CN109577318A - 螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，包括钢护筒护壁成孔、孔底夯填扩底、预制扩大桩尖、安装桩周反滤土工袋、连接螺旋形钢管、竹节桩接桩、桩周夯扩级配砂砾、后注浆等施工步骤，所形成的基桩结构包括夯扩底端、扩底整平层、扩大桩尖、竹节桩、循环热管、反滤土工袋、夯填外扩体等，可实现与地下热量交换，达到节能减排的效果，同时，环状凸肋和螺旋形钢管的存在有效提高竹节桩的侧摩阻力，桩周级配砂砾先排水后注浆工艺，进一步提高桩侧摩阻力和降低工后地基沉降。本发明具有桩基承载力高、施工效率高、建筑废弃料再利用、节能环保等特点，具有较好的经济技术效益。

Description

螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法

技术领域

本发明属于建筑桩基工程技术领域，尤其涉及一种竹节能量桩的施工方法。

背景技术

PHC竹节桩引入的初衷是借助其环形凸肋提高桩周摩阻力，进而提高其极限承载力，常用的施工方法包括直接锤击贯入法、锤击灌砂法、高喷插芯法、静钻根植法等。直接锤击贯入法施工的PHC竹节桩的单桩竖向抗压极限承载力较普通预应力管桩低25%以上；后三种方法施工的PHC竹节桩的单桩极限承载力一般提高20~30%，但锤击灌砂法施工难度大、质量不易掌握，高喷插芯法和静钻根植法会产生大量的泥浆及水泥土浆，处理困难，对环境影响大。因此，提出一种单桩承载力高、工艺简单、环境友好的PHC竹节桩施工方法对于其推广应用具有巨大的推动作用。

能量桩是一种由地源热泵技术与桩基埋管换热器结合组成的经济高效节能减排技术，是基于地源热泵技术的能量桩技术原理、桩型、埋管形式以及技术经济优势，近年来国内外能量桩技术的研究现状及其工程应用，包括基于灌注桩的传热管埋管形式和基于预制桩的传热管埋管形式；预制桩由于其施工速度快，质量稳定广泛使用在各个工程领域。

针对竹节桩在实际工程中遇到的问题及响应国家绿色精致建造的要求，有必要开发一种环保型、高承载、施工快速的竹节桩桩基施工方法，本发明正是在这样的背景下开发而成的。

发明内容

本发明的目的在于针对竹节桩施工过程中，施工难度大、承载力变异大，环境影响大，且桩基施工完成后对环保方面没有进一步的作用等问题，提出了一种螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，其包括以下施工步骤：

S1：在软土层指定位置打入钢护筒，直到硬土层，同步采用钻孔设备成孔；

S2：在孔底抛填碎石或建筑再生料，采用夯锤形成夯扩底端，并在其上部填筑干硬性水泥形成扩底整平层；

S3：绑扎扩大桩尖的钢筋笼，安装循环热管连接管和土工袋卡口，浇筑混凝土预制扩大桩尖；

S4：在扩大桩尖上安装反滤土工袋、螺旋形钢管以及循环出水管，采用竹节桩定位架将扩大桩尖置于钢护筒上；

S4.1：安装反滤土工袋，将反滤土工袋下端与环形固定筋相连，环形固定筋环绕竹节桩，并置于土工袋卡口内，固定块二上的凸块卡入旋转块上的凹槽内，固定孔一和固定孔二对齐，并塞入固定螺栓将反滤土工袋固定在扩大桩尖上；

S4.2：安装螺旋形钢管定位架，沿竹节桩每隔1.0~1.5m设置一个螺旋形钢管定位架，通过固定夹上的夹臂、夹臂固定孔及螺栓夹住并固定螺旋形钢管；

S4.3：安装竹节桩定位架，竹节桩定位架环绕于竹节桩桩周，紧固孔对准后，通过紧固螺栓将定位夹片固定于竹节桩接桩部位，将定位夹片上焊接的4个固定杆搁置在孔口定位钢板上，孔口定位钢板置于钢护筒上；

S5：将上段竹节桩与扩大桩尖或下段竹节桩对接后，接桩筋插入接桩套筒内，连接后注浆管，接桩钢板焊接形成接桩焊缝，外涂防水涂层，接长或外包反滤土工袋，接长螺旋形钢管和循环出水管，取下竹节桩定位架，下放竹节桩体，直至下一段桩体对接或桩长达到预定深度，并安装反滤土工袋定位架；

S6：拔出钢护筒时，同步向反滤土工袋内灌注、夯扩级配砂砾形成夯填外扩体，直到整根钢护筒拔出地面，并完成级配砂砾桩周夯填，桩顶铺筑碎石排水通道和设置碎石排水沟；

S7：待桩周软土层在施工阶段固结时，其孔隙水通过桩周级配砂砾排出，根据需要向级配砂砾中注入水泥浆形成桩周后注浆凸肋；

S8：上部设备、螺旋形钢管、循环进水管以及循环出水管相连，形成循环热管。

优选地，循环热管连接管由外直管、弯管、内直管构成。

优选地，土工袋卡口包括固定块一、旋转块和固定块二；固定块一和旋转块通过固定块连接铰连接，固定块二下端预埋于扩大桩尖上；旋转块可绕铰接点转动，旋转块另一端设有凹槽；固定块二另一端设有与旋转块上的凹槽相匹配的凸块，凸块上设有贯穿中心的固定孔二。

优选地，竹节桩定位架由两瓣定位夹片通过连接铰连接，定位夹片上焊接4个固定杆；螺旋形钢管定位架由两瓣定位夹片通过连接铰连接，定位夹片上焊接1个端部设有固定夹的固定杆。

优选地，反滤土工袋定位架由两瓣定位夹片通过连接铰连接，定位夹片上焊接2个端部设有固定夹的固定杆，通过固定夹上的夹臂、夹臂固定孔及螺栓夹住与反滤土工袋上端相连的环形固定筋。

优选地，反滤土工袋具有与螺旋形钢管在桩周位置相适应的螺旋形凸起，在桩周级配砂砾夯填时能挤扩形成夯填外扩体。

优选地，当地基沉降趋于稳定，并且建筑后浇带已施工完毕，为避免地基继续沉降造成结构开裂，通过向级配砂砾中注入水泥浆，硬化后阻塞排水通道。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）采用反滤土工袋内装填级配砂砾，排除软土层中的孔隙水，释放了超孔隙水压力，可增加了接触面的摩阻力；

（2）采用在反滤土工袋外设置螺旋形钢管，螺旋形钢管起到了环箍的作用，避免级配连砂石挤坏反滤土工袋，在螺旋形钢管之间形成外扩弧形桩周，增大了桩周与土层接触面的摩阻力；

（3）螺旋形钢管与上、下部管道连接，通过循环系统进行能量转换，实现经济高效节能减排的效果。

附图说明

图1是本发明步骤一完成后的结构示意图；

图2是本发明步骤二完成后的结构示意图；

图3是本发明步骤四完成后的结构示意图；

图4是本发明步骤五完成后的结构示意图；

图5是本发明步骤六完成后的结构示意图；

图6是本发明步骤七完成后的结构示意图；

图7是本发明步骤八完成后的结构示意图；

图8是螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩结构三维示意图；

图9是图7的A-A剖面图；

图10是带部分管桩预制扩底端结构示意图；

图11是图10的B-B剖面图；

图12是固定块一与旋转块连接结构示意图；

图13是固定块二结构图；

图14是竹节桩定位架示意图；

图15是螺旋形钢管定位架示意图；

图16是反滤土工袋定位架示意图；

图17是固定夹示意图；

图18是固定杆结构示意图；

图19是环型固定筋与反滤土工袋连接示意图；

图20是孔口定位钢板示意图；

图21是图7的1-1节点图。

标注说明：1-软土层，2-夯扩底端，3-扩大桩尖，301-外直管，302-弯管，303-内直管，304-接桩套筒，401-固定块一，402-旋转块，403-固定块连接铰，404-凹槽，405-固定孔一，406-固定块二，407-固定孔二，408-凸槽，409-固定螺栓，5-硬质土层，6-环型固定筋，7-反滤土工袋，801-定位架，802-固定杆，803-定位架连接铰，804-紧固孔，805-螺纹接口，9-固定夹，901-夹臂，902-夹臂连接铰，903-夹臂固定孔，904-连接杆，905-固定夹螺栓，1001-孔口定位钢板，1002-孔口定位螺栓孔，1003-孔口定位螺栓，11-螺旋形钢管，12-竹节桩，1201-后注浆管，1202-塞头，1203-接桩筋，1204-接桩套筒，1205-防水涂层，1206-接桩焊缝，13-钢护筒，1401-上部设备，1402-循环进水管，1403-循环出水管，1501-竹节桩定位架，1502-螺旋形钢管定位架，1503-反滤土工袋定位架，1601-碎石排水通道，1602-碎石排水沟，17-扩底整平层，1801-级配砂砾，1802-夯填外扩体，1803-后注浆凸肋。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合附图1~附图7，本发明涉及的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法包括以下施工步骤：

S1：在软土层指定位置打入钢护筒，直到硬土层，同步采用钻孔设备成孔，如附图1所示；

S2：在孔底抛填碎石或建筑再生料，采用夯锤形成夯扩底端，并在其上部填筑干硬性水泥形成扩底整平层，如附图2所示；

S3：绑扎扩大桩尖的钢筋笼，安装循环热管连接管和土工袋卡口，浇筑混凝土预制扩大桩尖；

S4：在扩大桩尖上安装反滤土工袋、螺旋形钢管以及循环出水管，采用竹节桩定位架将扩大桩尖置于钢护筒上，如附图3所示；

S4.1：安装反滤土工袋，将反滤土工袋下端与环形固定筋相连，环形固定筋环绕竹节桩，并置于土工袋卡口内，固定块二上的凸块卡入旋转块上的凹槽内，固定孔一和固定孔二对齐，并塞入固定螺栓将反滤土工袋固定在扩大桩尖上；

S4.2：安装螺旋形钢管定位架，沿竹节桩每隔1.0~1.5m设置一个螺旋形钢管定位架，通过固定夹上的夹臂、夹臂固定孔及螺栓夹住并固定螺旋形钢管；

S4.3：安装竹节桩定位架，竹节桩定位架环绕于竹节桩桩周，紧固孔对准后，通过紧固螺栓将定位夹片固定于竹节桩接桩部位，将定位夹片上焊接的4个固定杆搁置在孔口定位钢板上，孔口定位钢板置于钢护筒上；

S5：将上段竹节桩与扩大桩尖或下段竹节桩对接后，接桩筋插入接桩套筒内，连接后注浆管，接桩钢板焊接形成接桩焊缝，外涂防水涂层，接长或外包反滤土工袋，接长螺旋形钢管和循环出水管，取下竹节桩定位架，下放竹节桩体，直至下一段桩体对接或桩长达到预定深度，并安装反滤土工袋定位架，如附图4所示；

S6：拔出钢护筒时，同步向反滤土工袋内灌注、夯扩级配砂砾形成夯填外扩体，直到整根钢护筒拔出地面，并完成级配砂砾桩周夯填，桩顶铺筑碎石排水通道和设置碎石排水沟，如附图5所示；

S7：待桩周软土层在施工阶段固结时，其孔隙水通过桩周级配砂砾排出，根据需要向级配砂砾中注入水泥浆形成桩周后注浆凸肋，如附图6所示；

S8：上部设备、螺旋形钢管、循环进水管以及循环出水管相连，形成循环热管，如附图7所示。

结合附图7~附图9，本发明涉及的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩，包括夯扩底端、扩底整平层、扩大桩尖、竹节桩、循环热管、反滤土工袋、夯填外扩体等。竹节桩采用PHC-D600-560（110）型，循环热管管径为36mm、壁厚4mm，由环绕桩周的螺旋形钢管、扩大桩尖上的循环热管连接管（包括外直管、弯管、内直管）、桩空腔内的循环进水管以及循环进水管组成热交换循环管道。反滤土工袋外包竹节桩，具有与螺旋形钢管在桩周位置相适应的螺旋形凸起，在桩周级配砂砾夯填时能挤扩形成夯填外扩体，螺旋形钢管与竹节桩间的间距为100mm，土工袋外扩50mm。

结合附图10和附图11，扩大桩尖上设有循环热管连接管和土工袋卡口。循环热管连接管置于扩大桩尖内，由外直管、弯管、内直管构成，外直管与螺旋形钢管连接形成热交换循环回路。土工袋卡口包括固定块一、旋转块和固定块二，固定块一和旋转块通过连接铰连接，固定块二下端预埋于桩尖扩大端上，细部结构及连接详图如附图12和附图13所示。旋转块可绕铰接点转动，旋转块另一端设有凹槽；固定块二另一端设有与旋转块上的凹槽相匹配的凸块，凸块上设有贯穿中心的固定孔二。

结合附图14，竹节桩定位架由两瓣定位夹片通过连接铰连接，定位夹片上焊接4个固定杆。结合附图15，螺旋形钢管定位架由两瓣定位夹片通过连接铰连接，定位夹片上焊接1个端部设有固定夹的固定杆。结合附图16，反滤土工袋定位架由两瓣定位夹片通过连接铰连接，定位夹片上焊接2个端部设有固定夹的固定杆，通过固定夹上的夹臂、夹臂固定孔及螺栓夹住与反滤土工袋上端相连的环形固定筋。定位架厚度8mm、内径560mm、高40mm，固定杆直径为24mm、长150mm，夹臂厚度4mm、内径44mm、高10mm。结合附图17和附图18，固定夹包括夹臂、夹臂连接铰、夹臂固定孔和连接杆。

结合附图20，孔口定位钢板壁厚20mm，尺寸为1500×1500mm，内有一个直径560mm，角度240°的圆形孔。

结合附图21，竹节桩一端设置有直径10mm的接桩筋，另一端设置有内径12mm的接桩套筒。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，其包括以下施工步骤：

S1：在软土层（1）指定位置打入钢护筒（13），直到硬土层（19），同步采用钻孔设备成孔；

S2：在孔底抛填碎石或建筑再生料，采用夯锤形成夯扩底端（2），并在其上部填筑干硬性水泥形成扩底整平层（17）；

S3：绑扎扩大桩尖（3）的钢筋笼，安装循环热管连接管和土工袋卡口，浇筑混凝土预制扩大桩尖（3）；

S4：在扩大桩尖（3）上安装反滤土工袋（7）、螺旋形钢管（11）以及循环出水管（1403），采用竹节桩定位架（1501）将扩大桩尖（3）置于钢护筒（13）上；

S4.1：安装反滤土工袋（7），将反滤土工袋（7）下端与环形固定筋（6）相连，环形固定筋（6）环绕竹节桩（12），并置于土工袋卡口内，固定块二（406）上的凸块（408）卡入旋转块（402）上的凹槽（404）内，固定孔一（405）和固定孔二（407）对齐，并塞入固定螺栓（409）将反滤土工袋（7）固定在扩大桩尖（3）上；

S4.2：安装螺旋形钢管定位架（1502），沿竹节桩（12）每隔1.0~1.5m设置一个螺旋形钢管定位架（13），通过固定夹（9）上的夹臂（901）、夹臂固定孔（903）及螺栓夹住并固定螺旋形钢管（11）；

S4.3：安装竹节桩定位架（1501），竹节桩定位架（1501）环绕于竹节桩（12）桩周，紧固孔（804）对准后，通过紧固螺栓将定位夹片（801）固定于竹节桩（12）接桩部位，将定位夹片（801）上焊接的4个固定杆（802）搁置在孔口定位钢板（1001）上，孔口定位钢板（1001）置于钢护筒（13）上；

S5：将上段竹节桩（12）与扩大桩尖（3）或下段竹节桩（12）对接后，接桩筋（1203）插入接桩套筒（1204）内，连接后注浆管（1201），接桩钢板焊接形成接桩焊缝（1206），外涂防水涂层（1205），接长或外包反滤土工袋（7），接长螺旋形钢管（11）和循环出水管（1403），取下竹节桩定位架（1501），下放竹节桩体，直至下一段桩体对接或桩长达到预定深度，并安装反滤土工袋定位架（1503）；

S6：拔出钢护筒（13）时，同步向反滤土工袋（7）内灌注、夯扩级配砂砾（1801）形成夯填外扩体（1802），直到整根钢护筒（13）拔出地面，并完成级配砂砾（1801）桩周夯填，桩顶铺筑碎石排水通道（1601）和设置碎石排水沟（1602）；

S7：待桩周软土层（1）在施工阶段固结时，其孔隙水通过桩周级配砂砾（1801）排出，根据需要向级配砂砾（1801）中注入水泥浆形成桩周后注浆凸肋（1803）；

S8：上部设备（1401）、螺旋形钢管（11）、循环进水管（1402）以及循环出水管（1403）相连，形成循环热管。

2.根据权利要求1所述的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，所述S3中，循环热管连接管由外直管（301）、弯管（302）、内直管（303）构成。

3.根据权利要求1所述的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，所述S3中，土工袋卡口包括固定块一（401）、旋转块（402）和固定块二（406）；固定块一（401）和旋转块（402）通过固定块连接铰（403）连接，固定块二（406）下端预埋于扩大桩尖（3）上；旋转块（402）可绕铰接点转动，旋转块（402）另一端设有凹槽（404）；固定块二（406）另一端设有与旋转块（402）上的凹槽（404）相匹配的凸块（408），凸块（408）上设有贯穿中心的固定孔二（407）。

4.根据权利要求1所述的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，所述S4中，竹节桩定位架（1501）由两瓣定位夹片（801）通过连接铰（803）连接，定位夹片（801）上焊接4个固定杆（802）；螺旋形钢管定位架（1502）由两瓣定位夹片（801）通过连接铰（803）连接，定位夹片（801）上焊接1个端部设有固定夹（9）的固定杆（802）。

5.根据权利要求1所述的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，所述S5中，反滤土工袋定位架（1503）由两瓣定位夹片（801）通过连接铰（803）连接，定位夹片（801）上焊接2个端部设有固定夹（9）的固定杆（802），通过固定夹（9）上的夹臂（901）、夹臂固定孔（903）及螺栓夹住与反滤土工袋（7）上端相连的环形固定筋（15）。

6.根据权利要求1所述的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，所述S6中，反滤土工袋（7）具有与螺旋形钢管（11）在桩周位置相适应的螺旋形凸起，在桩周级配砂砾（1801）夯填时能挤扩形成夯填外扩体（1802）。

7.根据权利要求1所述的螺旋热管环状凸肋先排水后注浆竹节桩的施工方法，其特征在于，所述S7中，当地基沉降趋于稳定，并且建筑后浇带已施工完毕，为避免地基继续沉降造成结构开裂，通过向级配砂砾（1801）中注入水泥浆，硬化后阻塞排水通道。