CN108411904B - 大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构及工艺，包括一个土工织物袋，在所述的土工织物袋内设有与其相连的折叠式钢筋架，所述的折叠式钢筋架作为内部支撑，在所述的土工织物袋内灌注有混凝土；通过土工织物袋限制混凝土的充填边界，再进行灌注，实现对溶洞的局部充填。本发明采用高强土工织物袋具有隔离、排水的特性，且易成桩。

Description

大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构及工艺

技术领域

本发明属于桩基础施工领域，具体涉及一种大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构及工艺。

背景技术

岩溶地貌在我国分布广泛，随着近些年来西南部岩溶地区交通建设的快速发展，对岩溶区桩基础的施工技术需求更加迫切。布袋桩具有隔离、排水的特性，灌注膨胀后，不仅具有很好的隔水效果，更能够挤压周围松软土体，以达到稳固基础的目的。现有的钢筋混凝土桩由于受到溶岩地区地下水的影响，不易成桩，成桩后稳定性差；岩溶区地质条件复杂，井下施工具有一定的危险性。溶洞若采用全部充填，处理施工量大、成本高；若采用局部充填，又很难控制充填边界，易造成混凝土流失。

发明内容

本发明目的是提供一种高强土工织物袋与钢筋混凝土相结合的桩基施工方案，以解决溶岩地区不易成桩、成桩后稳定性差等问题。其主要技术特点有：高强土工织物袋与钢筋混凝土结构相结合，采取折叠式钢筋骨架，布袋底端采取扩大头式，下放灌注后布袋拉动钢筋架展开形成钢筋混凝土布袋桩。

岩溶地区易发育产生溶洞等一系列特殊的地质形态，从而易产生沉降、塌陷、失稳等地质灾害，施工环境具有一定的危险性。本发明提供的布袋桩结构，可以实现钻孔机成孔，桩体可通过探测口顺利下放到溶洞底部，人员不必进入溶洞，且施工对原始地质条件破坏较小，从而提高施工作业安全性。

岩溶地区地下水丰富，普通钢筋混凝土桩不易成桩，成桩后稳定性差；且岩溶地区地质条件复杂，普通布袋桩难以达到强度要求。本发明实现布袋桩与钢筋混凝土桩的结合，将布袋与钢筋架连接，灌注后自动形成钢筋混凝土布袋桩，从而达到防水和强度要求。

本发明将钢筋骨架折叠后套入布袋内，结构直径减小，便于桩体下放；同时用碳纤维筋连接土工织物袋及钢筋架主筋，确保灌注后结构在混凝土压力作用下自动展开，桩径增大，提高稳定性。

本发明桩端布袋采用扩大头处理，可实现扩底作用，有利于保证桩体结构稳定，提升桩身质量。

本发明采用的技术方案如下：

一种大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构，包括一个土工织物袋，在所述的土工织物袋内设有与其相连的折叠式钢筋架，所述的折叠式钢筋架作为内部支撑，在所述的土工织物袋内灌注钢纤维混凝土；所述的折叠式钢筋架包括多根纵向钢筋，在多根纵向钢筋上每隔一段距离设置一圈箍筋；每相邻两根纵向钢筋之间的箍筋分为等长的两段，两段箍筋之间设置转头且两段箍筋能沿所述转头转动；两段箍筋与所述纵向钢筋固定连接。

当纵向钢筋靠近时，箍筋沿转头转动，结构收缩；纵向钢筋被拉开时，箍筋沿转头转动直至钢筋骨架展开，所述结构类似伞骨结构。

进一步的，所述的土工织物袋与所述折叠式钢筋架采用碳纤维筋相连。

进一步的，所述的多根纵向钢筋均匀布置在土工织物袋内侧，通过箍筋相连形成一个整体。

进一步的，所述的土工织物袋的底部采用扩大头式，布袋在此处可容纳更多混凝土。成桩后，通过扩大头可实现扩底作用，增大地基反力，提高桩基稳定性。

进一步的，所述扩大头桩底中间附近位置，绑扎有若干个桩尖。

进一步的，通过一个注浆管向土工织物袋内注浆；所述的注浆管管底用闷头旋紧；注浆管顶部穿过塑料套环，使所述的塑料套环能够沿注浆管上下滑动，所述套环绑扎在布袋顶端。

本发明所述钢筋混凝土布袋桩结构可适应于多种溶洞充填情形，具体如下：

包括以下步骤：

第一步，正式施工前，必须先将钢筋架绑扎、折叠后套入土工织物袋，钢筋架与布袋用碳纤维筋连接，并将土工织物袋底部扎紧；将注浆管底部用闷头旋紧，插入钢筋架纵筋之间；顶部穿过塑料套环并将套环绑扎在布袋口上；

第二步，桩基放样定位，根据布袋桩设计尺寸，采用合适直径的钻头成孔；

第三步，将含有钢筋架结构的布袋缓慢下放至桩孔内，采用吊机下放；

第四步，布袋桩下放到溶洞底部后，根据设计膨胀桩形实施相应控制措施，固定布袋顶部，防止注浆过程中布袋沿钻孔落入溶洞内；

第五步，开始注入混凝土；

第六步，灌注结束后，拔注浆管,闷头恰能够将顶部塑料套环堵死，之后旋出注浆管，此时布袋桩已形成封闭的桩体；

第七步，布袋桩施工完成，检验成桩效果，符合要求后方可在布袋桩上部进行下一阶段的施工。

所述的步骤五的具体方法如下：

遵循自下而上，逐节压浆的原则；注意控制好注浆压力，一旦超过设计值，要及时减压或者上拔注浆管。在混凝土压力作用下，布袋膨胀，拉动钢筋架结构逐渐展开，最终形成钢筋混凝土布袋桩。注浆结束标准为：当浆液从管口冒出，桩顶处布袋膨胀至设计桩径即可。

上述施工工艺在不同的岩溶结构中的施工方法如下：

①若溶洞内无充填物，直接下桩，灌注后成桩；

②若溶洞为水充填或淤泥质充填，可穿过水或淤泥接触到硬底，灌注后将水及淤泥质充填体挤压到钢筋混凝土布袋桩装两侧；

③若溶洞为碎石充填，测定承载力，如需要可做加固处理，灌注后桩底直接固定在处理后的碎石顶面。

本发明的有益效果如下：

1.所述布袋桩结构，是高强土工织物袋与钢筋混凝土结构的结合。由于岩溶区地下水丰富，不易成桩，成桩后稳定性差；而本发明采用高强土工织物袋具有隔离、排水的特性，且易成桩。

2.由于岩溶区地质条件复杂，溶洞等地质形态分布广泛，工人下井工作具有一定的危险性。本布袋桩结构具有地面制作，下放后自动成桩的特点。工人将不必下井工作，提升施工安全性。

3.本发明在施工完成后可形成钢筋混凝土布袋桩结构，较普通布袋桩来说，具有更高的强度，可适应更加软弱的地质条件。在相同的强度要求下，所述布袋桩结构能节省更多混凝土，更为经济。

4.本发明可适应于多种溶洞充填情形：若溶洞内无充填物，直接下桩，灌注后成桩；若溶洞为水充填或淤泥质充填，可穿过水或淤泥接触到硬底，灌注后将水及淤泥质充填体挤压到钢筋混凝土布袋桩装两侧；若溶洞为碎石充填，测定地基承载力，若地基承载力不足需先对溶洞底面做加固处理，灌注后桩底直接固定在处理后的碎石顶面。

5.所述布袋桩底部采取扩大头式，通过灌注可在溶洞底部形成混凝土基座，且易与溶洞底部契合，增大地基反力，实现扩底作用。

6.所述钢筋架结构可以地面预制，标准化生产，现场装配；且施工方法简单，可以提高施工效率，节省成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1（a）注浆前布袋桩的结构；

图1（b）注浆后布袋桩的结构；

图2（a）注浆前布袋桩结构横截面图；

图2（b）注浆后布袋桩结构横截面图；

图3（a）、图3（b）钢筋架结构展开前的俯视图和主视图；

图3（c）、图3（d）钢筋架结构展开后的俯视图和主视图；

图4（a）、图4（b）施工效果图；

图中：1—纵向钢筋，2—箍筋，3—转头，4—高强土工织物袋，5—注浆管，6—碳纤维筋，7—扩大头，8—塑料套环，9—闷头，10—桩尖，11—布袋桩结构，12—溶洞，13—桩柱，14—桩基承台，15—墩柱，16—回填体，17—桥/路。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

此外，本发明中所述的布袋和土工织物袋指代相同。

正如背景技术所介绍的，现有技术中现有的钢筋混凝土桩由于受到溶岩地区地下水的影响，不易成桩，成桩后稳定性差；岩溶区地质条件复杂，井下施工具有一定的危险性。溶洞若采用全部充填，处理施工量大、成本高；若采用局部充填，又很难控制充填边界，易造成混凝土流失。本申请提出了一种大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构及施工工艺。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构由高强土工织物袋外包，以折叠式钢筋结构为骨架，灌注钢纤维混凝土形成。六根纵向钢筋与土工织物袋由碳纤维筋相连，均匀布置在布袋内侧，箍筋根据施工需求间隔布置。将特制注浆管底部用闷头旋紧，置入纵向钢筋之间，顶部穿过塑料套环，并将套环绑扎在布袋口。具体结构形式见图1(a)、 1(b)所示。

折叠式钢筋架采用六根纵向钢筋，并且根据桩长及桩基稳定性要求，每隔一定距离设置一圈箍筋。每两根纵向钢筋之间的箍筋，分为等长的两段，中间设置转头，使箍筋段可以沿转头转动。所述箍筋与所述纵向钢筋连接处，将箍筋弯曲套在纵向钢筋上，并用扎丝扎紧防止箍筋沿纵向钢筋长度方向滑动。当纵向钢筋靠近时，箍筋沿转头转动，结构收缩；纵向钢筋被拉开时，箍筋沿转头转动直至钢筋骨架展开。所述结构类似伞骨结构。

高强土工织物袋与所述折叠式钢筋架采用碳纤维筋相连。使六根纵向钢筋均匀布置在土工织物袋内侧，通过绑扎形成整体。桩到位后向内灌注钢纤维混凝土，在混凝土压力作用下，高强土工织物袋胀起，直径变大，拉动折叠式钢筋架展开，逐步形成钢筋混凝土布袋桩结构。

桩底布袋采用扩大头式，布袋在此处可容纳更多混凝土。成桩后，通过扩大头可实现扩底作用，增大地基反力，提高桩基稳定性。

采用特制注浆管施工，管底用闷头旋紧；注浆管顶部穿过塑料套环，使套环能够沿注浆管上下滑动；套上布袋后，将塑料套环紧扎在布袋顶端。完成灌注时，抽注浆管，使闷头恰能将塑料套环堵住，避免注入的浆液外溢，而后旋出注浆管，使布袋桩形成一个密封的桩体。

扩大头桩底中间附近位置，绑扎有若干个桩尖。灌注时，依靠钢筋混凝土桩结构自重，压迫桩尖插入底部稳定土体，以增强桩基稳定性。

具体的，本发明中钢筋架结构由六根纵向钢筋和一定数量的箍筋组成，纵向钢筋长度及型号与箍筋类型及间距由具体施工条件结合配筋率确定。

绑扎钢筋架时，每两根纵向钢筋之间的箍筋，分为等长的两段，中间设置转头，箍筋段可沿转头转动；箍筋与纵向钢筋连接处，箍筋弯曲成钩状套在纵向钢筋上，采用扎丝扎紧防止箍筋与纵向钢筋产生相对滑移。绑扎完成后形成伞骨式钢筋架结构，当纵向钢筋间距减小时，箍筋可沿转头转动，结构直径缩小；当布袋拉动纵向钢筋使间距增大时，箍筋可沿转头转动直至钢筋骨架展开，结构直径增大。钢筋架结构具体如图2（a）和图2（b）所示。

纵向钢筋均匀布置在土工织物袋内侧，并用碳纤维筋绑扎紧实，以保证土工织物袋在灌注膨胀后，结构直径变大，能够通过碳纤维筋施力将折叠式的钢筋架拉开，逐步形成钢筋混凝土布袋桩结构。布袋与钢筋架连接后效果如图3（a）、图3（b）、图3（c）和图3（d）所示。

依据现场施工条件调整桩长及桩位，桩底采用扩大头式，扩大头桩底中间位置，绑扎有若干个桩尖。单个桥梁墩柱15下，可连接多个钢筋混凝土布袋桩。若溶洞底部坡度较大，可采用回填土16进行部分回填，将底部处理至平整再进行钢筋混凝土布袋桩的施工，以满足稳定性要求。施工后效果如图4（a）、图4（b）所示。

上述布袋桩结构施工工艺方法，先将折叠式钢筋架连接土工织物袋，并绑扎注浆管；布袋下放后，采用自下而上的方式，向内灌注钢纤维混凝土；在混凝土压力作用下使布袋膨胀，拉动钢筋架结构展开，自动形成钢筋混凝土布袋桩结构。其中注浆管底部采用闷头旋紧，顶部穿过塑料套环并将塑料套环绑扎在布袋上。灌注完成后，抽注浆管，底部闷头恰能将套环堵死，再旋出注浆管，形成密闭的布袋桩桩体，具体工艺步骤如下：

第一步，正式施工前，必须先将钢筋架绑扎、折叠后套入土工织物袋，钢筋架与布袋用碳纤维筋连接，并将布袋底部扎紧。将注浆管底部用闷头旋紧，插入钢筋架纵向钢筋之间；顶部穿过塑料套环并将套环绑扎在布袋口上。

第二步，桩基放样定位，根据布袋桩设计尺寸，采用合适直径的钻头成孔。

第三步，将含有钢筋架结构的布袋缓慢下放至桩孔内，采用吊机下放。

第四步，布袋桩下放到溶洞底部后，根据设计膨胀桩形实施相应控制措施，固定布袋顶部，防止注浆过程中布袋沿钻孔落入溶洞内。

第五步，开始注入混凝土。遵循自下而上，逐节压浆的原则。注意控制好注浆压力，一旦超过设计值，要及时减压或者上拔注浆管。在混凝土压力作用下，布袋膨胀，拉动钢筋架结构逐渐展开，最终形成钢筋混凝土布袋桩。注浆结束标准为：当浆液从管口冒出，桩顶处布袋膨胀至设计桩径即可。

第六步，灌注结束后，拔注浆管,闷头恰能够将顶部塑料套环堵死，之后旋出注浆管，此时布袋桩已形成封闭的桩体。

第七步，布袋桩施工完成，检验成桩效果，符合要求后方可在布袋桩上部进行下一阶段的施工。

进一步的，本发明中依照具体工程，纵向钢筋数量可以设置为4~8根，相应的钢筋架结构展开后为4~8边形；

进一步的，本发明中箍筋与纵向钢筋之间有多种连接方式，只需保证箍筋可以转动且不能沿纵向钢筋滑移即可。如箍筋绕过纵向钢筋方式可以从同侧向内（向外）弯曲，上下交错连接；

进一步的，本发明中纵向钢筋与布袋之间也可不用碳纤维筋连接，采用其他高强度材料连接，实现布袋膨胀后，拉动钢筋架展开的目的即可；

所述布袋桩结构，是高强土工织物袋与钢筋混凝土结构的结合。由于岩溶区地下水丰富，不易成桩，成桩后稳定性差；而本发明采用高强土工织物袋具有隔离、排水的特性，且易成桩。

由于岩溶区地质条件复杂，溶洞等地质形态分布广泛，工人下井工作具有一定的危险性。本布袋桩结构具有地面制作，下放后自动成桩的特点。工人将不必下井工作，提升施工安全性。

本发明在施工完成后可形成钢筋混凝土布袋桩结构，较普通布袋桩来说，具有更高的强度，可适应更加软弱的地质条件。在相同的强度要求下，所述布袋桩结构能节省更多混凝土，更为经济。

本发明可适应于多种溶洞充填情形：若溶洞内无充填物，直接下桩，灌注后成桩；若溶洞为水充填或淤泥质充填，可穿过水或淤泥接触到硬底，灌注后将水及淤泥质充填体挤压到钢筋混凝土布袋桩装两侧；若溶洞为碎石充填，测定地基承载力，若地基承载力不足需先对溶洞底面做加固处理，灌注后桩底直接固定在处理后的碎石顶面。

所述布袋桩底部采取扩大头式，通过灌注可在溶洞底部形成混凝土基座，且易与溶洞底部契合，增大地基反力，实现扩底作用。

所述钢筋架结构可以地面预制，标准化生产，现场装配；且施工方法简单，可以提高施工效率，节省成本。

本发明提供的一种桩基应对下覆大型岩溶的局部充填方案。通过土工织物袋限制混凝土的充填边界，再进行灌注，实现对溶洞的局部充填。

本发明提出的一种土工织物袋与钢筋混凝土相结合的桩基施工方案，通过灌注形成钢筋混凝土布袋桩。所述布袋桩由土工织物袋包裹，内部为钢筋混凝土结构。

本发明采用折叠式钢筋架结构，结构可缩。将每两根纵筋之间的箍筋，分为等长的两段，中间设置转头，箍筋段可以沿转头转动。箍筋与纵筋连接处，将箍筋弯曲套在纵筋上，并用扎丝扎紧防止箍筋沿纵筋长度方向滑动。当纵筋靠近时，箍筋沿转头转动，结构收缩，桩径减小；纵筋被拉开时，箍筋沿转头转动直至钢筋骨架展开，桩径变大。

本发明提出将土工织物袋与折叠式钢筋架结构用碳纤维筋连接，先将桩体下放，再灌注混凝土使布袋膨胀产生压力，通过碳纤维筋拉动钢筋架结构展开，自动形成高强度钢筋混凝土布袋桩结构。

本发明所用土工织物袋采用扩底技术，灌注后布袋膨胀，桩底可形成比桩直径更大的混凝土基座，基座可与溶洞底部契合。本发明在扩大头桩底绑扎若干个桩尖，增加桩基稳定性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构，其特征在于，包括一个土工织物袋，在所述的土工织物袋内设有与其相连的折叠式钢筋架，所述的折叠式钢筋架作为内部支撑，在所述的土工织物袋内灌注有混凝土；所述的折叠式钢筋架包括多根纵向钢筋，在多根纵向钢筋上每隔一段距离设置一圈箍筋；每相邻两根纵向钢筋之间的箍筋分为等长的两段，两段箍筋之间设置转头且两段箍筋能沿所述转头转动；两段箍筋与所述纵向钢筋固定连接；

所述的多根纵向钢筋均匀布置在土工织物袋内侧，通过箍筋相连形成一个整体；

通过一个注浆管向土工织物袋内注浆；所述的注浆管管底用闷头旋紧；注浆管顶部穿过塑料套环，使所述的塑料套环能够沿注浆管上下滑动。

2.如权利要求1所述的大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构，其特征在于，所述的土工织物袋与所述折叠式钢筋架采用碳纤维筋相连。

3.如权利要求1所述的大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构，其特征在于，所述的土工织物袋的桩底布袋采用扩大头式。

4.如权利要求3所述的大型岩溶地层局部充填用钢筋混凝土布袋桩结构，其特征在于，扩大头桩底中间附近位置，绑扎有若干个桩尖。

5.利用权利要求1-4任一所述的布袋桩结构的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，正式施工前，先将钢筋架绑扎、折叠后套入土工织物袋，钢筋架与布袋用碳纤维筋连接，并将布袋底部扎紧；将注浆管底部用闷头旋紧，插入钢筋架纵筋之间；顶部穿过塑料套环并将套环绑扎在布袋口上；

第二步，桩基放样定位，根据布袋桩设计尺寸，采用合适直径的钻头成孔；

第三步，将含有钢筋架结构的布袋缓慢下放至桩孔内，采用吊机下放；

第四步，布袋桩下放到溶洞底部后，根据设计膨胀桩形实施相应控制措施，固定布袋顶部，防止注浆过程中布袋沿钻孔落入溶洞内；

第五步，开始注入混凝土；

第六步，灌注结束后，拔注浆管,闷头恰能够将顶部塑料套环堵死，之后旋出注浆管，此时布袋桩已形成封闭的桩体；

第七步，布袋桩施工完成，检验成桩效果，符合要求后方可在布袋桩上部进行下一阶段的施工。

6.利用权利要求5所述的布袋桩结构的施工工艺，其特征在于，所述的步骤五的具体方法如下：

遵循自下而上，逐节压浆的原则；注意控制好注浆压力，一旦超过设计值，要及时减压或者上拔注浆管；在混凝土压力作用下，布袋膨胀，拉动钢筋架结构逐渐展开，最终形成钢筋混凝土布袋桩。

7.利用权利要求6所述的布袋桩结构的施工工艺，其特征在于，注浆结束标准为：当浆液从管口冒出，桩顶处布袋膨胀至设计桩径即可。

8.利用权利要求5所述的布袋桩结构的施工工艺，其特征在于，不同溶洞施工方法不同，如下：

①若溶洞内无充填物，直接下桩，灌注后成桩；

②若溶洞为水充填或淤泥质充填，可穿过水或淤泥接触到硬底，灌注后将水及淤泥质充填体挤压到钢筋混凝土布袋桩装两侧；

③若溶洞为碎石充填，测定承载力，如需要可做加固处理，灌注后桩底直接坐在处理后的碎石顶面。