CN104695417B - 一种后注浆碎石桩的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种后注浆碎石桩的制造方法，在沉管内通过投放碎石并振动成桩而制成碎石桩身，并通过注浆管进行后注浆将水泥砂浆压入所述碎石桩身，而形成所述后注浆碎石桩。在相互间隔布置的多个后注浆碎石桩顶部，设置中间敷设至少一层钢塑格栅的半刚性垫层，并在所述半刚性垫层之上设置路基填料形成所述后注浆碎石桩复合地基。本发明中使用了沉管，使得桩身连续无缩颈断桩现象，且沉桩设备简单、施工方便，施工中不会对周边环境造成污染。尤其适用于淤泥质土、海滩土、淤泥等软弱地基的浅层地基处理，有助于解决道路施工工程的许多实践问题，节约成本，缩短工期，提高工程质量，提供更好的前景。

Description

一种后注浆碎石桩的制造方法

技术领域

本发明为道路工程所涉及的地基处理的技术领域，具体涉及一种适用于软土路基处理的后注浆碎石桩复合地基，用于该复合地基的后注浆碎石桩，以及该后注浆碎石桩的制造方法。

背景技术

我国滨海、沿河等区域广泛分布有海滩土、淤泥质土等软弱地基，其中：有些区域仅浅层分布有软基；有些工程虽软基较深厚但工程荷载小，所需处理深度也较小。以上两类情况的软基，根据经验，必须采用一定的处理措施，方可达到沉降和稳定要求。因此，针对上述两类情况，在道路建设过程中必须对软弱地基进行浅层加固处理，以控制工后沉降，确保稳定安全。

目前，常用浅层地基处理方式主要有换填法、复合地基法、排水固结法、泡沫轻质土法等。换填法对提高路床压实度有明显作用，但对降低总沉降量作用较小，而且需要大量翻挖外运，不符合节能环保理念；泡沫轻质土法施工需要发泡、搅拌等多种机械，施工操作复杂，造价甚至高于水泥搅拌桩复合地基法，而且存在抗浮、耐久性等问题，因此不推荐浅层地基处理采用；水泥搅拌桩等半刚性桩复合地基工艺较成熟，但施工机械笨重，因此不推荐浅层地基处理采用；预应力混凝土管桩、钻孔灌注桩等刚性桩复合地基效果最好，但造价高，不推荐用于浅层地基处理；排水固结法性价比高，但工期长，对于工期要求紧的工程不适用。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种后注浆碎石桩，可以保证后注浆碎石桩成桩的连续性和整体性，避免断桩产生。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种后注浆碎石桩，其中包含：在沉管内通过投放碎石并振动成桩而制成的碎石桩身，以及通过注浆管进行后注浆来压入所述碎石桩身的水泥砂浆。

优选地，所述沉管上端的两侧各自设置有一个耳板，两个所述耳板各自延伸至沉管上方的延伸部分之间设置有夹板，施工机具通过夹持所述夹板对沉管进行操控，以便在施工桩位处形成桩孔。

优选地，所述沉管是外径D为150mm~600mm、壁厚t为5mm~20mm的无缝钢管；所述沉管上端焊接的耳板，为与沉管尺寸一致的圆弧形，耳板的弧长L不小于150mm；耳板与沉管焊接搭接长度b不小于300mm；夹板高度h不小于400mm；耳板与夹板之间的焊接采用双侧角焊缝，焊缝厚度不小于6mm；耳板与沉管三面焊接，角焊缝厚度不小于6mm。

优选地，由施工机具操控的沉管被起吊而使该沉管的下端与布置于施工桩位的桩靴对准；所述桩靴由C30素混凝土预制形成；

该桩靴的上部为具有第一直径的圆柱形，中部为具有第二直径的圆柱形，下部为自中部向下延伸的倒置的圆台形；桩靴上部的第一直径小于中部的第二直径；第二直径与沉管的外径相匹配。

优选地，所述注浆管在所述沉管上端的管口居中放置并与耳板固定连接；

所述注浆管通过连接若干管段而形成，以控制该注浆管的长度及该注浆管伸入到沉管内的距离。

优选地，所述沉管内投放的碎石为硬质石料，粒径5mm~40mm，含泥量不大于5％；所述水泥砂浆中，包含细砂，和P.0.42.5级或P.0.42.5级以上的水泥，水灰比为0.5~0.6；且所述水泥砂浆中可根据需要掺加有粉煤灰、石灰、减水剂、早强剂等材料。

本发明的另一个目的在于提供一种后注浆碎石桩复合地基，解决传统浅层地基处理成本较高或工期较长的问题，实现解决工程实践问题并经济有效的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种后注浆碎石桩复合地基，其中可设置上述任意一种后注浆碎石桩。

所述后注浆碎石桩复合地基中，包含：

相互间隔布置的多个后注浆碎石桩；每个所述后注浆碎石桩，通过在沉管内投放碎石、振动成桩并进行后注浆而形成在地面下方；

半刚性垫层，包含碎石或砂砾的粒料，设置在多个所述后注浆碎石桩的顶部；在所述半刚性垫层之上设置路基填料；

以及，至少一层钢塑格栅，设置在所述半刚性垫层的中间。

优选地，所述半刚性垫层的粒料中，最大粒径不大于30mm，粒料中小于5mm部分的含泥量不大于5%，渗透系数不小于1×10^-3m/s；

所述半刚性垫层的厚度为300mm~500mm。

优选地，多个所述后注浆碎石桩为梅花形或正方形分别，桩间距j为0.8m~2.0m，桩径为15cm~60cm，桩长H为3m~6m；

多个所述后注浆碎石桩分布范围，对应于路基宽度两侧的坡脚线分别向外延伸2m~5m距离的范围。

本发明的再一目的在于提供一种后注浆碎石桩的施工方法，解决传统复合地基成本较高或工期较长的问题，克服工程实践中的困难，实现经济有效的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种后注浆碎石桩的制造方法，其中包含以下过程：

使用无缝钢管作为沉管，在所述沉管上端的两侧分别焊接一个耳板，两个所述耳板各自延伸至沉管上方的延伸部分之间焊接有夹板；

在设定的施工桩位处固定设置桩靴；施工机具将沉管起吊，并使该沉管下端与桩靴对准；液压钳通过夹住沉管上的夹板并进行振动，使沉管持续贯入地下直到达到设计桩底标高；

注浆管在所述沉管上端的管口居中放置并与耳板固定连接，并使所述注浆管伸入到沉管内的设定位置；

通过沉管上端的管口投放碎石，通过振动使碎石填料密实，且边振动边拔桩，并补充碎石，以形成碎石桩身；

通过注浆管进行后注浆，来将水泥砂浆压入所述碎石桩身，且边压浆边拔注浆管，并在1m~2m范围内补充注浆，直至孔口标高断面上浆液充分外溢充盈后停止，从而形成后注浆碎石桩。

与现有技术相比，本发明的优点和效果在于，后注浆碎石桩的制造施工过程中使用了沉管，使得桩身连续无缩颈断桩现象。该桩沉桩设备简单、施工方便，施工中不会对周边环境造成污染。后注浆碎石桩复合地基技术在道路工程中的使用，尤其适用于海滩土等软弱地基的浅层地基处理，将有助于解决许多工程实践问题，节约成本，缩短工期，提高工程质量，提供更好的前景。

附图说明

图1是本发明所述后注浆碎石桩复合地基中后注浆碎石桩分布平面的俯视示意图；

图2是本发明中所述后注浆碎石桩复合地基的侧剖面示意图；

图3是本发明中所述后注浆碎石桩的制造方法的流程示意图；

图4是本发明一个具体示例中桩靴的侧剖面示意图；

图5是本发明一个具体示例中桩靴的仰视示意图；

图6是本发明中所述沉管的侧剖面示意图；

图7是本发明中所述沉管的俯视示意图；

图8是本发明一个具体示例中沉管的侧剖面示意图；

图9是本发明一个具体示例中沉管的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

为了保证后注浆碎石桩成桩的连续性和整体性，避免断桩产生，本发明提供一种后注浆碎石桩，主要包含碎石桩身，和水泥砂浆。通过在定制沉管内投放碎石并振动成桩来制成碎石桩身，再采用预先放置的注浆管后注浆，将配制好的水泥砂浆压入碎石桩身中，从而形成所述的后注浆碎石桩。

本发明将上述的后注浆碎石桩设置于地基内而形成一种后注浆碎石桩复合地基，可以解决传统浅层地基处理成本较高或工期较长的问题，克服工程实践中的困难，实现经济有效的目的。所述的后注浆碎石桩复合地基中，在后注浆碎石桩10的顶部设置半刚性垫层20，且所述半刚性垫层20中间铺设有1~2层钢塑格栅30（见图2）。

其中，所述的半刚性垫层为级配良好的碎石或砂砾，不含植物残体、垃圾等，垫层的最大粒径不大于30mm，粒料中小于5mm部分的含泥量不宜大于5%，渗透系数不宜小于1×10^-3m/s。所述后注浆碎石桩平面布置采用正方形或梅花形，桩间距一般为0.8m~2.0m，桩径为15cm~60cm，桩长为3m~6m。

请配合参见图1至图2所示本发明后注浆碎石桩复合地基的实施方式。图1所示的为一道路工程路基处理时采用后注浆碎石桩10进行复合地基处理的平面布置示意图，图中多个后注浆碎石桩10为梅花形布置，桩间距j（一般为0.8m~2.0m），处理范围为路基宽度S以外，两侧坡脚线外各向外延伸距离B（B一般为2m~5m，确保B范围内至少有1~3排桩）。

图2所示为横断面布置示意图，图中H为桩长（H一般为3m~6m），桩顶设半刚性垫层20（厚度一般为300mm~500mm），中间铺设一层钢塑格30栅，垫层之上为路基填料。图中标号40为原地面的所在位置。

本发明还提供一种后注浆碎石桩的施工方法。如图3所示，该施工方法的一个具体示例中，包括以下步骤：A、预制桩靴、制造沉管；B、备料（碎石、水泥）、设备进场；C、测量放样，试桩并确定工艺参数；D、安装桩靴，振动沉管至设计深度；E、安放注浆管；F、填碎石；G、振动拔桩，补足碎石至达到地面；H、注浆：采用边压浆边拔注浆管的方法，并在1m～2m范围内补充注浆，直至孔口标高断面上浆液充分外溢充盈后停止。

本发明的施工方法中：

（1）桩靴预制

桩靴采用C30素混凝土预制，养护期2周，确保达到强度。以的桩靴为例，其结构及各部分的示例尺寸可参见图4、图5所示。该桩靴上部和中部分别为圆柱形，上部的直径小于中部的直径（中部直径与沉管外径相匹配）；桩靴下部是由中部向下延伸的倒置的圆台形。

（2）定制沉管制造

本发明中的沉管采用外径D（D宜为150mm~600mm）、壁厚t（t宜为5mm~20mm）的无缝钢管制作；例如为外径（厚度t=12mm）、（t=10mm）等规格。沉管的长度按处理深度需要可调整。该沉管下端将与桩靴接触的部位切割平整，防止压桩过程产生倾斜。

如图6、图7所示，所述沉管11上端焊接有耳板12（尺寸L*（b+h））与夹板13（尺寸h*D）；图8、图9中以钢管制作的沉管为例进行说明。两个耳板12相对地位于沉管11两侧，耳板12与沉管11三面焊接，角焊缝厚度不小于6mm。两个耳板12各自有延伸至沉管11上方的延伸部分，夹板13即位于两个耳板12的延伸部分之间。夹板13与耳板12也采用焊接，焊接采用双侧角焊缝，焊缝厚度不少于6mm。耳板12为与沉管11尺寸一致的圆弧形，弧长L不小于150mm；耳板12与沉管11焊接搭接长度b不小于300mm；夹板13的高度h不小于400mm。

（3）注浆管制造、安装

每根桩的注浆管，采用1根1英寸口径的钢管；该注浆管可重复利用。沉管到位后，使注浆管居中放置，沉管的上端管口进行临时保护，防止杂物进入管内，并将注浆管与耳板固定，防止碎石投料时碰撞。该注浆管伸入所述沉管内，并可以通过丝扣连接将每段长2.0m的若干管段相互连接以便延伸注浆管的长度，以使该注浆管下端能够大致延伸到达沉管的下端（或达到其他设定的位置）。

（4）测量放样及定桩位

依据设计资料，确定每个后注浆碎石桩的桩位中心，以中心为圆心，以桩身半径加护壁厚度的半径画出钻孔的圆周，撒石灰线。要求桩位偏差不大于±20mm。

（5）振冲施工

根据要求本发明所用石料应为硬质石料，粒径5mm~40mm，含泥量不得大于5％，石料中不得夹土块，不得使用风化石料。

①测量放样，桩中心误差控制在2cm以内，固定桩靴。

②施工机具就位，起吊沉管对准桩座，同时用直径8mm钢丝绳将沉管与沉管机具连接，防止沉管以外从夹具中脱落。

③沉管：液压钳夹住沉管上的夹板，开动液压振动，使沉管与桩靴对准，垂直度调整后，徐徐贯入土中，直至设计桩底标高。

（6）填料加密

碎石5 mm~40mm连续级配，通过沉管上端的管口投放至孔内。投入量应大于计算桩孔体积，并填灌至孔口标高。投放的同时，振动设备开启，通过振动使碎石填料密实，且边振动边拔桩，顶部不足碎石，及时填补。

（7）水泥浆制备、压浆

注浆材料采用水泥砂浆，水泥宜用P.0.42.5及以上级水泥，砂为细砂，水泥砂浆的水灰比宜为0.5~0.6，并根据需要适量掺加粉煤灰、石灰、减水剂、早强剂等材料以提高水泥砂浆性能。注浆采用边压浆边拔注浆管的方法，并在1m~2m范围内补充注浆，直至孔口标高断面上浆液充分外溢充盈后停止。在正式注浆施工前，首先进行工艺试验，以确定合适的水灰比和注浆压力等施工参数。

本发明所需施工设备配备计划（一套），见表1。

表1

本发明施工时所需人员配置为：测量人员1人，司机1人，制浆、压浆2人，碎石投料2人，吊装指挥1人，总计：7人。

根据上述的设备及人员配置，本发明施工进度：一套设备，注浆管配备50根左右，每台班可完成80根沉管及注浆作业，施工速度快，作业效率高。

以下提供使用本发明对上海下盐公路试验段进行施工的一个实施例。该路段为海滩土分布于规划一河以东地段，是原海滩上近代淤积而成的土层，主要由淤泥组成，含有机质，夹粘质粉土，土质不均，工程力学性质极差。不进行处理难以满足道路使用要求。

将本发明的后注浆碎石桩应用于该路段。桩距按等边三角形梅花型排列，桩间距2.0m。路基坡脚线外1排桩。一般路段应避开管线位置，管线位置待地基处理完成后再开槽换填。实际施工方便，速度快，处理后效果达到了道路使用要求。

经技术经济比较，同样处理效果情况下，后注浆碎石桩施工速度快、环境影响小，造价与深层搅拌桩基本相当，比素混凝土桩低。经现场实测及理论反演计算：道路十五年使用期内工后沉降15.9cm，满足规范要求。该法施工快速、无污染、造价相对其他刚性桩较低，是一种适用于软土路基处理的新型复合地基技术方法。

综上所述，本发明在地基内设置的后注浆碎石桩，利用类似工程常用的液压挖掘机加上沉管进行成孔，打设费用将大大降低，打设速度很快。利用沉管进行碎石投放，振动成进行后注浆，可以保证成桩的连续性和整体性，避免断桩产生。后注浆碎石桩顶设半刚性垫层，所述半刚性垫层中间铺设钢塑格栅，形成复合地基。

后注浆碎石桩是一种半刚性~刚性的复合地基处理方法，主要适用于浅层地基处理（处理深度范围为3m~6m），它不同于钻孔灌注桩，水泥砂浆在压力下，除固结石料外，也向周围土体渗透加固桩端和桩侧土体，改善桩间天然土体的性质以提高承载力，达到更好的加固效果。它具有避免桩侧泥皮、桩底沉渣等优点，它属于小直径类型桩，一般直径可选用15cm~60cm，桩体强度根据不同的工程要求可高可低。后注浆碎石桩，设备简单，施工速度快，环境污染相对水泥搅拌桩少，造价与水泥搅拌桩基本相当，比素混凝土桩低。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种后注浆碎石桩的制造方法，其特征在于，包含以下过程：

使用无缝钢管作为沉管，在所述沉管上端的两侧分别焊接一个耳板，两个所述耳板各自延伸至沉管上方的延伸部分之间焊接有夹板；

在设定的施工桩位处固定设置桩靴；施工机具将沉管起吊，并使该沉管下端与桩靴对准；液压钳通过夹住沉管上的夹板并进行振动，使沉管持续贯入地下直到达到设计桩底标高；

注浆管在所述沉管上端的管口居中放置并与耳板固定连接，并使所述注浆管伸入到沉管内的设定位置；

通过沉管上端的管口投放碎石，通过振动使碎石填料密实，且边振动边拔桩，并补充碎石，以形成碎石桩身；所述沉管内投放的碎石为硬质石料，粒径5mm~40mm，含泥量不大于5％；

通过注浆管进行后注浆，来将水泥砂浆压入所述碎石桩身，且边压浆边拔注浆管，并在1m～2m范围内补充注浆，直至孔口标高断面上浆液充分外溢充盈后停止，从而形成后注浆碎石桩；所述水泥砂浆中，包含细砂，和P.0.42.5级或P.0.42.5级以上的水泥，水灰比为0.5~0.6；所述水泥砂浆中不掺加其他材料，或者，所述水泥砂浆中掺加有以下材料中的任意一种或其任意组合：粉煤灰、石灰、减水剂、早强剂；

多个所述后注浆碎石桩为梅花形或正方形分布，桩间距j为0.8m~2.0m，桩径为15cm~60cm，桩长H为3m~6m；

在多个所述后注浆碎石桩的顶部设置有半刚性垫层，并在所述半刚性垫层的中间设置有至少一层钢塑格栅；所述半刚性垫层包含碎石或砂砾的粒料；所述半刚性垫层的粒料中，最大粒径不大于30mm，粒料中小于5mm部分的含泥量不大于5%，渗透系数不小于1×10^-3m/s；

所述半刚性垫层的厚度为300mm~500mm；在所述半刚性垫层之上设置路基填料。