CN110172973A - 一种组合式钢管桩结构的注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式钢管桩结构的注浆方法，包括以下步骤：将一管体上分布有出浆孔Ⅰ的钢管桩压入至土体中的预定深度；将注浆装置放置入钢管桩的管体中，注浆装置包括具有若干出浆孔Ⅱ的注浆管以及连接在注浆管上的至少一个可膨胀囊体单元，可膨胀囊体单元包括同注浆管相连通的连接管体以及设置在连接管体上的囊体，通过向囊体中充压使其膨胀以同钢管桩内壁紧贴形成封闭腔体；利用注浆管向封闭腔体中注入浆液，经钢管桩上的出浆孔Ⅰ向外溢出形成注浆体。本发明的优点是：组合式钢管桩注浆结构克服了常规注浆工艺注浆无序的问题，使得钢管桩在端部及管体侧边均可注浆及形成可靠的注浆体，钢管桩承载力稳定、可靠且大大提升。

Description

一种组合式钢管桩结构的注浆方法

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种组合式钢管桩结构的注浆方法。

背景技术

钢管因具有很好的强度和稳定性，在工程领域得到了广泛应用，如常常用作抗压桩或抗拔桩等工程桩，或者用作基坑工程或平台的斜向支撑钢管桩等，以承担相应荷载。其施工方法是将钢管直接插入土体预定深度即形成钢管桩等来承担荷载。有时候为获得较大的承载力，一般通过在钢管管体端部或者管体上开孔注浆形成注浆体来实现，但因岩土层的多样性，注浆浆液往往无序流动，特别是有外渗通道时，浆液外溢，注浆的离散性大，在钢管周边形成的注浆体形状及规格无法保证。另外，现有的注浆方法一般仅能实现钢管管体端部注浆或者管体侧边注浆，均大大限制了钢管桩承载力提升。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种组合式钢管桩结构的注浆方法，该注浆方法通过在注浆管体上连接至少一个可膨胀囊体单元，在钢管桩内进行注浆时，通过充压管向可膨胀囊体单元的囊体进行充压使其膨胀进而在钢管桩内形成封闭段，实现分段、定深注入浆液；同时通过在钢管桩外侧设置柔性的约束仓，实现在钢管桩端部及侧边形成有序可靠的注浆体。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述注浆方法包括以下步骤：将一管体上分布有出浆孔Ⅰ的钢管桩压入至土体中的预定深度；将注浆装置放置入所述钢管桩的管体中，所述注浆装置包括具有若干出浆孔Ⅱ的注浆管以及连接在所述注浆管上的至少一个可膨胀囊体单元，所述可膨胀囊体单元包括同所述注浆管相连通的连接管体以及设置在所述连接管体上的囊体，通过向所述囊体中充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴形成封闭腔体；利用所述注浆管向所述封闭腔体中注入浆液，所述浆液经所述钢管桩上的出浆孔Ⅰ向外溢出形成注浆体；将所述囊体进行泄压使其收缩并上提；如此往复，依次在所述钢管桩外侧施作若干注浆体。

在所述钢管桩的管体外侧间隔包裹有呈柔性的约束仓，所述约束仓的上、下两端通过限位密封环在所述钢管桩的管体上固定扎口，在所述注浆管的注浆过程中，从所述钢管桩的出浆孔Ⅰ处向外溢出的浆液在所述约束仓的包裹下形成注浆体。

所述约束仓在所述钢管桩的管体上所包裹的区域内开设有所述出浆孔Ⅰ，所述出浆孔Ⅰ处设置有单向阀。

所述注浆装置中设置有两个所述可膨胀囊体单元，包括上可膨胀囊体单元和下可膨胀囊体单元，两者分别同所述注浆管的上、下两端相连接。

当施作位于所述钢管桩底部的端部注浆体时，将所述注浆装置下放至所述钢管桩的底部，对所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体进行充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴，并使所述下可膨胀囊体单元中的所述囊体保持自然未充压状态，所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体同所述钢管桩的端部构成所述封闭腔体。

当施作位于所述钢管桩外侧的侧边注浆体时，将所述注浆装置下放至所述钢管桩中的预定深度，对所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体进行充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴，并对所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体进行充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴，所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体同所述下可膨胀囊体单元中的所述囊体共同构成所述封闭腔体。

所述可膨胀囊体单元包括同所述注浆管相连通的连接管体以及设置在所述连接管体上的囊体，所述囊体的顶面和底面分别设置有限位密封板，所述囊体上连接有用于充压的充压管以及用于泄压的泄压管，所述充压管和所述泄压管上分别设置有控制阀门。

所述囊体顶面的所述限位密封板上具有与所述囊体内腔相连通的充压管接头和泄压管接头，所述充压管经所述充压管接头与所述囊体相连通，所述泄压管经所述泄压管接头与所述囊体相连通。

所述上可膨胀囊体单元的所述囊体中还贯穿设置有充压连接管和泄压连接管，所述充压连接管用于同所述下可膨胀囊体单元中的所述充压管相连接，所述泄压连接管用于同所述下可膨胀囊体单元中的所述泄压管相连接。

在将所述钢管桩压入至土体中预定深度的过程中，使所述可膨胀囊体单元中的所述囊体充压产生膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴形成封闭腔体，利用连接所述注浆管的抽吸设备对所述封闭腔体进行负压抽吸，从而使所述封闭腔体处的所述约束仓紧贴所述钢管桩的管壁。

本发明的优点是：（1）组合式钢管桩注浆结构克服了常规注浆工艺注浆无序的问题，使得钢管桩在端部及管体侧边均可注浆及形成可靠的注浆体，钢管桩承载力稳定、可靠且大大提升，同时适用于多种岩土层；（2）结构简单，可进行循环利用；（3）所形成钢管桩可用作抗压桩、抗拔桩等工程桩，或者用作基坑工程或平台的斜向支撑钢管桩等，具有多种用途。

附图说明

图1为本发明中分段组合式钢管桩的结构示意图；

图2为本发明中连续组合式钢管桩的结构示意图；

图3为本发明中多形式组合式钢管桩结构示意图；

图4为本发明中注浆装置的结构示意图；

图5为本发明中上可膨胀囊体单元的结构示意图；

图6为本发明中下可膨胀囊体单元的结构示意图；

图7为本发明中分段组合式钢管桩在进行端部注浆时的示意图；

图8为本发明中分段组合式钢管桩在进行侧边注浆时的示意图；

图9为本发明中分段组合式钢管桩注浆完成后的示意图；

图10为本发明中连续组合式钢管桩在进行端部注浆时的示意图；

图11为本发明中连续组合式钢管桩在进行侧边注浆时的示意图；

图12为本发明中连续组合式钢管桩注浆完成后的示意图；

图13为本发明中多形式组合式钢管桩在进行端部注浆时的示意图；

图14为本发明中多形式组合式钢管桩在进行侧边注浆时的示意图；

图15为本发明中多形式组合式钢管桩注浆完成后的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-15，图中标记1-20分别为：钢管桩1、管体2、封闭桩尖3、出浆孔4、单向阀5、约束仓6、限位密封环7、上可膨胀囊体单元8、囊体8a、限位密封板8b、充压管接头8c、泄压管接头8d、连接管体8e、接头8f、充压连接管8g、接头8h、泄压连接管8i、接头8j；下可膨胀囊体单元9、囊体9a、限位密封板9b、充压管接头9c、泄压管接头9d、连接管体9e、接头9f；注浆管10、充压管11、泄压管12、充压管13、控制阀门13a、泄压管14、控制阀门14a、充压管15、控制阀门15a、泄压管16、控制阀门16a、注浆管17、浆液18、端部注浆体19、侧边注浆体20。

实施例1：如图1-9所示，本实施例具体涉及一种组合式钢管桩注浆结构的注浆方法，该注浆方法主要包括以下步骤：

（1）首先是进行组合式钢管桩注浆结构的制备，该组合式钢管桩注浆结构包括钢管桩1以及设置在钢管桩1内的注浆装置，注浆装置包括注浆管10以及分别连接在注浆管10上、下两端的上可膨胀囊体单元8和下可膨胀囊体单元9，通过控制上可膨胀囊体单元8和下可膨胀囊体单元9是否充压或泄压，可以实现注浆装置在钢管桩1内形成封闭腔体以进行多点、多深度、分段、定点、定深的注入浆液。

如图1-3所示，钢管桩1包括管体2以及位于管体2端部的封闭桩尖3，在管体2上开设有若干出浆孔4，在出浆孔4的位置处设置有单向阀5，单向阀5用于控制浆液的单向流动，单向阀5可以是橡胶环或是其他弹性可伸缩材料、构件；此外，在管体2上出浆孔4的分布区域内设置有约束仓6，约束仓6为可折叠或可膨胀的柔性材料，约束仓6的上、下两端口通过限位密封环7在管体2上进行固定束口，从而可使浆液能够在注浆过程中有序聚集在约束仓6内，约束仓6的尺寸（直径、长度）可根据实际的工程需要进行确定，如1、2、3所示，根据注浆体的需要，约束仓6在钢管桩1上设置形式可分为分段组合式、连续组合式以及多形式组合式这三种。

如图1-6所示，注浆装置是同钢管桩1相配套的结构，注浆装置包括注浆管10以及分别连接在注浆管10上、下两端的上可膨胀囊体单元8和下可膨胀囊体单元9，注浆管10均布有若干出浆孔10a，上可膨胀囊体单元8具体包括连接管体8e以及囊体8a，连接管体8e贯穿通过囊体8a的中心且两者互不连通，连接管体8e下端的接头8f同注浆管10的上端口相接通、上端的接头8f则用于同上部的注浆管17相接通；在囊体8a的顶面和底面上分别设置有限位密封板8b，通过设置限位密封板8b可以对囊体8a进行竖直方向上的限位，使其在充压情况下仅能在径向上发生膨胀；与此同时，在囊体8a的顶面限位密封板8b上还开设有充压管接头8c和泄压管接头8d，充压管接头8c用于连接上部的充压管13，在充压管13上还设置有控制阀门13a用于控制管路的通断和流量大小，通过充压管13可向囊体8a中高压注入介质以使囊体8a发生膨胀进而能够在钢管桩1内定位，所注入的介质具体可以是液体或是气体；泄压管接头8d用于连接上部的泄压管14，在泄压管14上还设置有控制阀门14a用于控制管路的通断和流量大小，通过泄压管14可释放囊体8a中的介质从而使囊体8a收缩。

下可膨胀囊体单元9具体包括连接管体9e以及囊体9a，连接管体9e贯穿通过囊体9a的中心且两者互不连通，连接管体9e的下端封闭、上端的接头9f同注浆管10的下端口相连通；在囊体9a的顶面和底面上分别设置有限位密封板9b，通过设置限位密封板9b可以对囊体9a进行竖直方向上的限位，使其在充压情况下仅能在径向上发生膨胀；与此同时，在囊体9a的顶面限位密封板9b上还开设有充压管接头9c和泄压管接头9d，充压管接头9c用于连接上部的充压管11，需要说明的是，由于囊体8a的阻挡，因此在囊体8a中开设有贯穿通道并在贯穿通道内设置有充压连接管8g，充压连接管8g的下端接头8h同充压管接头9c上的充压管11相连通、上端接头8h则同上部的充压管15相连接，在充压管15上还设置有控制阀门15a用于控制管路的通断和流量大小，通过充压管15可向囊体9a中高压注入介质以使囊体9a发生膨胀进而能够在钢管桩1内定位，所注入的介质具体可以是液体或是气体；泄压管接头9d用于连接上部的泄压管12，需要说明的是，由于囊体8a的阻挡，因此在囊体8a中开设有贯穿通道并在贯穿通道内设置有泄压连接管8i，泄压连接管8i的下端接头8j同泄压管接头9d上的泄压管12相连通、上端接头8j则同上部的泄压管16相连通，在泄压管16上还设置有控制阀门16a用于控制管路的通断和流量大小，通过泄压管16可释放囊体9a中的介质从而使囊体9a收缩。

本实施例中的囊体8a和囊体9a采用了高强度、可膨胀材料，高强度材料可以使得囊体承担较高的囊体内压力从而与钢管桩1的内壁相紧贴，另外，囊体表面粗糙，可以增加与钢管桩1内壁之间的摩擦力，利于其贴合紧密，实现高承压封闭。

此外，需要说明的是，囊体8a和囊体9a在未充压的自然状态下，外径小于钢管桩1的内径，以便于下放和上提；当囊体8a和囊体9a内充入介质，使得囊体8a或9a产生膨胀从而与钢管桩1的内壁紧贴而实现承压封闭，所注入的介质可以是气体或是液体。

（2）在完成组合式钢管桩结构的制备之后，将钢管桩1压入至土体内的预定深度，钢管桩1的底部呈封闭桩尖3的形式，在钢管桩1的管体2上分布有若干出浆孔4，在出浆孔4的位置处设置有单向阀5，单向阀5用于控制浆液的单向流动；此外，在管体2上出浆孔4的分布区域内设置有约束仓6，约束仓6为可折叠或可膨胀的柔性材料，约束仓6的上、下两端口通过限位密封环7在管体2上进行固定束口，从而可使浆液能够在注浆过程中有序聚集在约束仓6内。

（3）之后将本实施例中的注浆装置在未充压情况下，下放到钢管桩1内靠近端部封闭桩尖3的位置处，之后对上可膨胀囊体单元8进行充压，即通过充压管13向囊体8a中注入介质充压使之产生径向膨胀，从而使囊体8a能够同钢管桩1的内壁紧贴以实现定位，并关闭控制阀门13a；由于下可膨胀囊体单元9并未在其内进行注入介质充压，因此上可膨胀囊体单元8的囊体8a在钢管桩1内同端部桩尖3共同组成端部的注浆封闭腔，然后通过注浆管17向注浆管10内注入浆液，浆液从注浆管10上的出浆孔10a流出进入端部的注浆封闭腔，在一定压力下，浆液从钢管柱1的出浆孔4上的单向阀5中压出，即浆液18从钢管桩1的出浆孔4上溢出进入约束仓6，完成预定注浆量后停止注浆，使得约束仓6内的浆液18充填至一定体积，从而在钢管桩1的端部区域形成规则的端部注浆体19。

（4）完成端部注浆体19的注浆后，打开泄压管14上的控制阀门14a，从而使上可膨胀囊体单元8的囊体8a内的注入介质排出，使得囊体8a内部泄压收缩复原，囊体8a脱离钢管桩1的管壁；之后整体上提注浆装置一定距离至钢管桩1上的预定注浆位置，使注浆管10上的出浆孔10a的分布区域同钢管桩1上的出浆孔4的分布区域相适配；接着打开充压管13上的控制阀门13a向囊体8a内充压注入介质使之产生径向膨胀，从而使囊体8a能够同钢管桩1的内壁紧贴以实现定位，并关闭控制阀门13a；与此同时，打开充压管15上的控制阀门15a，依次经充压管15、充压连接管8g、充压管11向囊体9a内充压注入介质使之产生径向膨胀，从而使囊体9a能够同钢管桩1的内壁紧贴以实现定位，并关闭控制阀门15a；此时，膨胀定位后的囊体8a和囊体9a共同在钢管桩1内形成注浆封闭腔体；

然后通过注浆管17向注浆管10内注入浆液，浆液从注浆管10上的出浆孔10a流出进入该注浆封闭腔体，在一定压力下，浆液从钢管柱1的出浆孔4上的单向阀5中压出，即浆液18从钢管桩1的出浆孔4上溢出进入约束仓6，完成预定注浆量后停止注浆，使得约束仓6内的浆液18充填至一定体积，从而在钢管桩1的侧边形成侧边注浆体20；

（5）完成第一个侧边注浆体20后，重复上述步骤（4）中的方法，如此往复，依次在钢管桩1的高度方向上完成各个侧边注浆体20的施工，最终在钢管桩1的端部以及管体上形成多个注浆体，因约束仓6使得浆液18能够有序聚集，保证了所形成的注浆体可靠性，使得钢管桩1的承载力得到极大的提升。

需要说明的是，本实施例中的注浆装置除了可以设置在钢管桩内之外，也可以设置在降水井、空心管桩、无砂管以及其它金属、非金属等中空管状体，或者是洞穴、坑洞等等需要实施注入作业的物体等。即，本实施例中的注浆装置具有多用途，且可回收循环利用。

在使用时，本实施例中注浆装置上的囊体8a和囊体9a可以同时膨胀，也可单独膨胀，通过膨胀形成封闭空间实施注入作业，结合下放及上提，可以在不同位置形成封闭空间而实施多组注入作业，具有很强的灵活性，进而能够实现多点、多深度、分段、定点、定深注入作业。

另外，本实施例中注入装置为两个可膨胀囊体单元组成，由此思路拓展的单囊体、多囊体、串联或并联等，均应视为本案范畴。

实施例2：如图2、4-6以及10-12所示，本实施例中的组合式钢管桩注浆结构采用的是连续组合式钢管桩1的形式，即，在钢管桩1的管体2上连续设置有多个约束仓6，相邻的约束仓6之间共用同一个限位密封环7进行固定束口。该组合式钢管桩注浆结构的其余结构组成形式以及注浆方法同实施例1中的相同。

实施例3：如图3-6以及13-15所示，本实施例中的组合式钢管桩注浆结构采用的是多形式组合式钢管桩1的形式，即，在钢管桩1的管体上连续设置有多个约束仓6以及分段设置有多个约束仓6，其中，连续设置的约束仓6之间连接处共用同一个限位密封环7进行固定。该组合式钢管桩注浆结构的其余结构组成形式以及注浆方法同实施例1中的相同。

实施例4：如图1-9所示，本实施例具体涉及一种组合式钢管桩结构的注浆方法，该注浆方法同实施例1中注浆方法的区别在于：

在将钢管桩1压入至土体内预定深度的过程中，首先将注浆装置下放至钢管桩1内的底部，使上可膨胀囊体单元8的囊体8a进行充压从而与钢管桩1的内壁紧贴，同钢管桩1的端部形成封闭腔体，之后利用同注浆管17和10相连的抽吸设备对所形成的封闭腔体进行真空负压抽吸，从而使约束仓6在负压作用下能够紧贴在钢管桩1的管体2外壁面上，减小钢管桩1在压入土体过程中所受到的阻力，也避免约束仓6在压入过程中所受到的损伤；

在钢管桩1压入第一个约束仓6的深度范围之后，使上可膨胀囊体单元8的囊体8a进行泄压脱离钢管桩1的内壁，之后上提该注浆装置到达第二个约束仓6的高度范围，对上可膨胀囊体单元8内的囊体8a进行充压膨胀使其紧贴在钢管桩1的内壁，同时对下可膨胀囊体单元9内的囊体9a进行充压膨胀使其紧贴在钢管桩1的内壁，从而使囊体8a和囊体9a共同构成封闭腔体，之后再次利用同注浆管17和10相连的抽吸设备对所形成的封闭腔体进行真空负压抽吸，从而使第二个约束仓6在负压作用下能够紧贴在钢管桩1的管体2外壁面上，减小钢管桩1在压入土体过程中所受到的阻力，也避免第二个约束仓6在压入过程中所受到的损伤；

如此往复，直至钢管桩1压入至土体内的预定深度。

Claims (10)

1.一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述注浆方法包括以下步骤：将一管体上分布有出浆孔Ⅰ的钢管桩压入至土体中的预定深度；将注浆装置放置入所述钢管桩的管体中，所述注浆装置包括具有若干出浆孔Ⅱ的注浆管以及连接在所述注浆管上的至少一个可膨胀囊体单元，所述可膨胀囊体单元包括同所述注浆管相连通的连接管体以及设置在所述连接管体上的囊体，通过向所述囊体中充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴形成封闭腔体；利用所述注浆管向所述封闭腔体中注入浆液，所述浆液经所述钢管桩上的出浆孔Ⅰ向外溢出形成注浆体；将所述囊体进行泄压使其收缩并上提；如此往复，依次在所述钢管桩外侧施作若干注浆体。

2.根据权利要求1中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于在所述钢管桩的管体外侧间隔包裹有呈柔性的约束仓，所述约束仓的上、下两端通过限位密封环在所述钢管桩的管体上固定扎口，在所述注浆管的注浆过程中，从所述钢管桩的出浆孔Ⅰ处向外溢出的浆液在所述约束仓的包裹下形成注浆体。

3.根据权利要求2中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述约束仓在所述钢管桩的管体上所包裹的区域内开设有所述出浆孔Ⅰ，所述出浆孔Ⅰ处设置有单向阀。

4.根据权利要求1中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述注浆装置中设置有两个所述可膨胀囊体单元，包括上可膨胀囊体单元和下可膨胀囊体单元，两者分别同所述注浆管的上、下两端相连接。

5.根据权利要求4中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于当施作位于所述钢管桩底部的端部注浆体时，将所述注浆装置下放至所述钢管桩的底部，对所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体进行充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴，并使所述下可膨胀囊体单元中的所述囊体保持自然未充压状态，所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体同所述钢管桩的端部构成所述封闭腔体。

6.根据权利要求4中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于当施作位于所述钢管桩外侧的侧边注浆体时，将所述注浆装置下放至所述钢管桩中的预定深度，对所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体进行充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴，并对所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体进行充压使其膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴，所述上可膨胀囊体单元中的所述囊体同所述下可膨胀囊体单元中的所述囊体共同构成所述封闭腔体。

7.根据权利要求1中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述可膨胀囊体单元包括同所述注浆管相连通的连接管体以及设置在所述连接管体上的囊体，所述囊体的顶面和底面分别设置有限位密封板，所述囊体上连接有用于充压的充压管以及用于泄压的泄压管，所述充压管和所述泄压管上分别设置有控制阀门。

8.根据权利要求7中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述囊体顶面的所述限位密封板上具有与所述囊体内腔相连通的充压管接头和泄压管接头，所述充压管经所述充压管接头与所述囊体相连通，所述泄压管经所述泄压管接头与所述囊体相连通。

9.根据权利要求8中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于所述上可膨胀囊体单元的所述囊体中还贯穿设置有充压连接管和泄压连接管，所述充压连接管用于同所述下可膨胀囊体单元中的所述充压管相连接，所述泄压连接管用于同所述下可膨胀囊体单元中的所述泄压管相连接。

10.根据权利要求2中所述的一种组合式钢管桩结构的注浆方法，其特征在于在将所述钢管桩压入至土体中预定深度的过程中，使所述可膨胀囊体单元中的所述囊体充压产生膨胀以同所述钢管桩内壁紧贴形成封闭腔体，利用连接所述注浆管的抽吸设备对所述封闭腔体进行负压抽吸，从而使所述封闭腔体处的所述约束仓紧贴所述钢管桩的管壁。