CN105804052A - 注浆管路结构、预制注浆管路的x型异型桩及其注浆方法 - Google Patents

Abstract

一种注浆管路结构，包括纵向管路、环形管路和至少一条外伸管路；外伸管路由环形管路上引出；环形管路所在平面和外伸管路在空间位置上垂直；纵向管路与环形管路连通。一种预制有所述的注浆管路结构的X型异型桩，至少一组所述注浆管路结构设置于X型异型桩的桩体中部，纵向管路沿桩体轴向布置，环形管路环绕桩体设置。所述的X型异型桩的注浆方法，将桩侧后注浆方法应用到所述X型桩施工中，通过预设在桩身内的注浆管路对桩身若干断面进行注浆，改变桩身和桩周土体的接触界面特性，补偿侧摩阻力，从而提高桩的承载力、减小变形。本发明具有很高的灵活性和可靠性，对不同工程的适应性较高，而且简化了施工流程，做到了重复利用，符合节约环保的理念。

Description

注浆管路结构、预制注浆管路的X型异型桩及其注浆方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及X型异型桩内预制注浆管路装置及注浆方法。

背景技术

桩基础作为一种特殊的深基础，具有承载力高、沉降小、制作方便、布置灵活和适用条件广泛等优点，在土木工程，特别是高层建筑、桥梁、码头、土质不良地区的建筑物等领域发挥着越来越重要的作用。

X型桩是近期发展起来的、利用等截面异形周边扩大原理提高桩侧表面积的新型桩，和传统的圆形截面相比具有更大的周长面积比。当截面面积相同时，X型桩的周长及惯性矩比圆形桩、方形桩大，假设单位侧面积摩阻力相同，那么X型桩具有更大的侧阻力，因而单桩承载力更高，正在得到越来越广泛的应用。但是实际工程中由于各方面原因仍然会碰到X型桩桩侧摩阻力不足、桩体沉降和变形较大的情况，对工程质量和安全产生不利影响。

桩侧后注浆技术可以很好弥补这一缺陷。桩侧后注浆是指在灌注桩成桩到达一定龄期后，对预埋的注浆通道开塞并用注浆泵将一定压力的水泥浆压入桩侧土层，通过浆液对桩侧土体起到渗透、填充、压密、劈裂、固结等作用来增强桩侧土的强度和刚度，增大桩侧剪切截面的阻力和粗糙度，从而达到提高桩侧摩阻力、减小沉降的效果。

可见，客观上有必要研发能够进行桩侧后注浆的X型异型桩及相应的注浆方法以应对日益复杂的工程难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注浆管路结构、预制注浆管路的X型异型桩及其注浆方法，改进型桩使用性能，使其具备桩侧后注浆功能，增加应对工程问题的能力。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：一种注浆管路结构，包括纵向管路、环形管路和至少一条外伸管路；外伸管路由环形管路上引出；环形管路所在平面和外伸管路在空间位置上垂直；纵向管路与环形管路连通。

进一步，所述注浆管路结构设有至少两条外伸管路作为出浆口，各条外伸管路在环形管路上均匀间隔布置；纵向管路、环形管路和外伸管路具有抵抗浇筑和施工时外界压力的强度；

优选的，外伸管路呈5～10°斜向下方以便于出浆顺畅；优选的，纵向管路和环形管路(3)之间的连接处设置圆弧连接部进行过渡；

优选的，纵向管路、环形管路和外伸管路的内径为25～50mm；

优选的，所述纵向管路、环形管路和外伸管路使用同种材料制作，一体成型；或者使用不同材料的管路通过连接件装配成一体。

一种补偿侧摩阻力式X型异型桩，包括桩体和上述注浆管路结构；所述X型异型桩的桩体横截面呈大写英文字母“X”型；所述的注浆管路布置在桩体横截面中间区域，由三部分组成，分别为纵向管路、环形管路和外伸管路。纵向管路沿桩体轴向布置，环形管路和外伸管路与纵向管路在空间位置上垂直。环形管路的在桩体轴向上的位置需要结合周围地质情况和桩体尺寸综合确定。在环形管路与桩体侧面距离最小处设置外伸管路，外伸管路作为出浆口，与外界相通，在环管上均匀布置，因而一般为四个。为了使出浆顺畅，外伸管路呈5～10°斜向下方；纵向管路和环形管路连接处要设置90°的圆弧过渡。所述管路的内径根据桩长和桩径等因素确定，一般为25～50mm，特殊情况下可作特殊设计。

所述纵向管路、环形管路和外伸管路最好使用同种材料制作，一体成型，各管路连接处物理性能较好，也可以使用不同材质，但需要用一定方法保证连接质量；同时管路材料需要有较高强度以抵抗浇筑和施工时的外界压力。

所述纵向管路、环形管路和外伸管路的布置还应该与钢筋笼构造相结合，利用钢筋固定自身位置，并保证环形管路外侧的混凝土厚度在3～5cm之间。桩体浇筑成型后即应检查各管路是否通畅。

一道环形管路和与它相对应的纵向管路、外伸管路称作一组注浆管路。通常情况下需要设置多组注浆管路对多个断面进行注浆，通过在不同标高设置多组环形管路而实现多断面注浆；注浆断面的选择结合桩体设计和地质情况确定，尽可能选择土颗粒较大的土层作为注浆层。同时注浆管路也不能设置过多过繁，否则既不利于制作，也会给桩身结构的整体性带来不良影响。

进一步的，注浆浆液方面：采用单液水泥浆，浆液各成分配比，比如水灰比、各种外加剂的含量，应该结合管路长度、土层情况等因素确定，保证浆液凝固前有充分时间渗透土体，避免发生堵管。一般对于饱和土，水灰比宜为0.45～0.65，对于非饱和土，水灰比宜为0.7～0.9，松散碎石土、砂砾宜为0.5～0.6。

更进一步的，注浆方法发明：注浆时要控制好注浆压力、注浆流量、注浆量等参数，时刻监控、及时调整，尽力使注浆平稳均匀。当注浆量达到设计注浆量时可以停止注浆，但如果注浆过程中注浆压力超过4Mpa也必须停止注浆，防止浆液对周边土体造成劈裂。

注浆前需要根据现场实际情况进行相关实验、计算和分析，设计好水泥浆液成分、注浆压力和注浆量等指标；然后利用清水开塞注浆管路，检查是否堵塞；注浆时如果设备足够可以多断面同时注浆，当注浆设备数量有限时依照从上往下顺序注浆，并时刻监测和记录好相关施工参数，当达到终止注浆条件时停止注浆。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、充分利用了X型异型桩的截面优势，提高了其桩侧摩阻力储备，增强了其对工程的适应性和灵活性。

2、在桩身与侧土之间摩阻力不足时，可以利用注浆恢复侧摩阻力，提高桩的承载力、减小沉降，在一定程度上节省了二次施工的成本。

3、管路在桩体预制时已经形成，具体施工时方便快捷、还可以重复使用

本发明可以应对侧摩阻不足、桩体变形较大的情况，充分发挥X型桩的优势，给桩基质量和相关建筑体的安全提供了保障。

附图说明

图1是本发明实施例的注浆管路结构示意图。

图2是预制有一组图1所示注浆管路结构的补偿侧摩阻力式X型异型桩结构示意图。

图3是预制有三组图1所示注浆管路结构的补偿侧摩阻力式X型异型桩结构工程实例示意图。

图4是图3所示实例中注浆管路结构及X型异型桩示意图。

附图中的标记：1—桩体，2—纵向管路，3—环形管路，4—外伸管路，5—圆弧连接部，

6—X型异型桩，7—桩侧土体，8—注浆加固区，9—桩基承台。10—隧道。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种注浆管路结构包括纵向管路2、环形管路3和外伸管路4；外伸管路4由环形管路3上引出；纵向管路2沿桩体轴向布置，环形管路3和外伸管路4与纵向管路2在空间位置上垂直；纵向管路2通过圆弧连接部5与环形管路3连通。

环形管路3在桩体轴向上的位置需要结合周围地质情况和桩体尺寸综合确定。在环形管路3与桩体侧面距离最小处设置外伸管路4，外伸管路4作为出浆口，与外界相通，在环形管路3上均匀间隔布置；图1所示实施例中设置有四条外伸管路，根据实际情况，设置其它数量的外伸管路也是可行的。

为了使出浆顺畅，外伸管路4呈5～10°斜向下方；由于纵向管路2和环形管路3相互垂直，两者之间的连接处要设置圆弧连接部5进行过渡。

纵向管路2、环形管路3和外伸管路4的内径根据桩长和桩径等因素确定，一般为25～50mm，特殊情况下可作特殊设计。

优选的，所述纵向管路2、环形管路3和外伸管路4使用同种材料制作，一体成型，各管路连接处物理性能较好；也可以使用不同材质的管路，但需要保证各管路之间的连接质量可靠；同时管路材料需要有足够高的强度以抵抗浇筑和施工时的外界压力。

图2所示为预制有一组图1所示注浆管路结构的补偿侧摩阻力式X型异型桩，包括桩体1和注浆管路结构；在环形管路3与桩体侧面距离最小处设置外伸管路4，共有四根。需要说明的是，环形管路3与桩体侧面并未相切，环形管路比相切圆稍小，因为需要留一定空间给外伸管路，外伸管路并未伸出桩体。

如图3所示为某地铁线路盾构掘进过程中下穿某条高速铁路，高速铁路桥墩桩基采用X型异型桩。当隧道10施工影响到X型异型桩6时，由于盾构掘进会产生一定的地层损失，X型异型桩6与桩侧土体7接触性质发生变化，可能是密实性降低，导致桩侧摩阻力损失，继而导致桩体变形、并影响到上部结构。所以为了减小盾构下穿对地面桥梁的影响，采用X型异型桩桩侧后注浆来加固桩基。注浆后桩侧土体7中出现一定大小的注浆加固区8，加固区内土体与桩之间接触更加紧密，补偿了可能损失的摩阻力，减小了施工对桩基承台9之上结构的扰动。

实施的详细情况和具体注浆方法如下：

下穿隧道为盾构法隧道，管片外径为6.0m。桥墩间距30m，承台尺寸10m×5m，其下布置有8根X型桩，桩长30m，外包圆直径800mm，纵向管路、环形管路和外伸管路都采用PVC耐压软管制成，内径30mm。共设置三道注浆断面，距桩顶分别8m、16m、24m，环形管路外缘混凝土厚度5cm，外伸管路倾角10°，如图4所示。

桩体尺寸应根据实际工程情况设计，桩体横截面外包圆直径为300～2000mm，桩长为10～50m，其中所述“桩体横截面外包圆直径”并非图2、4中的虚线圆而应该是再外圈未画出的圆。

当盾构施工逐渐靠近桥墩时，为避免施工扰动引起的桥墩变形，拟采用桩侧注浆加强桩体抗变形能力和稳定性。具体步骤如下：

1)注浆前根据现场实际情况进行相关实验、计算和分析，设计好水泥浆液成分、注浆压力和注浆量等指标。本实例中采用单液水泥浆注入，注浆压力1.5Mpa，终止注浆压力4Mpa，水泥浆液水灰比为0.5，注浆流量40L/min。

2)然后对注浆管路进行清水开塞，检查管路是否堵塞。

3)如果管路通畅，对三个注浆断面同时注浆，并时刻监测和记录好相关施工参数。当达到终止注浆条件时停止注浆。

综上所述，本发明公开了一种注浆管路结构、补偿侧摩阻力式X型异型桩内预制注浆管路装置及注浆方法，包括：将桩侧后注浆技术与X型异型桩相结合，改进后的X型异型桩在浇筑前预埋桩侧注浆管路，浇筑成型后可通过管路对桩周土体进行注浆加固。当桩周土体受到扰动而导致X型异形桩桩侧摩阻力下降，桩基承载能力不足时，采用桩侧后注浆技术恢复侧摩阻力，提高桩基承载力，减小桩基沉降和变形。注浆管路由纵向管路、环形管路和外伸管路组成，其设计考虑了预制方便、避免堵管、重复利用等原则，给单液水泥浆提供注入通道。此外，对浆液成分、注浆参数、终止注浆条件也做了一定规定。本发明具有很高的灵活性和可靠性，对不同工程的适应性较高，而且简化了施工流程，做到了重复利用，符合节约环保的理念。

上述对实施例子的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注浆管路结构，其特征在于：包括纵向管路(2)、环形管路(3)和至少一条外伸管路(4)；外伸管路(4)由环形管路(3)上引出；环形管路(3)所在平面和外伸管路(4)在空间位置上垂直；纵向管路(2)与环形管路(3)连通。

2.根据权利要求1所述的注浆管路结构，其特征在于：

所述注浆管路结构设有至少两条外伸管路(4)作为出浆口，各条外伸管路(4)在环形管路(3)上均匀间隔布置；纵向管路(2)、环形管路(3)和外伸管路(4)具有抵抗浇筑和施工时外界压力的强度；

优选的，外伸管路(4)呈5～10°斜向下方以便于出浆顺畅；优选的，纵向管路(2)和环形管路(3)之间的连接处设置圆弧连接部(5)进行过渡；

优选的，纵向管路(2)、环形管路(3)和外伸管路(4)的内径为25～50mm；

优选的，纵向管路(2)、环形管路(3)和外伸管路(4)使用同种材料制作，一体成型；或者使用不同材料的管路通过连接件装配成一体。

3.一种预制有权利要求1或2所述的注浆管路结构的X型异型桩，其特征在于：

至少一组所述注浆管路结构设置于X型异型桩的桩体中部，纵向管路沿桩体轴向布置，环形管路环绕桩体设置，至少一条外伸管路设置于环形管路与桩体侧面距离最小处，外伸管路作为出浆口，与外界相通。

4.根据权利要求3所述的X型异型桩，其特征在于：所述注浆管路为预制结构，其布置与钢筋笼构造相结合，利用钢筋固定自身位置，并使得纵向管路和环形管路外侧的混凝土具有相应的厚度；优选的，所述厚度在3～5cm之间。

5.根据权利要求1所述的X型异型桩，其特征在于：桩体尺寸根据实际工程情况而定；优选的，桩体横截面外包圆直径为300～2000mm，桩长为10～50m。

6.权利要求3至5中任一所述的X型异型桩的注浆方法，其特征在于：将桩侧后注浆方法应用到所述X型桩施工中，通过预设在桩身内的注浆管路对桩身若干断面进行注浆，改变桩身和桩周土的接触界面特性，补偿侧摩阻力从而提高桩的承载力、减小变形。

7.根据权利要求6所述的X型异型桩的注浆方法，其特征在于：为了防止浆液在管路特殊位置处发生堵塞，在管路上的相应位置设置圆弧过渡；所述特殊位置包括转角、分叉处。

8.根据权利要求6所述的X型异型桩的注浆方法，其特征在于：根据实际需要，通过在不同标高设置多组环形管路而实现多断面注浆；注浆断面的选择结合桩体设计和地质情况确定，尽可能选择土颗粒较大的土层作为注浆层。

9.根据权利要求6所述的X型异型桩的注浆方法，其特征在于：注浆材料选用单液水泥浆，浆液成分配比及添加剂依据注浆管路长度而定以避免发生堵管；优选的，对于饱和土，水灰比为0.45～0.65；对于非饱和土，水灰比为0.7～0.9；对于松散碎石土、砂砾水灰比为0.5～0.6。

10.根据权利要求6所述的X型异型桩的注浆方法，其特征在于：注浆时需要控制好注浆参数，包括注浆压力、注浆流量等，时刻监控、及时调整；注浆终止条件包括：一是当注浆压力超过4Mpa时停止注浆，防止浆液对周边土体造成劈裂；二是当注浆量达到设计注浆量时停止注浆。