CN113293765A - 一种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，包括液压挤压装置和高压注浆装置，液压挤压装置设置于灌注桩的钢筋笼底端，与钢筋笼固定连接，高压注浆装置与液压挤压装置相连接，高压注浆装置随液压挤压装置的驱动端顶推而沿灌注桩向下运动；液压挤压装置的驱动端沿灌注桩向下顶推将桩底的混凝土与沉渣的混合物挤密压实，使得灌注桩底部混凝土桩段产生横向裂隙空间，通过高压注浆装置的注浆端向裂隙空间及桩侧进行高压注浆；本发明通过设置于钢筋笼底端的液压挤压装置顶推使底部桩段产生裂隙空间，利用高压注浆装置进行定量压力注浆，实现对桩底沉渣的有效挤密压实，最终达到提高基桩承载力、降低工程成本的目的。

Description

一种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，尤其涉及一种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统。

背景技术

钢筋混凝土灌注桩已被广泛应用于高层建筑、交通工程、市政工程等基础设施建设中，其具有成本低廉、承载力高、施工高效等优点。然而，灌注桩施工存在一个重大缺陷，即在成孔施工及下笼施工过程中会在桩底形成一定厚度的沉渣，而桩底沉渣虚土会造成基桩承载力降低且沉降量过大等技术问题，并会使灌注桩出现较多的工程质量问题。为减少桩底沉渣厚度，一般灌注桩施工中会采用清孔措施来减少桩底沉渣的厚度，但在实际工程中，清孔施工往往难以满足桩基规范对桩底沉渣厚度的技术要求。

在现有技术中，为解决上述施工技术难题，灌注桩施工会采用桩端后压浆技术，且希望通过后压浆技术挤密桩底沉渣，提高灌注桩的单桩承载力。但是，由于桩端后压浆的效果往往会受到桩端岩土类型、注浆设备和注浆工艺的影响，尤其是在黏性土和软黏土层中的后压浆质量难以控制、效果较差，后压浆施工的可靠度较低。并且，传统后压浆施工不能有效控制注浆压力和浆液流向以及扩散挤密范围，难于解决后压浆施工效果的不确定性难题。因此，为保证灌注桩满足承载力和沉降量的设计要求，传统的桩端后压浆技术有待得到创新发展。

发明内容

本发明的目的是为钢筋混凝土灌注桩后压浆施工技术提供一种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，从而能够通过可控定量技术有效地压实挤密灌注桩的桩底沉渣，达到提高桩端混凝土与沉渣混合物的强度及基桩承载力，减少基桩沉降量，并能够显著降低灌注桩成本。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统包括液压挤压装置和高压注浆装置，所述液压挤压装置设置于灌注桩的钢筋笼的底端，并与所述钢筋笼固定连接，所述高压注浆装置与所述液压挤压装置相连接，且所述高压注浆装置随所述液压挤压装置的驱动端顶推而沿灌注桩轴向向下移动；所述液压挤压装置的驱动端沿灌注桩轴向向下顶推将桩底的混凝土与沉渣的混合物挤密压实，并使得灌注桩的底部混凝土桩段产生横向裂隙空间，且通过所述高压注浆装置的注浆端向裂隙空间及桩侧进行高压注浆。

作为优选，所述液压挤压装置包括压板、钢环箍和用于驱动压板竖向运动的驱动机构，所述钢环箍连接在所述钢筋笼的底部，所述驱动机构安装在所述钢环箍上，所述压板的上端面与所述驱动机构的驱动端连接，所述压板的下端面朝向于桩底的沉渣。

作为优选，所述驱动机构包括液压挤压单元和设置在地表上的液压站，所述液压挤压单元紧贴在所述钢环箍内侧并固定，所述液压站用于给液压挤压单元提供动力源，所述压板与液压挤压单元的驱动端连接。

作为优选，所述液压挤压装置还包括横向液压管路和竖向液压管路，所述竖向液压管路与所述横向液压管路相连通，且所述竖向液压管路位于所述钢环箍的内侧，并上穿所述灌注桩与所述液压站所设有的出油口密封相连。

作为优选，所述液压挤压单元至少设置有三个，且所述液压挤压单元沿钢环箍周向均匀地分布并固定在所述压板的上端面上，每个所述液压挤压单元的进油口均通过所述横向液压管路串联连通。

作为优选，所述钢筋笼包括多根竖向主筋、螺旋箍筋以及多根连接筋，多根所述的竖向主筋呈圆周方向排列设置，且所述螺旋箍筋捆扎固定在多根竖向主筋的外周侧，多根所述连接筋的上端分别连接在多根所述竖向主筋的下端段，多根所述连接筋的下端分别与所述钢环箍连接。

作为优选，所述压板的中心设有通孔且压板的截面为环形状。

作为优选，所述高压注浆装置包括竖向注浆管、竖向注浆伸缩管、固定在压板上端面上的环形注浆槽道和设置在地表上的高压注浆泵，所述竖向注浆管的下端与所述竖向注浆伸缩管的上端相连接，所述竖向注浆管上穿所述灌注桩并与所述高压注浆泵的出口端相连通，所述竖向注浆伸缩管的下端与环形横向注浆管路相连通，且所述环形横向注浆管路位于所述环形注浆槽道内或位于所述环形注浆槽道的外侧壁上端面；所述环形横向注浆管路的侧壁上设有多个沿周向分布的注浆孔。

作为优选，所述竖向注浆伸缩管靠近竖向注浆管的一端设有柔性密封套，所述竖向注浆管的下端滑动插装在竖向注浆伸缩管的上端中，所述柔性密封套上端的内侧壁贴合密封在所述竖向注浆管的外侧壁上，且所述柔性密封套与所述竖向注浆管沿轴向可滑动。

作为优选，多个所述注浆孔外均用橡胶套管封闭并形成多个单向注浆阀，在高压水泥浆压灌下，多个所述注浆孔能够实现从所述注浆孔向其外部单方向注浆。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过液压挤压装置以可控方式向下垂直压实挤密桩底混凝土与沉渣混合物，该装置的顶推压力与顶推行程可以通过地表液压站精准控制，从而确保实现灌注桩桩端设计的开裂空间大小，并有效控制压力注浆扩散路径、分布空间及注浆总量。

2、本发明适用于多种类型灌注桩，包括钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、夯扩灌注桩及旋挖桩等，特别适用于15m～50m的中短长度的端承桩、摩擦端承桩或端承摩擦桩。

3、通过调整液压挤压装置的竖向液压挤压单元组件个数，以及顶推压力与顶推行程，可以对桩端混凝土与沉渣混合物的挤密压缩量进行定量控制，从而合理控制基桩承载力提高程度与基桩沉降量大小，有效节省注浆材料。

4、利用液压挤压装置进行顶推可以产生预期的较大裂隙空间，从而有效提高了高压浆液的可注性、连续性和均匀性，这也有利于高压浆液沿桩侧界面向上压注扩散，进而在提高基桩端承力的同时也可以有效提高桩侧摩阻力。

附图说明

图1是本发明实施例1的灌注桩整体结构示意图；

图2是本发明实施例1的液压挤压装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1的高压注浆装置的结构示意图；

图4是本发明实施例1的钢筋笼与钢环箍之间的连接结构示意图；

图5是本发明实施例1的机械挤压及高压注浆系统的结构俯视示意图；

图6是本发明实施例1的机械挤压及高压注浆系统的结构剖视示意图；

图7是本发明实施例2的机械挤压及高压注浆系统的结构俯视示意图；

图8是本发明实施例2的机械挤压及高压注浆系统的结构剖视示意图。

附图中的标号分别为：1、液压挤压装置；2、高压注浆装置；3、驱动机构；4、液压挤压单元；5、竖向液压管路；6、液压站；7、竖向注浆管；8、竖向注浆伸缩管；9、环形横向注浆管路；10、环形注浆槽道；11、柔性密封套；12、钢筋笼；13、竖向主筋；14、螺旋箍筋；15、连接筋；16、钢环箍；17、压板；18、横向液压管路；20、灌注桩；24、高压注浆泵；25、进油阀；26、注浆孔；27、橡胶套管；28、单向注浆阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1至8所示，本发明包括液压挤压装置1和高压注浆装置2，液压挤压装置1设置于灌注桩20的钢筋笼12的底端，并与钢筋笼12固定连接，高压注浆装置2与液压挤压装置1相连接，且高压注浆装置2随液压挤压装置1的顶出端移动而沿灌注桩20轴向向下移动；液压挤压装置1的顶出端沿灌注桩20轴向向下顶推将桩底的混凝土与沉渣的混合物挤密压实，并使得灌注桩20的底部混凝土桩段产生横向裂隙空间，且通过高压注浆装置2的注浆端向裂隙空间及桩侧进行高压注浆；通过设置于钢筋笼底端的液压挤压装置的顶推使底部桩段产生裂隙空间，再利用高压注浆装置进行定量压力注浆，实现对桩底沉渣的有效挤密压实，最终达到提高基桩承载力、降低工程成本的目的。

液压挤压装置1包括压板17、钢环箍16和用于驱动压板17竖向运动的驱动机构3，钢环箍16连接在钢筋笼12的底端，驱动机构3安装在钢环箍16上，压板17的上端面与驱动机构3的驱动端连接，压板17的下端面朝向于桩底的沉渣；这样使得压板17在通过驱动机构3驱动时，压板17能直接对桩底的沉渣进行有效的挤压。

驱动机构3包括液压挤压单元4和设置在地表上的液压站6，液压挤压单元4紧贴在钢环箍16内侧并固定，这样使得整个驱动机构在灌注桩20内的结构更为紧凑，空间得到有效的利用；液压站6用于给液压挤压单元4提供动力源，压板17与液压挤压单元4的驱动端连接，该液压挤压单元4为千斤顶；这样使得顶推压力与顶推行程可以通过位于地表上的液压站精准控制，从而确保实现灌注桩桩端设计的开裂空间大小，并有效控制压力注浆扩散路径、分布空间及注浆总量。

液压挤压装置1还包括横向液压管路18和竖向液压管路5，竖向液压管路5与横向液压管路18相连通，且竖向液压管路5位于钢环箍16的内侧，并上穿灌注桩20与液压站6所设有的出油口密封相连；这样能将液压挤压单元4通过横向液压管路18串通并能同时控制，并通过竖向液压管路5能通过液压站6直接控制；横向液压管路18位于环形注浆槽道10内或位于环形注浆槽道10的外侧壁上端面。

液压挤压单元4设置有三个，且液压挤压单元4沿钢环箍16周向均匀地分布并固定在压板17的上端面上，每个液压挤压单元4的进油口均通过横向液压管路18串联连通；这样使得液压挤压单元4在驱动压板17的过程中，稳定性更好。

钢筋笼12包括多根竖向主筋13、螺旋箍筋14以及多根连接筋15，多根竖向主筋13呈圆周方向排列设置，且螺旋箍筋14捆扎固定在多根竖向主筋13的外周侧，多根连接筋15的上端分别连接在多根竖向主筋13的下端段，多根连接筋15的下端分别与钢环箍16连接；这样使得钢环箍16固定之后更为稳固。

压板17的中心设有通孔且压板17的截面为环形状，这样在灌注灌注桩20时，便于桩底沉渣从压板17的中心通孔返浆。

高压注浆装置2包括竖向注浆管7、竖向注浆伸缩管8、固定在压板上端面上的环形注浆槽道10和设置在地表上的高压注浆泵24，竖向注浆管7的下端与竖向注浆伸缩管8的上端相连接，竖向注浆管7上穿灌注桩20并与高压注浆泵24的出口端相连通，竖向注浆伸缩管8的下端与环形横向注浆管路9相连通，且环形横向注浆管路9位于环形注浆槽道10内或位于环形注浆槽道10的外侧壁上端面；环形横向注浆管路9的侧壁上设有多个沿周向分布的注浆孔26；通过此高压注浆装置2的设置，能使底部桩段产生裂隙空间，利用高压注浆装置进行定量压力注浆，实现对桩底沉渣的有效挤密压实，最终达到提高基桩承载力、降低工程成本的目的。

竖向注浆伸缩管8靠近竖向注浆管7的一端设有柔性密封套11，竖向注浆管7的下端滑动插装在竖向注浆伸缩管8的上端中，柔性密封套11上端的内侧壁贴合密封在竖向注浆管7的外侧壁上，且柔性密封套11与竖向注浆管7沿轴向可滑动；当压板17在液压挤压单元4的顶推作用下并沿灌注桩20轴向产生垂直下移时，竖向注浆伸缩管8将随之产生竖向位移，以保障水泥浆高压注浆管路畅通，并维持全部水泥浆注浆管路通畅。

多个注浆孔26外均用橡胶套管27封闭并形成多个单向注浆阀28，在高压水泥浆压灌下，多个注浆孔26能够实现从注浆孔26向其外部单方向注浆；这样不仅能防止在灌注灌注桩20时，混凝土灰浆进入注浆孔26，还便于通过注浆孔26向裂隙空间及桩侧进行高压注浆时，能及时撑开橡胶套管27而实现单方向注浆；在不使用水泥浆灌注时，橡胶套管27收缩，并封住注浆孔26。

实施例1

下面结合实施例和附图1～6对本发明作进一步阐述说明，该实施例为一根钻孔灌注桩，桩长为30m，桩径为800mm，钢筋笼12的外径为700mm、内径为660mm，钢筋笼12设置8根直径为20mm的竖向主筋13，并设有2根竖向注浆管7。桩端持力层为密实粉土，极限端阻力标准值为1000kPa。

利用本发明桩端的机械挤压及高压注浆系统，将3个液压挤压单元4均匀地分布并固定在带有中心孔的压板17之上，并通过焊接与钢环箍16内侧固定连接，液压挤压单元4由横向液压管路18串联连接，并通过可伸缩的竖向液压管路5和液压站6所设置的进油阀25相连通，该可伸缩的竖向液压管路5可参照高压注浆装置2内的竖向注浆管7与竖向注浆伸缩管8之间的连接关系，通过可伸缩的竖向液压管路5不会随着液压挤压单元4在向下运动过程中而发生拉断的现象；竖向注浆管7和高压注浆泵24相连接，竖向注浆管7的下端和竖向注浆伸缩管8的上端连接，竖向注浆伸缩管8底端穿过环形注浆槽道10上端面的通孔，与环形注浆槽道10内的环形横向注浆管路9固定连接，环形注浆槽道10的底部和压板17的顶面焊接固定，竖向主筋13和钢环箍16焊接固定，连接筋15的下端通过焊接方式将竖向主筋13和钢环箍16连接在一起。

本实施例中液压挤压单元4的数目为3个，每个液压挤压单元4的直径均为140mm，3个液压挤压单元4通过横向液压管路18串联成环形液压通路，横向液压管路18和液压挤压单元4的进油口通过油阀相连，竖向液压管路5沿竖向设置的液压挤压单元4的侧壁竖直向下穿过环形注浆槽道10上端面的通孔，横向液压管路18沿着环形注浆槽道10内部环形铺设，液压挤压单元4的进油口附近的横向液压管路18预留出一段距离以保证压板17向下运动时横向液压管路18不被拉断，可伸缩的竖向液压管路5和横向液压管路18之间使用油阀连接成液压通路，可伸缩的竖向液压管路5沿竖向注浆管7向上延伸至地面和液压站6密封连接，可伸缩的竖向液压管路5和竖向注浆管7通过钢丝与竖向主筋13绑扎在一起，可伸缩的竖向液压管路5在环形注浆槽道10附近预留出一段距离以保证压板17向下运动时可伸缩的竖向液压管路5不被拉断。

本实施例中液压挤压单元4的加载能力取决于桩端岩土的极限端阻力标准值和液压挤压单元4的设置数量。根据桩基设计，本实施例中的灌注桩20极限端阻力标准值为44吨，本实施例中的单个液压挤压单元4的加载能力选取15吨可以满足要求。

本实施例中压板17为环形钢板，压板17的外径略小于钢筋笼12的内径，压板17中心的返浆孔为圆形，直径为350mm，可以满足桩身混凝土浇筑过程中向上正常返浆的技术要求。

本实施例中竖向注浆管7选用2根钢管，沿钢筋笼对称分布，竖向注浆管7的下部和竖向注浆伸缩管8上部采用套装连接，竖向注浆管7和钢筋笼12的竖向主筋13固定连接。

环形横向注浆管路9在环形注浆槽道10内部呈环形放置，环形横向注浆管路9和竖向注浆伸缩管8底部端头固定连接形成注浆通路，环形横向注浆管路9上均匀对称设置设有8个注浆孔26，且8个注浆孔26外均用橡胶套管27封闭并形成8个单向注浆阀28，单向注浆阀28的注浆孔设置朝向为压板17的中心方向，保证单向注浆阀在高压水泥浆冲击下能够实现从环形横向注浆管路9向其外部单向注浆。

本实施例中2根竖向注浆伸缩管8的内径略大于2根竖向注浆管7的外径，竖向注浆伸缩管8上部与竖向注浆管7下部套装连接，并采用柔性密封套11将连接口部位柔性封闭，竖向注浆伸缩管8底部端头穿过环形注浆槽道10上端面的通孔与环形横向注浆管路9固定连接形成注浆通路。

实施例2

实施例2为本发明的机械挤压及高压注浆系统的另一种实现方式，如图7和图8所示，本实施例采用和实施例1相同的基桩设计参数，本实施例不再重复描述与实施例1相似的构成部分。本实施例与实施例1的区别在于，如图7所示，压板17中心部分的空洞为异型，液压挤压单元4的数目为4个，且均匀对称地分布在压板17四周。相比实施例1中的圆形压板17，本实施例采用异型中心孔压板17可以节省压板17的材料，减轻桩端顶推注浆系统的整体重量，并可以提供更大的中间孔洞，保证在桩身混凝土灌注时可以更好地向上返浆，从而减少桩端沉渣厚度。本实施例中环形注浆槽道10采用横向外凹的方式布设，有利于提高注浆孔26上的橡胶套管27的注浆开塞成功率。

本发明的机械挤压及高压注浆系统对应的使用方法包括以下工艺步骤：

S1、将液压顶推注浆装置1和高压注浆装置2的主体固定连接于钢筋笼12的底端，并将钢筋笼12平稳吊放入桩孔内的设计深度位置；

S2、通过混凝土导管对桩孔进行自下而上的混凝土灌注，形成圆柱形钢筋混凝土灌注桩20；

S3、灌注桩20养护1～3天后，启动液压站6，通过液压站6的液压驱动控制液压挤压装置1的各液压挤压单元4顶推，进而将压板17向下推移，并将基桩底部的混凝土与沉渣的混合物强力压实挤密；

S4、在压板17垂直向下运动后，灌注桩20的底部混凝土桩段会产生横向裂隙空间，之后启动高压注浆泵24，水泥浆在压力作用下通过注浆管路注入环形横向注浆管路9内，并使环形横向注浆管路9中的各注浆孔26开塞，随后经过注浆孔26向底部桩段的裂隙空间及桩侧进行高压注浆；

S5、采用本发明的机械挤压及高压注浆系统对桩端进行液压顶推及高压注浆15天后，桩底混凝土与沉渣的混合物会被挤密、压实与固化，形成高质量完整的灌注桩20，并达到提高基桩的承载力与降低基桩的沉降量的目的。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，包括液压挤压装置(1)和高压注浆装置(2)，其特征在于：液压挤压装置(1)设置于灌注桩(20)的钢筋笼(12)的底端，并与钢筋笼(12)固定连接，高压注浆装置(2)与液压挤压装置(1)相连接，且高压注浆装置(2)随液压挤压装置(1)的驱动端顶推而沿灌注桩(20)轴向向下运动；液压挤压装置(1)的驱动端沿灌注桩(20)轴向向下顶推将桩底的混凝土与沉渣的混合物挤密压实，并使得灌注桩(20)的底部混凝土桩段产生横向裂隙空间，且通过高压注浆装置(2)的注浆端向裂隙空间及桩侧进行高压注浆。

2.根据权利要求1的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：液压挤压装置(1)包括压板(17)、钢环箍(16)和用于驱动压板(17)竖向运动的驱动机构(3)，钢环箍(16)连接在钢筋笼(12)的底端，驱动机构(3)安装在钢环箍(16)上，压板(17)的上端面与驱动机构(3)的驱动端连接，压板(17)的下端面朝向于桩底的沉渣。

3.根据权利要求2的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：驱动机构(3)包括液压挤压单元(4)和设置在地表上的液压站(6)，液压挤压单元(4)紧贴在钢环箍(16)内侧并固定，液压站(6)用于给液压挤压单元(4)提供动力源，压板(17)与液压挤压单元(4)的驱动端连接。

4.根据权利要求3的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：液压挤压装置(1)还包括横向液压管路(18)和竖向液压管路(5)，竖向液压管路(5)与横向液压管路(18)相连通，且竖向液压管路(5)位于钢环箍(16)的内侧，并上穿灌注桩(20)与液压站(6)所设有的出油口密封相连。

5.根据权利要求4的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：液压挤压单元(4)至少设置有三个，且液压挤压单元(4)沿钢环箍(16)周向均匀地分布并固定在压板(17)的上端面上，每个液压挤压单元(4)的进油口均通过横向液压管路(18)串联连通。

6.根据权利要求2的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：钢筋笼(12)包括多根竖向主筋(13)、螺旋箍筋(14)以及多根连接筋(15)，多根竖向主筋(13)呈圆周方向排列设置，且螺旋箍筋(14)捆扎固定在多根竖向主筋(13)的外周侧，多根连接筋(15)的上端分别连接在多根竖向主筋(13)的下端段，多根连接筋(15)的下端分别与钢环箍(16)连接。

7.根据权利要求2的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：压板(17)的中心设有通孔且压板(17)的截面为环形状。

8.根据权利要求2的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：高压注浆装置(2)包括竖向注浆管(7)、竖向注浆伸缩管(8)、固定在压板(17)上端面上的环形注浆槽道(10)和设置在地表上的高压注浆泵(24)，竖向注浆管(7)的下端与竖向注浆伸缩管(8)的上端相连接，竖向注浆管(7)上穿灌注桩(20)并与高压注浆泵(24)的出口端相连通，竖向注浆伸缩管(8)的下端与环形横向注浆管路(9)相连通，且环形横向注浆管路(9)位于环形注浆槽道(10)内或位于环形注浆槽道(10)的外侧壁上端面；且环形横向注浆管路(9)的侧壁上设有多个沿周向分布的注浆孔(26)。

9.根据权利要求8的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：竖向注浆伸缩管(8)靠近竖向注浆管(7)的一端设有柔性密封套(11)，竖向注浆管(7)的下端滑动插装在竖向注浆伸缩管(8)的上端中，柔性密封套(11)上端的内侧壁贴合密封在竖向注浆管(7)的外侧壁上，柔性密封套(11)与竖向注浆管(7)沿轴向可滑动。

10.根据权利要求8的用于灌注桩端沉渣处理的机械挤压及高压注浆系统，其特征在于：多个注浆孔(26)外均用橡胶套管(27)封闭并形成多个单向注浆阀(28)，在高压水泥浆压灌下，多个注浆孔(26)能够实现从注浆孔(26)向其外部单方向注浆。

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