CN106759277A - 注浆装置、扩底预制管桩、扩底灌注桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注浆装置、扩底预制管桩、扩底灌注桩及其施工方法，属于土木工程桩基领域。本发明提供的注浆装置，通过设置出浆孔和密封层，能有效防止水泥浆由束浆袋进入注浆装置中，有效解决了注浆管易堵塞的问题，结构简单、性能可靠。同时，本发明提供的改进型扩底钢管桩和扩底混凝土管桩，能够很好地保护注浆喷头，并有利于桩身下放。另外，本发明还公开了扩底预制管桩的施工方法，及扩底灌注桩的施工方法。

Description

注浆装置、扩底预制管桩、扩底灌注桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种注浆装置、扩底预制管桩、扩底灌注桩及其施工方法，属于土木工程桩基领域。

背景技术

扩底桩能够提高单桩容许承载力、降低工程造价，在国内桩基工程中受到青睐。扩底桩又分为扩底灌注桩和扩底预制桩，均是通过设置注浆袋和注浆管进行扩底注浆。注浆管用以向设置在扩底桩底部的束浆袋压送水泥浆，束浆袋采用透水材料，析出多余水分并束缚水泥浆形成水泥浆扩大体。

在成孔和扩孔施工中，常需采用泥浆护壁。有时泥浆会进入束浆袋并堵塞注浆管的底部，使后续注浆工序无法进行。而且，在预制桩外侧设置束浆袋和注浆管，不利于预制桩下放，影响成桩的可靠性。现亟需解决施工中存在的泥浆堵塞注浆管、预制桩不易下放的问题。

另外，传统的施工工艺在钻探成孔过程中产生大量泥浆，污染周围环境，而且在施工中还需要用水泥砂浆置换出桩身与孔壁间的泥浆，这需要浪费大量的水泥砂浆。因此，亟需一种新型扩底预制管桩的施工工艺替代施工效率低、成孔时间长、材料消耗大的传统的施工工艺。

发明内容

针对扩底桩施工中注浆管易堵塞等技术难题，本发明提供了一种注浆装置，采用新型注浆喷头，所述注浆喷头能够防止泥浆通过束浆袋进入注浆管中，从而有效解决了注浆管易堵塞的技术难题，而且具有结构简单、施工方便的优点。同时，本发明还提供了改进型扩底预制管桩，包括扩底钢管桩和扩底混凝土桩，从而将注浆装置更好地应用于扩底预制管桩。另外，本发明还提供了扩底预制桩的施工方法，先制备水泥土搅拌桩桩体，然后采用静压方式将预制桩植入，与传统的施工工艺相比，该施工工艺可以缩小成孔直径、减短桩长，具有环保、高效、节材的优点。同时，本发明还提供了一种扩底灌注桩的施工工艺。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种注浆装置，用于为扩底桩压送水泥浆，所述注浆装置包括注浆管和注浆喷头，所述注浆喷头一端与所述注浆管固定连接，另一端封闭设置，在所述注浆喷头的侧壁上设置有出浆孔，在所述出浆孔对应的所述注浆喷头四周包裹有密封层。

进一步，所述出浆孔与所述密封层之间设置有钉子，所述钉子包括钉体和钉帽，所述钉体位于所述出浆孔内，所述顶帽的直径大于所述出浆孔的直径，所述钉帽覆盖所述出浆孔。

优选为，所述的钉帽的直径为所述出浆孔直径的1.1～1.8倍。

本发明还公开了一种扩底预制管桩，所述扩底预制管桩为扩底钢管桩，所述钢管桩底部端头设置有第一封板，在所述第一封板上方设置有第二封板，所述第一封板与所述第二封板之间的钢管桩的侧壁上设置有出浆口；所述钢管桩内还设置有如权利要求1-3任一项所述的注浆装置，所述注浆装置穿过所述第二封板，所述注浆喷头的所述出浆孔位于所述第一封板与所述第二封板之间。

进一步，所述出浆口对应的所述钢管桩的外部侧壁上覆盖有单层束浆袋。

进一步，所述的钢管桩内还设置有泥浆置换管，所述泥浆置换管穿过所述第一桩底封板和第二桩底封板，并与所述第一封板和第二封板之间密封设置。

本发明还公开了一种扩底预制管桩，所述扩底预制管桩为扩底混凝土管桩，所述混凝土管桩底端设置有钢圈，所述钢圈下方焊接有封板装置，所述封板装置是由上封板、下封板和侧封板围成的腔体结构，所述侧封板上设置有出浆口；所述扩底混凝土管桩内还设置有如权利要求1-3任一项所述的注浆装置，所述注浆装置穿过所述上封板，所述注浆喷头的所述出浆孔位于所述封板装置中。

进一步，所述出浆口对应的所述出浆装置的外部侧壁上覆盖有单层束浆袋。

进一步，所述的混凝土管桩内还设置有泥浆置换管，所述泥浆置换管穿过所述上封板和下封板，并与所述上封板和下封板之间密封设置。

相应地，本发明还公开了一种扩底预制管桩的施工方法，所述扩底预制管桩为权利要求4至6任一项所述的扩底钢管桩或权利要求7至9任一项所述的扩底混凝土管桩，所述施工方法包括如下步骤，

S11.采用单管水泥土搅拌桩机钻进，在钻头处直喷或旋喷水泥浆液与地基土进行反复搅拌混合，形成柱状水泥土搅拌桩桩体；

S12.制备扩底预制管桩，并在所述预制管桩的桩身底部的侧壁上绑扎束浆袋；

S13.用静压桩机将步骤S12中的预制管桩植入水泥土搅拌桩中；

S14.待水泥土养护16～24小时后，采用高压注浆泵将水泥砂浆由注浆管注入预制管桩桩底的束浆袋中，束浆袋在高压水泥砂浆作用下不断扩张，挤压预制管桩周围土体，最终在预制管桩底部端头周边形成水泥浆扩大体。

本发明还公开了一种扩底灌注桩，所述扩底灌注桩包括由钢筋笼和混凝土形成的桩体，以及设置于灌注桩底部的水泥浆扩大体，所述水泥浆扩大体采用如权利要求1-3任一项所述的注浆装置施工而成。

相应地，本发明还公开了一种扩底灌注桩的施工方法，所述施工方法包括如下步骤，

S21.用钻机钻孔，至设计标高后，进行底部扩孔；

S22.制备钢筋笼，并在钢筋笼内绑扎如权利要求1-3任一项所述的注浆装置，并在钢筋笼底部绑扎束浆袋，注浆孔对应位置的注浆喷头伸入束浆袋中；

S23.将步骤S22中制备的钢筋笼下放到钻孔中，并向钻孔中灌注混凝土，制备混凝土灌注桩；

S24.通过注浆装置压送水泥浆，束浆袋扩张并挤压周围土体，最终在灌注桩底部端头周边形成水泥浆扩大体。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明提供的注浆装置，通过设置出浆孔和密封层，能有效防止水泥浆由束浆袋进入注浆装置中，有效解决了注浆管易堵塞的问题，结构简单、性能可靠；

(2)本发明提供的改进型扩底钢管桩和扩底混凝土管桩，能够很好地保护注浆喷头，并有利于桩身下放；

(3)本发明提供了扩底预制管桩的施工方法，先制备水泥土搅拌桩桩体，然后采用静压方式将预制桩植入，与传统的施工工艺相比，该施工工艺可以缩小成孔直径、减短桩长，具有环保、高效、节材的优点。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的注浆装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的注浆装置的剖视图；

图3为图2中G区域放大图；

图4为本发明第二实施例提供的扩底钢管桩的剖视图；

图5为本发明第三实施例提供的扩底混凝土管状的剖视图；

图6为本发明第四实施例提供的一种扩底预制管桩的施工方法的流程图；

图7为本发明第五实施例提供的一种扩底混凝土管桩的施工方法的流程框。

图中标号如下：

注浆装置100；注浆管110；注浆喷头120；钢板121；出浆孔122；密封层130；钉子140；

钢管桩200；第一封板210；第二封板220；出浆口230；束浆袋240；泥浆置换管250；

混凝土管桩300；钢圈310；封板装置320；上封板321；下封板322；侧封板323；出浆口324；束浆袋330；泥浆置换管340。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的注浆装置、扩底预制管桩、扩底灌注桩及其施工方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

还需要说明的是，在本发明中，“扩底桩”包括扩底预制管桩和扩底灌注桩，其中扩底预制管桩又包括扩底钢管桩和扩底混凝土管桩。本发明主要涉及以下内容：(1)一种注浆装置；(2)与注浆装置配套的改进型扩底预制管桩及其施工方法；(3)利用注浆装置制备扩底灌注桩及其施工方法。下面结合附图对本发明的发明要点做进一步阐述。

实施例一

请参阅图1至图3，其中图1为本实施例所提供的注浆装置的结构示意图，图2为本实施例中注浆装置的剖视图，图3为图2中G区域的放大图。下面将结合图1至图3对本发明的要点做进一步说明。

注浆装置100包括注浆管110和注浆喷头120，注浆喷头120底部通过焊接钢板121密封设置，另一端与注浆管110固定连接，在注浆喷头120的侧壁上设置有出浆孔122，在注浆喷头120外部包裹用于封堵所述出浆孔122的密封层130。作为举例，密封层130为胶带或橡胶带等弹性材料。本实施例中，密封层130包裹住出浆孔122，防止泥浆通过注浆孔122进入注浆喷头120中，同时，在扩底施工时，高压水泥浆能够冲开密封层130从出浆孔122喷出。

为防止注浆喷头120外侧的泥浆压力过大，挤压密封层130致使密封层130在出浆口122处形成开口，优选的实施方式为，在出浆孔122与密封层130之间设置有钉子140，钉子140包括钉体和钉帽，钉体位于出浆孔122内，顶帽的直径大于出浆孔122的直径，钉帽覆盖住出浆孔122。该实施方式，注浆喷头120外侧的泥浆压力由钉帽传递至注浆喷头120的侧壁上，有效避免弹性的密封层130在出浆孔122处形成开口，而且扩底施工时高压水泥浆能够冲开钉子140，并冲开密封层130，从出浆孔122喷出。为使钉帽有效覆盖出浆孔122，且使高压水泥浆易于冲开钉子140，优选为，钉帽的直径为出浆孔直径的1.1～1.8倍。

作为举例，注浆管110可采用直径为25mm钢管制作，接头采用丝扣连接；注浆装置100的底部20cm为注浆喷头120，采用钻头均匀钻出4排共16个间距3cm、直径3mm的注浆孔122；用图钉将注浆孔122堵严，外面套上同直径的弹性橡胶管，在两端用胶带封严；当注浆时注浆喷头120中的高压水泥浆将车胎迸裂、图钉弹出，水泥浆通过注浆孔122流出。

实施例二

请参阅图4，其中图4为本实施例所提供的扩底钢管桩的结构示意图。如图4所示，钢管桩200底部端头设置有第一封板210和第二封板220，第一封板210与第二封板220之间的钢管桩200的侧壁上设置有出浆口230；钢管桩200内还设置有实施例一中的注浆装置100，注浆装置100穿过所述第二封板220，注浆喷头的出浆孔位于第一封板210与第二封板220之间。在进行扩底施工时，高压水泥浆由注浆喷头的出浆孔喷出，再由出浆口230流出，水泥浆在钢管桩200的底部凝固后形成扩大的端头。将注浆喷头置于第一封板210与第二封板220之间，可以对注浆喷头起到保护作用，可以防止出现钢管桩200下放过程中注浆喷头插入较硬的底部黏土层或碎石层而造成损坏或致使水泥浆流出困难的情形。

优选为，出浆口230对应的钢管桩200的外部侧壁上覆盖有单层束浆袋240，水泥浆由出浆口230进入束浆袋240中固结。束浆袋240采用透水材料，如采用编织袋，两端可通过钢丝绑扎在钢管桩200上。束浆袋240可以析出多余的水分，有利于提高水泥浆固结的速度，同时还可以束缚水泥浆形成较为密实的扩大端。

优选为，钢管桩200内还设置有泥浆置换管250，泥浆置换管250穿过第一桩底封210板和第二桩底封板220，并与第一封板210和第二封板220之间密封设置。泥浆置换管250可在传统施工工艺中，置换出护壁泥浆。同时，泥浆置换管底部可采用实施例一中的注浆喷头的结构形式，如开设置换孔、设置密封层和钉子等，该结构形式，在本发明提供的静压植入的施工工艺中可以作为注浆管使用，有利于在钢管桩200的正下方形成水泥浆扩大体。

实施例三

请参阅图5，其中图5为本实施例所提供的扩底混凝土桩的结构示意图。混凝土管桩300底端设置有钢圈310，钢圈300下方焊接有封板装置320，封板装置320是由上封板321、下封板322和侧封板323围成的腔体结构，所述侧封板323上设置有出浆口324。混凝土管桩300内还设置有实施例一中的注浆装置100，注浆装置100穿过所述上封板321，注浆喷头的出浆孔位于封板装置320的腔体结构中。将注浆喷头置于封板装置320中，可以对注浆喷头起到保护作用，可以防止出现混凝土管桩300下放过程中注浆喷头插入较硬的底部黏土层或碎石层而造成损坏或致使水泥浆流出困难的情形。

优选为，扩底混凝土管桩300的外部侧壁上及侧封板323的外侧覆盖有单层束浆袋330，束浆袋330与出浆口324的位置相对应。水泥浆由出浆口324进入束浆袋330中固结。束浆袋330的结构与实施例二中类似，此处不作赘述。

优选为，扩底混凝土管桩300内还设置有泥浆置换管340，泥浆置换管340穿过上封板321和下封板322，并与上封板321和下封板322之间密封设置。泥浆置换管340可用于置换成孔时的护壁泥浆，同时还可以用于压送水泥浆，有利于在扩底混凝土管桩300的底部形成扩大的端头。与实施例三类似，在静压植入施工工艺中，泥浆置换管340可以作为注浆管使用，不再赘述。

实施例四

请参阅图6，图6为本实施例提供的一种扩底预制管桩的施工方法的流程图。扩底预制管桩为实施例二中的扩底钢管桩或实施例三中的扩底混凝土管桩，所述施工方法包括如下步骤，

S11.采用单管水泥土搅拌桩机钻进，在钻头处直喷或旋喷水泥浆液与地基土进行反复搅拌混合，形成柱状水泥土搅拌桩桩体。

S12.制备扩底预制管桩，并在所述预制管桩的桩身底部的侧壁上绑扎束浆袋。束浆袋均采用单层束浆袋，束浆袋直接套在预制管桩的底部，束浆袋的上下两端用钢丝绑扎在预制管桩上。束浆袋应留有一定长度的余量，以便在扩底施工中能向预制管桩四周伸展。另外，含有一定长度余量的束浆袋在预制管桩下放时，会造成束浆袋与护壁之间摩擦，甚至使束浆袋出现破损，因此，优选为束浆袋先用细线绑扎在预制管桩上，同时保证在高压水泥浆的冲击下能较容易冲断细线，使束浆袋向外弹出。束浆袋安装时，应检查束浆袋的完好性，如有破损，应予更换。束浆袋的上下两端应绑扎牢固，在下放之前应检查束浆袋与桩身的连接，必须保证固定牢固。

S13.用静压桩机将步骤S12中的预制管桩植入水泥土搅拌桩中。在设置泥浆置换管时，泥浆置换管可以置换出部分水泥土浆液，以便于预制管桩下放。

S14.待水泥土养护16～24小时后，采用高压注浆泵将水泥砂浆由注浆管注入桩底的束浆袋中，束浆袋在高压水泥砂浆作用下不断扩张，挤压预制桩周围土体，最终在预制管桩底部端头周边形成水泥浆扩大体。作为举例，注浆材料采用水泥砂浆，水灰比为0.55～0.60之间；水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，砂宜为中砂，含泥量不大于3％。另外，注浆使用的搅拌系统应有两个浆液桶：搅拌桶和盛浆桶，水泥浆液须在搅拌桶搅拌后，通过滤网过滤后，进入专门的盛浆桶；盛浆桶中浆液应设有搅拌系统，保证浆液不离析，盛浆桶中浆液放置时间不应大于3小时。注浆时严格控制注浆压力和注浆速率，采用注浆量与注浆压力的双控制标准，注浆流量不应超过50L/min且不低于设计要求，注浆压力控制在1.0～1.8Mpa。

本发明采用静压植入的施工工艺制备扩底预制管桩，通过在钻机的钻头处直喷或旋喷水泥浆液与地基土反复搅拌而形成柱状水泥土搅拌桩桩体，减少了传统工艺中的泥浆护壁的步骤，节约大量泥浆；同时，制备水泥土搅拌桩桩体可以增加扩底预制管桩的承载力。因此，与传统的施工工艺相比，采用静压植入施工工艺可以缩小成孔直径、减短桩长，具有环保、高效、节材的优点。

实施例五

请参阅图7，图7为本实施例提供的一种扩底灌注桩的施工方法的流程图。所述施工方法包括如下步骤，

S21.用钻机钻孔，至设计标高后，进行底部扩孔。首先用普通钻头钻孔至桩身的设计高度，然后更换为扩孔钻头进行扩孔。

S22.制备钢筋笼，并在钢筋笼内绑扎如实施例一中所述的注浆装置，并在钢筋笼底部绑扎束浆袋，注浆孔对应位置的注浆喷头伸入束浆袋中。束浆袋采用双层束浆袋，双层束浆袋与单层束浆袋的区别为：双层束浆袋本身就是口袋装，水泥浆直接灌入束浆袋中并在束浆袋中形成水泥浆扩大体；而单层束浆袋，是单层编织布借助预制管桩形成口袋状，即水泥浆扩大体一侧为束浆袋、另一侧为预制管桩。为便于下放，优选为束浆袋先用细线绑扎在钢筋笼上，同时保证在高压水泥浆的冲击下能较容易冲断细线，使束浆袋向外弹出。同时，还应保证查束浆袋的完好性，如有破损，应予更换。

S23.将步骤S22中制备的钢筋笼下放设计标高，并向钻孔中灌注混凝土，制备混凝土灌注桩。

S24.通过注浆装置压送水泥浆，束浆袋扩张并挤压周围土体，最终在灌注桩底部端头周边形成水泥浆扩大体。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种注浆装置，用于为扩底桩压送水泥浆，其特征在于，所述注浆装置包括注浆管和注浆喷头，所述注浆喷头一端与所述注浆管固定连接，另一端封闭设置，在所述注浆喷头的侧壁上设置有出浆孔，在所述出浆孔对应的所述注浆喷头四周包裹有密封层。

2.如权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述出浆孔与所述密封层之间设置有钉子，所述钉子包括钉体和钉帽，所述钉体位于所述出浆孔内，所述顶帽的直径大于所述出浆孔的直径，所述钉帽覆盖所述出浆孔。

3.如权利要求2所述的注浆装置，其特征在于，所述的钉帽的直径为所述出浆孔直径的1.1～1.8倍。

4.一种扩底预制管桩，其特征在于，所述扩底预制管桩为扩底钢管桩，所述钢管桩底部端头设置有第一封板，在所述第一封板上方设置有第二封板，所述第一封板与所述第二封板之间的钢管桩的侧壁上设置有出浆口；所述钢管桩内还设置有如权利要求1-3任一项所述的注浆装置，所述注浆装置穿过所述第二封板，所述注浆喷头的所述出浆孔位于所述第一封板与所述第二封板之间。

5.如权利要求4所述的扩底预制管桩，其特征在于，所述出浆口对应的所述钢管桩的外部侧壁上覆盖有单层束浆袋。

6.如权利要求4所述的扩底预制管桩，其特征在于，所述的钢管桩内还设置有泥浆置换管，所述泥浆置换管穿过所述第一桩底封板和第二桩底封板，并与所述第一封板和第二封板之间密封设置。

7.一种扩底预制管桩，其特征在于，所述扩底预制管桩为扩底混凝土管桩，所述混凝土管桩底端设置有钢圈，所述钢圈下方焊接有封板装置，所述封板装置是由上封板、下封板和侧封板围成的腔体结构，所述侧封板上设置有出浆口；所述扩底混凝土管桩内还设置有如权利要求1-3任一项所述的注浆装置，所述注浆装置穿过所述上封板，所述注浆喷头的所述出浆孔位于所述封板装置中。

8.如权利要求7所述的扩底预制管桩，其特征在于，所述出浆口对应的所述出浆装置的外部侧壁上覆盖有单层束浆袋。

9.如权利要求8所述的扩底预制管桩，其特征在于，所述的混凝土管桩内还设置有泥浆置换管，所述泥浆置换管穿过所述上封板和下封板，并与所述上封板和下封板之间密封设置。

10.一种扩底预制管桩的施工方法，其特征在于，所述扩底预制管桩为权利要求4至6任一项所述的扩底钢管桩或权利要求7至9任一项所述的扩底混凝土管桩，所述施工方法包括如下步骤，

S11.采用单管水泥土搅拌桩机钻进，在钻头处直喷或旋喷水泥浆液与地基土进行反复搅拌混合，形成柱状水泥土搅拌桩桩体；

S12.制备扩底预制管桩，并在所述预制管桩的桩身底部的侧壁上绑扎束浆袋；

S13.用静压桩机将步骤S12中的预制管桩植入水泥土搅拌桩中；

S14.待水泥土养护16～24小时后，采用高压注浆泵将水泥砂浆由注浆管注入预制管桩桩底的束浆袋中，束浆袋在高压水泥砂浆作用下不断扩张，挤压预制管桩周围土体，最终在预制管桩底部端头周边形成水泥浆扩大体。

11.一种扩底灌注桩，其特征在于，所述扩底灌注桩包括由钢筋笼和混凝土形成的桩体，以及设置于灌注桩底部的水泥浆扩大体，所述水泥浆扩大体采用如权利要求1-3任一项所述的注浆装置施工而成。

12.一种扩底灌注桩的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤，

S21.用钻机钻孔，至设计标高后，进行底部扩孔；

S22.制备钢筋笼，并在钢筋笼内绑扎如权利要求1-3任一项所述的注浆装置，并在钢筋笼底部绑扎束浆袋，注浆孔对应位置的注浆喷头伸入束浆袋中；

S23.将步骤S22中制备的钢筋笼下放到钻孔中，并向钻孔中灌注混凝土，制备混凝土灌注桩；

S24.通过注浆装置压送水泥浆，束浆袋扩张并挤压周围土体，最终在灌注桩底部端头周边形成水泥浆扩大体。