CN105421446A - 一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩及施工方法，地基土与钻孔相连，钻孔与混合土挤压固化预制桩相连，混合土挤压固化预制桩通过中心孔和水泥砂浆相连，水泥砂浆和无缝钢管相连，无缝钢管与注浆管相连。步骤：A、振动沉管桩机成孔；B、放置混合土挤压固化预制桩；C、放置无缝钢管并拔出振动沉管；D、注浆：将无缝钢管与注浆连接，向无缝钢管中注入压力水泥砂浆，浆液固化后使无缝钢管与预制混合土柱形成完整的混合土挤压固化预制桩；E、整体施工。本发明利用废弃建筑垃圾及普通粘土预制混合土桩，制作方便快捷，质量可靠，降低运输成本，模块化成桩施工高效便捷，有效提高地基的整体承载能力。

Description

一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩及施工方法

技术领域

本发明涉及软基处理技术领域，更具体涉及一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩，同时还涉及一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的施工方法。

背景技术

软基是由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土等高压缩性土层构成的地基，在高速公路、建筑、港口、机场等工程建设中，都面临着大量的软基处理问题，需要解决其承载力低、荷载作用下变形严重的难题。目前常用的软基处理方法中，堆载预压方法施工简单，但工期长，需要大量土方；强夯法施工简单，速度快，但对周围环境影响大，处理深度有限；搅拌桩法施工工艺较复杂，处理效果可靠，但造价较高，只适用于埋深较浅的软土，目前搅拌桩法中，水泥粉喷桩是应用最为普遍的软基处理方法之一，但存在施工质量难以控制、处理深度有限等不足。开发更加环保、快速、低成本的施工方法，将是软基处理方法的重要发展趋势。

预制桩方法有利于施工质量的控制和提升施工效率，现有专利申请对预制桩处理软基的技术有如下几种：例如：

1、杜冰等发明的石灰、粉煤灰预制桩和成桩工艺及形成复合地基的方法（ZL：CN200810052414），包括利用石灰和粉煤灰构成的预制桩，以及桩体外围护的透水性强的无纺织物，主要适用于超软基的淤泥质粘土。这一发明的不足之处在于没有利用一般就地可取的粘土，反而对石灰需求量很大，且预制桩体缺乏粘结力强的材料，桩体必然为偏脆性材料，预制桩的长度必定受限制，而且没有说明对接头进行有效处理的方法，其实用性存在很大疑问，对提高地基整体承载能力的效果非常有限，没有从根本上发挥预制桩的优点。

2、郑刚等发明的预置劲芯夯实水泥土桩及其施工方法（ZL：CN200410093879），包括夯实水泥土桩，桩体内设置有劲芯桩，素混凝土或钢筋混凝土劲芯桩的桩长大于或等于预置劲芯夯实水泥土桩长的三分之二。该施工方法采用在钻孔内夯实水泥土的方法成桩，工效低、质量不容易控制是其显著弱点；对单桩承载力有较大提高，但高强度预制桩与低强度水泥土共同发挥作用时，其承载能力不能充分发挥，且处理深度受预制桩长度限制，与粉喷桩相比成本并不具备成本和工效优势，难以被市场接受。

3、孙令前等发明的挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩（ZL：CN201420438426），本发明先要求施工水泥土搅拌桩，然后压入钢沉管，在管内形成Y形截面的围合水泥土，在管中心压入预制桩后形成Y形桩，最后拔出钢沉管。这一发明能提高水泥土搅拌桩的强度，但缺点非常明显，施工工艺复杂，质量难以保证，成本较高，因此实用性一般。

另外，目前利用建筑垃圾成桩处理地基的专利中，如王光明发明的重锤冲孔夯扩建筑垃圾挤密桩工法（ZL：CN93109708），王继忠发明的用建筑垃圾夯扩超短异形桩的施工装置（ZL：CN96207591），王继忠发明的沉管底端重锤外夯击建筑垃圾承载体灌注桩（ZL:CN1098758A），段宝福发明的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法（ZL:CN201510122938）等，都是采用将建筑垃圾破碎后在孔内夯压成型的方法，其共同的最大弱点就是工效慢，施工质量难以控制，桩型不能控制，因此市场应用前景大受影响。

以上发明，与目前较弱地基处理中应用最广泛之一的水泥搅拌桩相比，并不具有明显的成本优势或环保优势，施工工艺也相对较复杂、工效差，因此都没有在市场中得到很好的推广应用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩，结构简单，可以现场预制，预制速度快，可实现模块化施工，成本低，能利用大量弃置的土方及建筑垃圾、粉煤灰等材料，有利于资源再利用及环境保护。

本发明的目的另一个目的是在于提供了一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的施工方法，该方法施工简便，工效较高，质量可靠，降价地基处理工程造价。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩，它由第一、第二混合土挤压固化预制桩、中心孔、无缝钢管、振动沉管、地表、钻孔、水泥砂浆、桩接头、地基土、注浆管、中心孔组成，根据图1可知，自下而上依次相连，其特征在于：地基土与钻孔相连，钻孔与振动沉管相连，振动沉管分别与第一、第二混合土挤压固化预制桩相连，第一混合土挤压固化预制桩通过桩接头与第二混合土挤压固化预制桩相连，第一混合土桩与地表相连，第一、第二混合土挤压固化预制桩通过中心孔和水泥砂浆相连，水泥砂浆和无缝钢管相连，无缝钢管与注浆管相连。

如图1、图2可知，本方法施工简单，利用振动沉管桩机的振动沉管施工钻孔后，将第一、第二混合土挤压固化预制桩依次吊放入钻孔内，然后将无缝钢管放入第一、第二混合土挤压固化预制桩的中心孔内，用振动沉管桩机将振动沉管缓慢拔出，再将注浆管与露出地表的无缝钢管连接，向无缝钢管内注入水泥砂浆，水泥砂浆凝固后，整体形成一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩。

一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的施工方法，其步骤是：

A、振动沉管桩机成孔：

可采用振动沉管桩机（市场上任何一种均可），从地表上开始钻孔，在地基土中钻到设计深度（不大于20m），形成有沉管暂时支撑的钻孔；

B、放置混合土挤压固化预制桩：

将混合土桩制备机（采用ZL－01）现场预制的混合土桩，把所需数量的混合土挤压固化预制桩吊放入沉管内，混合土桩在沉管内依次叠放形成与设计深度一致的混合土挤压固化预制桩；

所述的混合土桩可采用一般粘土与水泥、或石灰、或粉煤灰、或建筑垃圾等混合料，粘土占质量比85%或大于85%，其余混合料占质量比小于15%或等于15%，采用ZL－01混合土桩制备机进行静压预制（一般普通技术人员均能制备）。

C、放置无缝钢管并拔出振动沉管：

将与桩体设计深度一致的无缝钢管放入混合土挤压固化预制桩的中心孔内，无缝钢管采用管箍进行分段连接，然后，操作振动沉管桩机（市场上任何一种均可）将沉管拔出地表，混合土挤压固化预制桩及无缝钢管留在钻孔内；

D、注浆：

将无缝钢管与注浆管通过铁丝扎紧连接，向无缝钢管中注入压力水泥砂浆，使水泥砂浆全面充填在无缝钢管与混合土桩之间的孔隙及混合土桩的接头间隙位置，浆液固化后使无缝钢管与预制混合土柱形成完整的混合土挤压固化预制桩。

E、整体施工：

按照上述A、B、C、D步骤，按设计数量施工混合土挤压固化预制桩，所有的混合土挤压固化预制桩连成一片，提高了软基的承载能力和荷载作用下的抗变形能力，即完成了对软基的处理。

工作机理：

采用混合土桩制备机，将粘土、建筑垃圾、粉煤灰等制成压实均匀、强度较高的混合土挤压固化预制桩，有利于降低桩的生产成本，提高生产效率，充分利用废弃资源；振动沉管桩机将沉管压入软基后，沉管为混合土挤压固化预制桩直接放置到地基土提供了合适的通道，也起到了挤密地基土的作用；采用尼龙网袋将混合土挤压固化预制桩吊放入沉管内，既可以防止混合土挤压固化预制桩的断裂等损坏，还可以起到桩周加筋的作用；在依次叠放的混合土挤压固化预制桩的中心孔内插入无缝钢管并通过其注入压力水泥砂浆，可以在混合土挤压固化预制桩中发挥加筋作用，增加其抗剪强度，同时还可以通过固化后的水泥砂浆有效连接混合土挤压固化预制桩间的接头。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

①采用将一般粘土、建筑垃圾及粉煤灰等废弃材料压实预制成混合土桩的方法，既能制备成压实均匀、质量可靠、强度较高的工程桩，还能实现了废弃资源的再利用；

②采用多节混合土挤压固化预制桩连接成整体桩型的施工方法，有效的降低了预制桩的制作、运输、吊装的操作的难度，实现了模块化施工，降低了施工成本；

③采用无缝钢管及水泥砂浆连接混合土挤压固化预制桩间接头及中心加筋的方法，解决了混合土桩的接头有效连接问题，也提高了混合土桩的整体承载能力。

武汉市某高速公路快速出口通道路基面临大量软基问题，部分路段路基从上至下地层分别为亚粘土（层厚3.1-3.2m）、淤泥质粘土（层厚3.9-4.1m）、亚粘土（层厚2.0-7.8m）、淤泥质粘土（层厚0.0-1.1m）、亚粘土（层厚0-4.9m）、粉砂（地层未揭穿）。设计采用所提出的一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩施工方法。混合土挤压固化预制桩的桩径为900mm，桩长为12.0-18.0m，采用现场弃土与8%的水泥拌合预制而成，振动沉管桩机成孔，放置3-6节混合土挤压固化预制桩，桩长均为3m，桩间距为2m。与传统粉喷桩相比，采用混合土挤压固化预制桩施工方法，可节省工期约1/8，节约成本约10-15%，减少了对沿线环境的影响。监测结果表明，路基施工期沉降及工后预测沉降均满足规范要求。

附图说明

图1为一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的平面示意图。

图2为一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的剖面示意图。

图中：1b—第一混合土挤压固化预制桩、1a－第二混合土挤压固化预制桩、2—中心孔、3—无缝钢管、4－振动沉管、5－地表、6－钻孔、7－水泥砂浆、8－桩接头、9－地基土、10－注浆管。

具体实施方式

实施例1：

下面结合图1、图2对本发明作进一步详细说明：

一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩，它由第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a、中心孔2、无缝钢管3、振动沉管4、地表5、钻孔6、水泥砂浆7、桩接头8、地基土9、注浆管10、中心孔2组成，如图1可知，自下而上，其特征在于：地基土9与振动沉管4相连，振动沉管4与钻孔6相连，钻孔分别6与第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a相连，第二混合土挤压固化预制桩1a与地表5相连，第一混合土挤压固化预制桩1b通过桩接头8与第二混合土挤压固化预制桩1a相连，第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a通过中心孔2和水泥砂浆7相连，水泥砂浆7和无缝钢管3相连，无缝钢管3与注浆管10相连。

如图1、图2可知，本方法施工简单，利用振动沉管桩机的振动沉管4施工钻孔6后，将第一混合土挤压固化预制桩1b和第二混合土挤压固化预制桩1a依次吊放入钻孔6内，然后将无缝钢管3放入第一混合土挤压固化预制桩1b和第二混合土挤压固化预制桩1a的中心孔2内，用振动沉管桩机将振动沉管4缓慢拔出，再将注浆管10与露出地表5的无缝钢管3连接，向无缝钢管3内注入水泥砂浆7，水泥砂浆7凝固后，整体形成一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩。

实施例2：

一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的施工方法，其步骤是：

①成孔：

采用振动沉管桩机，在从地表5开始，在地基土9内利用振动沉管4，自上而下施工钻孔6至设计深度（一般为20m），振动沉管4暂时留在地基土9中作为钻孔6的支撑，为混合土挤压固化预制桩1的依次安装提供了前提条件。

②吊放混合土挤压固化预制桩：

采用振动沉管桩机，将第一混合土挤压固化预制桩1b和第二混合土挤压固化预制桩1a依次吊放入暂时留置于钻孔6中的振动沉管4中，第一混合土挤压固化预制桩1b和第二混合土挤压固化预制桩1a在振动沉管4内依次叠放，形成与设计深度一致的混合土挤压固化预制桩体，振动沉管4为第一混合土挤压固化预制桩1b和第二混合土挤压固化预制桩1a的顺利放入发挥了关键作用，第一混合土挤压固化预制桩1b和第二混合土挤压固化预制桩1a的吊入是一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩整体形成中的重要一环。

③放置无缝钢管并拔出振动沉管：

通过第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a上的中心孔2，放置较第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a稍长的无缝钢管3，无缝钢管3采用管箍进行分段连接，然后通过操作振动沉管桩机将振动沉管4慢慢拔出，混合土挤压固化预制桩及无缝钢管留在钻孔内，为后续注浆及成桩作好准备；

④注浆：

通过与无缝钢管3连接的注浆管10注入压力水泥砂浆7，使水泥砂浆7全面充填在无缝钢管3与第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a之间的孔隙及桩接头8的位置，凝固后的水泥砂浆7与无缝钢管3共同起到了连接第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a的作用，同时也增大了混合土挤压固化预制桩1的抗剪强度和抗压强度。

⑤整体施工：

按照上述①-④步骤，施工设计数量的第一混合土挤压固化预制桩1b、第二混合土挤压固化预制桩1a，即完成对软基的整体有效处理，达到提高地基承载力的目的。

所述的混合土桩采用一般粘土与水泥、或石灰、或粉煤灰、或建筑垃圾混合料，粘土占比85%，其余混合料占比15%，采用ZL－01混合土桩制备机进行静压预制。

Claims (2)

1.一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩，它包括第一混合土挤压固化预制桩（1b）、第二混合土挤压固化预制桩（1a）、无缝钢管（3）、钻孔（6）、水泥砂浆（7）、桩接头（8）、地基土（9）、注浆管（10）、中心孔（11），其特征在于：地基土（9）与钻孔（6）相连，钻孔（6）分别与第一混合土挤压固化预制桩（1b）、第二混合土挤压固化预制桩（1a）相连，第一混合土挤压固化预制桩（1b）通过桩接头（8）与第二混合土挤压固化预制桩（1a）相连，第一混合土挤压固化预制桩（1b）、第二混合土挤压固化预制桩（1a）通过中心孔（2）和水泥砂浆（7）相连，水泥砂浆（7）和无缝钢管（3）相连，无缝钢管（3）与注浆管（10）相连。

2.权利要求1所述的一种用于软基处理的混合土挤压固化预制桩的施工方法，其步骤是：

A、振动沉管桩机成孔：采用振动沉管桩机从地表上开始钻孔，在地基土中钻到设计深度，形成有沉管支撑的钻孔；

B、放置混合土挤压固化预制桩：将混合土桩制备机现场预制的混合土桩，把所需数量的混合土挤压固化预制桩吊放入沉管内，混合土桩在沉管内依次叠放形成与设计深度一致的混合土挤压固化预制桩；

C、放置无缝钢管并拔出振动沉管：将与桩体设计深度一致的无缝钢管放入混合土挤压固化预制桩的中心孔内，无缝钢管采用管箍进行分段连接，然后，操作振动沉管桩机将沉管拔出地表，混合土挤压固化预制桩及无缝钢管留在钻孔内；

D、注浆：将无缝钢管与注浆管通过铁丝扎紧连接，向无缝钢管中注入压力水泥砂浆，使水泥砂浆全面充填在无缝钢管与混合土桩之间的孔隙及混合土桩的接头间隙位置，浆液固化后使无缝钢管与预制混合土柱形成完整的混合土挤压固化预制桩；

E、整体施工：

按照上述A、B、C、D步骤，按设计数量施工混合土挤压固化预制桩，所有的混合土挤压固化预制桩连成一片，完成了对软基的处理；

所述的混合土桩采用粘土与水泥、或石灰、或粉煤灰、或建筑垃圾混合料，粘土占质量比85%，其余混合料占质量比15%，采用ZL－01混合土桩制备机进行静压预制。