格按照设计配合比拌制浆液，施工时根据浆液的浓度，和灌注情况实时调整配合比。

采用的混凝土粗骨料可选用卵石或碎石，其最大粒径5～25mm。水泥宜用普通水泥或砼酸盐水泥并有出厂试验单，不得受潮、过期。由于需要往混凝土桩中植入预制管桩3且施工工序较为复杂适宜使用超流态混凝土，根据使用要求掺加缓凝剂，掺量为水泥用量的0.4～0.6％，坍落度180～220mm。

如图3-Ⅰ，图3-Ⅱ所示，加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩的主要施工过程如下：

1)根据设计图纸，对现场进行布置，绘制施工轮廓线，桩定位放线，安排施工材料设备和人员就位，按现场地质条件和厚覆盖层深度制作土工膜袋9，厚覆盖层处的土工膜袋为小直径可透浆土工布10，软土层处的土工膜袋为大直径不可透浆土工布11。

2)按照设计要求在制作钢沉管15，在其端部固定设置后扩挤装置16。

3)在指定桩位，潜孔钻就位，在厚覆盖层17引孔至设计的标高位置。

4)将制作好的土工膜袋9外面绑扎固定一层塑料排水板12，并与预制桩尖8连接，套入钢沉管15中。

5)桩机就位，将钢沉管15吊起，沿着引孔的中心线将刚沉管15压入地基指定深度处。

6)往土工膜袋中9灌入一部分混凝土，然后开始上拔沉管，拔起到一定高度后，启动后扩挤装置16，边灌入混凝土边上拔钢沉管15和扩挤装置16，到达指定位置时，关闭后扩挤装置16，并往钢沉管15中灌入水泥砂浆，继续边灌水泥砂浆边上拔沉管，水泥砂浆会渗透到周围土体中形成浆液加固区13，最后应根据实际进行适当的空中补浆；

7)待沉管拔出后，利用吊机将在预制好的预制管桩3植入桩体中心，预制管桩下部焊接部分或与大直径布袋混凝土桩全桩长的钢筋笼4，保证预制管桩与桩位中心偏差小于0.05m，垂直度偏差不大于0.5％。

Claims (5)

1.一种加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，其特征在于，所述组合桩包括设于上部厚覆盖层的水泥砂浆桩，设于下部软土层的大直径混凝土桩，以及设于所述组合桩桩体中心的预制管桩；水泥砂浆桩的桩周具有浆液加固区，大直径混凝土桩底部设置预制桩尖，预制桩尖伸入相对持力层；所述组合桩桩体外包土工膜袋，其中大直径混凝土桩外包不透浆土工布袋，水泥砂浆桩外包可透浆土工布袋；土工膜袋外设置有塑料排水板或软式透水管；预制管桩底部焊接有钢筋笼。

2.根据权利要求1所述的加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，其特征在于：不透浆土工布袋的直径大于可透浆土工布袋的直径。

3.根据权利要求1所述的加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，其特征在于：预制管桩的顶部和底部分别设置有预制管桩顶部封口和预制管桩底部封口，预制管桩的底部沿圆周均匀设置有预埋连接筋，预埋连接筋与下端的钢筋笼焊接连接。

4.根据权利要求1所述的加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩，其特征在于：所述预制管桩嵌入大直径混凝土桩中。

5.加固厚覆盖层深埋软土刚柔组合桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）按现场地质条件和厚覆盖层深度确定可透浆土工布袋和不可透浆土工布袋的长度，根据数据制作土工膜袋，并在土工膜袋周围绑扎固定塑料排水板或软式透水管；

2）在指定桩位，采用潜孔钻机在厚覆盖层引孔至设计的标高位置；

3）将制作好的土工膜袋与预制桩尖连接，套入钢沉管中；

4）桩机就位，将钢沉管吊起，并将扩挤装置套入土工膜袋中伸入钢沉管底端，沿着引孔的中心线将钢沉管、和扩挤装置一起压入地基指定深度处；

5）形成大直径混凝土桩：往土工膜袋中灌入混凝土，然后开始上拔沉管，拔起到一定高度后，启动扩挤装置以扩大混凝土桩直径，然后再将钢沉管和扩挤装置一起上拔一定高度，再进行扩挤工序，重复以上步骤，直到扩挤形成通长的大直径混凝土桩；

6）形成水泥砂浆桩及浆液加固区：往钢沉管中灌入水泥砂浆，边灌水泥砂浆边上拔沉管，形成水泥砂浆桩，水泥砂浆渗透到周围土体中形成浆液加固区；

7）待沉管拔出后，利用吊机将在预制好的预制管桩植入桩体中心，所述预制管桩下部焊接钢筋笼。