CN108643177A - 一种水下固结桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下固结桩及其施工方法，包括：桩体、活塞推板、第一固化材料、第二固化材料、隔离部件、混合部件、喷出部件，部分实施例中，所述桩体由柱形体和锥形体组成；桩体外壁设置与内部连通的喷出部件；桩体的柱形体部分内部由隔板与活塞推板分隔为两个储存室，其中填充第一固化材料和第二固化材料；桩体内部设置活塞推板，通过推动活塞推板将固化材料挤出桩体渗透进入桩周围土体形成突刺结构，从而很大程度上提高桩的抗拔力和桩端的承载力。本发明水下固结桩可以根据不同场地的条件限制，做出不同长度的桩体，适用于各种土体的地基，应用范围广且成本较低。

Description

一种水下固结桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及水下桩基础技术领域，具体地说，涉及一种水下固结桩及其施工方法。

背景技术

桩基础在水底区域的施工比在陆地上存在更多的困难，并且由于水下高含水率土体使桩基础的稳定性大大降低。同时现有水下桩基础为了达到可靠的稳定性，往往施工时间较长，不能快速完成作业。同时还有施工原因造成的桩基承载力不足或是桩基沉降过大，使桩基结构处于不安全状态，如施工中桩基垂直度不够或桩侧土由于扰动过大造成负摩擦力不足，使桩基沉降。传统的桩大多通过桩身侧壁的竖向摩擦力来起到承载作用，已经很难达到建筑物对地基承载力的要求。为加强桩基础的承载力要求，现有的桩基础大多通过打桩机将预制的钢筋混凝土桩打入地下再进行注浆，这种混凝土桩基础主要承受竖向抗压荷载，但目前许多桩基础则要同时承受竖向抗压荷载和竖向抗拉荷载，且该方法施工难度高，受机械数量限制施工时间长，承载力低，费材料。

经对现有技术文献和专利检索发现：

中国专利申请：CN200910303150.9，专利名称为：一种加固型桩的桩基结构，该专利包括：桩基承台、土体复合桩、钢筋、承台砼，通过在现有桩基承台的桩基周围设土体复合桩，增大桩基承台的受力面积，在现有桩基承台的桩体上连接新植钢筋，然后在桩基承台与土体复合桩的周边浇筑新增承台砼，这样就可使现有桩基承台与土体复合桩相互连接更加紧密，形成整体，使新增桩与现有桩基承台共同受力。其主要不足之处在于：1)注浆渗透率不高，浇筑新增承台砼主要的承载力仍然是竖向摩擦力，实际起到的抗拉荷载有限。2)施工难度高，当应用于水下桩建设时难度更大。

中国专利申请：CN201521068667.1，专利名称为：预制后注浆异型树根桩，该专利包括：混凝土桩身，其特征在于混凝土桩身的横截面为异型截面，增大与土体的接触面积，提高了树根桩的侧摩阻力，并通过钢管向土体内注浆，可以水下固结桩端周围的土体，很大程度上提高了桩端的承载力，钢筋设置于混凝土桩身内，提高树根桩的强度。其主要不足之处在于异型截面的侧摩阻力所起到的抗拉荷载有限，仅靠异型截面不能提供更好的承载力。

中国专利申请：201180056396.6，专利名称为：改良桩体的形成方法，该专利包括：灌装管、径向喷嘴，通使灌装管在圆周方向轴转动，同时一边轴向移动一边从喷嘴喷射固化剂液体，使固化剂液体掺入地基，在规定方向形成倾斜的板状改良桩体后，使灌装管在同一圆周方向轴转动，同时一边在相反的轴向移动，一边从喷嘴喷射固化剂液体，最终形成山形改良桩体。其主要不足之处在于：1)高压状态下喷射固化剂极易破坏周围土体，使形成的结构不能更好的与周围土体结合在一起。2)施工时既要重复的转动与经向移动，施工难度高，当应用于水下桩建设时难度更大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水下固结桩及其施工方法，所得到的水下固结桩承载力得到显著提高，且施工简单。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种水下固结桩，包括：桩体、活塞推板、隔离部件、第一固化材料、第二固化材料、混合部件、喷出部件，其中：

所述桩体包括主体，所述主体内部为空腔，所述空腔内设置可沿所述空腔壁自由移动的活塞推板和不可移动的隔离部件，所述活塞推板和所述隔离部件将所述空腔分隔为第一储存室、第二储存室，所述第一储存室填充第一固化材料，所述第二储存室填充第二固化材料，所述第一固化材料、所述第二固化材料是单独不能发生固化但两者混合后能够固结的材料；所述第一储存室和第二储存室设有用于混合所述第一固化材料、所述第二固化材料的混合部件，所述主体的外壁上设置有与所述主体内的所述混合部件连通的喷出部件，该喷出部件用于喷出混合后的所述第一固化材料、所述第二固化材料。

优选地，所述桩体还包括头部，位于所述主体设置喷出部件的端部，所述头部为锥形体，所述主体为柱形体，所述空腔位于所述柱形体内。

更优选地，所述桩体的锥形体和柱形体两部分均由高强度金属材料或者高强度的高分子材料制作而成，锥形体和柱形体的连接处横截面为圆形，所述锥形体作用为使所述桩体更容易入土。

优选地，所述隔离部件与所述活塞推板垂直并且位于所述混合部件、所述活塞推板之间，从而在所述柱形体内部空腔中形成并列的第一储存室、第二储存室。

优选地，所述第一固化材料为高分子树脂型材料，第二固化材料由增韧剂、促进剂、偶联剂和固化剂混合组成。第一固化材料、第二固化材料单独不能发生固化，混合后能够固结，且与金属和高分子材料能达到最大固结效果的化工材料，当桩体钻入土体后通过推动活塞推板将储存室中的固化材料由混合部件进行融合，再由喷出部件挤出，形成树根形的突刺结构，深入到周围土体中；固化材料可以固结桩体，并且一定程度上与周围土体固化形成一个整体。

优选地，所述混合部件内部设有螺旋式通道，使第一固化材料、第二固化材料充分混合。

优选地，所述喷出部件为连通所述混合部件和所述桩体外壁面的若干条通道，所述若干条通道沿所述桩体的圆周均匀设置，使得混合后的第一、第二固化材料能够通过所述喷出部件进入所述桩体外周围的土体。

根据本发明的另一方面，提供一种水下固结桩的施工方法，包括：

将水下固结桩运至指定的布桩位置，将桩打入土体中；

当桩体入土以后，推动活塞推板将第一固化材料、第二固化材料经混合部件进行融合后由喷出部件挤出至桩体周围土体中，待混合后的固化材料充分凝固后形成突刺结构与周围土体形成一个整体，显著提高桩的抗拔力和承载力。

本发明方法根据不同的土质，可以通过控制活塞推板的推动速度来得到固化材料在土壤中的最好的渗透率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明利用固化材料深入到土体中形成突刺结构，提供了极大的承载力以及抗拔出力，且具有操作简单，成本低廉的特点，经室内模型试验测试抗拔力得到显著提升。

本发明可在不同土质区域使用，只需调整活塞推板的推动速度，达到了高效经济、施工方便等多重功效。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一较优实施例的装置结构示意图；

图中：1为桩体、2为活塞推板、3为隔离部件、4为第一固化材料、5为第二固化材料、6为混合部件、7为喷管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

对于泥沙中值粒径d₅₀＝5μm，含水率为86％的泥浆，本实施例提供一种建筑工程用淤泥质水下固结桩，如图1所示，包括：桩体1、活塞推板2、隔离部件3、第一固化材料4、第二固化材料5、混合部件6、喷管7。

本实施例中，所述桩体1为桩其他部件的载体，是由不锈钢材料制作而成；桩体1由锥形体和柱形体两部分组成，锥形体长0.5m，柱形体长2m，两者的连接处横截面为直径0.38m的圆形截面；锥形体作为桩体1的头部，柱形体内部为长1.5m、直径0.3m的空腔，在距桩体1空腔的顶部0.2m处设置有可移动的、由2cm厚的不锈钢制作的活塞推板2，活塞推板2和混合部件6中央设置不可移动的由1cm厚的不锈钢制作的竖向隔离部件3，活塞推板2和隔离部件3将桩体1内的空腔分为左、右两个储存室，左、右两个储存室分别填充第一固化材料4和第二固化材料5。

本实施例中，所述第一固化材料4为高分子树脂型材料、第二固化材料5为增韧剂、促进剂、偶联剂和固化剂的混合剂，两种固化材料各自单独存在时不能发生固化，混合后能够固结，且渗透系数高、固结强度大于6MPa。第一固化材料4封装在桩体1内的左储存室，第二固化材料5封装在桩体1内的右储存室；在桩体1置入土体指定深度后，通过推动活塞推板2将左、右储存室中的第一固化材料4、第二固化材料5通过混合部件6进行融合，再通过喷管7挤出；第一固化材料4和第二固化材料5渗透进入周围土体中，待充分凝固后，形成树根形的突刺结构，深入到周围土体中；固化材料可以固结桩体，并且一定程度上与周围土体固化形成一个整体。

本实施例中，所述增韧剂、促进剂、偶联剂和固化剂可以采用现有材料实现，同时，选择与之混合后能够固结的高分子树脂型材料即可。

本实施例中，所述混合部件6设置在左右储存室中央底部并与左右储存室联通，内部通道为螺旋式结构，由不锈钢制作而成，混合部件6将左右储存室与喷管相连，第一固化材料4和第二固化材料5能够通过混合部件6进入喷管7。

本实施例中，所述喷管7为连通混合部件6与桩体1外壁面、位于储存室下方、沿桩体1圆周均匀设置的32条通道，孔径5mm，喷管7将桩体1内混合部件6与外界相连，混合部件6内的经过混合的第一固化材料4和第二固化材料5能够通过喷管7进入桩体1周围的土体。当然，喷管7只是喷出部件的一种选择，在其他实施例中也可以采用其他形式，比如喷头、喷嘴等等。

本实施例工作步骤如下：

(1)将桩体1运送至指定布桩位置，用打桩机将桩体1打入泥土中。

(2)通过机械方式推动活塞推板2，使第一固化材料4和第二固化材料5通过混合部件6进行融合再从喷管7中徐徐流入周围土体，第一固化材料4与第二固化材料5发生化学反应。

(3)第一固化材料4和第二固化材料5在桩体1周围土体开始固结；一定时间后，固化材料4、5与桩体完全固结在一起。

实施效果：固化材料与桩体之间紧密固结在一起，大大增加了桩体本身的受力面积，这样就可使桩体与土体相互连接更加紧密，形成整体,使突刺结构与现有桩体共同受力，使桩满足抗弯、抗剪切作用。且水下固结桩可以根据不同场地的条件限制，做出不同长度的桩体，适用于各种土体的地基，应用范围广且成本较低。

实施例2：

对于泥沙中值粒径d₅₀＝8μm，含水率为75％的泥浆，本实施例提供一种建筑工程用淤泥质水下固结桩，如图1所示，包括：桩体1、活塞推板2、隔离部件3、第一固化材料4、第二固化材料5、混合部件6、喷管7。

本实施例中，所述桩体1为桩其他部件的载体，是由不锈钢材料制作而成；桩体1由锥形体和柱形体两部分组成，锥形体长0.5m，柱形体长2m，两者的连接处横截面为直径0.38m的圆形；锥形体作为桩体1的头部，柱形体内部为长1.5m、直径0.3m的空腔，在距桩体1空腔的顶部0.2m处设置有可移动的、由2cm厚的不锈钢制作的活塞推板2，活塞推板2和混合部件6中央设置不可移动的由1cm厚的不锈钢制作的竖向隔离部件3，活塞推板2和隔离部件3将桩体1内的空腔分为左、右两个储存室，左、右两个储存室分别填充第一固化材料4和第二固化材料5。

本实施例中，所述第一固化材料4为高分子树脂型材料、第二固化材料5为增韧剂、促进剂、偶联剂和固化剂的混合剂，单独不能发生固化，混合后能够固结，且渗透系数高、固结强度大于6MPa，第一固化材料4封装在桩体1内的左储存室，第二固化材料5封装在桩体1内的右储存室；在桩体1置入土体指定深度后，通过推动活塞推板2将左、右储存室中的第一固化材料4、第二固化材料5通过混合部件6进行融合，再通过喷管7挤出；第一固化材料4和第二固化材料5渗透进入周围土体中，待充分凝固后形成树根形的突刺结构，深入到周围土体中；固化材料可以固结桩体，并且一定程度上与周围土体固化形成一个整体。

所述混合部件6设置在左右储存室中央底部并与左右储存室联通，内部通道为螺旋式结构，由不锈钢制作而成，混合部件6将左右储存室与喷管相连，第一固化材料4和第二固化材料5能够通过混合部件6进入喷管7。

本实施例中，所述喷管7为连通混合部件6与桩体1外壁面、位于储存室下方、沿桩体1圆周均匀设置的32条通道，孔径5mm，喷管7将桩体1内混合部件6与外界相连，混合部件6内的经过混合的第一固化材料4和第二固化材料5能够通过喷管7进入桩体1周围的土体。

本实施例工作步骤如下：

(1)将桩体1运送至指定布桩位置，用打桩机将桩体1打入泥土中。

(2)通过机械方式推动活塞推板2，使第一固化材料4和第二固化材料5通过喷管混合部件6进行融合再从喷管7中徐徐流入周围土体，第一固化材料4与第二固化材料5发生化学反应。

(3)第一固化材料4和第二固化材料5在桩体1周围土体开始固结；一定时间后，固化材料4、5与桩体完全固结在一起。

实施效果：新形成的水下固结桩较原有桩的承载力和抗拔力有很大幅度的提升，经测试拔出后，突刺结构成功带出大量泥土，并且经过调整推动活塞推板的推动速度后，使固化材料的渗透性更好。

以上是本发明的部分优选实施方式，其中选择的具体结构和参数仅是部分选择应用，并不代表本发明仅能使用上述具体结构和参数，在其他实施例中也可以选择其他情形。

从上述部分优选实施方式可以看出，本发明通过巧妙的结构设计，并采用特定性能的固化材料即：第一固化材料、第二固化材料单独不能发生固化，混合后能够固结，且与金属和高分子材料能达到最大固结效果的化工材料，这样，当桩体钻入土体后通过推动活塞推板将储存室中的固化材料由混合部件进行融合，再由喷管挤出，形成树根形的突刺结构，深入到周围土体中；固化材料可以固结桩体，并且一定程度上与周围土体固化形成一个整体，从而很大程度上提高桩的抗拔力和桩端的承载力。

因此，本发明所述固结桩施工简单，运输方便，成本低廉，可根据不同场地的条件限制做出不同长度的桩体，且适用于多种土体，达到了高效经济安全多重功效。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上对本发明的具体优选实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种水下固结桩，包括：桩体，其特征在于：还包括活塞推板、隔离部件、第一固化材料、第二固化材料、混合部件、喷出部件，其中：

所述桩体包括主体，所述主体内部为空腔，所述空腔内设置可沿所述空腔壁自由移动的活塞推板和不可移动的隔离部件，所述活塞推板和所述隔离部件将所述空腔分隔为第一储存室、第二储存室，所述第一储存室填充第一固化材料，所述第二储存室填充第二固化材料，所述第一固化材料、所述第二固化材料是单独不能发生固化但两者混合后能够固结的材料；所述第一储存室和第二储存室设有用于混合所述第一固化材料、所述第二固化材料的混合部件，所述主体的外壁上设置有与所述主体内的所述混合部件连通的喷出部件，该喷出部件用于喷出混合后的所述第一固化材料、所述第二固化材料。

2.根据权利要求1所述的水下固结桩，其特征在于：所述桩体还包括头部，位于所述主体设置喷出部件的端部，所述头部为锥形体，所述主体为柱形体，所述空腔位于所述柱形体内。

3.根据权利要求2所述的水下固结桩，其特征在于：所述锥形体和所述柱形体两部分均由金属材料或者高分子材料制作而成，所述锥形体和所述柱形体的连接处横截面为圆形，使所述桩体更容易入土。

4.根据权利要求1所述的水下固结桩，其特征在于：所述隔离部件与所述活塞推板垂直并且所述隔离部件位于所述混合部件、所述活塞推板之间，从而在所述柱形体内部空腔中形成并列的第一储存室、第二储存室。

5.根据权利要求1所述的水下固结桩，其特征在于：所述第一固化材料为高分子树脂型材料，第二固化材料由增韧剂、促进剂、偶联剂和固化剂混合组成。

6.根据权利要求1所述的水下固结桩，其特征在于：所述桩体钻入土体后推动所述活塞推板使所述第一储存室中第一固化材料、所述第二储存室中第二固化材料通过所述混合部件进行融合，再由所述喷出部件挤出，形成深入到周围土体中的树根形的突刺结构，所述第一固化材料、所述第二固化材料固结桩体且与周围土体固化形成一个整体。

7.根据权利要求1-6任一项所述的水下固结桩，其特征在于：所述混合部件内部设有螺旋式通道，使所述第一固化材料、所述第二固化材料充分混合。

8.根据权利要求1-6任一项所述的水下固结桩，其特征在于：所述喷出部件为连通所述混合部件和所述桩体外壁面的若干条通道，所述若干条通道沿所述桩体的圆周均匀设置。

9.一种权利要求1-8任一项所述水下固结桩的施工方法，其特征在于：包括：

将水下固结桩运至指定的布桩位置，将桩打入土体中；

当桩体入土以后，推动活塞推板将第一固化材料、第二固化材料经混合部件进行融合后由喷出部件挤出至桩体周围土体中，待混合后的固化材料充分凝固后形成突刺结构与周围土体形成一个整体，显著提高桩的抗拔力和承载力。

10.根据权利要求9所述的水下固结桩的施工方法，其特征在于：根据不同的土质，通过控制所述活塞推板的推动速度来得到固化材料在土壤中的最好的渗透率。