CN115233661A - 加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地基加固施工技术领域，具体公开了加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，包括如下步骤：S1、水泥搅拌桩施工：采用搅拌桩机制作多个水泥搅拌桩，使得多个水泥搅拌桩沿河道走向依次排布，且相邻水泥搅拌桩之间存在交叠区域；S2、芯桩施工：在水泥搅拌桩处于松软状态且尚未固结时插入刚性的芯桩，所插入的芯桩贯穿水泥搅拌桩，芯桩间隔设置。本方案用以解决现有加芯搅拌桩在深厚软土地基粱场的建设上应用后依然无法保证梁场路基的土层水平滑移率过大的问题。

Description

加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法

技术领域

本发明涉及地基加固施工技术领域，具体涉及加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法。

背景技术

随着目前高速铁路网和城市交通网的快速发展，无论是地质情况良好的地方还是地质情况稍微较差的地方，均存在铁路或公路的修建，而在修建过程中，均需要建立梁场，以保证施工的正常快速进行。

在梁场建立过程中均需要对地基进行处理，以确保建设过程的安全性，对于梁场附近存在河道的情况，往往会存在不良的软土地基，这些软土地基使得地基承载能力较弱，如不进行地基加强，则梁场区容易在施工期间发生滑移现象，影响梁场路基的稳定性。

现有技术中，针对软土地基的加固有采用水泥搅拌桩与加芯桩配合的方式，比如中国专利公开号为CN109162270A的“一种基于水泥混凝土加芯桩的软土地基加固方法”，在该专利中就提到，在水泥搅拌桩中插入足够截面和长度的预制钢筋混凝土刚性桩，以使得组合后形成的加芯桩承载能力与桩身刚度得到大幅度提高，软地基加固后沉降大幅度将校，钢筋混凝土刚性桩承担大部分竖向载荷，利用水泥搅拌桩较大外包面积及芯桩与水泥土良好的结合特性，桩顶载荷能够有效传递给桩周土和桩端土，使得整个地基的承载能力高。

但是上述软土地基加固的方法在沿海地区或沿河地区的深厚软土地基上(深厚软土地基的土层多是深度达30-50米的淤泥或淤泥质土)效果还不能达到要求，依然会出现土层水平滑移率过大，超出控制指标而严重影响梁场路基的整体稳定性的情况。此外，对于梁场所在地尺寸受限，梁场中吊装设备的轨道基础正好位于河道的河岸边缘的情况，因吊装设备的提梁和运梁作业量大，吊装任务繁重，提梁重载及振动反复作用均通过吊装设备的轨道基础传递至梁场路基中，增大梁场中靠河岸段路基的滑移风险，进一步影响梁场路基的整体稳定性。

发明内容

本发明意在提供加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，以解决现有加芯搅拌桩在深厚软土地基粱场的建设上应用后依然无法保证梁场路基的土层水平滑移率过大的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，包括如下步骤：

S1、水泥搅拌桩施工：采用搅拌桩机制作多个水泥搅拌桩，多个水泥搅拌桩沿河道走向依次排布，且相邻水泥搅拌桩在施工时存在交叠区域；

S2、芯桩施工：在水泥搅拌桩处于松软状态且尚未固结时插入刚性的芯桩，所插入的芯桩贯穿水泥搅拌桩，芯桩间隔设置。

本方案的原理及优点是：实际应用时，采用本施工方案时，芯桩与水泥搅拌桩组合后形成的组合桩的承载力与桩身刚度均得到大幅度的提高，芯桩贯穿水泥搅拌桩而插入到深度更深的软土地基中，使得组合桩将深厚软土地基中各个土层进行了串连，将深厚软土地基各层的承力能力均作用在组合桩上，协同效应更强，组合桩的质量更好，同时相邻水泥搅拌桩在施工时存在交叠区域，使得相邻的水泥搅拌桩进行了咬合，多个水泥搅拌桩连接形成一道围护挡土墙体，围护挡土墙体间距高强度和高稳定性，从而极大增强了组合桩的抗滑移能力，防止后续梁场区路基施工期间发生滑移的现象，解决了现有技术存在的问题，保证了梁场路基的整体稳定性；同时围护挡土墙体相当于加固了河堤堤岸，避免了因下大雨河道涨水后堤岸出现滑塌损坏而堵塞河道的情况。

此外，利用芯桩与水泥搅拌桩的结合，使得组合桩顶部受到的荷载能有效地集中在芯桩，再由芯桩沿纵深传递到其周边侧壁或水泥搅拌桩端部的水泥土中，使组合桩的侧阻力和桩端阻力能够充分发挥作用，极大提高组合桩的承载能力，降低工后沉降的情况，满足梁场上吊装设备的承载力要求。

除此之外，芯桩在水泥搅拌桩尚未固结时插入，芯桩插入过程中造成桩周的水泥土体挤密扩张，致使桩周土体界面变得紧密粗糙，并使侧摩阻力有较大提高，进而增加地基承载力。

优选的，作为一种改进，多个所述水泥搅拌桩形成两排围护挡土墙体，芯桩插入靠近河道侧的水泥搅拌桩中。

有益效果：本方案通过将围护挡土墙体做两排，使得围护挡土墙体的强度更高，更有利于增加所有桩形成的整体的抗滑移能力。

优选的，作为一种改进，所述水泥搅拌桩的长度为17-25米，芯桩的长度为40-50米。

有益效果：当水泥搅拌桩的长度再17-25米长时，水泥搅拌桩的底部桩端能够基本插入或者贯穿侧摩阻力较大的粉质粘土层，该粉质粘土层的承力性能较好，有助于保证水泥搅拌桩不易发生沉降；同时芯桩的长度在40-50米，使得芯桩至少插入侧摩阻力更大的砂质黏性土层中，甚至部分能够插入到岩土层中，极大增强了软土地基对芯桩的支撑，保证芯桩和水泥搅拌桩的组合桩具有极高的承载能力，满足梁场吊装设备轨道基础的承重需求。

优选的，作为一种改进，所述芯桩为刚性管桩。

有益效果：本方案通过将芯桩设置成管桩，以使得芯桩在插入水泥搅拌桩时更加省力。

优选的，作为一种改进，所述芯桩的圆周面上设有螺旋槽，芯桩表面固定有将螺旋槽遮盖的金属的遮挡块，遮挡块上设有喷浆孔，螺旋槽内设有注浆管；在芯桩施工完成后，通过一边向注浆管中注入水泥浆，一边拉动注浆管脱出螺旋槽的方式使得水泥浆经过螺旋槽并从遮挡块上的喷浆孔中喷出。

有益效果：在芯桩插入到水泥搅拌桩后，因水泥搅拌桩虽未完成固化，但是水泥搅拌桩的水泥浆的流动性较差，造成水泥搅拌桩于芯桩周向表面存在部分空隙，本方案能够通过注浆管、螺旋槽和喷浆孔的设置，使得水泥浆能够在挤出到螺旋槽后再从喷浆孔喷出到水泥搅拌桩与芯桩之间的间隙之间，以增强芯桩与水泥搅拌桩之间的接触面积，进一步提高芯桩的承载能力，提高对梁场地基受载后的沉降控制，进一步提高吊装设备运行的可靠性。

此外，因芯桩的长度大于水泥搅拌桩的长度，芯桩贯穿水泥搅拌桩并插入更深的土层中，从喷浆孔喷出的水泥浆进入到周围的土层中，实现了对软土地基的加固处理，进一步提高了路基的承载能力和抗滑移能力。

除此之外，金属的遮挡块使得芯桩表面光滑的地方更多，有利于方便芯桩向水泥搅拌桩的插入。

优选的，作为一种改进，所述喷浆孔上安装有移动柱，移动柱内部中空，移动柱能够收回到螺旋槽内，注浆管在注浆前处于扁平状态，注浆管注浆后，注浆管鼓起并将移动柱从喷浆孔上推出。

有益效果：本方案带有中空结构的移动柱的设置，使得水泥浆依然可以从中空的移动柱上喷出以填补水泥搅拌桩与芯桩外周表面、土层与芯桩外周表面之间的间隙；同时因注浆时，注浆管鼓起，鼓起的注浆管将移动柱从螺旋槽内沿着喷浆孔顶出，位于水泥搅拌桩内的移动柱插入到未固化的水泥搅拌桩，待水泥搅拌桩固化后，移动柱一端留在水泥搅拌桩内，另一端留在芯桩内，增加了芯桩与水泥搅拌桩之间的联结强度。而位于水泥搅拌桩下方的移动柱，则在注浆管的挤压和喷出的水泥浆的挤压下移动柱插入到土层中，也增大了与土层的接触面积，有利于提高梁场路基的承载能力和抗滑移能力。

此外，因土层松软，移动柱的存在延长了水泥浆喷出前的长度，使得水泥浆能够在土层中喷射地更远，有利于扩大对土层加固地面积。

除此之外，喷浆孔上安装的移动柱，也能避免芯桩插入水泥搅拌桩的过程中，水泥搅拌桩上的水泥浆从喷浆孔流入到螺旋槽内而使得螺旋槽内的注浆管无法正常注浆的情况。

优选的，作为一种改进，所述移动柱内轴向滑动连接有喷浆柱，喷浆柱上设有喷浆通道。

有益效果：通过喷浆柱的设置，使得在喷射水泥浆时，喷浆柱能够向芯桩外周移动，相当于延长了喷设水泥浆的管道的长度，有利于水泥浆在深厚软土层中喷射地更远，加大对深厚软土层地加固。

优选的，作为一种改进，所述喷浆柱能够紧贴注浆管，喷浆柱上设有多个针孔，多个针孔关于喷浆柱周向设置，喷浆柱贴近喷浆柱的端面上设有排水环槽，移动柱上设有与排水环槽连通的通水槽。

有益效果：采用本方案时，通过针孔的设置，方便芯桩插入过程中或者插入完成后，使得软土地基中产生的积水能够及时通过针孔顺着排水环槽、通水槽进入到螺旋槽内，进入螺旋槽内的积水，可以沿着螺旋槽向上漫出，也可以在积水无法漫出或漫出速度过慢时，通过注浆管将积水抽出，先排出积水，再进行后续的水泥浆喷浆。

优选的，作为一种改进，所述螺旋槽的数量为2-4条，所有螺旋槽沿芯桩横截面的投影围合成完整的圆周。

有益效果：本方案通过2-4条螺旋槽的设置，使得每条螺旋槽的螺旋升角越大，螺旋槽越陡，避免了因螺旋槽盘旋而带来的注浆管注浆时压损过大而造成水泥浆无法正常注浆的情况。

附图说明

图1为本发明实施例的施工方案俯视示意图。

图2为本发明实施例中芯桩和水泥搅拌桩的纵剖视图。

图3为本发明实施例中芯桩的主视图。

图4为图2中的A部放大示意图。

图5为图4中喷浆柱伸出螺旋槽时的结构示意图。

图6为移动柱和喷浆柱配合下的三维结构示意图。

图7为图6的右视图。

图8为芯桩在只有移动柱伸出螺旋槽一段后的仰视图。

图9为芯桩在移动柱伸出螺旋槽一段且喷浆柱伸出移动柱一段后的仰视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：水泥搅拌桩1、芯桩2、螺旋槽3、遮挡块4、注浆管5、移动柱6、通水槽61、喷浆柱7、针孔71、排水环槽72。

实施例基本如附图1至图9所示，加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，包括如下步骤：

S1、水泥搅拌桩1施工：采用搅拌桩机制作多个水泥搅拌桩1，在水泥搅拌桩1的两个桩端均采用多次复搅的方式以增强所在位置的地基强度，形成区域内的人工持力层；多个水泥搅拌桩1依次施工且沿河道走向依次排布，相邻水泥搅拌桩1之间存在交叠区域(也即存在咬合)；水泥搅拌桩1的长度为17-25米，以使得水泥搅拌桩1底端所在土层具有较好的承力性能；多个水泥搅拌桩1形成两排围护挡土墙体，施工时先施工远离河道侧的一排水泥搅拌桩1，再施工临河道侧的水泥搅拌桩1。本实施例中，水泥搅拌桩1桩径600mm，同排的相邻水泥搅拌桩1的咬合度为100mm，两排水泥搅拌桩1的桩芯间距为600mm。

S2、芯桩2施工：在临河道侧的水泥搅拌桩上以静压方式插入刚性的芯桩2，插入的芯桩2贯穿水泥搅拌桩1，芯桩2在水泥搅拌桩处于松软状态且尚未固结时插入，芯桩2插入靠近河道侧的水泥搅拌桩1中。芯桩2间隔设置，芯桩2位于梁场中吊装设备的轨道基础正下方；本实施例中刚性的芯桩2为管桩，管桩可以采用钢筋混凝土管桩，如PHC-300mm型管桩，芯桩2长度为40-50米，相邻芯桩2间距3米。

芯桩2的圆周面上加工有螺旋槽3，螺旋槽3的顶端贯穿芯桩2顶端，螺旋槽3的底端在芯桩靠近底端的位置上，螺旋槽3的数量为2-4条，所有螺旋槽3沿芯桩2横截面的投影围合成完整的圆周，本实施例中螺旋槽3的数量选用4条。芯桩2表面固定有将螺旋槽3遮盖的金属的遮挡块4，遮挡块4上开有喷浆孔，螺旋槽3内放置有注浆管5；喷浆孔上安装有移动柱6，移动柱6能够在喷浆孔上移动，移动柱6内部中空，移动柱6内轴向滑动连接有喷浆柱7，喷浆柱7中心加工有喷浆通道，喷浆柱7一端能够与移动柱6的一端齐平并能够同时紧贴注浆管5。

喷浆柱7上开有多个针孔71，多个针孔71关于喷浆柱7的喷浆通道周向设置，喷浆柱7贴近喷浆柱7的端面上加工有排水环槽72，移动柱6上开有多条与排水环槽72连通的通水槽61。针孔71呈锥形，针孔71尺寸大的一端与螺旋槽3连通。

喷浆柱7能够隐藏在移动柱6上，移动柱6能够收回到螺旋槽3内，注浆管5在注浆前处于扁平状态，芯桩2在向下插入水泥搅拌桩1的过程中，水泥搅拌桩1和土层中的物质都会挤入到喷浆柱7的喷浆通道中，但是因为注浆管5抵在喷浆柱7的端面，使得这些物质并不会进入到螺旋槽3内而堵塞螺旋槽3。而针孔71因尺寸小而使得除液体以外的其他物质难以进入到针孔71中，故而保证后续针孔71排积水的顺利进行。

S3、在芯桩2完成插入后，借助高压注浆机，将高压水泥浆注入到注浆管5中，原本扁平的注浆管5鼓起，并将移动柱6从喷浆孔上推出，通过一边向注浆管5中注入水泥浆，一边拉动注浆管5脱出螺旋槽3的方式使得水泥浆经过螺旋槽3并从喷浆柱7上的喷浆通道喷出。

在步骤S3之前，若芯桩2插入过程中，土层中有积水，积水将从喷浆柱7的针孔71中进入到螺旋槽3内，方便积水从沿着螺旋槽3向上漫出，若是积水无法漫出，或者漫出过慢时，通过注浆管5将积水抽出，先排出积水，再进行后续的步骤S3的水泥浆喷浆。

具体实施过程如下：

采用本施工方案后，芯桩2与水泥搅拌桩1组合后形成的组合桩的承载力与桩身刚度均得到大幅度的提高，芯桩2贯穿水泥搅拌桩1而插入到深度更深的软土地基中，使得组合桩将深厚软土地基中各个土层进行了串连，同时芯桩2上的移动柱6和喷浆柱7能够从螺旋槽3伸出，在同一土层中，芯桩2与土层除了依靠侧摩阻力进行支撑外，还依靠移动柱6、喷浆柱7进行了直接的向上支撑，深厚软土地基各层的承力能力均作用在组合桩上，协同效应更强，组合桩的质量更好，同时相邻水泥搅拌桩1在施工时存在交叠区域，使得相邻的水泥搅拌桩1进行了咬合，多个水泥搅拌桩1连接形成一道围护挡土墙体，围护挡土墙体间距高强度和高稳定性，从而极大增强了组合桩的抗滑移能力，防止后续梁场区路基施工期间发生滑移的现象，解决了现有技术存在的问题，保证了梁场路基的整体稳定性；同时围护挡土墙体相当于加固了河堤堤岸，避免了因下大雨河道涨水后堤岸出现滑塌损坏而堵塞河道的情况。

此外，利用芯桩2与水泥搅拌桩1的结合，使得组合桩顶部受到的荷载能有效地集中在芯桩2，再由芯桩2沿纵深传递到其周边侧壁或水泥搅拌桩1端部的水泥土中，使组合桩的侧阻力和桩端阻力能够充分发挥作用，极大提高组合桩的承载能力，降低工后沉降的情况，满足梁场上吊装设备的承载力要求。

此外，芯桩2在水泥搅拌桩1尚未固结时插入，芯桩2插入过程中造成桩周的水泥土体挤密扩张，致使桩周土体界面变得紧密粗糙，并使侧摩阻力有较大提高，进而增加地基承载力。而当芯桩2因插入水泥搅拌桩1和深厚软土层造成芯桩2外周与水泥搅拌桩1或土层存在间隙时，可以利用注浆管5注入高压水泥浆，使得水泥浆喷射到空隙中，增强芯桩2与水泥搅拌桩1之间的接触面积，进一步增加地基的承载力。而喷出到土层中的水泥浆对相应的土层进行加固，也进一步提高了深厚软土地基的承载能力。

除此之外，在注浆管5从芯桩2底部喷注高压水泥浆时，注浆管5鼓起呈圆柱状，注浆管5与螺旋槽3内存在间隙，故而在高于注浆管5底部的喷浆柱7上的针孔71，依然可以进行积水的排出，也即注浆管5的注浆动作与螺旋槽3的排水动作能够同步进行，有利于提高成桩速度。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、水泥搅拌桩施工：采用搅拌桩机制作多个水泥搅拌桩，多个水泥搅拌桩沿河道走向依次排布，且相邻水泥搅拌桩之间存在交叠区域；

S2、芯桩施工：在水泥搅拌桩处于松软状态且尚未固结时插入刚性的芯桩，所插入的芯桩贯穿水泥搅拌桩，芯桩间隔设置。

2.根据权利要求1所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：多个所述水泥搅拌桩形成两排围护挡土墙体，芯桩插入靠近河道侧的水泥搅拌桩中。

3.根据权利要求1所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述水泥搅拌桩的长度为17-25米，芯桩的长度为40-50米。

4.根据权利要求1所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述芯桩为刚性管桩。

5.根据权利要求4所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述芯桩的圆周面上设有螺旋槽，芯桩表面固定有将螺旋槽遮盖的金属的遮挡块，遮挡块上设有喷浆孔，螺旋槽内设有注浆管；在芯桩施工完成后，通过一边向注浆管中注入水泥浆，一边拉动注浆管脱出螺旋槽的方式使得水泥浆经过螺旋槽并从遮挡块上的喷浆孔中喷出。

6.根据权利要求5所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述喷浆孔上安装有移动柱，移动柱内部中空，移动柱能够收回到螺旋槽内，注浆管在注浆前处于扁平状态，注浆管注浆后，注浆管鼓起并将移动柱从喷浆孔上推出。

7.根据权利要求6所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述移动柱内轴向滑动连接有喷浆柱，喷浆柱上设有喷浆通道。

8.根据权利要求7所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述喷浆柱能够紧贴注浆管，喷浆柱上设有多个针孔，多个针孔关于喷浆柱周向设置，喷浆柱贴近喷浆柱的端面上设有排水环槽，移动柱上设有与排水环槽连通的通水槽。

9.根据权利要求5所述的加芯搅拌桩在深厚软土地基梁场建设中的施工方法，其特征在于：所述螺旋槽的数量为2-4条，所有螺旋槽沿芯桩横截面的投影围合成完整的圆周。

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