CN113373915A - 一种钢立柱桩结构补强的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢立柱桩结构补强的方法，包括如下步骤：步骤S1、钢格构内土体处理：进行高压旋喷水钻清理钢格构内的泥块，将固体泥变成泥浆液；步骤S2、钢格构清孔：将钢格构内处理后的泥浆液抽排清理干净；步骤S3、在混凝土立柱桩中成孔：钻机的钻头穿过钢格构，对混凝土立柱桩进行钻孔；步骤S4、孔内放入钢管：在钻孔内放入钢管；步骤S5、注浆：在钢管内进行注浆至孔口标高；步骤S6、钢管与钢格构加固：利用连接钢板将钢管与钢格构进行连接。本发明通过在原有钢立柱桩内增设一根钢管，补强了原有钢立柱桩的结构强度，提高了钢格构对栈桥板的支撑力，从而增加了栈道的承载力，为大型作业车运输深基坑的泥土提供安全可靠的出土路线。

Description

一种钢立柱桩结构补强的方法

技术领域

本发明涉及深基坑土方施工领域，具体的说，是涉及一种钢立柱桩结构补强的方法。

背景技术

一个靠近港地海域的建筑工程项目，由公寓、办公、商业裙楼、公共配套等业态组成，具有地下两层且地下建筑面积超过6万平米，故需要进行大面积的深基坑开挖。该项目由于某些原因暂停并搁置了数年，但原先已经完成了部分用于支撑栈桥板的钢立柱桩，且开挖了部分深基坑。

由于项目停滞时间较长，周围的建设规划发生了很大的改变，例如项目东侧为在建的隧道深基坑等，南侧附近存在地铁隧道，北侧临近水运河道。另一方面，重新评估发现原本设计的出土方式：挖土机械及土方车辆都下到基坑内进行土方开挖，对该地区的淤泥土地质影响较大，大型车下坡过程会造成工程桩挤压偏位及基坑土层蠕动。

因此，需要改变并采用新的出土方式：小型挖掘机在基坑内开挖倒运至栈桥板附近，然后利用长臂挖机停位在栈桥板上，将基坑内靠近栈桥板附近的土方装运至汽车，再由栈桥板上外运土方，故需要增加栈桥板以便通车。可是评估发现，原有的钢立柱桩支撑力不足，导致整体栈桥板承载力不够，若需要扩大栈桥板通车区域，需要想办法对原有的钢立柱桩结构进行补强。

以上问题，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种钢立柱桩结构补强的方法。

本发明技术方案如下所述：

一种钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、钢格构内土体处理：进行高压旋喷水钻清理钢格构内的泥块，将固体泥变成泥浆液；

步骤S2、钢格构清孔：将钢格构内处理后的泥浆液抽排清理干净；

步骤S3、在混凝土立柱桩中成孔：钻机的钻头穿过钢格构，对混凝土立柱桩进行钻孔；

步骤S4、孔内放入钢管：在钻孔内放入钢管；

步骤S5、注浆：在钢管内进行注浆至孔口标高；

步骤S6、钢管与钢格构加固：利用连接钢板将位于混凝土立柱桩上方部分的钢管与钢格构进行连接。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤S1还包括采用高压泵和旋喷钻机进行泥块清理。

进一步的，所述高压泵型号为GPB-90B，所述旋喷钻机型号为MGJ-50A。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤S2还包括采用单相螺杆潜水电泵进行抽排清理。

进一步的，所述单相螺杆潜水电泵的型号为QGD3.5-150-1.5。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在进行所述步骤S3之前还包括下放导向定位护筒的步骤：将导向定位护筒从钢格构内放入，放至混凝土立柱桩的桩顶。

进一步的，下放导向定位护筒的步骤还包括如下步骤：

步骤a.钢丝绳起吊导向定位护筒；

步骤b.将导向定位护筒插入钢格构内，且导向定位护筒的四个梯形定位板对准钢格构的四个角钢；

步骤c.下放导向定位护筒至混凝土立柱桩的桩顶；

步骤d.重复上述步骤a～c，下放若干根导向定位护筒，若干导向定位护筒由下至上依次叠放，直至将钢格构内填满。

更进一步的，在所述步骤a之前还包括制备导向定位护筒的步骤：在护筒主体的两端均匀焊接四块导向定位板。

优选的，所述导向定位护筒的外径为325毫米，管体壁厚为8.5毫米。

进一步的，所述步骤S3还包括如下步骤：

步骤S31、钻头从导向定位护筒内穿过钢格构；

步骤S32、钻头抵达混凝土立柱桩顶部，进行钻孔；

步骤S33、清理混凝土立柱桩的钻孔。

进一步的，所述步骤S5之后还包括取出导向定位护筒的步骤：在水泥浆液凝固前取出导向定位护筒，移至下一根需要补强的钢立柱桩。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤S3中的钻孔深度大于钢格构在混凝土立柱桩内的锚固深度。

进一步的，混凝土立柱桩的钻孔深度比钢格构在混凝土立柱桩内的锚固深度大2米。

优选的，钢格构在混凝土立柱桩内的锚固深度为3米，混凝土立柱桩的钻孔深度为5米。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤S3中，钻孔的孔径为275毫米。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤S4中，放入钢管时，钢管的中心轴与钻孔的中心轴对齐，且钢管与钻孔的内壁之间留有至少30毫米宽的间隙。

优选的，所述钢管的外径为194毫米、壁厚为10毫米。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤S5还包括如下步骤：

步骤S51、高压注浆头伸入钢管内，注浆时采用P.O 42.5，水灰比0.55的普通硅酸盐水泥浆；

步骤S52、水泥浆养护12小时，待放入的钢管与混凝土立柱桩固定结合。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于：

本发明通过在原有钢立柱桩内增设一根钢管，补强了原有钢立柱桩的结构强度，提高了钢格构对栈桥板的支撑力，从而增加了栈道的承载力，为大型作业车运输深基坑的泥土提供安全可靠的出土路线；

进一步的，在钻头下钻之前，本发明通过先在钢格构内设置导向定位护筒，为钻头下钻过程搭建了一条导向通道，实现钻头能够顺利地从倾斜的钢格构内通过，避免钻头打在钢格构上，造成卡钻，从而实现钻头顺利在混凝土立柱桩上钻孔取芯，提高了成孔效率。

附图说明

图1为本发明第一实施例的方法流程图；

图2为本发明第二实施例的方法流程图；

图3为本发明实施例一的结构示意图；

图4为本发明实施例二的结构示意图；

图5为本发明中导向定位护筒的结构示意图；

图6为本发明中组合角钢的结构示意图；

图7为本发明中组合角钢的俯视图；

图8为本发明中第一止水板的结构示意图；

图9为本发明中第二止水板的结构示意图。

在图中，1、混凝土立柱桩；11、钻孔；

2、钢格构；21、钢格构锚固段；22、角钢；23、缀板；24、第一止水板；

201、第一角钢；202、第二角钢；203、焊接角钢；2031、背棱切角；204、焊接缝；

3、钢管；31、防滑钢筋；32、第二止水板；

4、导向定位护筒；41、护筒主体；42、导向定位板；43、吊装孔；

5、横支撑梁；

6、连接钢板。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种钢立柱桩结构补强的方法，包括如下步骤：

步骤S1、钢格构内土体处理。

采用高压泵和旋喷钻机，进行高压旋喷水钻清理钢格构2内的泥块，将固体泥变成泥浆液，其中，高压泵型号为GPB-90B，旋喷钻机型号为MGJ-50A。钢格构2的下端部分插入混凝土立柱桩1内，与混凝土立柱桩1凝固结合，成为锚固区域，此处的混凝土层坚硬；而钢格构2上方未插入混凝土立柱桩1的部分则被泥土层包裹，此处的泥土层为沙土、固体泥巴等，能够利用高压水冲散，因此，进行高压旋喷水钻清理时，仅对钢格构未插入混凝土立柱桩部分进行内部土体处理。

步骤S2、钢格构清孔。

将钢格构2内处理后的泥浆液抽排清理干净。在本实施例中，采用单相螺杆潜水电泵进行抽排清理，且单相螺杆潜水电泵的型号为QGD3.5-150-1.5。钢格构2清理干净后，便于后序步骤钻机钻头的下放。

步骤S3、混凝土立柱桩中成孔。

钻机的钻头从清理后的钢格构2内部从上往下穿过，直达混凝土立柱桩1的顶部，并对混凝土立柱桩1进行钻孔，钻孔11的孔径为275毫米，清理混凝土立柱桩1钻孔11内的土渣。钻机在混凝土立柱桩1内的钻孔深度大于钢格构2在混凝土立柱桩1内的锚固深度，进一步的，钻孔深度比锚固深度大至少2米，在本实施例中，钢格构与混凝土立柱桩的锚固长度为3米，钻机的钻孔深度为5米。

增加钻孔深度即增加钢管3插入混凝土立柱桩1的长度，而当钢管3与钢格构2固定连接之后，钢管3成为钢格构2中心处的锚固插脚，增加钢管3的长度，利于提升钢格构2与混凝土立柱桩1锚固强度。

步骤S4、孔内放入钢管。

利用起吊机，将钢管3从钢格构2内伸入，并插入混凝土立柱桩1的钻孔11内，钢管3的中心轴与钻孔11的中心轴对齐，且钢管3与钻孔11的内壁之间留有较大的间隙，该间隙的宽度不小于30毫米。足够的间隙宽度利于增加间隙处的水泥浆量，从而使得包裹在钢管3外部的混凝土浆液充足，与钢管3内部的水泥浆配合，进一步提升连接牢固度。

在本实施例中，钢管3的外径为194毫米、壁厚为10毫米，而钻孔11孔径为275毫米，钢管3与钻孔11的内壁之间的间隙为40.5毫米。

步骤S5、钢管内注浆。

高压注浆头伸入钢管3内进行注浆，注浆时采用P.O42.5，水灰比0.55的普通硅酸盐水泥，注浆至孔口标高，即混凝土立柱桩1的桩顶处。注浆过程水泥浆从钢管3底部的缝隙流淌至钢管3外部，并从下至上灌满整个钻孔11，到达孔口即停止注浆，静置养护12小时，使得放入的钢管3与混凝土立柱桩1充分固定结合。

步骤S6、钢管与钢格构加固。

在混凝土立柱桩1内部，钢管3和钢格构2均通过水泥浆凝固的方式固定，而在混凝土立柱桩1的上方，钢管3与钢格构2之间通过连接钢板6连接，焊接时，将钢管3与钢格构2的角钢22进行焊接，在本实施例中，采用的连接钢板的尺寸为200mm*200mm*8mm，即长、宽均为200毫米，厚度为8毫米。

通过上述钢立柱桩结构补强的方法，增强了原有钢立柱桩的结构强度，提升了钢格构2对栈板桥的支撑力，提高了栈道的承载力，利于大型作业车在栈道上安全地行走。

如图3所示，通过上述实施例一的钢立柱桩结构补强的方法，可获得一种结构补强的钢立柱桩，包括混凝土立柱桩1和钢格构2，钢格构2下端插入混凝土立柱桩1中，形成钢格构锚固段21，混凝土立柱桩1的中心设有钻孔11，钻孔11从混凝土立柱桩1的桩顶开始向桩内延伸，且该钻孔11的深度大于钢格构锚固段21的深度，钻孔11内部固定设有钢管3，钢管3的上端部与钢格构2的上端部平齐。

在本实施例中，钢格构2锚固段的深度为3米，钻孔的深度为5米，钻孔11的深度大于钢格构锚固段21的深度，即使得钢管3插入混凝土立柱桩1的长度大于钢格构锚固段21的深度，利于提升钢格构2与混凝土立柱桩1锚固强度。

钢管3的下端部与混凝土立柱桩1通过水泥浆灌注固定连接，钢管3的中心轴与钻孔11的中心轴对齐，且钢管3的外侧壁与钻孔11的内壁之间留有间隙，在本实施例中，钻孔11的孔径为275毫米，钢管3的外径为194毫米。

钢管3的位于混凝土立柱桩1上方的部分与钢格构2通过连接钢板6焊接固定。可见，本发明优化后的钢立柱桩包括上、下两处加强结构，钢立柱桩下部分实现：混凝土立柱桩1同时与钢管3、钢格构2的锚固连接，上部分实现：钢管3与钢格构2的焊接固定形成整体，且钢管3上下贯通，提升结构内部中心的结构强度。

钢管3的下端设有若干出浆孔，提升钢管内的水泥浆的出浆速度。钢管3的上端部外侧面设有若干防滑钢筋31，防滑钢筋31与栈桥板的横支撑梁5接触连接。防滑钢筋31用于增加钢管3与横支撑梁5连接时的摩擦力，从而加固钢管与横支撑梁的连接牢固性。

在本实施例中，钢格构2包括四根角钢22和连接相邻两根角钢22的缀板23，四根角钢22的开口朝向钢格构2的轴心，角钢22的外侧角与外部钢筋笼的纵筋焊接，进一步加强了上方钢格构2的结构强度。

如图8和图9所示，钢格构2的四个角钢22均围焊有第一止水板24，四个第一止水板24的标高位于同一平面上，而钢管3围焊有第二止水板32，第一止水板24和第二止水板32靠近混凝土立柱的顶部，且上下错开。第一止水板24和第二止水板32使得钢管3和格构柱表面均形成向外延展的平台，有效地解决了地下水沿着钢材表面向上渗透的问题，延长钢立柱桩的使用寿命。

在上述补强施工过程中发现：钻机的钻头抵达混凝土立柱桩的顶部后对混凝土立柱桩进行钻孔时，存在钻进过程中卡钻的问题，经过勘察分析，得知钢格构发生了偏位，使得原本应该垂直向下的钢格构倾斜向下，钻头钻进时打在了钢格构的角钢或缀板上，导致成孔效率低。

实施例二

如图2所示，为了解决上述方法成孔率低的问题，本发明还提供了一种优化后的钢立柱桩结构补强的方法，包括如下步骤：

步骤S1、钢格构内土体处理；

步骤S2、钢格构清孔；

步骤S3、下放导向定位护筒，还包括步骤a1、步骤a2、步骤b、步骤c和步骤d：

步骤a1、制备导向定位护筒：选取一根钢管作为导向定位护筒4的护筒主体41，本实施例中选取外径为325毫米，管壁为8.5毫米的钢管作为护筒主体41，在护筒主体41的两端均焊接四块导向定位板42，方向朝向护筒主体41的轴心，且四块导向定位板42在护筒主体41的圆周向上均匀排列；

步骤a2、护筒主体41的两端设有吊装孔43，钢丝绳从吊装孔43穿过，起吊导向定位护筒4；

步骤b、将导向定位护筒4插入钢格构2内，且导向定位护筒4的四个梯形定位板对准钢格构2的四个角钢22；

步骤c、下放导向定位护筒4至混凝土立柱桩1的桩顶；

步骤d、重复上述步骤a1～c，下放若干根导向定位护筒4，若干导向定位护筒4由下至上依次叠放，直至将钢格构2内填满；

步骤S4、在混凝土立柱桩1中成孔，具体包括如下步骤：

步骤S41、钻头从导向定位护筒4内穿过钢格构2；

步骤S42、钻头抵达混凝土立柱桩1顶部，进行钻孔；

步骤S43、清理混凝土立柱桩的钻孔；

步骤S5、孔内放入钢管3，将钢管3从钢格构2中的导向定位护筒4内穿入，并插入混凝土立柱桩1的钻孔11内；

步骤S6、钢管内注浆；

步骤S7、取出导向定位护筒：在水泥浆液凝固前取出导向定位护筒4，移至下一根需要补强的钢立柱桩，待使用；

步骤S8、钢管与钢格构加固。

本实施例的钢立柱桩结构补强方法，不仅增强了原有钢立柱桩的结构强度，还为钻头下钻过程搭建了一条导向通道，引导钻头沿着倾斜的钢格构钻进，避免钻头打在钢格构的侧壁上而破坏了钢格构的结构，甚至损坏钻头，从而实现顺利钻孔取芯，提高成孔效率。

需要说明的是，实施例二中未展开说明的步骤因与实施例一相同，故在此不做赘述。

如图4所示，通过上述实施例二的钢立柱桩结构补强的方法，可获得一种结构补强的钢立柱桩，其结构同实施例一，区别在于：钢管3和钢格构2之间设有若干可拆卸并上下叠放的导向定位护筒4，且位于混凝土立柱桩1上方。

如图5所示，导向定位护筒4包括护筒主体41和若干导向定位板42，护筒主体41的外径为352mm，壁厚为8mm，护筒主体41的两端均设有四块导向定位板42，导向定位板42朝向护筒主体41的轴心，且同一侧上的四块导向定位板42与钢格构2的四个角钢22一一对齐。

导向定位板42的外侧边与角钢22之间留有间隙，在本实施例中，导向定位板42的外侧边与角钢22之间的间隙的距离为7.5mm。吊装导向定位护筒4时，7.5mm的间隙使得导向定位护筒4能够顺利地穿过钢格构2并抵达混凝土立柱桩1的桩顶，避免卡在钢格构2中间处。

在一个可选实施例中，导向定位板到护筒主体41的端面的距离为50mm，导向定位板42的形状为等腰梯形，且梯形的导向定位板42的长底边与护筒主体41焊接，两侧边与长底边的夹角为45°，短底边为弧形边，弧形边的弦长为60mm。

在一个可选实施例中，护筒主体41的至少一端设有吊装孔43，吊装孔43用于将导向定位护筒4吊起，方便吊机利用吊装孔43进行导向定位护筒4的安装，提升便利性，提高安装速度。

如图6和图7所示，当钢格构2长度不足时，需要对角钢22进行接长，为了配合导向定位护筒4的使用，在本发明还提供一种钢格构的角钢接长结构，该结构的每根角钢22均包括组合角钢，组合角钢包括第一角钢201、第二角钢202和焊接角钢203，第一角钢201和第二角钢202端面焊接，且在内侧面的焊接缝204处设置焊接角钢203，焊接角钢203的长度为500毫米，且焊接角钢203的背棱设有背棱切角2031。

四根角钢的组合角钢均不处于同一水平高度，即四根角钢的焊接位置上下均错开，因为在焊接位置，由于焊接角钢203的设置，会向钢格构2内部挤占一定空间，若不同角钢22的焊接位置位于同一水平面，不利于导向定位护筒4下放；因此，焊接位置错开利于导向定位护筒4顺利穿过钢格构2并抵达混凝土立柱桩1的桩顶，同时，根据上述可知，导向定位板42的外侧边与角钢22之间留有间隙，两处结构设计互相配合，可以确保导向定位护筒安装、拆卸的流畅性，提升效率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、钢格构内土体处理：进行高压旋喷水钻清理钢格构内的泥块，将固体泥变成泥浆液；

步骤S2、钢格构清孔：将钢格构内处理后的泥浆液抽排清理干净；

步骤S3、在混凝土立柱桩中成孔：钻机的钻头穿过钢格构，对混凝土立柱桩进行钻孔；

步骤S4、孔内放入钢管：在钻孔内放入钢管；

步骤S5、注浆：在钢管内进行注浆至孔口标高；

步骤S6、钢管与钢格构加固：利用连接钢板将钢管与钢格构进行连接。

2.根据权利要求1所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，在进行所述步骤S3之前还包括下放导向定位护筒的步骤：将导向定位护筒从钢格构内放入，放至混凝土立柱桩的桩顶。

3.根据权利要求2所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，下放导向定位护筒的步骤还包括如下步骤：

步骤a.钢丝绳起吊导向定位护筒；

步骤b.将导向定位护筒插入钢格构内，且导向定位护筒的四个梯形定位板对准钢格构的四个角钢；

步骤c.下放导向定位护筒至混凝土立柱桩的桩顶；

步骤d.重复上述步骤a～c，下放若干根导向定位护筒，若干导向定位护筒由下至上依次叠放，直至将钢格构内填满。

4.根据权利要求3所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，在所述步骤a之前还包括制备导向定位护筒的步骤：在护筒主体的两端均匀焊接四块导向定位板。

5.根据权利要求2所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：

步骤S31、钻头从导向定位护筒内穿过钢格构；

步骤S32、钻头抵达混凝土立柱桩顶部，进行钻孔；

步骤S33、清理混凝土立柱桩的钻孔。

6.根据权利要求2所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括取出导向定位护筒的步骤：在水泥浆液凝固前取出导向定位护筒，移至下一根需要补强的钢立柱桩。

7.根据权利要求1所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，所述步骤S3中的钻孔深度大于钢格构在混凝土立柱桩内的锚固深度。

8.根据权利要求7所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，混凝土立柱桩的钻孔深度比钢格构在混凝土立柱桩内的锚固深度大2米。

9.根据权利要求1所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，所述步骤S4中放入钢管时，钢管的中心轴与钻孔的中心轴对齐，且钢管与钻孔的内壁之间留有至少30毫米宽的间隙。

10.根据权利要求1所述的钢立柱桩结构补强的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括如下步骤：

步骤S51、高压注浆头伸入钢管内，注浆时采用P.O 42.5，水灰比0.55的普通硅酸盐水泥浆；

步骤S52、水泥浆养护12小时，待放入的钢管与混凝土立柱桩固定结合。

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