CN111927334A - 基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置及施工方法，该发明的装置整体结构简单且施工方便，采用钻、扰、注一体化结构，节约钻孔费用和时间，注浆封孔器可以有效解决冒浆问题，节约施工成本；本发明施工方法方便，先扰后注，能够有效控制浆液流动，对既有桩基的加固效果较好。一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置，包括钻杆，钻杆为中空结构，钻杆下端设置钻头，钻杆自上而下设有螺旋叶片，钻杆外周套装注浆封孔器，钻杆上端设置注水管道和注浆管道，钻杆下部设置注水喷头和注浆喷头，注水喷头与注水管道相连，注浆喷头和注浆封孔器均与注浆管道相连。

Description

基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置及施工方法，属于桩基加固施工装置技术领域。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

桩基础是当代建筑工程和桥梁工程中经常采用的基础形式，我国的桩基工程建设和维护在最近数十年的时间里也得到了不断发展，作为工程下部结构承重构件，桩基安全和稳定性对工程的正常使用至关重要。经过数十年的运营荷载和自然环境等因素影响，大量的桩基工程出现了结构破坏和承载性能损伤等状况，需要进行加固维修。目前对桩基的常见加固方法主要有补桩法、锚杆静压桩、树根桩法和注浆加固法等，但上述加固方法多围绕新建桩基，关于既有桩基加固方面的研究较少。对既有桩基注浆加固的过程中，目前大多数施工工序为先用钻机钻孔，后在钻孔内放置注浆管注浆，钻孔与注浆两步分开施工进行，缺少钻孔与注浆一体化装置，浪费时间，不易控制浆液流动，造成浆液浪费，注浆质量无法得到保证；在注浆过程中，目前已有的装置无法解决注浆时冒浆的问题，造成浆液流失，增加了施工成本。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供了一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置及施工方法，该发明的装置整体结构简单且施工方便，采用钻、扰、注一体化结构，节约钻孔费用和时间，注浆封孔器可以有效解决冒浆问题，节约施工成本；本发明施工方法方便，先扰后注，能够有效控制浆液流动，对既有桩基的加固效果较好。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置，包括钻杆，钻杆为中空结构，钻杆下端设置钻头，钻杆自上而下设有螺旋叶片，钻杆外周套装注浆封孔器，钻杆上端设置注水管道和注浆管道，钻杆下部设置注水喷头和注浆喷头，注水喷头与注水管道相连，注浆喷头和注浆封孔器均与注浆管道相连。

所述基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置优选方案，钻头为高强度合金材质的喷气钻头，钻头与注气管道连通，注气管道设置在钻杆上端。

所述基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置优选方案，注浆封孔器为橡胶囊式注浆封孔器。

一种利用所述基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法，包括如下步骤：

（1）使用钻头在既有桩基周围等距离自钻旋转冲击土体成注浆孔，钻头冲击土体成孔过程中，钻杆通过旋转，带动钻杆螺旋叶片携带冲击后的土体到地面；

（2）成孔后，与注水管道相连的注水喷头高压喷水扰动既有桩基周围土体，与注浆管相连的注浆喷头后低压注浆，控制浆液的流动，使浆液在指定范围内流动；

（3）注浆喷头注浆过程中，开启注浆封孔器注浆，防止注浆时冒浆；

（4）从注浆孔底部依次往上分段注浆，然后每个注浆孔依次钻孔注浆，注浆孔分别形成自己的加固范围，总的加固范围将整个既有桩基包围起来达到加固既有桩基的目的；

（5）相邻钻孔之间的加固区域相互形成交叉，共同构成包围既有桩基的环向加固区域，形成一个整体加固。

所述利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法优选方案，步骤2）中喷水扰动时，提升钻杆，[zwb1] ，注水时的扰动压力为20MPa，扰动2米后，注浆管下放至扰动区底部，注浆喷头开始低压注浆，注浆压力为2 MPa，注浆时，在注浆管上部一米未扰动区域内，开启封孔器。

所述利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法优选方案，步骤4）采取后退式注浆，每两米为一施工段，待施工段内的混泥土达到相应强度后，方可施工下一段，直至距离桩顶一米深度时停止施工，每个桩基周围四个注浆孔依次施工，四个孔施工参数相同。

所述利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法优选方案，注浆水泥采用42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比平均为0.8:1，搅拌时间不少于2min。

本发明的优点在于：

（1）钻、扰、注一体化，节约钻孔费用和时间，缩短工期节约造价，装置结构简单，施工方便，高强度合金钻头通过喷气旋转冲击土体自钻成孔，成孔过程中通过螺旋叶片携带土体到地面，成孔效果好。

（2）注浆封孔器可以有效解决冒浆问题，提高浆液有效性，避免浆液的流失，节省了施工成本，提高了浆液的利用率，对既有桩基的加固效果好。

（3）先扰后注，通过高压喷水扰动土体并低压注浆，低压注浆使得浆液充分分布于扰动区域，实现了浆液分布的有效控制。

（4）多个钻孔分布在桩基的周围，各钻孔之间的加固区域交叉，形成一个整体加固区域，进一步提高了桩基的承载力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明实施例中加固既有桩基的一体化施工装置结构示意图。

图2为本发明实施例中注浆孔与既有桩基相对位置示意图。

上述附图中标记分别代表：1-钻杆、2-钻头、3-注浆封孔器、4-注水喷头、5-注浆喷头、6-钻杆螺纹、7-注气管道、8-注水管道、9-注浆管道、10-桩基、11-注浆孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中对于既有桩基的注浆加固研究依然缺乏，注浆加固过程中不易控制浆液流动，造成浆液的浪费，注浆质量无法得到保证；对既有桩基进行注浆加固的过程中，目前大多数做法为先用钻机钻孔，后在钻孔内放置注浆管注浆，钻孔与注浆两步依次施工进行，缺少钻孔与注浆一体化装置，浪费时间，加固效果较差；在注浆过程中，目前已有的装置无法解决注浆时冒浆的问题，造成浆液流失，增加施工成本。

实施例

参考图1和2，一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置，包括钻杆1，钻杆1为中空结构，钻杆1下端设置钻头2，钻杆1自上而下设有螺旋叶片6，钻杆1外周套装注浆封孔器3，钻杆1上端设置注水管道8和注浆管道9，钻杆1下部设置注水喷头4和注浆喷头5，注水喷头4与注水管道8相连，注浆喷头5和注浆封孔器3均与注浆管道9相连。

本实施例中，钻头2为高强度合金材质的喷气钻头，钻头2与注气管道7连通，注气管道7设置在钻杆1上端。

本实施例中，注浆封孔器3为橡胶囊式注浆封孔器。

一种利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法，包括如下步骤：

1.桩位测放：先用全站仪通过基点坐标在桥桩周围引入一些辅助坐标点，再通过这些坐标点，采用拉线和卷尺量测的方法定出钻孔孔位，既有桩基10长度为20米，钻孔深度为10米，加固深度为1/2桩长；

2. 引孔：使用一体化施工装置冲击土体成孔, 在既有桩基10周围等距离自钻旋转冲击土体成注浆孔11，钻头2冲击土体成孔过程中，钻杆1通过旋转，带动钻杆螺旋叶片6携带冲击后的土体到地面，钻孔采用直径

的合金钻头,可保证钻头顺利下沉, 一体化施工装置就位后，应使其平整稳固，在开钻前利用吊锤钻头和钻孔的垂直度进行检测，并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正，要求钻孔的倾斜度1%；

3. 扰动、注浆、封孔：成孔完毕后，搅拌水泥浆，在水泥浆里加入早强剂等，注浆水泥采用42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比平均为0.8:1，且严格控制水灰比，搅拌时间不少于2min，浆液进入储浆桶时必须用纱网过滤，防止杂物堵塞注浆管。开启高压水泵,待确定水流已射出喷嘴后，按照先扰后注工法进行施工，调整注水喷头4角度，先朝向既有桩基10摆动一定角度高压喷水扰动既有桩基周围土体，注浆管里面的注水喷头边提升边高压喷水扰动土体，喷水扰动时，提升钻杆，提升速度为10cm/min，注水喷头摆动速度为14cm/min，注水喷头的有效摆动角度为90°，注水时的扰动压力为20MPa，扰动2米后，注浆管下放至扰动区底部，注浆喷头开始低压注浆，注浆压力为2 MPa，注浆时，在注浆管上部一米未扰动区域内，开启封孔器，防止冒浆；

采取后退式注浆，每两米为一施工段，待施工段内的混泥土达到相应强度后，方可施工下一段，直至距离桩顶一米深度时停止施工；每个桩基周围四个注浆孔依次施工，四个孔施工参数相同，从而使得加固区域形成一个断面为四边形的结构，注浆孔布置还可以选择其他数目，其摆动角度根据所要形成的断面形状确定，其所形成加固区域的断面形状也可以根据需求进行选择，注浆孔的数目选择以及对应摆动的角度根据需求设置即可，其设置数目大于等于3个，在此不再赘述；

4. 注浆加固体取芯：施工结束，养护达到规定强度后进行取芯，每个钻孔取3个芯样，芯样大小为50x100mm，每个取芯位置沿深度方向取两个。

芯样进行抗压强度试验，试验过程中采用一体化设备监测记录注浆压力及注浆量，采用位移计监测地表隆起情况。

本发明实施例结果分析：

采用一体化施工设备加固既有桩基后，经钻芯取样,芯样较完整,混凝土抗压强度平均值达到35MPa左右,说明设备摆喷时扰动土体充分，压浆时浆液与土体搅拌均匀；使用挖机开挖桩周土，注浆加固体连续无间断且中间无夹泥等情况，注浆加固体与桩基的黏合紧密；通过注浆前后的静载试验，利用先扰后注法加固1/2桩长，桩基承载力提高了在30%左右，桩基承载力提高幅度较大，加固效果较好；由于封孔器的作用，地表隆起小于20mm，冒浆问题得到有效解决；由于钻孔和注浆一体化，省去了钻孔费用且节约了时间，先扰后注法控制了浆液的流动，减少了浆液的无效浪费，综合对比，施工成本减少了20%-30%，经济效果显著。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置，包括钻杆（1），钻杆（1）为中空结构，钻杆（1）下端设置钻头（2），钻杆（1）自上而下设有螺旋叶片（6），其特征在于：钻杆（1）外周套装注浆封孔器（3），钻杆（1）上端设置注水管道（8）和注浆管道（9），钻杆（1）下部设置注水喷头（4）和注浆喷头（5），注水喷头（4）与注水管道（8）相连，注浆喷头（5）和注浆封孔器（3）均与注浆管道（9）相连。

2.根据权利要求1所述基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置，其特征在于：钻头（2）为高强度合金材质的喷气钻头，钻头（2）与注气管道（7）连通，注气管道（7）设置在钻杆（1）上端。

3.根据权利要求1或2所述基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置，其特征在于：注浆封孔器（3）为橡胶囊式注浆封孔器。

4.一种利用权利要求1或2所述基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）使用钻头在既有桩基(10)周围等距离自钻旋转冲击土体成注浆孔，钻头冲击土体成孔过程中，钻杆（1）通过旋转，带动钻杆（1）螺旋叶片（6）携带冲击后的土体到地面；

（2）成孔后，与注水管道（8）相连的注水喷头（4）高压喷水扰动既有桩基周围土体，与注浆管相连的注浆喷头后低压注浆，控制浆液的流动，使浆液在指定范围内流动；

（3）注浆喷头注浆过程中，开启注浆封孔器注浆，防止注浆时冒浆；

（4）从注浆孔底部依次往上分段注浆，然后每个注浆孔依次钻孔注浆，注浆孔分别形成自己的加固范围，总的加固范围将整个既有桩基包围起来达到加固既有桩基的目的；

（5）相邻钻孔之间的加固区域相互形成交叉，共同构成包围既有桩基的环向加固区域，形成一个整体加固。

5.根据权利要求4所述利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法，其特征在于：步骤2）中喷水扰动时，提升钻杆，提升速度为10cm/min，注水喷头（4）摆动速度为14cm/min，注水喷头（4）有效摆动角度为90°，注水时的扰动压力为20MPa，扰动2米后，注浆管下放至扰动区底部，注浆喷头开始低压注浆，注浆压力为2 MPa，注浆时，在注浆管上部一米未扰动区域内，开启封孔器。

6.根据权利要求4所述利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法，其特征在于：步骤4）采取后退式注浆，每两米为一施工段，待施工段内的混泥土达到相应强度后，方可施工下一段，直至距离桩顶一米深度时停止施工，每个桩基周围四个注浆孔依次施工，四个孔施工参数相同。

7.根据权利要求4或5或6所述利用基于浆液控制加固既有桩基的一体化施工装置进行桩基加固的施工方法，其特征在于：注浆水泥采用42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比平均为0.8:1，搅拌时间不少于 2min。

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