CN108442358A - 透水混凝土后注浆地基加固法及过渡桩和复合桩成桩系统 - Google Patents
透水混凝土后注浆地基加固法及过渡桩和复合桩成桩系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种透水混凝土后注浆地基加固法，包括：采用钻机成孔，插入多孔管，浇筑透水混凝土过渡桩，然后进行地基固结排水，地基土达到固结排水要求后压力注入水泥浆液。本发明还公开一种透水混凝土后注浆地基加固用的过渡桩，包括内层的多孔管和外侧固定的透水混凝土层。本发明还公开了含前述过渡桩的复合桩成桩系统，该系统还包括排水连接管、抽水设备、注浆连接管和注浆设备。本发明可充分改善不良地基并大幅提高其承载力；另外，本发明可有效提高地基土固结速度和效果等。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种透水混凝土后注浆地基加固法及过渡桩和复合桩成桩系统。
背景技术
地基处理技术是岩土工程技术的重要组成部分，在建筑、公路、铁路和水利工程等场地地基加固中都有广泛应用。其中，排水固结技术、复合地基技术等是应用最为广泛的地基处理技术。
排水固结技术是通过预先打设塑料排水板、砂桩等为土体固结提供排水通道，在堆载或真空预压的作用下加快土体固结，从而起到改善地基土力学性能的加固效果，但这种方法往往受限于地基土的固有特性，固结排水时间长，地基加固周期长，加固深度浅，对地基承载力的提高和沉降的控制都十分有限。
复合地基技术则是在地基土中通过增强或置换部分土体，形成竖向增强体（桩体），使之与周围土体共同承担上部荷载。其中，竖向增强体（桩体）工程应用中一般可分为散体桩（如挤密碎石桩、振密砂桩等）、柔性桩（如水泥搅拌桩、旋喷桩等）和刚性桩（如素混凝土桩、钢筋混凝土桩等）。散体桩和柔性桩由于受限于其桩身强度，其对地基承载力的提高有一定限度，一般不超过160kPa；而刚性桩虽然其桩身强度高、刚度大，能很好满足复合地基对承载力和沉降的要求，但鉴于桩身材料的透水性一般较差，导致地基土固结速度慢，而不能有效的改善桩间土体。
上述两类地基处理技术皆有其各自的优点，但工程中缺乏其联合使用，而不能最大限度的发挥这两类地基处理技术的优势，因此在各自的应用中常会受到一定的限制。
发明内容
为了克服上述既有技术的不足，本发明提供一种透水混凝土后注浆地基加固法，实现一种既具有较强透水能力、可有效提高地基土固结速度和效果，又具有较高强度和刚度、可有效提高地基承载力和工后沉降的地基处理方法；同时，本发明的目的还在于提供一种透水混凝土后注浆地基加固用的过渡桩和复合桩成桩系统。
本发明的一种透水混凝土后注浆地基加固法所采用的技术方案是：一种透水混凝土后注浆地基加固法，包括以下步骤：
1）机械钻孔至地基加固设计深度后，插入多孔管，多孔管的上端管口可高出钻孔；
2）向钻孔与多孔管间浇筑透水混凝土，透水混凝土浇筑至接近钻孔的孔口并在透水混凝土桩上对钻孔进行封孔处理；
3）在地基表面铺设砂或碎石垫层，进行地基固结排水（优选用排水连接管将钻孔内多孔管与抽水设备连接）；
4）待地基土达到固结排水要求后，向多孔管内注入水泥浆液，使其中部分水泥浆液经由透水混凝土渗入至周围土层中形成注浆固化加固区，部分水泥浆液则留在多孔管内和透水混凝土内部的孔隙内，注浆透水混凝土桩与其周围注浆固化加固区共同形成地基竖向复合增强体。
任选地，所述透水混凝土由水泥、粗集料、水、外掺剂组成，水泥:粗集料:水:外掺剂=1:4~5:0.3~0.35:0.02~0.03（重量比）。
任选地，所述的粗集料粒径为10～15mm。
任选地，所述的透水混凝土的抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于6mm/s。
任选地，在步骤1）中，多孔管在插入前，在其外周包裹一层土工布，防止透水混凝土堵塞多孔管上的小孔。
任选地，在步骤3）中，地基表面设置的砂或碎石垫层的厚度为20~30cm。
任选地，在步骤1）中机械钻孔前，整平地基表面并在地基表面进行一次填方施工。
任选地，在步骤4）中待达到浆液凝结时间后，在一次填方上进行二次填方施工。
任选地，所述多孔管为钢管。
本发明的一种透水混凝土后注浆地基加固用的过渡桩采用如下技术方案：透水混凝土后注浆地基加固用的过渡桩，包括内层的多孔管和固定连接于多孔管外周的透水混凝土层，多孔管的管口可高出透水混凝土层。
任选地，所述多孔管与透水混凝土层之间设置有防止透水混凝土堵塞多孔管上的小孔的过滤层，所述过滤层可为土工布。
任选地，所述多孔管为钢管。
本发明的一种复合成桩系统采用如下技术方案：一种复合桩成桩系统，包括过渡桩、排水连接管、抽水设备、注浆连接管和注浆设备，过渡桩包括内层的多孔管和固定连接于多孔管外周的透水混凝土层，多孔管的上端管口可高出透水混凝土层。
任选地，所述多孔管与透水混凝土层之间设置有防止透水混凝土堵塞多孔管上的小孔的过滤层，所述过滤层可为土工布。
任选地，所述多孔管为钢管。
本发明的有益效果包括：
本发明所提出的地基加固法具有很强的土质适用性，可用于软土、粉土、砂性土、粉质粘土等几乎所有土层；同时，后注浆技术的应用可便于通过对注浆液强度的调整来调整复合地基强度的提高范围，技术灵活，有利于节约投资和缩短工期；且注浆后会在桩周形成加固区，从而构成刚性桩-水泥土加固区复合竖向增强体，其桩侧桩端阻力以及土层承载力和变形模量均会大幅度提高。本发明可广泛应用于建筑、公路、铁路、水利等工程的地基加固，即可用于建构筑物的地基加固，也可用于填方工程地基后处理，尤其对后者具有独特的处理效果。
附图说明
图1为本发明的一种透水混凝土后注浆地基加固法中机械钻孔成孔的示意图；
图2为本发明中在成孔内插入多孔管的示意图；
图3为本发明中向成孔和多孔管之间浇筑透水混凝土并封孔的示意图；
图4为本发明中透水混凝土桩排水的示意图；
图5为本发明中复合桩成桩的示意图；
图6为本发明一种透水混凝土后注浆地基加固法的实施例二的示意图。
其中：1多孔管；2透水混凝土；3普通混凝土；4碎石垫层；5注浆固化加固区。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
实施方式1
本发明的一种透水混凝土后注浆地基加固法，包括以下步骤：
1）采用机械钻孔成孔至地基加固设计深度，如图1所示，插入多孔管1（多孔管不拔出，多孔管的上端管口高于钻孔的孔沿，如图2所示）；2）向钻孔与多孔管间浇筑透水混凝土2，浇筑透水混凝土的高度接近至钻孔的孔沿，浇筑透水混凝土与多孔管形成中空的透水混凝土桩并在桩顶采用普通混凝土3对钻孔进行封孔处理，如图3所示（透水混凝土桩即过渡桩，其中，透水混凝土2在多孔管1的外周形成透水混凝土层，透水混凝土层与多孔管1固定连接）；3）在透水混凝土桩上部的地基表面铺设碎石垫层4，并用排水连接管将孔内多孔管与抽水设备连接，进行地基固结排水，如图4所示；4）待地基土达到固结排水要求后，向多孔管内注入水泥浆液，使其中部分水泥浆液经由透水混凝土渗入至周围土层中形成注浆固化加固区5，部分水泥浆液则留在多孔管和透水混凝土孔隙内，进一步增强透水混凝土桩的强度（如图5所示）。成桩后的注浆透水混凝土桩与其周围注浆固化加固区共同形成地基竖向复合增强体，该复合增强体与周围地基土形成复合地基，可充分改善不良地基并大幅提高其承载力，具有置换、排水固结、竖向增强桩间土的多重作用机理。
任选地，在步骤2）中所采用的透水混凝土由水泥、粗集料、水、外掺剂组成，水泥:粗集料:水:外掺剂=1:4~5:0.3~0.35:0.02~0.03（重量比），且粗集料粒径宜为10～15mm。本发明采用的透水混凝土是以单粒级粗骨料为骨架、水泥浆液为胶结质，形成的骨架-孔隙结构的多孔混凝土材料，其所形成的桩体透水性强，具有碎石桩高透水性的优点，后注浆后透水混凝土桩强度和刚度进一步增强，具有刚性桩的优点。透水混凝土的抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于6mm/s。
在步骤1）中多孔管直径应与实际工程中所用的排水连接管、抽水设备、注浆设备尺寸相匹配，可在多孔管插入前应在其外周侧包裹一层土工布，以防止浇筑透水混凝土时堵塞多孔管，多孔管、土工布与透水混凝土层固定连接为一体形成过渡桩。
任选地，在步骤3）中地表设置的碎石垫层的厚度为20~30cm，以便于调节注浆加固后桩与周围土体的荷载分担。
实施方式2
本发明的一种透水混凝土后注浆地基加固法，如图6所示，具体包括以下步骤：
1）采用机械钻孔成孔至地基加固设计深度，如图1所示，插入多孔管（钢管不拔出，多孔管的上端管口高于钻孔的孔沿，如图2所示）；2）向钻孔与多孔管间浇筑透水混凝土，浇筑透水混凝土的高度接近至钻孔的孔沿，浇筑透水混凝土与多孔管形成中空的透水混凝土桩即过渡桩，并在桩顶采用普通混凝土对钻孔进行封孔处理，如图3所示（透水混凝土桩即过渡桩，其中，透水混凝土2在多孔管1的外周形成透水混凝土层，透水混凝土层与多孔管1固定连接）；3）在透水混凝土桩上部的地基表面铺设碎石垫层，并用排水连接管将孔内多孔管与抽水设备连接，进行地基固结排水，如图4所示；4）待地基土达到固结排水要求后，向多孔管内注入水泥浆液，使其中部分水泥浆液经由透水混凝土渗入至周围土层中形成注浆固化加固区，部分水泥浆液则留在多孔管和透水混凝土孔隙内，进一步增强透水混凝土桩的强度（如图5所示）。成桩后的注浆透水混凝土桩与其周围注浆固化加固区共同形成地基竖向复合增强体，该复合增强体与周围地基土形成复合地基，可充分改善不良地基并大幅提高其承载力，具有置换、排水固结、竖向增强桩间土的多重作用机理。
任选地，在步骤2）中所采用的透水混凝土由水泥、粗集料、水、外掺剂组成，水泥:粗集料:水:外掺剂=1:4~5:0.3~0.35:0.02~0.03（重量比），且粗集料粒径宜为10～15mm。本发明采用的透水混凝土是以单粒级粗骨料为骨架、水泥浆液为胶结质，形成的骨架-孔隙结构的多孔混凝土材料，其所形成的桩体透水性强，具有碎石桩高透水性的优点，后注浆后透水混凝土桩强度和刚度进一步增强，具有刚性桩的优点。透水混凝土的抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于6mm/s。
在步骤1）中多孔管直径应与实际工程中所用的排水连接管、抽水设备、注浆设备尺寸相匹配，可在多孔管插入前在其外周包裹一层土工布，以防止浇筑透水混凝土时堵塞多孔管，多孔管、土工布与透水混凝土层固定连接为一体形成过渡桩。
在步骤3）中地表设置的碎石垫层的厚度可为20~30cm，以便于调节注浆加固后桩与周围土体的荷载分担，形成复合地基。
在步骤1）中，机械钻孔前在地基表面上进行整平地基表面并在地基表面进行一次填方施工，填方高度由天然地基承载力根据填料容重计算确定，一次填方结束后，在其表面采用机械钻孔成孔至地基加固设计深度后，然后插入多孔管。
在步骤4）中待达到浆液凝结时间后，在一次填方上部进行二次填方施工。
本发明的复合桩成桩系统包括过渡桩、排水连接管、抽水设备、注浆连接管和注浆设备，过渡桩的结构与上述过渡桩的结构相同，此处不再赘述。
浇筑透水混凝土过程中在不堵塞多孔管情况下，本发明多孔管外也可以不包裹土工布；粗集料粒径也可以根据实际需要进行调整；地基表面设置的砂或碎石垫层的厚度也可以根据实际需要进行调整；碎石垫层也可以由砂垫层代替。
Claims (10)
1.透水混凝土后注浆地基加固用的过渡桩，其特征在于：该过渡桩包括多孔管和固定连接于多孔管外周的透水混凝土层。
2.根据权利要求1所述的过渡桩，其特征在于：所述多孔管的外周设置有防止透水混凝土堵塞多孔管上的小孔的过滤层，所述过滤层可为土工布；任选地，多孔管的管口高出透水混凝土层。
3.包含任一在先权利要求所述过渡桩的复合桩成桩系统，其特征在于：该系统还包括排水连接管、抽水设备、注浆连接管和注浆设备。
4.一种透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于，包括以下步骤：
1）机械钻孔至地基加固设计深度后，插入多孔管，多孔管的管口高出钻孔；
2）向钻孔与多孔管间浇筑透水混凝土，透水混凝土浇筑至接近钻孔的孔口，对钻孔进行封孔处理；
3）在地基表面铺设砂或碎石垫层，进行地基固结排水；
4）待地基土达到固结排水要求后，向多孔管内注入水泥浆液，使其中部分水泥浆液经由透水混凝土渗入至周围土层中形成注浆固化加固区，部分水泥浆液则留在多孔管内和透水混凝土内部的孔隙内。
5.根据权利要求4所述的透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于，所述地基固结排水操作包括：将多孔管与抽水设备连接。
6.根据任一在先权利要求所述的透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于：在步骤1）中，多孔管在插入前，在其外周包裹一层土工布。
7.根据任一在先权利要求所述的透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于：步骤2所述透水混凝土由水泥、粗集料、水、外掺剂组成，水泥:粗集料:水:外掺剂=1:4~5:0.3~0.35:0.02~0.03（重量比），所述粗集料的粒径可为10～15mm；任选地，步骤2所述透水混凝土的抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于6mm/s。
8.根据任一在先权利要求所述的透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于：步骤3所述地基表面设置的所述砂或碎石垫层的厚度为20~30cm。
9.根据任一在先权利要求所述的透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于：在步骤1）中机械钻孔前，整平地基表面并在地基表面进行一次填方施工；可选地，在一次填方上进行二次填方施工。
10.根据任一在先权利要求所述的过渡桩、复合桩成桩系统或透水混凝土后注浆地基加固法，其特征在于：所述多孔管为钢管。
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