CN105603961A - 预成孔侧向约束桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地基处理和深基础施工领域，尤其是预成孔侧向约束桩及其施工方法，其特征在于：一次性穿透粗颗粒填土层和深厚软土层，使桩体着底；荷载作用下，高强高韧加筋滤网对粗颗粒材料形成侧向约束作用，可以充分发挥桩体的承载能力和抗变形能力；粗颗粒填料与加筋滤网形成的桩体整体性加强，抗剪能力增强，解决了碎石桩的断桩问题。本发明的优点是：具有一次性穿透粗颗粒填土层和深厚软土层、水下施工、高韧高强加筋滤网侧向约束、控制变形、超大直径侧限约束粗颗粒填料桩的密实度和刚度可控可调、能形成快速排水通道、加速软土固结、造价低、高效、节能、环保等优点。

Description

预成孔侧向约束桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及地基处理和深基础施工领域，尤其是预成孔侧向约束桩及其施工方法，具体指预成孔密实超大直径一体式侧向约束可抗拔排水节能环保粗颗粒填料桩法，是对表层为回填开山石、建筑垃圾、工业废渣等粗粒料，深层为淤泥及淤泥质等软土地基进行固结加固的地基处理和深基础施工技术。

背景技术

常规挤密碎石桩通过机具成孔，然后在孔内填入粒径要求严格的碎石料，挤密成桩，并与桩间土共同作用形成复合地基。由于碎石桩属于散体桩，淤泥或淤泥质等软土对桩体难以形成有效的侧向约束，受荷后浅层易鼓胀变形，桩体和复合地基的承载能力低，变形大，从而限制了碎石桩在淤泥及淤泥质等软土中的使用

由于软基承载力非常低，变形很大，因此为提高承载力和控制变形可在软基中打入钢筋混凝土桩。但钢筋混凝土桩所用的钢材、水泥等排放量大、污染环境、造价高。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了预成孔侧向约束桩及其施工方法，通过在粗颗粒填料设置侧向约束体，实现了一次穿透表层粗颗粒填土层、超深密实成桩和在淤泥及淤泥质软土中提供侧向约束，可以有效发挥桩体承载力、控制变形能力、排水固结能力和可提供抗拔承载力的地基处理和深基础施工技术。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种预成孔侧向约束桩，其特征在于：所述桩体包括具有渗透性的侧向约束体和粗颗粒填料，所述粗颗粒填料包裹在所述侧向约束体的内部，所述侧向约束体对所述粗颗粒填料施加侧向约束作用。该桩一次性穿透粗颗粒填土层与软土层地基并形成超大直径侧向约束粗颗粒填料桩。

所述侧向约束体与上部桩基础之间锚固连接，从而形成可抗拔侧向约束粗颗粒填料桩。

所述侧向约束体为加筋滤网，所述粗颗粒填料指的是开山石、建筑垃圾或工业废渣。加筋滤网置于粗颗粒填料外侧，荷载作用下，高强高韧加筋滤网对粗颗粒桩体形成侧向包裹约束作用，加筋滤网与粗颗粒填料形成的桩体整体性加强，其抗剪强度和抗变形能力大大提高，解决了断桩问题。

侧向约束开粗颗粒填料桩与桩间土体形成复合地基共同承担上部荷载，亦可作为深基础单独承载。

侧向约束开粗颗粒填料桩直径超大，密实度与刚度可控可调。

一种上述的预成孔侧向约束桩的施工方法，其特征在于：所述施工方法用于对表层为粗颗粒填土层，深层为软土层的软土地基进行固结加固，所述施工方法至少包括以下步骤：

穿透所述粗颗粒填土层和所述软土层成孔，所述成孔的孔底位于所述软土地基的持力层；

在所述成孔内下设加筋滤网，加筋滤网为直径0.8-3.0m的高强高韧加筋滤网（加筋滤网强度依计算而定）；

向所述加筋滤网内回填粗颗粒填料，粗颗粒填料自加筋滤网底部开始，自下而上回填；

对所述粗颗粒填料进行密实，密实具体指的是：一边上拔填料套管一边对粗颗粒材料进行密实，桩体密实采用振密或夯实，振密采用振动杆振动，该过程填料和振密不间断进行，即边填料边振密；夯实采用较高能级不脱钩式强夯机分层夯实，夯实能级1000kN.m-4000kN.m；

振动杆激振力、激振时间和振动锤的规格（或夯实能级、锤底面积）与填料量、填料粒径、加筋滤网强度、侧向约束开山石、建筑垃圾等粗颗粒桩体设计强度、侧向约束开山石、建筑垃圾等粗颗粒桩体的设计密实度和刚度、复合地基的强度和变形要求等相适应；

对所述粗颗粒填料的表层进行夯实，持续回填所述粗颗粒填料至地面后对上部桩体和桩间土进行强夯。

重复上述步骤，完成全部孔位施工。

预成孔侧向约束粗颗粒填料桩不用钢材水泥等高耗能产品，可部分替代软基中的钢筋混凝土桩，不污染地下水、空气和土壤，无污染排放，可用建筑垃圾等粗颗粒、质地坚硬的工业废渣做填料，加固改良原地基土，节水节材节能环保效果明显。

预成孔侧向约束粗颗粒填料桩对粗颗粒填料的粒径要求较低，最大粒径振密时小于300mm，夯实时小于500mm即可。而常规碎石桩的最大粒径要求一般不得超过120mm。

预成孔侧向约束粗颗粒填料桩实现对地基进行排水、置换、加固、控制变形等共同的作用：

排水：形成的超大直径高渗透性加筋滤网侧向约束粗颗粒填料桩，可作为大直径排水通道，加速软弱下卧层的排水固结；

置换：形成的超大直径加筋滤网侧向约束粗颗粒填料桩，可以穿透深厚软土层同时由于高强高韧加筋滤网的侧向约束可以置换软土形成具有竖向增强作用的桩体；

加固：形成的超大直径加筋滤网侧向约束粗颗粒填料桩，具有较高强度和较高承载力，且其密实度和刚度可控可调，对地基的加固效果显著；

控制变形：形成的超大直径加筋滤网侧向约束粗颗粒填料桩，其受高韧高强加筋滤网的约束作用，具有良好的整体性，同时可直接穿透深厚软弱下卧层，与表层压实的粗颗粒填土层协同作用，从而很好的控制地基基础的变形；

同时，预成孔侧向约束粗颗粒填料桩在加速软土层的固结的同时，随软土层固结变形的进行，桩体的密实度和竖向承载性能不断提高。

形成的超大直径加筋滤网侧向约束粗颗粒填料桩，其受高韧高强加筋滤网的约束作用，具有良好的整体性，密实度和刚度可控可调，处理深度超深（超过30m），可作为深基础单独承载。

技术方案的技术特点是：

(1)一次性穿透粗颗粒填土层和深厚软土层，使桩体着底；

(2)通过振动杆振动或夯实作用对桩体进行密实；

(3)桩体的密实度和刚度可控可调；

(4)桩体直径超大，最大可达3.0m；

(5)荷载作用下，高强高韧加筋滤网对粗颗粒材料形成侧向约束作用，可以充分发挥桩体的承载能力和抗变形能力；

(6)粗颗粒填料与加筋滤网形成的桩体整体性加强，抗剪能力增强，解决了碎石桩的断桩问题；

(7)加筋滤网与粗颗粒填料共同作用形成超大直径侧向约束粗颗粒填料桩，超大直径侧向束粗颗粒填料桩与桩间土共同承担上部荷载形成复合地基；

(8)桩体整体性，密实性好，可作为深基础单独承载；

(9)它实现对地基进行控制变形、排水、置换、加固等共同的作用；

(10)不受地下水位的限制，可进行水下施工；

(11)通过加筋滤网长度的变化，根据地质情况和设计要求在复合地基中可形成变桩径、变桩长或长短桩粗细桩组合地基，将提供承载力和桩控制变形有机结合，经济高效，节能环保。

本发明的优点是：在淤泥与淤泥质土等软土地基中形成超大直径侧向约束可抗拔排粗颗粒填料桩，可实现一次性穿透粗颗粒填土层，深厚软土地基，该桩长度可控可调、加速软土层固结、刚度不断提升、提高地基承载能力、减少(不均匀)沉降变形、改善渗透性、可提供抗拔力、解决断桩问题、实现环保节能等目的。

附图说明

图1为本发明的施工工艺流程图；

图2为本发明的施工工艺的步骤一的示意图；

图3为本发明的施工工艺的步骤二的示意图；

图4为本发明的施工工艺的步骤三的示意图；

图5为本发明的施工工艺的第一种步骤四的示意图（振密）；

图6为本发明的施工工艺的第二种步骤四的示意图（夯实）；

图7为本发明的施工工艺的步骤五的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-7所示，图中标记1-9分别表示为：回填碎石层1、淤泥层2、持力层3、成孔4、加筋滤网5、粗颗粒填料6、振动锤7、振动杆8、夯击锤9。

实施例：本实施例中的预成孔侧向约束桩包括加筋滤网5和粗颗粒填料6，粗颗粒填料6包裹在加筋滤网5的内部，使加筋滤网5对粗颗粒填料6产生侧向约束作用，具有良好的整体性。

本实施例中的预成孔侧向约束桩在具体施工时具有如下步骤：

1、设计：

(1)预成孔深层密实大直径侧向约束粗颗粒填料桩法的设计参数包括：桩孔孔径、桩径、桩距、桩长、振动杆振动频率和振密时间（或夯实能级和夯锤直径）、外管上拔速度、加筋滤网直径与强度、地基处理要求(地基承载力、变形模量)等。

(2)正式施工前宜进行试验性施工，以验证施工参数的合理性及地基处理效果是否满足要求。

(3)桩位布置可采用正三角形或正方形布置。

(4)填料适当，最大粒径振密不宜大于300mm，夯实不易大于500mm，含泥量不做要求。

2、如图1所示，施工的具体步骤包括：

(1)施工准备

施工准备包括人员、机械设备、施工材料、临时用水用电、施工道路等。机械设备主要包括钻进机械与密实机械，施工材料主要为粗颗粒填料6，粗颗粒填料6可以采用开山石、建筑垃圾、工业废渣等材料。

(2)施工工艺流程

①如图2所示，通过钻机一次性穿透回填碎石层1和淤泥层2形成成孔4，成孔4的孔底位于持力层3上。回填碎石层1属于粗颗粒填土层中的一种，淤泥层2属于软土层中的一种，当地基的表层为粗颗粒填土层中的任意一种，深层属于软土层中的任意一种时，成孔4的孔底均位于持力层3上，即通过钻机一次性穿透粗颗粒填土层和软土层形成成孔4。

③如图3所示，下设直径为0.8-3.0m的高韧高强的加筋滤网5。在实际使用中，加筋滤网5的直径与设计的桩孔孔径吻合适配。在实际施工中，可在加筋滤网5内填充少量的粗颗粒填料6，以增加加筋滤网5的底部重量，保证其底部触及成孔4的孔底，即持力层3上。

③如图4所示，从加筋滤网5的底部由下至上向加筋滤网5内回填粗颗粒填料6，填料量以桩体直径、桩体长度、激振力（或夯实能级）、设计要求的密实度和刚度等进行控制。

④对粗颗粒填料6进行密实，此时可采用如图5所示的振密方式或如图6所示的夯击方式。如图5所示，当采用振动密实时，可采用振动锤7和振动杆8的组合来对粗颗粒填料6进行振密。振动杆8的激振力、振密时间和振动锤7的规格（或夯实能级、锤底面积）与填料量、粗颗粒填料6的粒径、加筋滤网5的强度、形成桩体的强度、桩体密实度和刚度、复合地基的强度和变形要求等相适应。当采用如图6所示的夯击密实时，可采用夯击锤9来对粗颗粒填料6进行夯实，而此时粗颗粒填料6采用分层填料，即回填一定高度的粗颗粒填料6之后，采用夯击锤9进行夯实，夯实完成后，继续回填一定高度的粗颗粒填料6。

⑤如图7所示，表层夯实，补充填料至地面后对上部桩体和桩间土进行强夯。

⑥重复步骤①-⑤，完成全部孔位施工。

3、质量检测

(1)质量检测的内容包括：桩体密实状态、桩体承载力、复合地基承载力、复合地基变形模量等。

(2)施工完成后，应间隔一定时间方可进行质量检验，对淤泥及淤泥质土地基应在施工结束4周以后。

(3)检测方法可采用复合地基或单桩载荷试验、动力触探、标准贯入（桩间土）、静力触探（桩间土）等原位测试与室内土工试验相结合等方法。

(4)检测点的数量应符合现行有关规范与标准的规定。

4、质量控制要求

(1)质量控制标准与控制要点

施工过程中对成孔直径、成孔位置、成孔垂直度、成孔深度、加筋滤网直径、加筋滤网强度、振动频率和振动时间（或夯实能级）、填料量等参数进行严格地检查与控制，保证满足设计要求与现行有关规范与标准的规定；

质量的主要控制项目包括地基承载力与变形模量；

质量的一般控制项目包括成孔直径、成孔深度、加筋滤网强度、振动频率和振动时间（或夯实能级）、套管上拔速度与填料量。

(2)质量保证措施

在成孔过程中，严格检查保证成孔的直径、深度与垂直度；

加筋滤网下放应采取有效措施保证其不扭结；

严格控制振动频率（或夯实能级）与套管上拔速度，保证桩体体的密实效果。

5、孔内填料要求

孔内填料粒径应适当，最大粒径振密不宜大于300mm，夯实不宜大于500mm，含泥量不做要求。

本实施例在具体实施时：本实施例所采用的加筋滤网5为侧向约束体中的一种，在侧向约束体的选择时，需具备以下两个特点：1）具有很高的渗透性，由于形成的侧向约束桩，其具有加速软土地基排水固结功能，因此侧向约束材料必须具备渗透性；2）具有较高抗拉模量，即在受桩体材料的侧向挤压时，约束材料应具有很高的强度。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，如：粗颗粒填料6或侧向约束体的种类，施工机械的选择等，故在此不一一赘述。

Claims (4)

1.一种预成孔侧向约束桩，其特征在于：所述桩体包括具有渗透性的侧向约束体和粗颗粒填料，所述粗颗粒填料包裹在所述侧向约束体的内部，所述侧向约束体对所述粗颗粒填料施加侧向约束作用。

2.根据权利要求1所述的一种预成孔侧向约束桩，其特征在于：所述侧向约束体与上部桩基础之间锚固连接。

3.根据权利要求1所述的一种预成孔侧向约束桩，其特征在于：所述侧向约束体为加筋滤网，所述粗颗粒填料指的是开山石、建筑垃圾或工业废渣。

4.一种涉及权利要求1-3所述的预成孔侧向约束桩的施工方法，其特征在于：所述施工方法用于对表层为粗颗粒填土层，深层为软土层的软土地基进行固结加固，所述施工方法至少包括以下步骤：

穿透所述粗颗粒填土层和所述软土层成孔，所述成孔的孔底位于所述软土地基的持力层；

在所述成孔内下设加筋滤网；

向所述加筋滤网内回填粗颗粒填料；

对所述粗颗粒填料进行密实；

对所述粗颗粒填料的表层进行夯实，持续回填所述粗颗粒填料至地面后对上部桩体和桩间土进行强夯。