CN107338792A - 一种预应力水泥土搅拌桩及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种预应力水泥土搅拌桩及其施工方法。预应力水泥土搅拌桩的桩柱体周壁上设有由加压注入增量浆液挤压钻孔桩壁周边泥土形成的与桩柱体连成一体的不规则的凸部，桩柱体中设有预应力钢筋。施工方法包括分段加压压入增量浆液，当钻杆喷浆搅拌的钻头提升至钻头下端的桩孔长度占桩孔整体长度1/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，使其形成不规则的凸部。本发明具有桩体与地基土层的接触面积大,磨擦系数高，横向契合性强,桩身强度高，桩上部荷载能有效传递到深层地基土中，承托力高，方法简单实用和使用效果好的优点。
Description
技术领域
本发明属于一种预应力水泥土搅拌桩及其施工方法。
背景技术
水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土低地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。
现水泥土搅拌桩的施工方法是：定桩位后，移动搅拌桩机到达指定桩位，钻前预先拌制浆液，深层搅拌机预搅下沉同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中；搅拌下沉，启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌；喷浆搅拌提升，下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，缓慢提升钻杆，边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和，浆液凝固后在土中形成固结体。施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。
传统的水泥土搅拌桩为圆柱体型，与地基土层的接触面积小,磨擦系数低，横向契合性差,使水泥土搅拌桩的承托力下降，造成其上的建筑物沉降，使建筑物的使用寿命缩短。目前，水泥土搅拌桩的使用长度一般小于15m，对于桩长超过15m以上的情况，尤其是20米以上的超长水泥土搅拌桩，能否有效将上部荷载传递到深层地基土中，是需迫切解决的问题。水泥土搅拌桩桩身强度较低，当上部荷载增大时，桩体上部有效桩长范围内，水泥土搅拌桩与土之间的侧摩阻力会增加，直到桩土之间发生剪切破坏；而在桩体有效桩长以外范围，桩土共同变形使得侧摩阻力难以得到发挥。因此，有必要采取措施对桩体下部进行加固处理。
发明内容
本发明的目的是一种预应力水泥土搅拌桩及其施工方法，具有桩体与地基土层的接触面积大,磨擦系数高，横向契合性强, 桩身强度高，桩上部荷载能有效传递到深层地基土中，承托力高，方法简单实用和使用效果好的优点。
为此,本发明的一种预应力水泥土搅拌桩由水泥土所组成，预应力水泥土搅拌桩的桩柱体周壁上设有由加压注入增量浆液挤压钻孔桩壁周边泥土形成的与桩柱体连成一体的不规则的凸部，桩柱体中设有预应力钢筋，位于桩顶上的预应力钢筋端部设有锚具和承压板。所述的在预应力钢筋自桩顶端向下的9～12m段上设有塑料套管，塑料套管下端与对应处的预应力钢筋之间为密封部，塑料套管下部的预应力钢筋为螺旋型。所述的不规则的凸部为凸出桩柱体周壁的不规则半圆球体，或为树根状凸部。所述的预应力水泥土搅拌桩能与水泥土搅拌桩交叉布置在地基中。所述的预应力钢筋轴线与桩柱体轴线重合。
一种预应力水泥土搅拌桩的施工方法，包括如下步骤：
(1)根据施工图在施工现场定出桩位，放好搅拌桩桩位后，移动搅拌桩机到达指定桩位，制备好预应力钢筋、锚具、承压板和塑料套管，预应力钢筋自桩顶往下9～12 m范围内加设套管，插入预应力钢筋时套管下部与钢筋间的空隙需密封，套管下部钢筋预制成螺旋形。
(2)调整好搅拌桩机的导向架垂直度，预先拌制浆液，深层搅拌机预搅下沉同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中，选用水泥标号425#普通硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制在0.55～0.60范围，要求每米深层搅拌桩水泥用量大于60Kg。
(3)搅拌下沉，启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，使钻杆沿导向架边下沉边搅拌。
(4)喷浆搅拌提升，待搅拌头下沉到达桩孔设计深度后，开启灰浆泵，通过钻杆内管路送浆至搅拌头出浆口后进入桩孔中，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，按设计确定的提升速度0.50～0.8m/min边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和桩孔中的土体充分拌和。
(5)分段加压压入增量浆液，当钻杆喷浆搅拌提升至距离钻孔底面设计深度1/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，压入的增量浆液占下段的桩孔中压入浆液设计量的10～40%，或依设计压入的适量的增量浆液。
(6) 在该段压入完增量浆液后，继续依步骤(4)边喷浆搅拌边提升钻杆, 当钻杆喷浆搅拌提升至距离钻孔底面设计深度2/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，压入的增量浆液占该2/n段桩孔中压入浆液设计量的10～40%，或依设计压入的适量的增量浆液；
(7)重复步骤(6)至搅拌钻头提升至桩顶以上500mm高后，关闭灰浆泵，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行。
(8)喷浆重复搅拌提升，下沉到达设计深度后，喷浆重复搅拌提升，一直将搅拌钻头提升至地面。
(9)在桩体孔中水泥土未凝固之前，将预应力钢筋沿水泥土搅拌桩轴线插入桩体中，可采用旋转下沉的方式，预应力钢筋的数量及间距据桩径以及桩体强度确定，插入的预应力钢筋达到预定深度后，将预应力钢筋上部固定在承压板上，待水泥土搅拌桩达到设计强度70%后，在桩顶上部施加预应力，并用C15混凝土对桩顶做密封帽处理，形成预应力水泥土搅拌桩。
(10)桩机移位，施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。
所述的n大于或等于3。所述的压入的增量浆液由向下向上段逐渐增加，或相等，或上、下段压入的增量浆液小于中段压入的增量浆液。所述的压入增量浆液时，压浆泵的压力大于喷浆搅拌注浆压力。所述的压入增量浆液是从桩体轴心线向四周扩散。
上述结构达到了本发明的目的。
本发明具有桩体与地基土层的接触面积大,磨擦系数高，横向契合性强, 桩身强度高，桩上部荷载能有效传递到深层地基土中，承托力高，方法简单实用和使用效果好的优点。
本发明与现有技术相比，预应力钢筋系统与水泥土搅拌桩共同作用，能够防止桩体发生较大的位移，能有效将桩体的上部荷载有效传递到深层地基中。预应力水泥土搅拌桩的桩柱体周壁上设有由加压注入增量浆液挤压钻孔桩壁周边泥土形成的与桩柱体连成一体的不规则的凸部，不规则的凸部对桩体形成如树根状支撑，也极大地增加了桩体与地基土层的接触面积大,提高了桩体的承载能力，桩体磨擦系数高，横向契合性强，稳定性好，取得了预想不到的效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明与现有技术的水泥土搅拌桩搭配使用在基坑中示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种预应力水泥土搅拌桩由水泥土1所组成，预应力水泥土搅拌桩的桩柱体周壁上设有由加压注入增量浆液挤压钻孔桩壁周边泥土形成的与桩柱体2连成一体的不规则的凸部。所述的不规则的凸部为凸出桩柱体周壁的不规则半圆球体21，或为树根状凸部22。
桩柱体中设有预应力钢筋3。位于桩顶上的预应力钢筋端部设有锚具6和承压板7。所述的在预应力钢筋自桩顶端向下的9～12m段上设有塑料套管4，塑料套管下端与对应处的预应力钢筋之间为密封部。塑料套管下部的预应力钢筋为螺旋型。
所述的预应力水泥土搅拌桩能与水泥土搅拌桩交叉布置在地基中。所述的预应力钢筋轴线与桩柱体轴线重合。
一种预应力水泥土搅拌桩的施工方法，包括如下步骤：
(1)根据施工图在施工现场定出桩位，放好搅拌桩桩位后，移动搅拌桩机到达指定桩位，制备好预应力钢筋、锚具、承压板和塑料套管，预应力钢筋自桩顶往下9～12 m范围内加设套管，插入预应力钢筋时套管下部与钢筋间的空隙需密封，以保证预应力钢筋强度，套管下部钢筋预制成螺旋形。
(2)调整好搅拌桩机的导向架垂直度，预先拌制浆液，深层搅拌机预搅下沉同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中，选用水泥标号425#普通硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制在0.55～0.60范围，要求每米深层搅拌桩水泥用量大于60Kg。
(3)搅拌下沉，启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，使钻杆沿导向架边下沉边搅拌。
(4)喷浆搅拌提升，待搅拌头下沉到达桩孔设计深度后，开启灰浆泵，通过钻杆内管路送浆至搅拌头出浆口后进入桩孔中，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，按设计确定的提升速度0.50～0.8m/min边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和桩孔中的土体充分拌和。
(5)分段加压压入增量浆液，当钻杆喷浆搅拌的钻头提升至钻头下端的桩孔长度占桩孔整体长度1/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，压入的增量浆液占下段的桩孔中压入浆液设计量的10～40%，或依设计压入的适量的增量浆液。设计压入的适量的增量浆液应考虑土质的强度。通常，停止提升钻杆待压入增量浆液段的桩孔长度为2～3m。
所述的压入增量浆液时，压浆泵的压力大于喷浆搅拌注浆压力。压浆泵的压力应保证压入的增量浆液能挤压该段桩孔壁周边泥土且向外凸进，形成不规则的凸部。
(6)在该段压入完增量浆液后，继续依步骤(4)边喷浆搅拌边提升钻杆, 当钻杆喷浆搅拌的钻头提升至钻头下端的桩孔长度占桩孔整体长度2/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，压入的增量浆液占该2/n段桩孔中压入浆液设计量的10～40%，或依设计压入的适量的增量浆液。
(7)重复步骤(6)至搅拌钻头提升至桩顶以上500mm高后，关闭灰浆泵，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行。
(8)喷浆重复搅拌提升，下沉到达设计深度后，喷浆重复搅拌提升，一直将搅拌钻头提升至地面。
(9)在桩体孔中水泥土未凝固之前，将预应力钢筋沿水泥土搅拌桩轴线插入桩体中。可采用旋转下沉的方式，预应力钢筋的数量及间距据桩径以及桩体强度确定，插入的预应力钢筋达到预定深度后，将预应力钢筋上部固定在承压板上，待水泥土搅拌桩达到设计强度70%后，在桩顶上部施加预应力，并用C15混凝土对桩顶做密封帽5处理，形成预应力水泥土搅拌桩。
(10)桩机移位，施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。
所述的n大于或等于3。即：可依桩体长度将桩体分成大于或等于3的分段加压压入增量浆液段。
所述的压入的增量浆液由向下向上段逐渐增加，形成V型桩柱体。或相等，形成在桩柱体周壁上不规则的凸部。或上、下段压入的增量浆液小于中段压入的增量浆液，形成梭型桩柱体。
所述的压入增量浆液是从桩体轴心线向四周扩散，以保证柱体周壁上不规则凸部的均布性。
总之,本发明具有桩体与地基土层的接触面积大,磨擦系数高，横向契合性强, 桩身强度高，桩上部荷载能有效传递到深层地基土中，承托力高，方法简单实用和使用效果好的优点。
Claims (10)
1.一种预应力水泥土搅拌桩,由水泥土所组成,其特征在于：预应力水泥土搅拌桩的桩柱体周壁上设有由加压注入增量浆液挤压钻孔桩壁周边泥土形成的与桩柱体连成一体的不规则的凸部，桩柱体中设有预应力钢筋，位于桩顶上的预应力钢筋端部设有锚具和承压板。
2.按权利要求1所述的一种预应力水泥土搅拌桩，其特征在于：所述的在预应力钢筋自桩顶端向下的9～12m段上设有塑料套管，塑料套管下端与对应处的预应力钢筋之间为密封部，塑料套管下部的预应力钢筋为螺旋型。
3.按权利要求1所述的一种预应力水泥土搅拌桩，其特征在于：所述的不规则的凸部为凸出桩柱体周壁的不规则半圆球体，或为树根状凸部。
4.按权利要求1所述的一种预应力水泥土搅拌桩，其特征在于：所述的预应力水泥土搅拌桩能与水泥土搅拌桩交叉布置在地基中。
5.按权利要求1所述的一种预应力水泥土搅拌桩，其特征在于：所述的预应力钢筋轴线与桩柱体轴线重合。
6.一种实现如权利要求1所述的一种预应力水泥土搅拌桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据施工图在施工现场定出桩位，放好搅拌桩桩位后，移动搅拌桩机到达指定桩位，制备好预应力钢筋、锚具、承压板和塑料套管，预应力钢筋自桩顶往下9～12 m范围内加设套管，插入预应力钢筋时套管下部与钢筋间的空隙需密封，套管下部钢筋预制成螺旋形；
(2)调整好搅拌桩机的导向架垂直度，预先拌制浆液，深层搅拌机预搅下沉同时，后台拌制水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中，选用水泥标号425#普通硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制在0.55～0.60范围，要求每米深层搅拌桩水泥用量大于60Kg；
(3)搅拌下沉，启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，使钻杆沿导向架边下沉边搅拌；
(4)喷浆搅拌提升，待搅拌头下沉到达桩孔设计深度后，开启灰浆泵，通过钻杆内管路送浆至搅拌头出浆口后进入桩孔中，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，按设计确定的提升速度0.50～0.8m/min边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和桩孔中的土体充分拌和；
(5)分段加压压入增量浆液，当钻杆喷浆搅拌提升至距离钻孔底面设计深度1/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，压入的增量浆液占下段的桩孔中压入浆液设计量的10～40%，或依设计压入的适量的增量浆液；
(6) 在该段压入完增量浆液后，继续依步骤(4)边喷浆搅拌边提升钻杆, 当钻杆喷浆搅拌提升至距离钻孔底面设计深度2/n高度时，停止提升钻杆，加压灰浆泵继续向下搅拌头出浆口下段的桩孔中压入增量浆液，压入的增量浆液占该2/n段桩孔中压入浆液设计量的10～40%，或依设计压入的适量的增量浆液；
(7)重复步骤(6)至搅拌钻头提升至桩顶以上500mm高后，关闭灰浆泵，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行；
(8)喷浆重复搅拌提升，下沉到达设计深度后，喷浆重复搅拌提升，一直将搅拌钻头提升至地面；
(9)在桩体孔中水泥土未凝固之前，将预应力钢筋沿水泥土搅拌桩轴线插入桩体中，可采用旋转下沉的方式，预应力钢筋的数量及间距据桩径以及桩体强度确定，插入的预应力钢筋达到预定深度后，将预应力钢筋上部固定在承压板上，待水泥土搅拌桩达到设计强度70%后，在桩顶上部施加预应力，并用C15混凝土对桩顶做密封帽处理，形成预应力水泥土搅拌桩；
(10)桩机移位，施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。
7.按权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述的n大于或等于3。
8.按权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述的压入的增量浆液由向下向上段逐渐增加，或相等，或上、下段压入的增量浆液小于中段压入的增量浆液。
9.按权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述的压入增量浆液时，压浆泵的压力大于喷浆搅拌注浆压力。
10.按权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述的压入增量浆液是从桩体轴心线向四周扩散。
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