CN106337413A - 一种排水劲性布袋水泥土复合桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排水劲性布袋水泥土复合桩及其施工方法。复合桩体的芯桩为小直径预制混凝土管桩，预制混凝土管桩外套有土工布袋，土工布袋内压灌水泥土浆料，水泥土胶结凝固后形成布袋水泥土桩，作为复合桩体的外芯；土工布袋的包裹约束作用，可以有效控制水泥土桩的成桩质量和桩径，避免地下不良水质对桩体的侵蚀破坏。土工布袋外侧沿长度方向固定有塑料排水板，可以快速排出桩周土中的孔隙水。其施工方法包括成孔、放入土工布袋及预制桩、压灌水泥土浆料、铺设砂石垫层等；本发明将复合桩施工与排水系统施工结合起来，实现了加固与排水的双重作用，施工工艺简单，工期短，成桩效果好，承载力高，排水能力强，经济效益显著。

Description

一种排水劲性布袋水泥土复合桩及其施工方法

技术领域

本发明属于软土地基加固及桩基础技术领域，尤其涉及一种排水劲性布袋水泥土复合桩及其施工方法。主要适用于沿海地区高速公路、铁路软弱地基加固等工程技术领域。

背景技术

在我国经济相对发达的东部沿海地区，广泛分布着含水率高、压缩性大、渗透性差、强度低、灵敏度高的淤泥和淤泥质软粘土，因此，在这些地区进行工程建设时，往往需要进行地基加固处理。目前常用的软基加固方法主要有两类：一类为排水固结法，如堆载预压法、真空预压法、真空联合堆载预压法等，排水固结法通过在软弱地基中设置排水通道，如砂井、排水板等，提高地基的渗透性能，加速地基的固结，减小工后沉降，该方法处理费用较低，但施工工期较长；另一类为复合桩基法，即通过在软基中设置强度和模量相对较高的桩体，如水泥土搅拌桩、旋喷桩、钻孔灌注桩等，将大部分荷载直接由桩体传递到下卧层，提高软基承载力，减小地基沉降量。复合桩基是一种可靠性较高、工程效益较好的处理方法，已被大规模采用。

目前水泥土搅拌桩、高压旋喷桩等半刚性的水泥土类桩在工程中广泛应用，但其桩身强度受土质影响较大，桩身均匀性较差，施工质量不易控制。混凝土预制桩是强度和刚度均较高的桩体，但成本较高，且达到承载力极限时，桩身强度往往没有充分发挥，造成材料浪费。将水泥土类桩与预制混凝土桩结合起来，即在水泥土桩中插入预制混凝土桩，形成劲性复合桩，既可以发挥刚性桩的高承载力特性，又可以降低工程成本，受到工程界的广泛关注。

在本发明之前，中国专利“复合桩的施工方法”(ZL 01108106.6)，中国专利“粉喷复合桩”(ZL 200420024553.2)和中国专利“水泥浆喷射多向加芯搅拌桩成桩方法”(ZL200910063340.8)分别公开了由预制混凝土桩和水泥土搅拌桩组合构成的劲性复合桩的技术方案，即先施打水泥土搅拌桩，在水泥土尚未硬凝前，在其中心采用振动沉管法施打钢筋混凝土桩、素混凝土桩或预应力管桩等。这些工法利用价格较低、体积较大的搅拌桩提供较大的桩周侧摩阻力和端阻力，再由强度、刚度较高而体积仅占整个复合桩体积的1/7～1/8的劲芯传递荷载，均可以不同程度地发挥刚性桩的高承载力特性，提高复合桩基的整体承载力。但这些技术方案中均采用水泥土搅拌桩作为复合桩的桩体外芯，而搅拌桩桩身强度大小及发挥程度受土质、地下水等因素影响很大，特别是遇到淤泥质土、泥炭土等，施工质量很难控制；预制混凝土芯桩在沉入前需要对准搅拌桩中心，在实际施工过程中，很难保证芯桩桩位的绝对居中，且在沉入过程中易发生偏斜，最终难以达到复合桩的预期效果；在水泥土中施打芯桩，不但需要消耗较大的能量，而且振动本身对周围环境影响也较大，同时由于振动挤压作用，在桩周土中产生的超孔隙水压力也不易消散。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种排水劲性布袋水泥土复合桩及其施工方法。实现加固与排水的双重作用，施工工艺简单，且施工无振动、无噪音，工期短，成桩效果好，承载力高，排水能力强，经济效益显著。

技术方案：本发明的一种排水劲性布袋水泥土复合桩的芯桩为小直径预制混凝土管桩，预制混凝土管桩外套有土工布袋，土工布袋内压灌水泥土浆料，水泥土浆料胶结凝固后形成的布袋水泥土桩，作为复合桩体的外芯，土工布袋外侧沿深度方向固定有塑料排水板，以快速排出桩周土体中的孔隙水。

所述预制混凝土管桩外径为300～400mm，壁厚为75～95mm，管桩桩顶采用圆形钢板封口，钢板厚度为3～5mm，直径为300～400mm，若所需桩长较长时，预制混凝土管桩可通过法兰螺栓接桩法多段连接形成。

所述土工布袋长度大于设计桩长0.5～1m，布袋直径大于设计桩径2～5cm。

所述塑料排水板数量为2～4根，每根塑料排水板长度与所述土工布袋长度相同，利用胶带每隔50cm～100cm将塑料排水板固定于土工布袋外侧。

本发明的一种排水劲性布袋水泥土复合桩的施工方法，包括以下技术步骤：

1)钻机就位对中，采用泥浆护壁方法，按照设计桩径及桩长钻进成孔；

2)依据桩径和桩长，在施工现场制作土工布袋，并将塑料排水板用胶带固定在土工布袋外侧，同时在施工现场配制、搅拌水泥土浆料；

3)将土工布袋、预制混凝土管桩依次下放至钻孔中心位置，土工布袋套在预制混凝土管桩的外面；

4)利用注浆泵和注浆管向土工布袋内灌注水泥土浆料，并振捣密实，土工布袋外侧的塑料排水板被挤入桩周土体中；

5)水泥土凝固成桩后，在桩顶铺设砂石垫层，与塑料排水板共同构成固结排水通道。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明较好地实现了发明目的，土工布袋的采用，起到了包裹约束作用，可以有效控制水泥土桩的成桩质量和桩径，避免地下不良水质对桩体的侵蚀破坏，即使在淤泥质土、泥炭土等软弱地基中，也能得到桩身均匀性好、强度高的水泥土桩；管桩桩顶采用圆形钢板封口，可防止泥石杂物在施工中落入管桩空腔内；土工布袋外侧布置的塑料排水板与桩顶铺设的砂石垫层共同构成固结排水通道，能够快速排出施工过程中及工后地基土体中多余的孔隙水。总之，本发明将复合桩施工与排水系统施工结合起来，实现了加固与排水的双重作用，施工工艺简单，且施工无振动、无噪音，工期短，成桩效果好，承载力高，排水能力强，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面放大示意图。

图中有：预制混凝土管桩1，布袋水泥土桩2，塑料排水板3，土工布袋4，圆形钢板5，砂石垫层6，桩周土7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

如图1和2所示，一种排水劲性布袋水泥土复合桩，由预制混凝土管桩1、布袋水泥土桩2和塑料排水板3组成，布袋水泥土桩2是由土工布袋4内压灌水泥土浆料胶结凝固而成，塑料排水板3沿土工布袋4深度方向固定在其外侧。

本发明所述预制混凝土管桩1外径为300～400mm，壁厚为75～95mm，管桩1桩顶采用圆形钢板5封口，钢板5厚度为3～5mm，直径为300～400mm，若所需桩长较长时，预制管桩1可通过法兰螺栓接桩法多段连接形成。

本发明所述土工布袋4尺寸依据设计桩长和桩径确定，其长度大于设计桩长0.5～1m，布袋4直径大于设计桩径2～5cm。

本发明所述塑料排水板数量为2～4根，每根塑料排水板长度与布袋长度相同，利用胶带每隔50cm～100cm将塑料排水板固定于土工布袋外侧。

本发明排水劲性布袋水泥土复合桩的施工步骤为：

(1)成孔：确定钻孔桩位中心，钻机就位对中；按照设计桩径，泥浆护壁钻进成孔至预定深度，其成孔过程及要求与一般钻孔灌注桩基本一致。地质条件较好时，只需用清水护壁，自然造浆，当地层极不稳定，孔壁不易保持的情况下，采用澎润土加碱进行人工造浆护壁。本实施例中，钻孔深度为30m，钻孔直径为1000mm，钻孔间距为2.0m，钻孔布置形式呈梅花形布置。

(2)制作土工布袋，配制水泥土浆料：按照施工钻孔孔径及孔深，在地面上制作长圆筒型土工布袋4，土工布袋4底端及侧面应缝合紧密，且缝合强度达到灌注施工要求，然后将塑料排水板3用胶带对称固定在土工布袋4外侧；同时，在施工场地利用强制式搅拌机，将水泥与选择的好土及添加剂、外加剂等充分搅拌均匀，拌合成流动性较好的水泥土浆料，压灌前水泥土浆料要不停地搅拌。本实施例中，土工布袋4长度大于设计桩长0.8m，布袋直径大于设计桩径5cm，每个土工布袋4外侧对称布置四根塑料排水板3，沿深度方向固定间距为50cm。

(3)放入土工布袋及预制桩：利用钻机钻杆导引土工布袋4下放至钻孔中心位置，根据钻杆入孔深度确定土工布袋4到达钻孔底部后，将土工布袋4开口端临时固定在地面处，缓慢提升钻机钻杆；利用吊装设备将预制混凝土管桩1下放至土工布袋内部，其位置对准钻孔中心位置。本实施例中，预制混凝土管桩4外径为300mm，壁厚为75mm，桩长为10m，所需桩长通过法兰螺栓接桩法由三根管桩连接形成，封口钢板厚度为4mm，直径为300mm。

(4)压灌水泥土浆料：利用注浆泵和注浆管将已充分拌合的水泥土浆料压灌入土工布袋4内，直至设计标高，压灌水泥土浆料必须连续作业，不允许中途断浆，且边灌注边振捣密实，压灌结束后，土工布袋4外侧的塑料排水板3被挤入桩周土7中。

(5)铺设砂石垫层：水泥土凝固成桩后，在桩顶铺设一层与塑料排水板3相连的砂石垫层6，共同构成固结排水通道。本实施例中，排水砂石垫层6采用4∶6级配砂石，碎石最大粒径不大于30mm，粘粒含量不超过3％，砂石垫层6厚度为50cm。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种排水劲性布袋水泥土复合桩，其特征在于：该复合桩体的芯桩为小直径预制混凝土管桩(1)，预制混凝土管桩(1)外套有土工布袋(4)，土工布袋内压灌水泥土浆料，水泥土浆料胶结凝固后形成的布袋水泥土桩(2)，作为复合桩体的外芯，土工布袋(4)外侧沿深度方向固定有塑料排水板(3)，以快速排出桩周土体中的孔隙水。

2.根据权利要求1所述的一种排水劲性布袋水泥土复合桩，其特征在于：所述预制混凝土管桩(1)外径为300～400mm，壁厚为75～95mm，管桩桩顶采用圆形钢板(5)封口，钢板厚度为3～5mm，直径为300～400mm，若所需桩长较长时，预制混凝土管桩(1)可通过法兰螺栓接桩法多段连接形成。

3.根据权利要求1所述的一种排水劲性布袋水泥土复合桩，其特征在于：所述土工布袋(4)长度大于设计桩长0.5～1m，布袋直径大于设计桩径2～5cm。

4.根据权利要求1所述的一种排水劲性布袋水泥土复合桩，其特征在于：所述塑料排水板(3)数量为2～4根，每根塑料排水板长度与所述土工布袋长度相同，利用胶带每隔50cm～100cm将塑料排水板固定于土工布袋外侧。

5.一种如权利要求1所述的一种排水劲性布袋水泥土复合桩的施工方法，包括以下技术步骤：

1)钻机就位对中，采用泥浆护壁方法，按照设计桩径及桩长钻进成孔；

2)依据桩径和桩长，在施工现场制作土工布袋，并将塑料排水板用胶带固定在土工布袋外侧，同时在施工现场配制、搅拌水泥土浆料；

3)将土工布袋、预制混凝土管桩依次下放至钻孔中心位置，土工布袋套在预制混凝土管桩的外面；

4)利用注浆泵和注浆管向土工布袋内灌注水泥土浆料，并振捣密实，土工布袋外侧的塑料排水板被挤入桩周土体中；

5)水泥土凝固成桩后，在桩顶铺设砂石垫层，与塑料排水板共同构成固结排水通道。