CN113322939A - 基于cpdb技术及活动式防堵塞装置的ptc管桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩及其施工方法，包括预制钢筋混凝土管，其中心为主排水通道；预制钢筋混凝土管的外壁上设有轴向贯通桩身的凹槽，凹槽内部嵌有活动式防堵塞装置且设有若干横孔；预制钢筋混凝土管内壁及横孔内壁上均铺设毛细透排水带，活动式防堵塞装置内设有开孔和夹层，夹层空隙中则设有细密钢丝滤网和活动金属隔断。本发明在保证PTC管桩承载能力及排水能力的同时，利用活动式防堵塞装置解决了其排水孔易淤堵的问题，并且在解除隔断时没有地基扰动和操作困难等问题。利用CPDB技术增大了PTC管桩的总排水量和排水效率，尤其是通过其虹吸效应提高了在无抽水泵等外力作用时管桩内部积水的竖向排水效率。

Description

基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩及其施工方法，适用于对软弱地基进行加固的情况。

背景技术

在地基处理中常采用复合地基形式对软弱地基进行加固处理，其中桩基础能向深部土层传递荷载，得到广泛应用。普通预制混凝土桩的桩身材料自重大，且透水性差，桩体自身易发生较大沉降，且地基固结缓慢，不利于地基土的承载力充分发挥；而开孔排水管桩在施工及后续使用过程中，桩周围土体易挤入排水孔中造成堵塞，导致桩身排水能力显著下降，同时，开孔排水管桩在无较大外力(如抽水泵)作用时存在内部排水效率不足的问题，大量孔隙水积蓄在桩身内，影响土体固结能力和桩身承载能力，严重时会引起建筑物的沉降、变形或倾斜。

毛细透排水带(Capillary Pervious Drain Belt，简称CPDB)是指在软质薄塑胶片上开设密集导水槽孔，其软质薄塑胶片厚约2mm，在宽度方向每隔1.5mm开设直径约1mm的导水槽孔，再沿每个导水槽孔的下方，纵向剖开约0.3mm宽度的毛细槽沟，从而在断面上形成内大外小、形状如“Ω”的吸排水通道。铺设时毛细槽沟这面朝下，在毛细水压力的作用下，土中水经毛细槽沟进入导水槽孔中；另一方面，毛细槽沟的宽度比导水槽孔的直径小，且毛细槽沟向下，水流中的土颗粒因重力作用自然沉淀，不会随水流进入导水槽孔内，也不会紧贴在毛细槽沟附近产生淤积。毛细透排水带作为新型排水材料，有效结合了毛细力、虹吸力、表面张力和重力的效力，克服了传统排水材料易堵塞的缺点，解决了渗渠因滤层阻塞集水困难的问题，其特点包括但不限于：①不堵塞；②具排水排(潮)气功能；③抗土压力强；④主动式排水；⑤高渗透性；⑥具自清功能；⑦施工简单；⑧具挠曲柔性；⑨低成本。相比传统排水技术，毛细透排水带可谓是名副其实的“水流高速公路”，具有重要工程价值，但相关技术目前在桩基础及其复合地基处理方面尚未得到较好应用。

通过公开专利检索，发现以下对比文件：

CN112252305A公开了一种防淤堵排水预制桩及其施工方法，包括桩身、桩尖、套管及桩帽，桩身外部滑动并同轴套装套管，桩身的外壁上制出有多道周向均布且轴向贯通桩身的凹槽；凹槽的内壁上铺设有排水带，凹槽的内壁上制出有多个塞孔；塞孔内均固定插接有水溶性栓塞，水溶性栓塞的中部穿透排水带。该防淤堵排水预制桩结合桩基的承载能力和排水能力，把排水带铺设在桩身凹槽内并固定，而提供一种新型的减压排水预制桩及其施工工艺。

经分析，该专利应用于软弱地基加固的情况存在两点缺陷：1、套管与桩身一同打入土体后，桩周土受到挤压，桩身侧摩阻力骤增，此时再将套管拔出必然十分困难，甚至可能导致地基损坏或桩体不稳定等严重后果，即使强行拔出也会削弱桩体与桩周土之间的握裹作用，给实际施工带来操作上的不便和使用中的不确定性；2、排水效率不足，排水带仅分布于桩身外壁上的凹槽中，首先其接触面积限制了其总排水量，其次传统塑料排水带存在排水效率问题，无法及时向上排出积水，常需要抽水泵辅助排水，增加了施工的操作量和额外耗费，也不利于复合地基的快速固结。上述问题严重限制了该排水桩在软弱地基(尤其是含水量较多的软土地基)中的应用，对此，申请人基于CPDB技术及活动式防堵塞装置改良并研发了一种新型PTC排水管桩，其结构及功能原理均不同于上述专利的公开内容，故不影响本申请的新颖性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，即排水管桩外置套筒防堵塞装置不利于施工和地基稳定的缺陷，以及传统排水技术竖向排水效率不足的问题，提供一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩及其施工方法。该PTC管桩既具备普通排水管桩的强度与刚度，又具有易于操作和实现的新型防堵塞装置，同时还有效利用CPDB技术增强了排水桩的竖向排水能力和持续排水能力，相比于传统排水技术可以更高效地加速软弱地基固结，并且节省不必要的额外花费，经济实用。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，包括预制钢筋混凝土管1，所述预制钢筋混凝土管1内部沿轴向设有主排水通道2，预制钢筋混凝土管1外周成形有若干沿轴向设置且贯通预制钢筋混凝土管1的凹槽4，凹槽4底部通过若干横孔3与主排水通道2连通；横孔3的内壁以及主排水通道2内壁上均铺设有毛细透排水带4，所述凹槽4内部嵌有活动式防堵塞装置；所述活动式防堵塞装置包括固定在凹槽4内的内金属夹层5和外金属夹层6，内金属夹层5和外金属夹层6上均成形有与横孔3对应的通孔；内金属夹层5和外金属夹层6之间成形有夹层，夹层内固定有过滤网并且滑动插入有隔断。

进一步的改进，所述隔断为活动金属隔断7，活动金属隔断7的一端带有卡扣，且表面涂有润滑剂。

进一步的改进，所述润滑剂包括凡士林。

进一步的改进，所述通孔的孔径大于横孔3的孔径且小于夹层的宽度。

进一步的改进，所述主排水通道2内壁上的毛细透排水带4避开横孔3所在位置；主排水通道2内壁上的毛细透排水带4延伸到预制钢筋混凝土管1顶部并向外折弯并以俯角倾斜延伸至外界排水管中，外界排水管所处的位置低于预制钢筋混凝土管1的顶部。

进一步的改进，所述俯角≤15°

进一步的改进，所述预制钢筋混凝土管1顶部一体成形有混凝土桩帽8；所述混凝土桩帽8的底部成形有与预制钢筋混凝土管1顶部的毛细透排水带4对应的引导槽9。

进一步的改进，所述引导槽9的宽度等于预制钢筋混凝土管1顶部的毛细透排水带4的宽度；所述内金属夹层5包括中部的与凹槽4过盈配合的U形部51，U形部51两侧延伸成形有侧翼52；所述外金属夹层6为T形，外金属夹层6与侧翼52焊接固定。

一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、使用模具预制钢筋混凝土管1，所述预制钢筋混凝土管1内部沿轴向设有主排水通道2，预制钢筋混凝土管1外周成形有若干沿轴向设置且贯通预制钢筋混凝土管1的凹槽4，凹槽4底部通过若干横孔3与主排水通道2连通在凹槽4底部内嵌固定内金属夹层5；

步骤二、将毛细透排水带分布沿竖向铺设在主排水通道2，沿横向铺设在横孔3的内壁；

步骤三、将一层钢丝过滤网黏附在内金属夹层5表面，然后安装外金属夹层6并将外金属夹层6的侧翼与内金属夹层5焊接固定；内金属夹层5和外金属夹层6之间成形夹层；

步骤四、将涂抹凡士林的活动金属隔断7插入夹层；

步骤五、预制钢筋混凝土管1埋入土体；

步骤六、将活动金属隔断7从夹层中抽出，管桩开始排水；

步骤七、将毛细透排水带在预制钢筋混凝土管1顶部处弯折处理，向外延伸连接排水管；

步骤八、在预制钢筋混凝土管1制作混凝土桩帽8，进行封桩处理，混凝土桩帽8预留引导槽9；

步骤九、使用碎石铺设垫层。

进一步的改进，所述步骤五中，预制钢筋混凝土管1埋入土体时，保持预制钢筋混凝土管1的桩身垂直偏差度不大于1％，如有偏斜或倾斜应立即纠正；在软土中埋桩时，桩距大于3～3.5倍预制钢筋混凝土管1的桩径；

所述步骤九中，使垫层底部与混凝土桩帽8底部平齐，混凝土桩帽8完全处于垫层内部，使向外延伸的毛细透排水带4从垫层底部穿过。

与现有技术相比，本发明的优点和效果如下：

1、基于CPDB技术改良的PTC管桩相比传统开孔管桩进一步提升了排水效率，尤其是通过毛细透排水带的虹吸效应有效解决了在无外力(如抽水泵)作用时桩身内部积水的竖向排出问题，节约了施工中不必要的额外消耗，且毛细透排水带本身价格便宜，经济实用。

2、毛细透排水带的自清功能结合钢丝滤网一同加强了排水孔的抗堵塞能力，而将毛细透排水带铺设在管桩内壁而非凹槽，大幅增加了其总接触面积即总排水量，使其更适用于软土淤泥等软弱地基的加固处理。

3、活动式防堵塞装置在不影响PTC管桩排水效率的情况下有效解决了其排水孔易淤堵的问题，同时解决了传统套筒式防堵塞装置在拔出时造成的地基扰动和操作困难等问题，且操作简单，易于实现，使其具有更广泛的工程应用价值；后期抽出的活动金属隔断可以反复利用，环保经济。

附图说明

图1是基于CPDB技术及活动式防堵塞装置改良的PTC管桩的主视图；

图2是PTC管桩桩身截面的俯视图；

图3是PTC管桩桩顶截面的俯视图；

图4是PTC管桩的三维结构简图；

图5是混凝土桩帽的三维结构简图；

图6是活动式防堵塞装置的三维结构简图；

图7是具体施工过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

说明书附图中的附图标记包括：预制钢筋混凝土管1、主排水通道2、横孔3、毛细透排水带4、内金属夹层5、外金属夹层6、活动金属隔断7、混凝土桩帽8、引导槽9。

预制钢筋混凝土排水管桩，主要由预制钢筋混凝土管1、主排水通道2、横孔3和毛细透排水带4构成。主排水通道2位于预制钢筋混凝土管1的轴心处，若干横孔3沿环向对称分布于预制钢筋混凝土管1的管壁上，毛细透排水带4分别沿横向和竖向铺设在横孔3的内壁上及主排水通道2的内壁上(横孔3以外区域)，且在桩顶处(即混凝土桩帽8底部的引导槽9处)弯折并向外延伸至外界排水管。排水管的位置比桩顶稍低，为毛细透排水带4提供虹吸力提高其竖向排水效率。

活动式防堵塞装置，内金属夹层5、外金属夹层6和活动金属隔断7构成。内金属夹层5在成桩时即嵌在预制钢筋混凝土管1的凹槽内，其上开有对应于横孔的通孔且孔径略大于横孔直径，其表面覆盖一层细密钢丝滤网，防止大颗粒杂质进入横孔。外金属夹层6通过两翼焊接在内金属夹层5之外，二者之间留有空隙，活动金属隔断7可以插入其中并沿轴向滑动，当其滑动至装置底部时所有横孔3被封闭，有效阻止施工过程中土体的挤入造成横孔3堵塞。

本发明的实施例如下：

步骤1：从合格的厂家预制钢筋混凝土管，管壁上按照设计开若干横孔与凹槽，凹槽底部提前嵌入内金属夹层。现场检查确认没有裂纹、混凝土无剥落露筋现象并按外观检查要求验收。确认开孔及凹槽位置、尺寸是否正确，内金属夹层是否镶嵌稳固。清除桩身表面的附着物，并在其侧面画上醒目的尺寸标志线，便于沉桩时显示桩的入土深度。

步骤2：在每个横孔内壁上沿横向铺设一层毛细透排水带，并在主排水通道内壁上除横孔以外的区域沿竖向铺设一层毛细透排水带，且在桩顶处对其进行弯折处理，使其以一定俯角向外延伸，接入比其位置稍低的外界排水管中。

步骤3：将一层细密钢丝滤网覆盖在内金属夹层表面，覆盖其上每个孔位。随后将外金属夹层对齐安装至内金属夹层外部，并将内外金属夹层沿桩身向外弧状延伸的两翼焊接、固定。再将涂抹凡士林等润滑剂的活动金属隔断垂直插入内外金属夹层之间的空隙中，使其带有卡扣的一端朝上，而另一端推至活动式防堵塞装置底部，封闭所有横孔。

步骤4：清理场地，排除积水，并将路基范围内原地面上淤泥、树根、草皮、腐殖土等全部挖除。在路基范围内按设计要求分层填筑软土地基工作层，用小型压路机碾压密实。对桩位进行测量放样并作出标记。

步骤5：打桩设备进场后，进行安装调试，然后移机至桩位处就位。打桩机就位时，应对准桩位，垂直稳定，确保在施工中不倾斜、移位。起锤轻击，在两台经纬仪的检核下使桩保持垂直，无异常时即可正式沉桩。

步骤6：在开始锤击时，落距应较小，当入土一定深度并待桩稳定后，再按要求的落距沉桩。打桩宜重锤低击，锤重的选择应根据地质条件、桩的类型、结构、密集程度及施工条件选用。根据桩的密集程度，打桩顺序可采用从中间向两边对称施打，或从中间向四周施打，或从一侧向另一侧施打。

步骤7：打入桩需就地接桩时，在下节桩露出地面约1米时进行。接桩时，上下节桩轴线的偏斜控制在3～5‰之内，各节偏斜反向错开，施工时按设计要求接桩，施焊面上的泥土、油污、铁锈等应预先清洗干净。焊缝要求连续、饱满，桩接头入土前，对其焊缝外表面进行清理并补涂防腐蚀涂料。截桩时，先将钢筋外侧的保护层混凝土凿除，将钢筋暴露，然后将钢筋内部的混凝土沿圆周打入约3个点，利用张力使上部一段桩头与下部脱离，用吊车或者挖掘机清出。

步骤8：活动式防堵塞装置将与PTC管桩一同沉入地下，此过程中所有横孔保持封闭，能够有效阻碍周围土体挤入造成横孔堵塞。待桩身完全打入土体后，利用卡扣缓慢抽出活动金属隔断，管桩开始排水。孔隙水从横孔进入主排水通道，并在超孔隙水压和虹吸力作用下沿毛细透排水带向上排出，在此过程中，大颗粒杂质被细密钢丝滤网和毛细透排水带所阻隔，而小颗粒杂质和孔隙水会在毛细透排水带中被重力和表面张力分离，从而达到防止堵塞，高速排水的效果。

步骤9：待预应力管桩施工完毕，挖除桩周土层，按设计要求现场浇筑混凝土，做封桩处理，形成混凝土桩帽固定于桩顶并铺设碎石垫层，其中注意使桩帽底部引导槽的位置与毛细透排水带对齐，使其不受桩帽压迫影响排水。被抽出的活动金属隔断可以重复使用，毛细透排水带和细密钢丝滤网则留在桩体内，为其提供持续排水与防堵塞功能。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，包括预制钢筋混凝土管(1)，所述预制钢筋混凝土管(1)内部沿轴向设有主排水通道(2)，预制钢筋混凝土管(1)外周成形有若干沿轴向设置且贯通预制钢筋混凝土管(1)的凹槽(4)，凹槽(4)底部通过若干横孔(3)与主排水通道(2)连通；横孔(3)的内壁以及主排水通道(2)内壁上均铺设有毛细透排水带(4)，所述凹槽(4)内部嵌有活动式防堵塞装置；所述活动式防堵塞装置包括固定在凹槽(4)内的内金属夹层(5)和外金属夹层(6)，内金属夹层(5)和外金属夹层(6)上均成形有与横孔(3)对应的通孔；内金属夹层(5)和外金属夹层(6)之间成形有夹层，夹层内固定有过滤网并且滑动插入有隔断。

2.如权利要求1所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述隔断为活动金属隔断(7)，活动金属隔断(7)的一端带有卡扣，且表面涂有润滑剂。

3.如权利要求2所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述润滑剂包括凡士林。

4.如权利要求1所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述通孔的孔径大于横孔(3)的孔径且小于夹层的宽度。

5.如权利要求1所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述主排水通道(2)内壁上的毛细透排水带(4)避开横孔(3)所在位置；主排水通道(2)内壁上的毛细透排水带(4)延伸到预制钢筋混凝土管(1)顶部并向外折弯并以俯角倾斜延伸至外界排水管中，外界排水管所处的位置低于预制钢筋混凝土管(1)的顶部。

6.如权利要求5所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述俯角≤15°

7.如权利要求5所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述预制钢筋混凝土管(1)顶部一体成形有混凝土桩帽(8)；所述混凝土桩帽(8)的底部成形有与预制钢筋混凝土管(1)顶部的毛细透排水带(4)对应的引导槽(9)。

8.如权利要求7所述的基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩，其特征在于，所述引导槽(9)的宽度等于预制钢筋混凝土管(1)顶部的毛细透排水带(4)的宽度；所述内金属夹层(5)包括中部的与凹槽(4)过盈配合的U形部(51)，U形部(51)两侧延伸成形有侧翼(52)；所述外金属夹层(6)为T形，外金属夹层(6)与侧翼(52)焊接固定。

9.一种基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、使用模具预制钢筋混凝土管(1)，所述预制钢筋混凝土管(1)内部沿轴向设有主排水通道(2)，预制钢筋混凝土管(1)外周成形有若干沿轴向设置且贯通预制钢筋混凝土管(1)的凹槽(4)，凹槽(4)底部通过若干横孔(3)与主排水通道(2)连通，在凹槽(4)底部内嵌固定内金属夹层(5)；

步骤二、将毛细透排水带分布沿竖向铺设在主排水通道(2)，沿横向铺设在横孔(3)的内壁；

步骤三、将一层钢丝过滤网黏附在内金属夹层(5)表面，然后安装外金属夹层(6)并将外金属夹层(6)的侧翼与内金属夹层(5)焊接固定；内金属夹层(5)和外金属夹层(6)之间成形夹层；

步骤四、将涂抹凡士林的活动金属隔断(7)插入夹层；

步骤五、预制钢筋混凝土管(1)埋入土体；

步骤六、将活动金属隔断(7)从夹层中抽出，管桩开始排水；

步骤七、将毛细透排水带在预制钢筋混凝土管(1)顶部处弯折处理，向外延伸连接排水管；

步骤八、在预制钢筋混凝土管(1)制作混凝土桩帽(8)，进行封桩处理，混凝土桩帽(8)预留引导槽(9)；

步骤九、使用碎石铺设垫层。

10.根据权利要求9所述基于CPDB技术及活动式防堵塞装置的PTC管桩及其施工方法，其特征在于，所述步骤五中，预制钢筋混凝土管(1)埋入土体时，保持预制钢筋混凝土管(1)的桩身垂直偏差度不大于1％，如有偏斜或倾斜应立即纠正；在软土中埋桩时，桩距大于3～3.5倍预制钢筋混凝土管(1)的桩径；

所述步骤九中，使垫层底部与混凝土桩帽(8)底部平齐，混凝土桩帽(8)完全处于垫层内部，使向外延伸的毛细透排水带(4)从垫层底部穿过。

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