CN107044120A - 一种大直径超深层搅喷劲性复合桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑地基基础处理领域，特涉及一种大直径超深层搅喷劲性复合桩及其施工方法。本发明的超深层搅拌桩施工时，采用大扭矩搅拌桩机，钻架上双钻杆的顶端分别设有双通（或多通）水龙头和快换钻杆，可实现高、低压喷注介质，使大直径桩体搅拌、切割土体过程浆液分布均匀，搅拌切割充分；通过移动钻架，使双钻杆快速对接，即可进行超深桩孔的施工，形成增加侧摩阻力的原位搅喷柔性桩桩体。并及时地在搅喷柔性桩桩位上通过静压、冲击或者振动等方式插入高强度（钢筋）混凝土预制芯桩，使之形成具有良好摩擦表面和高抗剪强度的刚柔复合性桩体。本发明具有同比条件下的桩体承载力大，可大幅降低工程造价，减少环境污染，达到绿色施工的目的。

Description

一种大直径超深层搅喷劲性复合桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑地基基础处理领域，特涉及一种大直径超深层搅喷劲性复合桩及其施工方法。

背景技术

随着国家工业与民用建筑领域日新月异的发展，楼房建的是越来越高了，对于建筑物基础的要求亦越来越高，于是各类不同性质的桩基础便应运而生，劲性复合桩即为近年来发展较快的一种新技术。

目前，国内外劲性桩技术受到桩直径和深度的限制，尤其是沿海、沿江、沿湖地区软土地层较厚，针对这类地基处理的特点，发明一种大直径超深层搅喷劲性复合桩为市场所需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种大直径超深层搅喷劲性复合桩及其施工方法。本发明的超深层搅拌桩施工时，采用大扭矩搅拌桩机，钻架上双钻杆的顶端分别设有双通（或多通）水龙头和快换钻杆，可实现高、低压喷注介质，使大直径桩体搅拌、切割土体过程浆液分布均匀，搅拌切割充分；通过移动钻架，使双钻杆快速对接，即可进行超深桩孔的施工，形成增加侧摩阻力的原位搅喷柔性桩桩体。并及时地在搅喷柔性桩桩位上通过静压、冲击或者振动等方式插入高强度（钢筋）混凝土预制芯桩，使之形成具有良好摩擦表面和高抗剪强度的刚柔复合性桩体。本发明具有同比条件下的桩体承载力大，可大幅降低工程造价，减少环境污染，达到绿色施工的目的。

本发明的技术方案是：大直径超深层搅喷劲性复合桩：是一种大直径（≥600mm）、超长（≥30m）桩，采用双通道或者多通道在不同压力下注喷各类介质模式，以水泥等材料为固化介质，经充分的搅拌和高压液体切割土体，形成增加侧摩阻力的柔性搅喷桩体，并在此基础上及时地通过静压、冲击或者振动方式插入小于、等长或大于柔性搅喷桩体长度、直径（对角线长度）小于搅喷桩直径的高强度（钢筋）混凝土预制芯桩（其芯桩可为预应力高强混凝土PHC管桩、预制方桩或其他异形结构桩），在搅喷柔性桩内形成一个高抗剪切的刚性桩。从而形成一个具有良好侧摩阻力和高抗剪切的刚柔复合性桩体。

根据如上所述大直径超深层搅喷劲性复合桩，其柔性搅喷拌桩体为：直径≥600mm、桩长≥30m；刚性芯桩为：直径≤柔性搅喷拌桩直径（在3/5以内较为适宜）的PHC管桩（或同等对角线长度的预制方桩、现浇桩或其他异形预制桩）；连接后的芯桩长度为≤柔性搅喷拌桩桩长为宜。

根据如上所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩：超深层搅喷桩施工时，采用大扭矩搅拌桩机，钻架上双钻杆的顶端分别设有双通（或多通）水龙头和双通（或多通）快换钻杆，可实现不同压力和不同固化介质的注喷，使桩体搅拌、切割土体过程浆液分布均匀，搅拌切割充分；通过移动钻架，使钻杆快速对接，即可进行超深层搅喷桩的施工。

根据如上所述水泥等作为固化介质的材料为：水泥、石膏粉、粒化高炉矿渣等材料。根据地层的不同，施工时其固化介质可合并使用，也可单独使用。

根据如上所述大直径超深层搅喷劲性复合桩，其刚性芯桩的插入，采用静压、冲击机械等实现，其芯桩的节与节之间采用焊接等方式连接。

本发明还公开了一种大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法：包括（1）钻杆1是钻进的首节钻杆，钻杆内设有双通道（或多通道）介质管路，钻杆的下端安装有可拆卸的多叶片多注注喷嘴搅喷钻头；钻杆上端的快换接头与双通道（或多通道）水龙头对接（见图1）。钻进过程可采用顺时针方向或逆时针方向在加压状态下进行，至钻杆顶端的平台处停泵、停钻（见图2）；拆卸快换接头，提升水龙头至一定高度（见图3）后；移动钻架，使钻杆2与钻杆1的快换接头对接（见图4），通浆后继续钻进至设计桩深（见图5）；（2）钻进至设计桩深后，不停钻、不停浆，改为提升搅喷方式，直至钻杆1的接头露出工作平台一定高度后停泵、停钻（见图6），拆卸快换接头，并移动钻架，使钻杆1与水龙头对接（见图7）通浆后继续提升搅喷，直至钻头提升至地面，完成柔性搅拌桩的施工；（3）在移除搅拌桩机后，须更换专用插芯机械在原有的搅喷桩桩位进行插芯作业。劲性桩的芯桩直径、深度和对接方式可依设计而定。

本发明的有益效果是：实现不同压力注喷浆液，使桩体搅拌、切割土体过程浆液分布均匀，搅拌切割充分；通过移动钻架，使钻杆快速对接，即可进行超深层搅喷桩的施工。本发明的大直径超深层搅喷劲性复合桩通过刚、柔桩优点的复合，提高同比条件下的桩体承载力，可大幅降低工程造价，减少环境污染，达到绿色施工的目的。

附图说明

图1为首节钻杆初始钻进状态示意图；

图2为首节钻杆钻进终钻状态示意图；

图3为首节钻杆与水龙头分离状态示意图；

图4为第2节钻杆与首节钻杆对接状态示意图；

图5为全部钻杆钻进终钻状态示意图；

图6为第2节钻杆与首节钻杆接头分离状态示意图；

图7是：柔性搅喷桩体成型示意图；

图8是：更换专用插桩机械准备插桩；

图9是：插桩作业；

图10是: 插桩完成，大直径超深层搅喷劲性复合桩成桩。

图11是：双钻杆、浆泵、水龙头连接示意图。

附图标记说明：双通道（多通道）水龙头1、双通道（多通道）钻杆快换接头2、第一副双通道（多通道）钻杆3、第二副双通道（多通道）钻杆4、钻架5、搅喷钻头6、桩机7、高压泵8、低压泵9、管路及闸阀10、柔性搅喷桩体11、芯桩12、振动锤或冲击锤13、插芯桩机14、大直径超深层搅喷劲性复合桩15。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的大直径超深层搅喷劲性复合桩施工装置包括大扭矩搅拌桩机和插芯机械，大扭矩搅拌桩机包括双通道（多通道）水龙头1、双通道（多通道）钻杆快换接头2、第一副双通道（多通道）钻杆3、第二副双通道（多通道）钻杆4、钻架5、搅喷钻头6、桩机7、高压泵8、低压泵9、管路及闸阀10、振动锤或冲击锤13、插芯桩机14，其中，搅喷钻头6包括高压喷嘴和低压喷嘴，高压喷嘴设在搅喷钻头中部叶片的前端位置；低压喷嘴设在搅拌钻头底部叶片的近中心位置。

本发明的大直径超深层搅喷劲性复合桩15柔性搅喷桩直径≥600mm，桩长≥30m，以水泥等为固化介质经充分的搅拌和高压液体切割土体而形成柔性搅喷桩体11，并在此基础上及时地通过静压、冲击或者振动等方式插入小于、等长或大于柔性搅喷桩体长度的高强度（钢筋）混凝土预制（或现浇）芯桩12（其芯桩可为预应力高强混凝土PHC管桩、现浇桩、预制方桩或其他异形结构桩），使之形成具有良好摩擦表面柔性搅喷桩和高抗剪强度的桩芯刚度的刚柔复合性桩体。本发明的芯桩12的PHC管桩直径为 ≤柔性搅喷拌桩直径（在3/5以内较为适宜）或同等对角线长度的预制方桩或其他异形桩、现浇桩；芯桩12可采用多节芯桩相连而制成，连接后芯桩12长度≤柔性搅喷拌桩桩长为宜。

本发明的大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法为：

步骤一：第一副双通道（多通道）钻杆3是钻进的首节钻杆，第一副双通道（多通道）钻杆3的下端安装有可拆卸的多叶片多注喷嘴的搅喷钻头，第一副双通道（多通道）钻杆3内设有双通道（多通道）管路；第一副双通道（多通道）钻杆3上端的快换接头与双通道（多通道）水龙头1对接（见图1）。钻进过程可采用顺时针方向或者逆时针方向在加压状态下进行，至钻杆顶端的平台处停泵、停钻（见图2）；拆卸双通道（多通道）钻杆的快换接头2，提升双通道（多通道）水龙头1至一定高度（见图3）后；移动钻架5，使第二副双通道（多通道）钻杆4与第一副双通道（多通道）钻杆3的快换接头对接（见图4），通浆后继续钻进至设计桩深（见图5）。

在本步骤中，各通道的泵压可分别控制在0.3MPa～20MPa之间。在施工过程中，高压喷嘴设在搅喷钻头中部叶片的前端位置，是大直径搅喷桩施工时的扩径主体，泵压一般为6MPa～20 MPa，根据地层情况，调整泵压的大小，在均质地层采用高值，非均质地层采用低值，也可采用恒定压力值，高压喷射的浆液介质一般为水或者是低密度的固化剂浆液；低压喷嘴设在搅拌钻头底部叶片的近中心位置，是大直径搅喷桩施工时的供浆主体，泵压一般为0.3～6 MPa，根据设计固化剂掺入量折算的浆量一般为60～220L/m。多通道管路其他的用途可为不同泵压的气体管路、外加剂（减水剂）管路等。所有高压喷嘴和低压喷嘴的喷射方向一般为径向由内向外侧喷射。

步骤二、钻进至设计桩深后，不停钻、不停浆，改为提升搅喷方式，直至第二副双通道（多通道）钻杆4的接头露出工作平台一定高度后停泵、停钻（见图6），拆卸第二副双通道（多通道）钻杆4的快换接头，并移动钻架5的一侧，使第一副双通道（多通道）钻杆3与双通道（多通道）水龙头1对接（见图7）通浆后继续提升搅拌，直至钻头提升至地面，完成柔性搅喷桩体11的施工。

在步骤二中，其浆液的使用与步骤一同。

水泥等作为固化介质的材料为：水泥、石膏粉、粒化高炉矿渣等。施工时按照一定的配合比，经地面搅拌系统搅拌混合，过滤形成浆液，根据地层的不同，施工时其固化介质可合并使用，也可单独使用。

本发明可实现不同压力注喷浆液，使桩体搅拌、切割土体过程浆液分布均匀，搅拌切割充分；通过移动钻架，使钻杆快速对接，即可进行超深层搅喷桩的施工。

步骤三、在移除大扭矩搅拌桩机后，须更换专用插芯机械在原有的搅拌桩桩位进入插芯作业。即在柔性搅喷桩体11内及时地通过静压、冲击或者振动等方式插入小于、等于或大于柔性搅喷桩体长度的高强度（钢筋）混凝土预制芯桩12，使之形成具有良好摩擦表面和高抗剪强度的刚柔复合性桩体。大直径超深层搅喷劲性复合桩15的芯桩12直径、深度和对接方式可依设计而定。本发明的芯桩12可采用多节芯桩相连之间焊接等方式连接。

Claims (10)

1.一种大直径超深层搅喷劲性复合桩，包括柔性搅喷桩以及插入柔性搅喷桩的预制芯桩，其特征在于：所述的柔性搅喷桩直径大于等于600mm，桩长大于等于30m，在钻进和提升过程中，采用双通道或者多通道钻杆在不同压力下经高压喷嘴和低压喷嘴注喷浆液，注喷浆液包括高压注喷和低压注喷，高压注喷范围为6MPa～20MPa；低压注喷范围为0.3MPa～6MPa，经搅拌和高压液体切割土体，形成增加侧摩阻力的柔性搅喷桩体，在此基础上通过静压、冲击或者振动方式插入高强度混凝土预制芯桩 , 形成大直径超深层搅喷劲性复合桩。

2.根据权利要求1所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩，其特征在于：所述的预制芯桩为预应力高强混凝土PHC管桩、预制方桩或异形结构桩。

3.根据权利要求1所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩，其特征在于：所述的预制芯桩的直径小于柔性搅喷桩；多个预制芯桩连接后的长度小于等于柔性搅喷桩的桩长。

4.根据权利要求1所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩，其特征在于：所述的预制芯桩的直径小于等于柔性搅喷拌桩直径的60%。

5.根据权利要求1所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩，其特征在于：所述浆液为：施工时将水泥、石膏粉和粒化高炉矿渣中的一种或几种混合按照配合比，经搅拌系统搅拌混合，过滤形成浆液。

6.一种大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法，包括以下步骤：步骤一、搅喷钻头在浆液加压状态下进行钻进，直到钻进至设计桩深；步骤二、钻杆改为提升搅喷方式，搅喷钻头在浆液加压状态下提升，直至搅喷钻头提升至地面，完成柔性搅喷桩体的施工；步骤三、在柔性搅喷桩体桩位进行预制芯桩的插芯作业；其特征在于：所述步骤一和步骤二中，搅喷钻头包括高压喷嘴和低压喷嘴，高压喷嘴设在搅喷钻头中部叶片的前端位置；低压喷嘴设在搅拌钻头底部叶片的近中心位置，高压喷嘴的浆液压力为6MPa～20MPa，低压喷嘴的浆液压力为0.3 MPa～6MPa。

7.根据权利要求6所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法，其特征在于：所述的高压喷嘴和低压喷嘴的喷射方向为径向由内向外侧喷射。

8.根据权利要求6所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法，其特征在于：高压喷嘴喷射的浆液介质为水或者是低密度的固化剂浆液。

9.根据权利要求6、7或8任一项所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法，其特征在于：所述步骤一具体的钻进过程为：第一副双通道（多通道）钻杆是钻进的首节钻杆，第一副双通道（多通道）钻杆的下端安装有可拆卸的多叶片多注喷嘴的搅喷钻头，第一副双通道（多通道）钻杆内设有双通道（多通道）管路；第一副双通道（多通道）钻杆上端的快换接头与双通道（多通道）水龙头对接；钻进过程可采用顺时针方向或者逆时针方向在加压状态下进行，至钻杆顶端的平台处停泵、停钻；拆卸双通道（多通道）钻杆的快换接头，提升双通道（多通道）水龙头后；移动钻架，使第二副双通道（多通道）钻杆与第一副双通道（多通道）钻杆的快换接头对接，通浆后继续钻进至设计桩深。

10.根据权利要求6、7或8任一项所述的大直径超深层搅喷劲性复合桩的施工方法，其特征在于：所述步骤二具体的提升过程为：钻进至设计桩深后，不停钻、不停浆，改为提升搅喷方式，直至第二副双通道（多通道）钻杆的接头露出工作平台后停泵、停钻，拆卸第二副双通道（多通道）钻杆的快换接头，并移动钻架的一侧，使第一副双通道（多通道）钻杆与双通道（多通道）水龙头对接通浆后继续提升搅拌，直至钻头提升至地面，完成柔性搅喷桩的施工。