CN110805031A - 一种水泥搅拌桩桩帽及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥搅拌桩桩帽及其施工方法，经过预埋钢筋、混凝土底板安装、套筒安装、水泥稳定碎石层铺设、注浆和沥青封层铺设等工序制成的水泥搅拌桩桩帽，包括混凝土底板、水泥稳定碎石层和沥青封层，通过预埋钢筋与钢套筒的连接设置稳固的装配式水泥搅拌桩桩帽，达到增加水泥搅拌桩的支撑和承载面积，避免碎石土和路基土会陷入至水泥搅拌桩之间的无支撑区域，导致碎石土和路基土填筑时压缩下沉而导致水泥搅拌桩发生刺入破坏以及桩土变形的严重不协调。

Description

一种水泥搅拌桩桩帽及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其是涉及一种水泥搅拌桩桩帽及其施工方法。

背景技术

水泥搅拌桩又称为水泥土搅拌桩是软基处理的一种有效形式，水泥搅拌桩一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。它是通过特制的深层搅拌机，将软土和水泥固化剂强制搅拌，并利用水泥和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体固结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩。

现有技术水泥搅拌桩利用搅拌机将水泥喷入土体并进行充分搅拌，搅拌完成达到设计深度后搅拌叶片从搅拌桩内提出并移位进行下一根水泥搅拌桩施工。此时搅拌完成后的水泥搅拌桩通过水泥与土发生一系列反应硬结，当水泥搅拌桩达到设定强度后即进行碎石土和路基土的填筑施工，现有技术水泥搅拌桩如图1。

现有技术水泥搅拌桩达到设定强度后即进行碎石层和路基土的填筑施工，存在以下不足：(1)由于水泥搅拌桩桩径较小而且水泥搅拌桩之间的间距较大，路基施工填筑的碎石土和路基土的重力不能有效汇聚至水泥搅拌桩上，使得不能发挥水泥搅拌桩对路基的支撑和承载的作用；(2)由于水泥搅拌桩不能充分发挥承载碎石土和路基土的作用，碎石土和路基土会陷入至水泥搅拌桩之间的无支撑区域导致碎石土和路基土填筑时压缩下沉严重影响路基施工质量；(3)由于碎石土硬度较大和路基土硬度较软，同时由于水泥搅拌桩的受力横截面较小，碎石土和路基土的下沉会挤压水泥搅拌桩导致水泥搅拌桩发生刺入破坏以及桩土变形的严重不协调，需要软基加固的效果和路基施工的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种水泥搅拌桩桩帽及其施工方法，通过施工在水泥搅拌桩上端增设桩帽，利用桩帽将路基的压力传递到水泥搅拌桩上，相对于现有技术，有效地增大了承压面积，有效发挥水泥搅拌桩对路基的支撑和承载的作用，避免碎石土和路基土会陷入至水泥搅拌桩之间的无支撑区域，导致碎石土和路基土填筑时压缩下沉而导致水泥搅拌桩发生刺入破坏以及桩土变形的严重不协调。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，包括以下步骤：

S1.预埋钢筋：在施工后的水泥搅拌桩上端竖直插入钢筋，插入的钢筋下端位于所述水泥搅拌桩内，上端露出于所述水泥搅拌桩上，其中，在所述水泥搅拌桩尚未凝固时插入所述钢筋；

S2.混凝土底板安装：将所述混凝土底板上的预留孔对准所述钢筋后，将所述混凝土底板平放于所述水泥搅拌桩上端，其中，所述混凝土底板为预制板，其竖直方向上开有与预埋的钢筋对应的预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述预留孔，所述混凝土底板内部在水平方向上还开设有注浆通道，所述注浆通道由所述混凝土底板的侧壁延伸至所述预留孔从而与所述预留孔连通，一个所述预留孔对应开设有一条所述注浆通道；

S3.套筒安装：将套筒沿预埋的钢筋套设在所述钢筋上，所述套筒下端插入所述预留孔内，将所述套筒下端开设的注浆孔对准相应的注浆通道，其中，所述套筒侧壁上靠近下端位置开有注浆孔，一根所述钢筋对应安装一个所述套筒；

S4.水泥稳定碎石层铺设：围绕所述混凝土底板在其上端安装模板，在安装好的模板内铺设水泥稳定碎石并压实，从而形成水泥稳定碎石层，成型固定后拆除所述模板；

S5.注浆：从所述混凝土底板的侧壁上向所述注浆通道内注入水泥砂浆，使得所述注浆通道和套筒内填充水泥砂浆；

S6.沥青封层铺设：在所述水泥稳定碎石层上铺设沥青混合料形成沥青封层，铺设的沥青封层要掩埋住所述套筒。

进一步的，预埋的所述钢筋的长度为70cm，所述钢筋下端插入所述水泥搅拌桩内部的长度为30cm。

进一步的，所述套筒的长度为32～34cm，所述混凝土底板的厚度为10cm，铺设的所述水泥稳定碎石层的厚度为20cm，所述沥青封层的厚度为5cm。

进一步的，在完成所述沥青封层的铺设后，将预埋的所述钢筋露出所述沥青封层上端的部分切除。

进一步的，预埋的所述钢筋的直径为1cm，一根水泥搅拌桩对应插入四根钢筋，所述混凝土底板上开有与之对应的四个预留孔。

进一步的，所述套筒的直径为5cm。

进一步的，所述套筒侧壁上靠近上端位置开有出浆孔，在注浆过程中，当注入的水泥砂浆从所述出浆孔流出时，停止对该注浆通道的注浆，并在所述混凝土底板的侧壁上封住该注浆通道。

进一步的，在安装完所述混凝土底板之后，对混凝土底板的上表面做凿毛处理。

进一步的，所述混凝土底板由超高性能混凝土预制而成，所述混凝土底板内部有钢筋骨架。

由上述施工方法制备而成的水泥搅拌桩桩帽，包括桩帽本体，所述桩帽本体设于水泥搅拌桩上端，所述桩帽本体包括自下而上依次连接的混凝土底板、水泥稳定碎石层和沥青封层，所述桩帽本体与所述水泥搅拌桩之间连接有钢筋，所述钢筋下端位于所述水泥搅拌桩内，上端露出于所述水泥搅拌桩上，所述钢筋位于所述水泥搅拌桩上端的部分套设有套筒，所述套筒与所述钢筋之间填充有水泥砂浆，所述水泥砂浆从所述混凝土底板内延伸至所述套筒内。

本发明提供了一种水泥搅拌桩桩帽及其施工方法，具有如下有益效果：

(1)现有技术水泥搅拌桩桩径较小而且间距较大，路基填料的重力不能有效汇聚至水泥搅拌桩上，使得不能发挥水泥搅拌桩对路基的支撑和承载的作用，而本发明创新性提出在水泥搅拌桩施工完成后插入预埋钢筋，通过预埋钢筋与钢套筒的连接设置稳固的装配式水泥搅拌桩桩帽，达到增加水泥搅拌桩的支撑和承载面积，能取得有益效果。

(2)本发明创新性设置多层不同硬质材料的桩帽形式使碎石土和路基土的重量汇聚于水泥搅拌桩桩帽，并使路基土的重量通过装配式桩帽传递至水泥搅拌桩避免碎石土和路基土的重量进入水泥搅拌桩间的无支撑区域，该多层结构包括混凝土底板、水泥稳定碎石层和沥青封层，混凝土底板处于整个桩帽的底部位置，混凝土底板抗变形能力强并且硬度大，是整个桩帽的支撑结构，其作用是使桩帽结构稳固连接于水泥搅拌桩并且起到支撑桩帽和路基填料的作用，使路基填料荷载有效传递到水泥搅拌桩上，防止路基填料侵入水泥搅拌桩桩体发生刺入破坏；水泥稳定碎石层位于混凝土底板上部，水泥稳定碎石层属于半刚性材料其抵抗变形的能力强，使路基土与水泥搅拌桩间的应力和变形柔和过渡，碎石土和路基土的荷载作用于桩帽时水泥稳定碎石层，使水泥搅拌桩与路基填料之间的变形协调起来，避免土体侵入水泥搅拌桩造成桩体破坏或者土体严重变形；沥青封层位于水泥稳定碎石层上部，沥青封层属于柔性材料，其抵抗变形的能力强，其作用是使路基土与水泥搅拌桩间的应力和变形柔和过渡，另外沥青封层的作用有起到防水的作用，防止碎石土和路基土的水分渗入至水泥搅拌桩桩帽和桩体有效保证了桩帽与桩体的使用性能。

附图说明

图1为现有技术中水泥搅拌桩支撑路基的结构示意图；

图2为本发明的桩帽与水泥搅拌桩连接的剖视示意图；

图3为本发明的混凝土底板显示内部隐藏线的结构示意图；

图4为本发明的套筒的结构示意图；

图5为本发明注浆过程中水泥砂浆的流动路径示意图；

图6为本发明的桩帽与水泥搅拌桩支撑路基的结构示意图。

图中具体结构说明：1水泥搅拌桩、2碎石土、3路基土、4桩帽本体、41混凝土底板、411注浆通道、412预留孔、42水泥稳定碎石层、43沥青封层、44钢筋、45套筒、451注浆孔、452出浆孔。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，包括以下步骤：

S1.预埋钢筋：在施工后的水泥搅拌桩1上端竖直插入钢筋44，插入的钢筋44下端位于所述水泥搅拌桩1内，上端露出于所述水泥搅拌桩1上，其中，在所述水泥搅拌桩1尚未凝固时插入所述钢筋44；水泥搅拌桩1搅拌施工完成后进行即进行预埋钢筋44的埋设，由于水泥搅拌桩1的桩体材料并未凝固，此时测量水泥搅拌桩1的直径以及圆心位置以此定位预埋钢筋44预埋的位置；当确定完成预埋位置后进行预埋钢筋44的埋设，选取的钢筋44直径为1cm，长度70cm，预埋钢筋44插入未凝结的水泥搅拌桩时速度应该匀速，不可插入速度过快，严格控制钢筋44插入的深度，钢筋插入水泥搅拌桩的深度控制在30cm，一根水泥搅拌桩1插入四根钢筋44。

S2.混凝土底板安装：将所述混凝土底板41上的预留孔412对准所述钢筋44后，将所述混凝土底板44平放于所述水泥搅拌桩1上端，其中，所述混凝土底板41为预制板，其竖直方向上开有与预埋的钢筋44对应的预留孔412，安装时所述钢筋44可穿过所述预留孔412，所述混凝土底板41内部在水平方向上还开设有注浆通道411，所述注浆通道411由所述混凝土底板41的侧壁延伸至所述预留孔412从而与所述预留孔连通，一个所述预留孔412对应开设有一条所述注浆通道411；参照图3，在预制工厂内预制长宽为100cm，厚度10cm的混凝土底板41，所述混凝土底板41由超高性能混凝土预制而成，所述混凝土底板41内部有钢筋骨架。由于混凝土底板41内部具有注浆通道411、预留孔412，因此在预制时注意安放孔洞模板，准确定位底板注浆通道、预留孔位置，保证套筒安装的准确安装以及注浆作业正常进行。混凝土底板41安装于水泥搅拌桩1顶部，安装时使四根预埋钢筋1穿过装配式混凝土底板1的预留孔412，将混凝土底板41稳固置于水泥搅拌桩1顶部。混凝土底板41位于水泥搅拌桩1顶部，混凝土底板1处于整个桩帽的底部位置，混凝土底板抗变形能力强并且硬度大是整个桩帽的支撑结构，其作用是使桩帽结构稳固连接于水泥搅拌桩，起到支撑桩帽和路基填料的作用，使路基填料荷载有效传递到水泥搅拌桩上，防止路基填料侵入水泥搅拌桩桩体发生刺入破坏。在安装完所述混凝土底板之后，对混凝土底板的上表面做凿毛处理，利用凿毛机对混凝土底板41的上部面进行凿毛处理，凿毛的目的是增大混凝土底板41上端面的摩擦力并且为水泥稳定碎石层42提供一些孔洞位置，使水泥稳定碎石层42更好地与混凝土底板41稳固连接，保证碎石土2和路基土3荷载充分传递到混凝土底板。

S3.套筒安装：将套筒45沿预埋的钢筋44套设在所述钢筋44上，所述套筒45下端插入所述预留孔412内，将所述套筒45下端开设的注浆孔451对准相应的注浆通道411，参照图4，其中，所述套筒45侧壁上靠近下端位置开有注浆孔451，一根所述钢筋44对应安装一个所述套筒45；钢套筒长度为33cm，直径为5cm，套筒选用钢套筒，将套筒沿预埋钢筋插入至套筒预留孔，此时套筒的底部接触到水泥搅拌桩的顶部，由于套筒的注浆孔并未对准混凝土底板的注浆通道，因此特别需要注意将四条套筒的注浆孔旋转至混凝土底板的注浆通道位置，以便于进行注浆时水泥砂浆经注浆通道流至注浆孔。

S4.水泥稳定碎石层铺设：围绕所述混凝土底板41在其上端安装模板，在安装好的模板内铺设水泥稳定碎石并压实，从而形成水泥稳定碎石层42，成型固定后拆除所述模板；套筒准确安装到位后进行桩帽的水泥稳定碎石层铺设，在混凝土底板的外部安装竖向模板，模板的作用是为水泥稳定碎石层铺设提供外形的设定，使水泥稳定碎石层铺设于底板上部。将搅拌均匀的水泥稳定碎石铺设于装配式混凝土底板上部，并使用振捣机充分振捣压实；待水泥稳定碎石达到相应强度后拆除竖向模板，最终成型的水泥稳定碎石层厚度为20cm。水泥稳定碎石层位于混凝土底板上部，水泥稳定碎石层属于半刚性材料其抵抗变形的能力强，使路基土与水泥搅拌桩间的应力和变形柔和过渡，碎石土和路基土的荷载作用于桩帽时水泥稳定碎石层，使水泥搅拌桩与路基填料之间的变形协调起来，避免土体侵入水泥搅拌桩造成桩体破坏或者土体严重变形。

S5.注浆：从所述混凝土底板41的侧壁上向所述注浆通道411内注入水泥砂浆，使得所述注浆通道411和套筒45内填充水泥砂浆；由于已经进行了混凝土底板41的安装以及水泥稳定碎石层42的铺设，此时需要使桩帽结构进行稳固处理。通过将高压的水泥砂浆注入至注浆通道411，水泥砂浆在注浆通道411内向套筒45的注浆孔451流入，参照图5，此时水泥砂浆进入套筒45内部，自下而上地流动，水泥砂浆流至套筒45与预埋钢筋44之间的空隙，随着高压水泥砂浆的不断注入，水泥砂浆自下而上充满了套筒45与钢筋44之间的空隙，最后从套筒45的出浆孔452流出，当水泥砂浆从套筒45的出浆孔流452出后停止注浆，并用螺丝紧密塞住注浆通道411与出浆孔452防止水泥砂浆漏出，等待水泥砂浆达到相应强度。水泥砂浆注入至套筒45与钢筋44之间的空隙加强了钢筋44与套筒45、混凝土底板41、水泥稳定碎石层42紧密连接，使水泥搅拌桩1的桩帽结构与水泥搅拌桩1顶部充分固定，有利于路基填料的荷载传递保证了路基的施工质量。

S6.沥青封层铺设：在所述水泥稳定碎石层42上铺设沥青混合料形成沥青封层43，铺设的沥青封层43要掩埋住所述套筒45。沥青封层43厚度为5cm，沥青封层43铺设时保证封层摊铺的平整性并振捣压实，沥青封层43铺设需要掩埋住套筒45防止套筒45外漏。沥青封层43是直接接触碎石土2和路基土3的桩帽结构，必须保证沥青封层的密封性能，保证沥青封层铺设厚度，防止路基填料刺入桩帽其他层位和搅拌桩，使路基填料荷载良好传递至桩帽结构。由于预埋钢筋长度为70cm，而钢筋44插入至水泥搅拌桩1和预留在混凝土底板41、水泥稳定碎石层42及沥青封层43总长度为65cm，因此需要切割多余的钢筋44，切割时注意防止切割刀触碰到沥青封层43。

在完成桩帽的施工后，方可在桩帽上端填碎石土2和路基土3，碎石土2和路基土3填筑应该分层填筑分层压实，保证碎石土2和路基土3与水泥搅拌桩桩帽紧密结合，也防止碎石土2和路基土3嵌入至水泥搅拌桩间的无支撑区域，填土完成如图6。

以下涉及一种由上述施工方法制备而成的水泥搅拌桩桩帽，包括桩帽本体4，所述桩帽本体4设于水泥搅拌桩1上端，所述桩帽本体4包括自下而上依次连接的混凝土底板41、水泥稳定碎石层42和沥青封层43，所述桩帽本体4与所述水泥搅拌桩1之间连接有钢筋44，所述钢筋44下端位于所述水泥搅拌桩1内，上端露出于所述水泥搅拌桩1上，所述钢筋44位于所述水泥搅拌桩1上端的部分套设有套筒45，所述套筒45与所述钢筋44之间填充有水泥砂浆，所述水泥砂浆从所述混凝土底板41内延伸至所述套筒45内。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.预埋钢筋：在施工后的水泥搅拌桩上端竖直插入钢筋，插入的钢筋下端位于所述水泥搅拌桩内，上端露出于所述水泥搅拌桩上，其中，在所述水泥搅拌桩尚未凝固时插入所述钢筋；

S2.混凝土底板安装：将所述混凝土底板上的预留孔对准所述钢筋后，将所述混凝土底板平放于所述水泥搅拌桩上端，其中，所述混凝土底板为预制板，其竖直方向上开有与预埋的钢筋对应的预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述预留孔，所述混凝土底板内部在水平方向上还开设有注浆通道，所述注浆通道由所述混凝土底板的侧壁延伸至所述预留孔从而与所述预留孔连通，一个所述预留孔对应开设有一条所述注浆通道；

S3.套筒安装：将套筒沿预埋的钢筋套设在所述钢筋上，所述套筒下端插入所述预留孔内，将所述套筒下端开设的注浆孔对准相应的注浆通道，其中，所述套筒侧壁上靠近下端位置开有注浆孔，一根所述钢筋对应安装一个所述套筒；

S4.水泥稳定碎石层铺设：围绕所述混凝土底板在其上端安装模板，在安装好的模板内铺设水泥稳定碎石并压实，从而形成水泥稳定碎石层，成型固定后拆除所述模板；

S5.注浆：从所述混凝土底板的侧壁上向所述注浆通道内注入水泥砂浆，使得所述注浆通道和套筒内填充水泥砂浆；

S6.沥青封层铺设：在所述水泥稳定碎石层上铺设沥青混合料形成沥青封层，铺设的沥青封层要掩埋住所述套筒。

2.如权利要求1所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：预埋的所述钢筋的长度为70cm，所述钢筋下端插入所述水泥搅拌桩内部的长度为30cm。

3.如权利要求2所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：所述套筒的长度为32～34cm，所述混凝土底板的厚度为10cm，铺设的所述水泥稳定碎石层的厚度为20cm，所述沥青封层的厚度为5cm。

4.如权利要求3所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：在完成所述沥青封层的铺设后，将预埋的所述钢筋露出所述沥青封层上端的部分切除。

5.如权利要求1所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：预埋的所述钢筋的直径为1cm，一根水泥搅拌桩对应插入四根钢筋，所述混凝土底板上开有与之对应的四个预留孔。

6.如权利要求5所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：所述套筒的直径为5cm。

7.如权利要求1所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：所述套筒侧壁上靠近上端位置开有出浆孔，在注浆过程中，当注入的水泥砂浆从所述出浆孔流出时，停止对该注浆通道的注浆，并在所述混凝土底板的侧壁上封住该注浆通道。

8.如权利要求1所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：在安装完所述混凝土底板之后，对混凝土底板的上表面做凿毛处理。

9.如权利要求1所述的一种水泥搅拌桩桩帽施工方法，其特征在于：所述混凝土底板由超高性能混凝土预制而成，所述混凝土底板内部有钢筋骨架。

10.由权利要求1所述的施工方法制备而成的水泥搅拌桩桩帽，其特征在于：包括桩帽本体，所述桩帽本体设于水泥搅拌桩上端，所述桩帽本体包括自下而上依次连接的混凝土底板、水泥稳定碎石层和沥青封层，所述桩帽本体与所述水泥搅拌桩之间连接有钢筋，所述钢筋下端位于所述水泥搅拌桩内，上端露出于所述水泥搅拌桩上，所述钢筋位于所述水泥搅拌桩上端的部分套设有套筒，所述套筒与所述钢筋之间填充有水泥砂浆，所述水泥砂浆从所述混凝土底板内延伸至所述套筒内。

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