CN111622217A - 一种旋喷施工后注浆预制管桩及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋喷施工后注浆预制管桩及其施工工艺，其施工方法如下：预制管桩制作过程中需要在桩身预埋注浆管，预制管桩不同桩段以焊接方式连接，位于预制管桩端部的旋喷装置钻头向桩孔设计位置土体处喷射高压水流使土体发生破坏，从而使预制管桩能通过自身重力进入到桩孔中，预制管桩桩端到达设计桩端位置后再通过旋喷装置向桩端位置喷射水泥浆，随后采用桩身注浆系统通过预埋在预制管桩桩身的注浆管向预制管桩桩周土体中注入水泥浆。本发明结构合理，操作简单，能够消除传统预制管桩施工过程中引起的挤土效应，桩身质量有保证，且桩端旋喷注浆和桩周注浆能够分别提高预制管桩的桩端和桩侧承载力，提高桩基承载性能。

Description

一种旋喷施工后注浆预制管桩及其施工工艺

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中一种预制管桩施工技术，特别是涉及采用旋喷注水施工后注浆的预制管桩及其施工工艺。

背景技术

预制管桩具有生产速度快，施工快速方便，桩身强度高且桩身质量有保障，造价低等优点，被广泛应用于实际工程中。然而随着我国城市化进程的推进，采用传统锤击法或静压法进行预制管桩施工时产生的挤土效应会对周边已有建筑物、地下设施以及地下管道等产生不利影响，使预制管桩在城市地区的应用受到了限制。

在预制管桩桩端安装旋喷装置，在施工过程中采用旋喷装置喷射高压水流切割桩孔中土体，使预制管桩能够通过自身重力进入到桩孔中，避免了预制管桩施工过程中挤土效应的产生。然而采用喷射高压水流切割桩孔中土体并将预制管桩插入到桩孔中后，由于桩孔中土体被破坏，使得预制管桩的桩端承载性能和桩侧摩擦特性都比较差，预制管桩极限承载力较小。通过旋喷装置在桩端位置喷射高压水泥浆能够固化桩端被切割的土体，使桩端土体强度得到提高，同时高压注浆过程也给了桩端土体一个预压荷载，能够提高桩端承载性能；通过桩侧注浆过程能够固化预制管桩桩周被高压水流切割的土体，增加了桩周土体的强度，同时注浆过程也能提高桩土接触面的法向压力，提高桩土接触面摩擦特性。

目前非挤土的预制管桩施工工法主要为采用钻机进行预钻孔，然后在钻孔内注入水泥浆并进行搅拌形成水泥土，然后将预制管桩插入到钻孔中，这种施工工法没法保证钻孔中水泥土的强度和均匀性，有时会出现桩周水泥土均匀性较差且有些区域水泥土强度很低，从而使得桩基承载力较低，引发安全事故。在通过旋喷注射高压水流将预制管桩插入到桩孔中后，在桩端位置和桩周不同深度处注射水泥浆能够保证桩端和桩周水泥浆的均匀性和强度，可以有效提高预制管桩的极限承载力。

发明内容

本发明的目的主要是解决传统锤击法或静压法进行预制管桩施工时产生的挤土效应问题和预钻孔注浆后插入预制管桩施工时产生的预制管桩周围水泥土强度不均匀问题，提供了一种新型非挤土预制管桩施工工法，采用旋喷装置喷射高压水流切割桩孔中的土体过程对周边土体的扰动很小，预制管桩插入到桩孔中后通过旋喷装置喷射高压水泥浆以及通过桩身注浆系统注射水泥浆能够保证桩端和桩周水泥浆的强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种旋喷施工后注浆预制管桩，包括多节以焊接形式连接预制管桩、旋喷装置和桩身注浆系统；所述预制管桩在预制管桩厂进行加工制造，预制管桩制作过程中需要在桩身预埋注浆管；所述旋喷装置的钻头通过支架固定在预制管桩端部；所述支架直径可以调节，在旋喷装置喷射高压水流和水泥浆过程中，支架打开且与预制管桩内壁紧密贴合使旋喷装置的钻头固定在预制管桩端部，同时封闭了预制管桩端部内部空间，使高压水流和水泥浆不会从预制管桩端部开口处进入预制管桩内部；所述预制管桩桩端进入到设计深度且旋喷装置喷射水泥浆使预制管桩桩端充满水泥浆后，将旋喷装置从预制管桩内部取出；所述的桩身注浆系统由桩身注浆系统注浆泵，桩身注浆系统储浆罐和桩身注浆系统注浆管组成；所述桩身注浆系统注浆管与预制管桩桩身上预埋的注浆管连接，用于将水泥浆注入到桩周土体中，所述桩身注浆系统在旋喷装置从预制管桩内部取出后通过预制管桩桩身预埋的注浆管对桩周土体进行注浆，使预制管桩周围充满水泥浆。

上述技术方案中，进一步的，预制管桩内部预埋的注浆管为空心薄壁钢管，且注浆管直径小于预制管桩壁厚。

进一步的，所述的旋喷装置钻杆为管状，用于将喷灌装置中的水或水泥浆输送至旋喷装置钻头；所述的旋喷装置钻头上开有出水孔，用于在预制管桩进入土体过程中喷射高压水流来切割土体从而使预制管桩进入桩孔中，或在预制管桩桩端到达设计桩端位置时通过喷射高压水泥浆使水泥浆充满桩端位置。

更进一步的，旋喷装置钻头所喷射的高压水直径略大于预制管桩直径，且旋喷装置钻头所喷射的高压水直径一般比预制管桩直径大3-5cm。

进一步的，预制管桩的桩身内部设有钢筋笼，所述的注浆管绑扎在钢筋笼上，注浆管上沿竖直方向每隔一定距离存在一个注浆孔，且相邻注浆孔的间距为2-4m，钢筋笼上共绑扎四根注浆管，且四根注浆管均匀分布于预制管桩上。

进一步的，注浆孔端部塞有一个橡胶塞，防止预制管桩插入土体过程中土体堵塞注浆孔，且桩周注浆时当注浆压力大于0.5MPa可以将橡胶塞冲开，不影响注浆过程。

进一步的，旋喷装置首先喷射高压水流切割桩孔中土体，待预制管桩桩端到达设计桩端深度后旋喷装置喷射水泥浆，喷射高压水流和水泥浆的压力范围为3-5MPa。

进一步的，旋喷装置喷射高压水流切割桩孔中土体后，预制管桩可以通过自身重力插入到桩孔中。

进一步的，旋喷装置钻头通过支架固定在预制管桩的桩端位置处，支架直径可以调节，在旋喷装置喷射高压水流和水泥浆过程中，支架与预制管桩内壁紧密贴合，当旋喷装置喷射水泥浆完成后，支架直径收缩并将旋喷装置从预制管桩内部取出。

进一步的，桩身注浆系统通过预制管桩桩身预埋的注浆管将水泥浆注入桩周土体中，且注浆压力范围为1-3MPa。

本发明还提供一种旋喷施工后注浆预制管桩的施工工艺，包括如下步骤：

以设计桩孔位置为中心，通过安装在预制管桩桩端的旋喷装置钻头喷射高压水流切割桩孔中的土体，使预制管桩在进入桩孔过程中所受的阻力较小，使其能通过自身重力进入桩孔中；第一节预制管桩桩端到达地表位置时，采用焊接方式连接下一节预制管桩，然后旋喷装置钻头继续喷射高压水流切割桩孔中的土体，使下一节预制管桩的桩顶到达地表位置，重复上述步骤直至预制管桩长度与设计桩长一致；预制管桩桩端达到设计桩端位置后，旋喷装置喷射高压水泥浆使水泥浆充满桩端位置，随后将旋喷装置钻头和旋喷装置钻杆从预制管桩内部移出；使用桩身注浆系统通过预埋在预制管桩桩身的注浆管将水泥浆注入到桩周土体中；桩端旋喷注浆和桩周注浆完成后预制管桩桩端及桩周均存在强度较高的水泥浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用旋喷装置喷射高压水流切割桩孔中土体，预制管桩可以通过自身重力插入到桩孔中，施工过程对周边环境的影响很小。

2.预制管桩插入到桩孔中后，通过旋喷装置喷射水泥浆，使水泥浆充满预制管桩桩端位置，预制管桩桩端水泥浆强度较高，能够显著提高预制管桩桩端承载性能。

3.采用桩身注浆系统通过预制管桩桩身预埋注浆管对预制管桩桩周土体进行注浆，使预制管桩周围分布有强度较高的水泥浆，能够显著提高预制管桩的桩侧摩擦性能。

附图说明

图1为旋喷装置喷射高压水流使第一节预制管桩以自身重力进入桩孔的过程示意图；

图2为预制管桩桩端达到设计深度旋喷装置喷射高压水泥浆充满桩端过程示意图；

图3为桩身注浆系统注射向桩周土体中注射水泥浆过程示意图；

图中：预制管桩1、注浆管1-1、注浆孔1-1-1、橡胶塞1-1-2、桩端水泥浆1-2、桩周水泥浆1-3、旋喷装置钻头2-1、旋喷装置钻杆2-2、钻杆动力装置2-3、喷灌装置2-4、支架2-5、桩身注浆系统注浆泵3-1、桩身注浆系统储浆罐3-2、桩身注浆系统注浆管3-3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图3所示为本发明的一种旋喷施工后注浆预制管桩，包括多节以焊接形式连接预制管桩1、旋喷装置和桩身注浆系统三个部分。

所述预制管桩1在预制管桩厂进行加工制造，预制管桩直径根据设计要求一般在300mm-1000mm之间，预制管桩壁厚范围在80mm-200mm之间；预制管桩制作过程中需要在桩身内部预埋注浆管1-1，所述注浆管1-1绑扎在预制管桩钢筋笼上，注浆管1-1直径小于预制管桩1壁厚，预制管桩1的桩身内部设有钢筋笼，钢筋笼上共绑扎四根注浆管，且四根注浆管均匀分布于预制管桩1上；所述注浆管上每隔一定距离存在一个注浆孔1-1-1，相邻注浆孔的间距为2-4m；所述注浆孔端部在预制管桩外表面上，且端部塞有一个橡胶塞1-1-2，防止预制管桩1插入土体过程中土体堵塞注浆孔；所述橡胶塞1-1-2在受到注浆压力大于0.5MPa会被浆液冲开，不影响桩周注浆过程；所述旋喷装置钻头2-1通过支架2-5固定在预制管桩1端部，且旋喷装置钻头2-1搅拌直径一般比预制管桩1直径大3-5cm；所述支架2-5直径可以调节，在预制管桩1进入土体过程中，支架2-5与预制管桩1内壁紧密贴合，当预制管桩桩端到达设计桩端位置处且桩端注浆完成后使桩端处充满桩端水泥浆1-2，支架2-5直径收缩并将旋喷装置2从预制管桩1内部取出；所述桩身注浆系统由桩身注浆系统注浆泵3-1，桩身注浆系统储浆罐3-2和桩身注浆系统注浆管3-3组成；所述桩身注浆系统注浆管3-3与预制管桩1桩身的注浆管1-1连接，用于将水泥浆注入到桩周土体中，所述桩身注浆系统3在旋喷装置从预制管桩1内部取出后，通过预制管桩1桩身预埋的注浆管1-1将水泥浆注入桩周土体中，使预制管桩1桩周充满桩周水泥浆1-3。

本发明的一种旋喷施工后注浆预制管桩的施工工艺如下：首先以设计桩孔位置为中心，通过安装在预制管桩1桩端的旋喷装置钻头2-1喷射高压水流切割桩孔中的土体，使预制管桩1在进入桩孔过程中所受的阻力较小，预制管桩1能通过自身重力进入桩孔中；第一节预制管桩桩顶到达地表位置时，采用焊接方式连接下一节预制管桩，然后旋喷装置钻头2-1继续喷射高压水流切割桩孔中的土体，使下一节预制管桩的桩顶到达地表位置，重复上述步骤直至预制管桩1长度与设计桩长一致；预制管桩桩端达到设计桩端位置后，旋喷装置喷射高压水泥浆使水泥浆充满桩端位置，随后将旋喷装置的旋喷装置钻头2-1和旋喷装置钻杆2-2从预制管桩1内部移出；使用桩身注浆系统3通过预制管桩内部预埋注浆管1-1将水泥浆注入到桩周土体中；桩端旋喷注浆和桩周注浆完成后预制管桩桩端及桩周均存在强度较高的水泥浆。

Claims (9)

1.一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于：包括多节以焊接形式连接得到的预制管桩(1)、旋喷装置和桩身注浆系统，所述的预制管桩(1)的桩身上预埋有注浆管(1-1)；所述旋喷装置由位于预制管桩(1)端部的旋喷装置钻头(2-1)，穿过预制管桩(1)内部空间的旋喷装置钻杆(2-2)，钻杆动力装置(2-3)和喷灌装置(2-4)组成，所述的旋喷装置钻头(2-1)通过旋喷装置钻杆(2-2)与钻杆动力装置(2-3)和喷灌装置(2-4)连接；所述的旋喷装置通过旋喷装置钻杆(2-2)向旋喷装置钻头(2-1)输送高压水流或水泥浆，从而实现对预制管桩(1)的桩端喷射高压水流或水泥浆，所述的喷射高压水流和水泥浆的压力范围为3-5MPa；所述的桩身注浆系统用于在预制管桩(1)端部达到设计位置后通过预埋在桩身的注浆管(1-1)进行桩周注浆；所述桩身注浆系统由桩身注浆系统注浆泵(3-1)，桩身注浆系统储浆罐(3-2)和桩身注浆系统注浆管(3-3)组成；所述桩身注浆系统注浆管(3-3)与预制管桩(1)桩身上预埋的注浆管(1-1)连接，用于将水泥浆注入到桩周土体中。

2.根据权利要求1所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，所述的旋喷装置钻杆(2-2)为管状，用于将喷灌装置(2-4)中的水或水泥浆输送至旋喷装置钻头(2-1)；所述的旋喷装置钻头(2-1)上开有出水孔，用于在预制管桩(1)进入土体过程中喷射高压水流来切割土体从而使预制管桩(1)进入桩孔中，或在预制管桩(1)桩端到达设计桩端位置时通过喷射高压水泥浆使水泥浆充满桩端位置。

3.根据权利要求2所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，所述的旋喷装置钻头(2-1)所喷射的高压水直径大于预制管桩(1)直径。

4.根据权利要求1所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，预制管桩(1)的桩身内部设有钢筋笼，所述的注浆管(1-1)绑扎在钢筋笼上，且注浆管(1-1)上沿竖直方向均匀分布有注浆孔(1-1-1)，相邻注浆孔之间的间距为2-4m，钢筋笼上共绑扎四根注浆管，且四根注浆管均匀分布于预制管桩(1)上。

5.根据权利要求4所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，所述的注浆孔(1-1-1)端部设有橡胶塞(1-1-2)，防止预制管桩(1)插入土体过程中土体堵塞注浆孔(1-1-1)，且当注浆压力大于0.5MPa将橡胶塞冲开，不影响桩周注浆过程。

6.根据权利要求1所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，旋喷装置钻头(2-1)通过支架(2-5)固定在预制管桩(1)的桩端位置处。

7.根据权利要求6所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，所述的支架直径可以调节；支架在预制管桩(1)进入土体过程中与预制管桩(1)内壁紧密贴合，使旋喷装置钻头(2-1)固定在预制管桩(1)桩端位置处；支架在预制管桩(1)桩端注浆完成后收缩，将旋喷装置从预制管桩(1)内部取出。

8.根据权利要求1所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩，其特征在于，桩身注浆系统通过预制管桩桩身预埋的注浆管(1-1)将水泥浆注入桩周土体中，且注浆压力范围为1-3MPa。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种旋喷施工后注浆预制管桩的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

以设计桩孔位置为中心，通过安装在预制管桩(1)桩端的旋喷装置钻头(2-1)喷射高压水流切割桩孔中的土体，使预制管桩(1)在进入桩孔过程中所受的阻力较小，从而使其能通过自身重力进入桩孔中；第一节预制管桩桩顶到达地表位置时，采用焊接方式连接下一节预制管桩，然后旋喷装置钻头(2-1)继续喷射高压水流切割桩孔中的土体，使下一节预制管桩的桩顶到达地表位置，重复上述步骤直至预制管桩(1)的长度与设计桩长一致；预制管桩(1)桩端达到设计桩端位置后，旋喷装置喷射高压水泥浆使水泥浆充满桩端位置，随后将旋喷装置钻杆(2-2)和旋喷装置钻头(2-1)从预制管桩(1)内部移出；使用桩身注浆系统通过预制管桩桩身内部预埋的注浆管(1-1)将水泥浆注入到桩周土体中；桩端旋喷注浆和桩周注浆完成后预制管桩(1)桩端及桩周均存在强度较高的水泥浆。

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