CN115233685B - 一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑注浆技术领域，具体涉及一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法，包括桩体、控制组件、注浆件和清洗件，所述桩体外侧壁上开设有若干个壁孔；所述控制组件包括单向活塞阀和变向阀，所述清洗件设于所述桩体内部且所述清洗件也与所述变向阀连接，所述清洗件位于所述注浆件的一侧，该注浆装置解决了现有的注浆的方式对薄弱的桩基只能实现一次注浆的现状，通过在桩体上开设多个壁孔，在壁孔上安装控制组件，且控制组件控制注浆件或清洗件，使桩体处于注浆状态或清洗状态，并且控制组件、注浆件和清洗件在注浆或者清洗完成后无需进行拆卸，在桩基使用寿命周期内，还能进行多次的注浆工序与清洗工序，从而维持桩基水平刚度。

Description

一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法
技术领域
本发明属于建筑注浆技术领域，尤其涉及一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法。
背景技术
实际桩基施工过程中不仅桩身周围常存在薄弱土层，而且更为重要的是在桩基使用寿命周期内，由于不断受到水平荷载的影响，桩土之间会形成空隙并不断发展，造成桩基水平刚度弱化。
现有的工程中通常采用后注浆的方式对桩基承载问题进行二次处理，但是这种方法无法保证桩侧注浆沿桩长均匀分布，对提高的桩基承载力较为有限，桩身强度无法充分使用，而且只能进行一次注浆，影响注浆作业质量与效率，不利于桩基在使用寿命周期内维持桩基水平刚度，更无法提升桩基的韧性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，包括：
桩体，所述桩体外侧壁上开设有若干个壁孔；
控制组件，所述控制组件包括单向活塞阀和变向阀，所述单向活塞阀安装在所述壁孔上并向桩体外侧延伸，所述变向阀设于所述桩体内部并与所述单向活塞阀连接；所述单向活塞阀包括出浆钢管，所述出浆钢管的一端与所述变向阀连接，所述出浆钢管的一侧内壁铰接有活塞，所述出浆钢管的另一侧内壁通过铆钉连接有弹簧，所述弹簧远离所述铆钉的一端与所述活塞连接；
注浆件；所述注浆件设于所述桩体内部且与所述变向阀连接；
清洗件；所述清洗件设于所述桩体内部且与所述变向阀连接。
与现有技术相比，该注浆装置解决了现有的注浆的方式对薄弱的桩基只能实现一次注浆的现状，通过在桩体上开设多个壁孔，在壁孔上安装控制组件，且控制组件控制注浆件或清洗件，使桩体处于注浆状态或清洗状态，并且控制组件、注浆件和清洗件在注浆完成或者清洗完成后无需进行拆卸，在桩基使用寿命周期内，还能进行多次的注浆工序与清洗工序，从而维持桩基水平刚度。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述活塞与所述出浆钢管之间连接有滑槽，所述滑槽用于限制活塞转动。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述注浆件包括：
泥浆泵，所述泥浆泵设于桩体外侧，所述泥浆泵用于抽取浆液；
输浆管，所述输浆管的一端与泥浆泵的输出端连接，所述输浆管的另一端与变向阀连接。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述清洗件包括：
水泵，所述水泵设于桩体外侧，所述水泵用于抽取水源；
水管，所述水管的一端与水泵的输出端连接，所述水管的另一端与变向阀连接。
进一步具体地说，上述技术方案中，还包括监控件，所述监控件设于桩体外侧壁上，所述监控件为水下摄像头，所述水下摄像头用于观测注浆量。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述单向活塞阀外侧安装有保护壳。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述变向阀通过电缆与外部电源连接，当桩体处于清洗状态时，变向阀使水管与输浆管连通，水管与出浆钢管断开；当桩体处于注浆状态时，变向阀使水管与输浆管断开，输浆管与出浆钢管连通。
一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置的施工方法，包括以下步骤：
S1、计算桩基嵌固点深度，桩体在嵌固点以上，泥面以下，分层和分方向设置桩体壁孔；
S2、在桩体壁孔上安装控制组件、注浆件、清洗件、监控件和保护壳，随后进行桩基施工；
S3、控制变向阀，使注浆件与清洗件分别对桩体进行施工；
S4、通过监控件确定注浆量；
S5、根据桩基使用寿命周期内实际桩土空隙的需要，注浆件对桩土空隙进行多次注浆。
与现有技术相比，该施工方法解决了现有的注浆的方式对薄弱的桩基只能实现一次注浆工序，通过在桩体壁孔上安装控制组件、注浆件、清洗件和监控件，控制组件控制注浆件或清洗件，使桩体处于注浆状态或清洗状态，监控件能监测浆液的注入量，并且控制组件、注浆件、清洗件和监控件无需拆洗，在桩基使用寿命周期内重复注浆步骤和清洗步骤，使桩体多次注浆，从而能维持桩基水平刚度。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述步骤S2中，安装控制组件、注浆件、清洗件、监控件和保护壳的方法为：在桩体壁孔上安装控制组件，单向活塞阀穿设在壁孔上并向外延伸且单向活塞阀朝向桩体内的一端安装变向阀，随后在单向活塞阀外侧安装保护壳，在变向阀上安装注浆件和清洗件，输浆管与水管均与变向阀连接，泥浆泵与水泵均安装在桩体外侧，监控件安装在桩体外侧壁上。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述步骤S3中，控制变向阀，使注浆件与清洗件分别对桩体进行施工的方式为：变向阀使水管与输浆管连通，水管与出浆钢管断开，高压水清洗输浆管；变向阀使水管与输浆管断开，输浆管与出浆钢管连通，浆液从单向活塞阀流出桩体外侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的注浆装置解决了现有的薄弱桩基注浆工序中，采用一次的注浆的方式在桩基使用寿命周期内仍会形成空隙的现象，通过在桩体外侧壁上开设多个壁孔，且壁孔内安装控制组件，控制组件由变向阀与单向活塞阀组成，变向阀用于控制注浆件或清洗件的开启，使桩体处于注浆状态或清洗状态，并且控制组件、注浆件和清洗件在施工后无需进行拆卸，在桩基使用寿命周期内，仍可进行注浆和清洗工序。
(2)本发明的注浆方法中通过多个控制组件、注浆件和清洗件，在桩基使用寿命周期内会出现薄弱土层，该注浆方法通过注浆装置实现多次桩基注浆或桩体清洗的工序，能维持桩基水平刚度，提升桩基的韧性。
附图说明
图1为本发明的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法及其注浆方法立体结构示意图；
图2为桩体俯视结构示意图；
图3为控制组件结构示意图；
图4为单向活塞阀结构示意图。
图中：1、桩体；11、壁孔；2、控制组件；21、单向活塞阀；211、出浆钢管；212、活塞；213、铆钉；214、弹簧；215、滑槽；216、铰链；22、变向阀；3、注浆件；31、泥浆泵；32、输浆管；4、清洗件；41、水泵；42、水管；5、水下摄像头；6、保护壳；7、电缆；8、外部电源。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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。
请参阅图1-4，为实现上述目的，本发明提出一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置及其施工方法，包括桩体1、控制组件2、注浆件3和清洗件4，桩体1为内部中空结构，在桩体1外侧壁上开设若干个壁孔11，壁孔11内安装控制组件2，注浆件3与清洗件4均安装于桩体1内部，且注浆件3与清洗件4均与控制组件2连接。
其中，控制组件2包括单向活塞阀21和变向阀22，单向活塞阀21安装在壁孔11上并向桩体1外侧延伸，变向阀22设于桩体1内部并与单向活塞阀21连接，单向活塞阀21包括出浆钢管211，出浆钢管211的一端与变向阀22连接，出浆钢管211的一侧内壁通过铰链216铰接有活塞212，出浆钢管211的另一侧内壁通过铆钉213连接有弹簧214，弹簧214远离铆钉213的一端与活塞212连接。
注浆件3与清洗件4均与变向阀22连接，通过控制变向阀22，实现桩体1注浆状态与清洗状态的切换，活塞212通过弹簧214的作用，弹簧214将活塞212推至出浆钢管211外侧，使出浆钢管211呈未封闭状态，从而方便浆液流出。
如图2-4所示，在一些实施例中，活塞212与所述出浆钢管211之间连接有滑槽215，滑槽215用于限制活塞212转动，通过设置滑槽215，浆液流出至出浆钢管211处时，由于浆液流出时具有冲击力，会导致活塞212在出浆钢管211的开口变大，滑槽215能避免浆液流出时，浆液的冲击过大，导致弹簧214变形，从而使出浆钢管211的开口面积增大。
如图1所示，在一些实施例中，注浆件3包括泥浆泵31和输浆管32，泥浆泵31设于桩体1外侧，泥浆泵31用于抽取浆液，输浆管32的一端与泥浆泵31的输出端连接，输浆管32的另一端与变向阀22连接；泥浆泵31抽取浆液到输浆管32中，当变向阀22驱使输浆管32与出浆钢管211连通时，此时桩体1处于注浆状态。
如图1所示，在一些实施例中，清洗件4包括水泵41和水管42，水泵41设于桩体1外侧，水泵41用于抽取水源，水管42的一端与水泵41的输出端连接，水管42的另一端与变向阀22连接；水泵41抽取水源到水管42中，当变向阀22驱使水管42与输浆管32连通时，此时桩体1处于清洗状态。
如图1所示，在一些实施例中，该注浆装置还包括监控件，监控件设于桩体1外侧壁上，监控件为水下摄像头5，水下摄像头5用于观测注浆量。
如图3所示，在一些实施例中，单向活塞阀21外侧安装有保护壳6。
如图3所示，在一些实施例中，变向阀22通过电缆7与外部电源8连接，当桩体1处于清洗状态时，变向阀22使水管42与输浆管32连通，水管42与出浆钢管211断开；当桩体1处于注浆状态时，变向阀22使水管42与输浆管32断开，输浆管32与出浆钢管211连通。
一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置的施工方法，其特征在于：该施工方法包括以下步骤：
S1、计算桩基嵌固点深度，桩体1在嵌固点以上，泥面以下，分层和分方向设置壁孔11；
桩基嵌固点深度计算：
根据《码头结构设计规范》(JTS 167-2018)所给出的假想嵌固点的计算方法，以及规范《港口与航道水文规范》(JTS 145-2015)中，当桩顶可以自由转动和位移时，计算嵌固点深度的方法如下：
Figure BDA0003775444050000051
t＝ηT；
b0＝kkf(d+1)；
式中：η——为系数，取1.8～2.2，桩顶铰接或者桩的自由长度较大时取较小值；
t——为受弯嵌固点距离泥面的深度(m)；
T——桩的相对刚度系数(m)；
Ep——桩材料的弹性模量(kN/m2)；
Ip——桩截面的惯性矩(m4)；
m——桩侧地基士的水平抗力系数随深度增长的比例系数(kN/m4)；
b0——桩的换算宽度(m)；
d——桩径或垂直于水平力作用方向桩的宽度(m)；
kf——桩形状换算系数，视水平力作用面(垂直于水平力作用方向)而定，圆桩或管桩取0.9，方桩或矩形桩取1.0；
K——平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数，不考虑群桩效应时取1.0。
S2、在桩体1壁孔11上安装控制组件2、注浆件3、清洗件4、监控件和保护壳6，随后进行桩基施工；在桩体1壁孔11上安装控制组件2，单向活塞阀21穿设在壁孔11上并向外延伸且单向活塞阀21朝向桩体1内的一端安装变向阀22，随后在单向活塞阀21外侧安装保护壳6，在变向阀22上安装注浆件3和清洗件4，输浆管32与水管42均与变向阀22连接，泥浆泵31与水泵41均安装在桩体1外侧，监控件安装在桩体1外侧壁上；
S3、控制变向阀22，使注浆件3与清洗件4分别对桩体1进行施工；变向阀22使水管42与输浆管32连通，水管42与出浆钢管211断开，高压水清洗输浆管32；变向阀22使水管42与输浆管32断开，输浆管32与出浆钢管211连通，浆液从单向活塞阀21流出桩体1外侧；
S4、通过监控件确定注浆量；
S5、根据桩基使用寿命周期内实际桩土空隙的需要，注浆件3对桩土空隙进行多次注浆。
在桩基使用寿命周期内会出现薄弱土层，通过该施工方法，多个控制组件2、注浆件3和清洗件4能对薄弱土层进行多次桩基注浆或桩体1清洗的工序，能维持桩基水平刚度，提升桩基的韧性，并且能通过变向阀22与单向活塞阀21的联动，使桩体1处于注浆状态或清洗状态。
本发明应用于在使用寿命周期内薄弱土层的桩基，通过在桩体1上设置多个控制组件2、注浆件3和清洗件4，并且控制组件2由单向活塞阀21和变向阀22组成，能随时对桩体1进行注浆或者清洗，并且通过可循环注浆装置的施工方法，能使桩基在使用寿命周期内，维持桩基水平刚度，提高桩基质量和效率，并提升桩基韧性。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：包括：
桩体，所述桩体外侧壁上开设有若干个壁孔；
控制组件，所述控制组件包括单向活塞阀和变向阀，所述单向活塞阀安装在所述壁孔上并向桩体外侧延伸，所述变向阀设于所述桩体内部并与所述单向活塞阀连接；所述单向活塞阀包括出浆钢管，所述出浆钢管的一端与所述变向阀连接，所述出浆钢管的一侧内壁铰接有活塞，所述出浆钢管的另一侧内壁通过铆钉连接有弹簧，所述弹簧远离所述铆钉的一端与所述活塞连接；
注浆件，所述注浆件设于所述桩体内部且与所述变向阀连接；
清洗件，所述清洗件设于所述桩体内部且与所述变向阀连接。
2.根据权利要求1所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：所述活塞与所述出浆钢管之间连接有滑槽，所述滑槽用于限制活塞转动。
3.根据权利要求1所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：所述注浆件包括：
泥浆泵，所述泥浆泵设于桩体外侧，所述泥浆泵用于抽取浆液；
输浆管，所述输浆管的一端与泥浆泵的输出端连接，所述输浆管的另一端与变向阀连接。
4.根据权利要求3所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：所述清洗件包括：
水泵，所述水泵设于桩体外侧，所述水泵用于抽取水源；
水管，所述水管的一端与水泵的输出端连接，所述水管的另一端与变向阀连接。
5.根据权利要求1所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：还包括监控件，所述监控件设于桩体外侧壁上，所述监控件为水下摄像头，所述水下摄像头用于观测注浆量。
6.根据权利要求1所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：所述单向活塞阀外侧安装有保护壳。
7.根据权利要求1所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置，其特征在于：所述变向阀通过电缆与外部电源连接，当桩体处于清洗状态时，变向阀使水管与输浆管连通，水管与出浆钢管断开；当桩体处于注浆状态时，变向阀使水管与输浆管断开，输浆管与出浆钢管连通。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述维持桩基水平刚度的可循环注浆装置的施工方法，其特征在于：该施工方法包括以下步骤：
S1、计算桩基嵌固点深度，桩体在嵌固点以上，泥面以下，分层和分方向设置桩体壁孔；
S2、在桩体壁孔上安装控制组件、注浆件、清洗件、监控件和保护壳，随后进行桩基施工；
S3、控制变向阀，使注浆件与清洗件分别对桩体进行施工；
S4、通过监控件确定注浆量；
S5、根据桩基使用寿命周期内实际桩土空隙的需要，注浆件对桩土空隙进行多次注浆。
9.根据权利要求8所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，安装控制组件、注浆件、清洗件、监控件和保护壳的方法为：在桩体壁孔上安装控制组件，单向活塞阀穿设在壁孔上并向外延伸且单向活塞阀朝向桩体内的一端安装变向阀，随后在单向活塞阀外侧安装保护壳，在变向阀上安装注浆件和清洗件，输浆管与水管均与变向阀连接，泥浆泵与水泵均安装在桩体外侧，监控件安装在桩体外侧壁上。
10.根据权利要求8所述的一种维持桩基水平刚度的可循环注浆装置的施工方法，其特征在于：所述步骤S3中，控制变向阀，使注浆件与清洗件分别对桩体进行施工的方式为：变向阀使水管与输浆管连通，水管与出浆钢管断开，高压水清洗输浆管；变向阀使水管与输浆管断开，输浆管与出浆钢管连通，浆液从单向活塞阀流出桩体外侧。
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