CN111088796A - 一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，是引孔穿越硬地层并进入持力层，在形成的流态固化岩土体中插入的预制桩；地层原位加固是将固化剂浆液与岩土颗粒搅拌混合形成园柱形桩体，其外径大于插入的预制桩的外径；预制桩的桩间连接为机械连接；送桩杆的接头为机械连接；送桩杆与预制桩的连接端为筒状，套住预制桩的桩端；预制桩和送桩杆长度按标准化设计，最大不超过15米；长距送桩是将预制桩的桩顶送至地面以下15米～50米的深度；在送桩深度一定范围内预埋有钢护筒导向，钢护筒内的土体被部分预先取出。该专利具有绿色、环保和安全可靠的社会效益，同时能降低造价和缩短工期，具有重大的经济价值。

Description

一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是建筑工程桩基沉桩方法及在深基坑内从地面送桩到坑底的方法。

背景技术

在建筑工程中中，桩基作为主要的基础型式，被普遍使用。目前常用的桩基主要有钻孔灌注桩和预制桩二类。钻孔灌注桩是通过地层内成孔，使用泥浆护壁或护筒护壁的方法，在已成孔位中现场浇灌混凝土形成桩基，这类桩基的质量受成孔的质量、护壁泥浆的质量、水下灌注混凝土的质量等因素影响，常常由于管理不到位或施工者缺少经验，出现了大量的工程质量事故。此外，护壁泥浆的处理也给环境带来较大的损害。护筒护壁法成孔，虽然能达到较好的成孔质量，但混凝土的浇筑质量仍然难以克服，同时，护筒的拔出，桩底沉渣的清理也存在很多问题。可以这类桩基的工程成本较高，施工周期较长，对环境也不友好。预制桩的问题主要出现在沉桩和接桩环节，锤击或静压沉桩，均会导致预制桩身的受损；预制桩桩身沉入过程，会导致周边的挤土效应明显，引起周边的管线、建筑物和道路受损。当沉桩过程遇到较硬的地层或桩端需嵌入硬地层时，沉桩阻力很大将导致无法穿越和嵌入到该类硬地层，或者即使穿越了也会引起桩身严重损伤。此外，通过焊接法接桩对质量和冷却时间的限制都对沉桩质量有较大影响。因此，现行的桩基及其施工方法具有较多的缺陷。

随着地下空间的开发强度加大和高层建筑的大量建设，许多工程桩基的桩顶均位于地面15米以下的深度，不论是钻孔灌注桩或预制桩，均存在长距离送桩到位的问题。钻孔灌注桩需要大量超灌才能保证桩身质量，然后破挖出桩头，对连接钢筋产生较大伤害。需长距离送桩时，送桩阻力过大，送桩杆与预制桩只有轴向加压没有侧向限制，从而使预制桩的垂直度很难保证，送桩到位的概率很低，基坑开挖后需要将高于基板底面以上部分的预制桩截除，产生较大的浪费。

因此，工程界亟需寻找一种能减少沉桩阻力，并能提高软土强度的桩基施工方法及提高桩基工程质量和安全性的技术，既能克服传统钻孔灌注桩和预制桩的质量和施工存在的缺陷，又能降低造价，加快施工速度，保护我们的环境，实现文明施工，提高安全的安全性和建筑装配化的目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有桩基质量和施工周期长、造价高、施工困难及对周边环境影响大等不足，提供一种新型的桩基及其施工方法。

为达到上述目的，本专利采用的技术方案是：

所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，是在深部地层中引孔拌合的流态固化岩土体中插入的预制桩的施工工法；将预制桩沉入地基中的阻力由桩位地层产生的摩阻力降低为插入流态固化土的阻力；

所述的流态固化岩土体呈园柱形桩体，其外径大于插入的预制桩的直径；预制桩的桩间连接为机械连接；

所述的送桩杆的接头为机械连接；送桩杆与预制桩的连接端为筒状，套住预制桩的桩端；

进一步，预制桩和送桩杆长度按标准化设计，最大不超过15米；预制桩的桩顶被送至地面以下15～50米的深度；

进一步，在送桩深度一定范围内预埋有钢护筒导向，钢护筒内的土体被部分取出。

所述的预制桩截面为圆环形，外表面呈凹凸形；桩端不设端板，桩接头为受力主筋一一对接的螺锁式机械连接，混凝土接触面为高强树脂粘结。

所述的预制桩截面为方形，外表面呈凹凸形；桩端不设端板，桩接头为受力主筋一一对接的螺锁式机械连接，混凝土接触面为高强树脂粘结。

所述的流态固化岩土体是通过单轴搅拌桩机引孔，并喷入水泥基固化剂浆液，利用搅拌叶片将深部岩土体破碎、与固化剂浆液混合均和形成的流态固化土。单轴搅拌桩机上的喷浆口分布在搅拌叶片的上部和下部；向下引孔搅拌时，下喷浆口喷浆；向上提升搅拌时，上喷浆孔喷浆。

所述的流态固化岩土体是通过长螺旋钻机引孔，利用螺旋叶片的输送功能取出钻孔中的岩土，同时利用混凝土泵机从中空的钻杆中压入预拌的流态固化土充填钻孔。

所述的流态固化岩土体是通过旋挖钻机引孔，利用筒式钻头取出孔中的岩土体，并喷入水泥基固化剂浆液，利用钻具上的叶片将深部破碎的岩土体与固化剂浆液混合均和形成流态固化土。

所述的送桩杆的截面为圆形，送桩杆的外径不大于预制桩的外径；送桩杆的截面为矩形，送桩杆的边长不大于预制桩的边长。

所述的植桩机上设有自动定位装置和垂直导向装置，并在夹桩器上连接有大吨位的上拔千斤顶。

所述的在桩位的孔口处设有钢护筒导向架，对钻机的钻头定位和导向，同时也对植入的预制桩及送桩杆进行定位和导向。

所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，是按以下步骤进行：

第一步：植桩中心定位；

第二步：按与植桩中心相同定位，预埋入导向钢护筒；

第三步：在钢护筒导向下，向下引孔，并取出护筒内的土体；或者采用螺旋式叶片、筒式钻头将钢护筒内的土体取出；在送桩深度以下，对桩位的岩土体进行破碎和喷入固化剂浆液，拌合后形成流态固化土体；引孔拌合固化土的深度可以小于等于预制桩的长度，也可以大于预制桩的长度。

第四步：引孔钻机移出让位，将植桩机移进上位。

第五步：在钢护筒内向同心的流态固化土桩体内植入预制桩；

第六步：将送桩杆装配到植桩机上，把送桩头套入到预制桩端部，静力送桩；

第七步：将预制桩送达到设计送桩深度后，启动植桩机上的上拔千斤顶，拔出送桩杆。

第八步：启动植桩机上的夹具，拔出导向钢护筒。

本发明的预制桩产品具有工厂化制造，桩基的质量可靠，现场施工的自动化水平高、产品装配化程度高和降低工程造价等优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1引孔穿越硬地层减阻并使桩端进入持力层的植桩示意图。

图2引孔嵌入坚硬持力层减阻并加固软地层的植桩示意图。

图3预加固持力层的植桩示意图。

图4地层原位加固的减阻式植桩并长距送桩的效果图。

图5桩位预埋钢护筒。

图6在钢护筒内取土并引孔下钻喷浆加固原位地层。

图7在钢护筒内提升钻杆并喷浆搅拌加固原位地层。

图8在流态固化岩土桩体中同心静力植入预制桩。

图9安装送桩杆并将预制桩送入设计位置。

图10拔出送桩杆后拔除钢护筒。

图11开挖到基坑底后将预制桩顶锚固钢筋并与底板钢筋相连。

图中：11---填土和淤泥土，12---坚硬地层，13---粉土层，14----持力层，15---含砾卵石地层，16—硬粘土层，17---充积层，2---预制桩，3---固化土，4---底板或承台，41---底板或承台钢筋，42---预制桩端锚固钢筋，43---深基坑，5---钻机，51---钻杆，52---搅拌叶片，53---钻头，54---上喷浆口，55---下喷浆口，6---钢护筒，61---导向架，7---送桩杆，71---送桩杆端部。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实例一、引孔穿越坚硬地层将预制桩植入到持力层

参看图1，根据桩基设计要求，需要将预制桩2植入到具有持力层要求的粘土层16中，预制桩2需要穿越坚硬地层12，并对粘土层16以上的软弱地层(如填土和淤泥质土11和粉土层13)，通过喷入固化剂浆液混合形成加固土3，然后将预制桩2植入到位，从而突破了在该种分布地层中预制桩应用的限制，代替了常规设计只能采用的钻孔灌注桩，消除了钻孔泥浆对环境的影响，缩短了施工工期，节省了工程造价。

实例二、在桩长范围加固地层植入预制桩并嵌入硬土持力层

参看图2，在全桩长范围内的地层均都要喷入固化剂浆液混合形成加固土3，对桩端持力层14以上的软弱地层进行加固，提高地层的承载力，增加预制桩2的摩阻力。此外，通过引孔，使预制桩植入到坚硬的持力层14中，从而实现植入的预制桩2的承载力在加固后提高较大幅度。

实例三、加固含砾卵石地层形成植桩的持力层

参看图3，对预制桩2底端以下含砾卵石地层15的加固能形成较高的强度，可以代替预制桩2，从而缩短了预制桩2的长度。预制桩2为凹凸型管桩或方桩，与固化土3之间能紧密粘合形成一体。在预制桩2的顶部，通过桩端机械连接的螺孔，拧入锚固钢筋42与建筑物底板4中的钢筋41绑扎在一体，免去了传统预制桩中通过灌芯埋入钢筋笼与底板连接的麻烦，消除了预制桩与底板连接的不可靠性。

实例四、在原位加固土中长距送桩到达深基坑的底部

参看图4，在多层地下室中，深基坑支护结构使得坑内施工工程桩不具有可操作性，为此，需要在地表将桩基的顶端送入到地下室的底部，即深基坑的底部，这涉及到长距离送桩的难题。

利用本发明，需要设置定位钢护筒6和垂直度导向架61，通过引孔搅拌加固形成流态固化土3，然后用长距离送桩杆将预制桩2送入到基坑底部位置，由钢护筒6的保护和引孔减阻，大大降低了长距送桩的阻力，保证了长距送桩的垂直度，也为逆作法的一桩一柱施工提供了技术支撑。

实例五、在原位加固地层中植桩并长距送桩的施工方法

第一步：在桩位上先预埋钢护筒6和安装导向架61，参看图5；

第二步：参看图6，在钢护筒6上的安装导向架61的导向下，向下引孔，并取出护筒内的土体；或者采用螺旋式叶片、筒式钻头将钢护筒内的土体取出；在送桩深度以下，对桩位的岩土体进行破碎和喷入固化剂浆液，拌合后形成流态固化土体3；当采用单轴搅拌桩机5带动搅拌轴51旋转，并驱动钻头53钻进，搅拌轴51上分布有搅拌叶片52将土体破碎，搅拌轴51个布置有二个喷浆口，一个分布在搅拌叶片52的上方为上喷浆口54和分布在搅拌叶下方的下喷浆口55。当钻头53向下钻进时，上喷浆口54关闭，下喷浆口55喷出固化剂浆液与破碎的岩土体拌合形成流态固化土3，引孔制成的搅拌桩的深度可以小于等于预制桩2的长度，也可以大于预制桩的长度。

第三步：参见图7，提升搅拌轴51，此时关闭下喷浆口55，打开上喷浆口54，喷出的固化剂浆液立即被旋转的搅拌叶片52混合到破碎的岩土体中，并充分拌合混和。

第四步：引孔钻机5移出让位，将植桩机移进上位。

第五步：在钢护筒6内向同心的流态固化土桩体3内植入预制桩2，参见图8

第六步：将送桩杆7装配到植桩机上，把送桩杆筒式端头71套入到预制桩2端部，长距离送桩，参见图9；

第七步：将预制桩2送达到设计送桩深度后，启动植桩机上的上拔千斤顶，拔出送桩杆7。

第八步：启动植桩机上的夹具，拔出导向钢护筒6，参见图10。

参见图11，开挖深基坑43到底后，在预制桩2的顶部，通过桩端机械连接的螺孔，拧入锚固钢筋42与建筑物底板4中的钢筋41绑扎在一体，免去了传统预制桩中通过灌芯埋入钢筋笼与底板4连接的繁锁工序，确保了预制桩2与底板4连接的可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，地层减阻是通过钻穿硬地层和进入持力层，将预制桩沉入地基中的阻力由原始地层对预制桩产生的摩阻力降低为插入流态固化土的阻力；减阻式植桩是在原位形成流态固化岩土体，然后插入预制桩；地层原位加固是将固化剂浆液与岩土颗粒搅拌混合形成园柱形桩体，其外径大于插入的预制桩的外径；预制桩的桩间连接为机械连接；送桩杆的接头为机械连接；送桩杆与预制桩的连接端为筒状，套住预制桩的桩端；预制桩和送桩杆长度按标准化设计，最大不超过15米；长距送桩是将预制桩的桩顶送至地面以下15米～50米的深度；在送桩深度一定范围内预埋有钢护筒导向，钢护筒内的土体被部分预先取出。

2.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，预制桩截面为圆环形，外表面呈凹凸形；桩端不设端板，桩接头为受力主筋一一对接的螺锁式机械连接，混凝土接触面为高强树脂粘结。

3.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，预制桩截面为方形，外表面呈凹凸形；桩端不设端板，桩接头为受力主筋一一对接的螺锁式机械连接，混凝土接触面为高强树脂粘结。

4.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，流态固化岩土体是通过单轴搅拌桩机引孔，并喷入水泥基固化剂浆液，利用搅拌叶片将深部岩土体破碎、与固化剂浆液混合均和形成的流态固化土。单轴搅拌桩机上的喷浆口分布在搅拌叶片的上部和下部；向下引孔搅拌时，下喷浆口喷浆；向上提升搅拌时，上喷浆口喷浆。

5.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，流态固化岩土体是通过长螺旋钻机引孔，通过螺旋叶片的输送功能取出钻孔中的岩土，同时利用混凝土泵机从中空的钻杆中压入预拌的流态固化土充填钻孔。

6.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，流态固化岩土体是通过旋挖钻机引孔，利用筒式钻头取出孔中的岩土体，并喷入水泥基固化剂浆液，利用钻具上的叶片将深部破碎的岩土体与固化剂浆液混合均和形成流态固化土。

7.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，送桩杆的截面为圆形，送桩杆的外径不大于预制桩的外径；送桩杆的截面为矩形，送桩杆的边长不大于预制桩的边长。

8.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，植桩机上设有自动定位装置和垂直导向装置，并在夹桩器上连接有大吨位的上拔千斤顶。

9.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，在桩位的孔口处设有钢护筒导向架，对钻机的钻头定位和导向，同时也对植入的预制桩及送桩杆进行定位和导向。

10.根据权利要求1所述的一种地层原位加固的减阻式植桩与长距送桩方法，其特征是，按以下步骤进行：

第一步：植桩中心定位；

第二步：按与植桩中心相同定位，预埋入导向钢护筒；

第三步：在钢护筒导向下，向下引孔，并取出护筒内的土体；或者采用螺旋式叶片、筒式钻头将钢护筒内的土体取出；在送桩深度以下，对桩位的岩土体进行破碎和喷入固化剂浆液，拌合后形成流态固化土体；引孔拌合固化土的深度可以小于等于预制桩的长度，也可以大于预制桩的长度。

第四步：引孔钻机移出让位，将植桩机移进上位。

第五步：在钢护筒内向同心的流态固化土桩体内植入预制桩；

第六步：将送桩杆装配到植桩机上，把送桩头套入到预制桩端部，静力送桩；

第七步：将预制桩送达到设计送桩深度后，启动植桩机上的上拔千斤顶，拔出送桩杆。

第八步：启动植桩机上的夹具，拔出导向钢护筒。

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