CN204112318U - 一种提高cfg压灌桩承载力的技术装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高CFG压灌桩承载力的施工技术装置，包括振动器、定位销轴、注浆管、注浆管壁自锁器和伞形钻头式单向注浆球阀；振动器的振动电机设置有底座铁板，定位销轴设置在振动器底座铁板的下侧，定位销轴的直径小于所述注浆管的内径；定位销轴插入注浆管的端部设有锥头；振动器上设有注浆管壁自锁器，并设有注浆管锁止孔；本实用新型的优点在于：确保注浆成功，达到减少沉降、提高桩基承载力1.5-2倍以上的目的，并且同时解决了注浆终止后浆液回流的问题，装置制作简单，成本低廉，施工便捷、质量可靠、且能节省工料，经济和社会效益明显。

Description

一种提高CFG压灌桩承载力的技术装置

技术领域

本实用新型是一种提高CFG压灌桩承载力的施工技术装置。 

背景技术

近年来，CFG桩复合地基技术得到了广泛应用，成为地基处理的主要方法之一。为解决桩底、桩侧虚土和软弱土层对钻孔灌注桩造成的承载力减弱的问题，科技界不断探索、研究，并采用对桩底、桩周软弱土层注浆(高强水泥浆)的方法来提高其单桩承载力。 

目前，中国发明专利专利号“201310387975”采用一种“套管式底送后插管后注浆装置及施工办法”。该装置存在以下不足之处： 

1、注浆管插入桩体需使用套管，增加了工序的复杂性； 

2、在导入注浆管过程中，水泥浆会在振动力的作用下从混凝土中析出进入套管与注浆管之间的缝隙，凝结在套管内、外壁上，使外径越来越大，孔口越来越小，实际使用过程中需要反复清理，费工费时，尤其在高温和寒冷季节凝结非常明显，使用很不理想； 

3、因注浆管未设单向阀，造成注浆终止后浆液回流，使注浆压力散失，不仅造成了材料浪费，而且达不到压力注浆的应有效果。 

另外，中国发明专利名称为“长螺旋钻孔压灌桩后注浆处理施工方法及后注浆装置”专利号“200710200046.8”所公开的内容，在施工过程中也存在以下不足： 

1、注浆管焊在钢筋笼的两侧，不能形成桩端中心注浆，达不到最佳注浆效果； 

2、注浆管焊在钢筋笼的两侧与钢筋笼成为一体，同步入孔，造成注浆管受钢筋笼安放标高的约束，注浆单向阀不能自由设于预定的虚土位置，部分在安放过程中因插于密度较大土层或岩层受到损坏或离孔底较高被包裹在混凝土中，造成注浆困难或失败； 

3、注浆管依附于钢筋笼，特意制作由定位钢筋、兜底钢筋等组成的后注浆装置增加了施工的繁琐性，同时也增加了劳动强度和材料成本。 

另外，中国发明专利专利号CN200710113890.7给出了一种干成孔灌注桩桩底后注浆的施工方法，能有效的提高单桩承载力。但该方法在施工过程中施工场地局部区域常出现与勘察报告不符的情况，会受到流塑土层或浅层滞留水的影响，出现缩孔、塌孔现象，造成施工困难，未能被广泛推广应用。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供了整套可靠、能有效提高CFG压灌桩承载力的技术装置，弥补了上述三个专利存在的施工缺陷。确保注浆成功，达到减少沉降、提高桩基 承载力1.5-2倍以上的目的，并且同时解决了注浆终止后浆液回流的问题，装置制作简单，成本低廉，施工便捷、质量可靠、且能节省工料,经济和社会效益明显。 

本实用新型的技术方案为： 

一种提高CFG压灌桩承载力的技术装置，包括振动器、定位销轴、注浆管、注浆管壁自锁器和伞形钻头式单向注浆球阀。所述振动器的振动电机设置有底座铁板，所述定位销轴设置在所述振动器底座铁板的下侧，所述定位销轴的直径小于所述注浆管的内径；所述定位销轴插入注浆管的端部设有锥头，以便两者的连接操作；所述定位销轴与所述振动器底座铁板相连接的根部设有尼龙套垫，用来保护注浆管的注浆入口避免受振动冲击而变形；所述振动器上设有注浆管壁自锁器，所述注浆管壁自锁器可在注浆管露出地面的任意部位锁定，简捷方便。所述注浆管壁自锁器包括两个通过销轴铰接的合页板，所述销轴上设有张紧弹簧，在不受外力作用时合页板为展开状态，所述合页板上设有钢丝绳孔，所述钢丝绳孔固定在钢丝绳的一端，所述钢丝绳的另一端固定在所述振动器底座铁板上；所述合页板上均设有注浆管锁止孔，所述注浆管的上端穿过所述注浆管壁自锁器合页板上的注浆管锁止孔，顶在定位销轴根部的尼龙衬套上并拉紧注浆管壁自锁器与振动器底座铁板相连接的钢丝绳，使注浆管锁住固定在定位销轴上。所述注浆管的下端连接有伞形钻头式单向注浆球阀；所述伞形钻头式单向注浆球阀阀体的底端为伞形钻头，所述钻头的锥面设有三棱螺旋钻翼，导向性好、钻进力强；所述伞形钻头直径大于所述阀体的直径；所述伞形钻头式单向注浆球阀阀体上部设有进浆口阀座，所述进浆口阀座的下侧设有玻璃球珠，所述玻璃球珠设置在弹簧上，所述玻璃球珠在弹簧的推力下与进浆口阀座形成密封结构；所述阀体的侧壁周围设有双排出浆孔，与所述注浆管口径流量相匹配；所述阀体侧壁的出浆孔处设有凹槽，所述凹槽的外周套有覆盖出浆孔的橡胶套，为增加对橡胶套的防护，橡胶套的外面包裹有热缩管；所述凹槽处覆盖出浆孔的外层热缩管的外表面低于所述阀体表面，结合伞头的保护使得橡胶套在装置插入桩身的过程中避免了混凝土骨料对它的刮撞损坏，形成了双保险单向阀，能有效保障注浆成功。 

另外，振动器底座铁板上设有用于起吊本装置的振动器吊绳和用来辅助控制注浆管垂直度的拉绳。 

上述提高CFG压灌桩承载力的技术装置的施工方法，包括以下步骤： 

一、制作注浆装置：制作上述注浆装置； 

二、成桩：长螺旋钻机成孔泵送混凝土成桩，混凝土中可掺加粉煤灰或外加剂，每方混凝土的粉煤灰掺量易为70-90kg；混凝土中粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不大于30mm；混凝土塌落度控制在180-200mm之间；当遇到地下砂层较厚即大于5米时，塌落度宜增加至220mm；提钻速度宜为1.2-1.5m/min；长螺旋钻孔压灌桩的充盈系数宜为1.0-1.2；桩顶混 凝土超灌高度不宜小于0.3-0.5m。 

三、安放注浆装置：成桩后用钻机副卷扬的升降钢丝绳吊起上述注浆装置，垂直置于桩身之上，对准桩孔的孔径中心缓缓垂直插入混凝土中，插入速度宜控制在1.5-3m/min之间。当遇到阻滞力时开启振动器，直至将伞形钻头式单向球阀送入到桩底设定位置，然后关闭振动器，松开注浆管壁自锁器，摘下振动器并封好注浆管口，以免落入杂物，注浆装置安放完毕。 

其中，要求伞形钻头式单向球阀安放在桩底混凝土与土层交界面以下200-300mm的最佳位置，注浆管上端露出地面500-700mm。 

四、注浆：在桩体形成10-48(根据试验确定)小时之间，把注浆管内人工注满清水润湿管路，然后用注浆软管连接注浆泵，向桩底压注水泥浆液。 

1、注浆阀应具备下列性能： 

(1)注浆阀能承受1MPa以上的静水压力；注浆阀外部保护层应能抵挡砂石等硬质物的刮撞而不致使注浆阀受损； 

(2)注浆阀应具备逆止功能。 

2、浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量等参数应符合下列规定： 

(1)浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性不同控制在0.5-0.8之间。水泥浆液中添加有水泥重量1％的混凝土泵送剂(采用山东临朐利建特种建材有限公司生产的ED-P3型高强泵送剂)以及5％的混凝土膨胀剂(采用山东临朐利建特种建材有限公司生产的ED-A型膨胀剂)，泵送压力为0.6-10MPa； 

(2)注浆流量不宜超过75L/min； 

(3)单桩注浆量应考虑桩的直径、长度、桩底和桩侧土质的性质、单桩承载力增幅等因素注确定。后注浆作业开始前，宜进行注浆试验和试桩试验，优化并最终确定注浆参数。 

五、对土体挤密固化、加大桩底受力面积：浆液在压力作用下推动弹簧，从注浆孔和弹性橡胶套的缝隙中冲出，对周围松软和有空隙的土体进行填充和挤压，在桩端形成水泥土扩大头，加大了桩底受力面积；浆液在压力作用下继续沿桩侧上升，使桩周土体也得到挤密和固化，从而大幅提高单桩的承载能力。 

六、阻止浆液回流：当注浆结束时，球珠在弹簧的推动作用下回弹封闭管路，使高压浆液向土体充分渗透，从而给桩体一个予加应力，充分发挥压力注浆的作用。 

本实用新型的有益效果： 

1、直接插管，操作方便，省时省工，质量可靠； 

2、伞形钻头式单向注浆阀结构简单，集导向、先插后钻、压浆、逆止多功能于一身，解决 了注浆管路开通困难和浆液回流的问题； 

3、通过插管注浆形成了对成桩后桩端虚土、桩间软弱土层及成孔过程中桩侧被扰动土体的挤密和固化，从而提高了桩侧摩阻力和桩端承载力，达到减少沉降的效果。 

试验结果表明：采用本实用新型可使单桩承载力提高1.5-2倍以上，在保留达到原设计承载力的基础上，能够缩短设计桩长或减少用桩数量。在现有钻机设备使用中，避免了动用大型机械，节省了在运输、安装、能源消耗等诸多方面的浪费，降低了施工难度和工程造价。若能得到广泛推广和应用，其经济效益和社会效益不可估量。 

为使本实用新型的技术方案和装置设计更加清楚的予以展示，下面结合图示和实例对本实用新型作进一步详细描述。 

图示说明 

图1、整体结构示意图； 

图2、伞形钻头式单向球阀的结构示意图； 

图3、注浆管壁自锁器的结构示意图； 

图4、实施例2步骤(2)的结构示意图； 

图5、实施例2步骤(3)的结构示意图； 

图6、实施例2步骤(4)的结构示意图； 

图中：1-振动器吊绳、2-振动器、3-振动器底座铁板、4-注浆管定位销轴、5-注浆管、6-注浆管壁自锁器、7-伞形钻头式单向球阀、8-拉绳、9-橡胶套、10-球珠、11-阀座、12-出浆孔、13-弹簧、14-钻头、15-阀体、16-凹槽、17-长螺旋钻机、18-桩、61-钢丝绳孔、62-注浆管锁止孔、63-张紧弹簧、64-销轴、65-注浆管壁自锁器合页板、66-钢丝绳。 

具体实施方式

以下对本实用新型的实施进行说明，此处所描述的仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

实施例1 

如图1-3所示，一种提高CFG压灌桩承载力的技术装置，包括振动器2、定位销轴4、注浆管5、注浆管壁自锁器6和伞形钻头式单向球阀7。振动器2的振动电机设置有底座铁板3，定位销轴4设置在振动器底座铁板3的下侧，定位销轴4的直径小于注浆管5的内径；定位销轴4插入注浆管5的端部设有锥头，以便两者的连接操作；定位销轴4与振动器底座铁板3相连接的根部设有尼龙套垫，用来保护注浆管的注浆入口避免受振动冲击而变形；振动器2上设有注浆管壁自锁器6，注浆管壁自锁器6包括两个通过销轴64铰接的合页板65，销轴64上设有张紧弹簧63，在不受外力作用时合页板为展开状态，合页板65上设有 钢丝绳孔61，钢丝绳孔61上固定钢丝绳66的一端，钢丝绳66的另一端固定在振动器底座铁板3上；合页板65上均设有注浆管锁止孔62，注浆管5穿过注浆管锁止孔62顶在尼龙套垫上，将注浆管5的上端固定在定位销轴4上，下拉注浆管壁自锁器6，直至拉紧注浆管壁自锁器6与振动器底座铁板3相连接的钢丝绳66，使注浆管5锁住。注浆管5的下端连接有伞形钻头式单向注浆球阀7；所述伞形钻头式单向注浆球阀7阀体15的底端为伞形钻头14，伞形钻头14的锥面设有三棱螺旋钻翼，导向性好、钻进力强；钻头14直径大于阀体15的直径；阀体15上部设有进浆口阀座11，进浆口阀座11的下侧设有玻璃球珠10，玻璃球珠10设置在弹簧13上，玻璃球珠10在弹簧13的推力下与进浆口阀座11形成密封结构；阀体15的侧壁周围设有双排出浆孔12，与注浆管口径流量相匹配；出浆孔12处的阀体15侧壁设有凹槽16，凹槽16的外周套有橡胶套9，橡胶套9的外面包裹有热缩管，增加对橡胶套9的防护，凹槽16使覆盖出浆孔12的热缩管的外表面低于阀体表面，结合伞头的保护使得橡胶套9在装置插入桩身的过程中避免了混凝土骨料对它的刮撞损坏，形成了双保险单向阀，能有效保障注浆成功。 

另外，振动器底座铁板3上还设有用于起吊本装置的振动器吊绳1，以及用来辅助控制注浆管垂直度的拉绳8。 

实施例2 

实施例1所述CFG插管注浆装置的施工方法，包括以下步骤： 

(1)制作注浆装置：按图纸设计桩长，结合施工场地标高，制作包括满足施工长度需要的注浆管在内的如实施例1所述的注浆装置： 

(2)成桩：长螺旋钻机17成孔泵送混凝土成桩18，混凝土中可掺加粉煤灰或外加剂，每方混凝土的粉煤灰掺量易为70-90kg；混凝土中粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不大于30mm；混凝土塌落度控制在180-200mm之间；当遇到地下砂层较厚即大于5米时，塌落度宜增加至220mm；提钻速度宜为1.2-1.5m/min；长螺旋钻孔压灌桩的充盈系数宜为1.0-1.2；桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.3-0.5m。如图4所示。 

(3)安放注浆装置：成桩后(有钢筋笼的先安放钢筋笼)用钻机副卷扬升降钢丝绳吊起本装置垂直置于桩身之上，对准桩孔的孔径中心缓缓垂直插入混凝土中，插入速度宜控制在1.5-3m/min之间。拉绳8用来辅助控制注浆管5的垂直度；当遇到阻滞力时开启振动器2，直至将伞形钻头式单向球阀7送入到桩底混凝土与土层交界面以下200-300mm范围内；然后关闭振动器2，松开注浆管壁自锁器6，摘下振动器并封好注浆管口，以免落入杂物，注浆装置安放完毕，如图5所示； 

(4)注浆：在桩体形成10-48(根据试验确定)小时之间，把注浆管5内人工注满清水润湿 管路，然后用注浆软管连接注浆泵，向桩底压注水泥浆液。 

①注浆阀应具备下列性能： 

A、注浆阀能承受1MPa以上的静水压力；注浆阀外部保护层应能抵挡砂石等硬质物的刮撞而不致使注浆阀受损； 

B、注浆阀应具备逆止功能。 

②浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量等参数应符合下列规定： 

A、浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性不同控制在0.5-0.8之间。水泥浆液中添加有水泥重量1％的混凝土泵送剂(采用山东临朐**特种建材有限公司生产的ED-P3型高强泵送剂)以及5％的混凝土膨胀剂(采用山东临朐**特种建材有限公司生产的ED-A型膨胀剂)，泵送压力为0.6-10MPa； 

B、注浆流量不宜超过75L/min； 

C、单桩注浆量应考虑桩的直径、长度、桩底和桩侧土质的性质、单桩承载力增幅等因素注确定。后注浆作业开始前，宜进行注浆试验和试桩试验，优化并最终确定注浆参数。 

(5)挤密固化：浆液在压力作用下推动弹簧13，从注浆孔12和弹性橡胶套9的缝隙中冲出，对附近松软和有空隙土体进行填充和挤压，在桩端形成水泥土扩大头，加大了桩底受力面积；浆液在压力作用下继续沿桩侧上升，使桩周土体也得到挤密和固化，从而大幅提高单桩的承载能力，如图6所示； 

(6)阻止浆液回流：当注浆结束时，球珠10在弹簧13的推动作用下回弹封闭管路，使高压浆液向土体充分渗透，从而给桩体一个予加应力，充分发挥压力注浆的作用。 

实施例3 

采用本实用新型实施例1的装置以及实施例2的方法进行现场施工试验。 

一、试验目的 

由潍坊**集团有限公司委托施工，潍坊市建筑工程质量检测站对其施工的中国**潍坊分公司综合办公楼工程桩基进行静载试验，确定单桩竖向抗压承载力，为设计改进提供依据(原设计的桩长为15m，单桩竖向抗压承载力特征值900KN)。 

该工程设计、勘察单位均为潍坊市**设计院，桩基施工单位为潍坊**建筑公司，监理单位为潍坊市**建设监理公司。 

改进后采用本实用新型实施例1的装置以及实施例2的方法，设计桩径均为400mm,桩长为8m，单桩竖向抗压承载力特征值900KN，本次试验3根，桩位由设计单位指定，检验外业工作于2013年5月21日至26日完成。检验时，天气晴，气温15-25℃。 

二、地质概况 

根据潍坊市建**设计院出具的场地地质勘察报告，拟建场地地处昌潍冲洪积平原地貌，场地土层情况简单描述如下： 

1层填土：厚度1.6-2.02米，平均1.8米；固结程度高，强度低。 

2粉质粘土：厚度3.9-4.8米，平均4.3米；力学强度较高，为正常固结土，中等压缩性。可作为天然持力层。 

3层粉土：层厚度3.3-4.1米，平均3.7米；力学强度较高，为正常固结土，中等压缩性。可作为天然持力层荷上覆天然持力层的良好下卧层。 

4层粉土：层位分布稳定，厚度1.4-2.2米，平均1.9米；土质均匀，力学强度较高，为正常固结土，中等压缩性，工程性质较好。可作为天然持力层荷上覆天然持力层的良好下卧层。5层粉土：厚度3.8-5.0米，平均4.2；力学轻度较高，为正常固结土，中等压缩性，工程性质较好，可作为良好下卧层。 

6层粉土：厚度2.0-2.6米，平均2.4米；力学强度较高，为正常固结土，中等压缩性，工程性质较好。可作为良好下卧层。 

7粉质粘土：厚度3.5-4.2米，平均3.7米；力学强度较高，为正常固结土，中等压缩性，工程性质较好。可作为桩基持力层。 

8层粗砂：该层未穿透，最大揭露厚度3.2米砂层工程性质较好，属中等压缩性中密－密实砂层，可作为桩基持力层和下卧层。 

其它具体详见地质报告。 

三、单桩静载检验 

(一)概述 

静载检验采用锚桩横梁联合反力装置，用油压千斤顶以慢速维持载荷法加卸载，用压力表控制载荷示值，用百分表测量沉降量。试验执行《建筑桩基检测技术规范》4“单桩竖向抗压静载试验”的规定。 

主要设备采用钢制横梁3根，3200KN油压千斤顶1台，JCQ-503A静载荷测试仪，50mm电子位移表2块等。设备装置见安装示意图。 

(二)检验结果综述 

1、加载情况： 

1#试桩加载至1800KN,加载值已到特征值得2倍，故停止加载而卸荷，此时桩顶累计沉降量为8.18mm。 

2#试桩加载至1800KN,加载值已到特征值得2倍，故停止加载而卸荷，此时桩顶累计沉降量为6.66mm. 

3#试桩加载至1800KN,加载值已到特征值得2倍，故停止加载而卸荷，此时桩顶累计沉降量为6.34mm. 

2、检验结果的确定 

单桩竖向抗压静载试验数据汇总表见下表1 

结果：最大加载量：1800KN，最大沉降量：6.34mm，最大回弹量：3.33mm，回弹率：52.52％。 

检验结果汇总表见下表2： 

经检测结果表明：单桩竖向抗压极限承载力统计值为不低于1800KN,其特征值为不低于900KN。 

由于采用“桩底后压浆法”施工，CFG桩数856棵，桩长由15米改为8米，在工程 总价中CFG桩混凝土用量、清理桩间土方、截桩头等费用都有了很大程度的节约，虽采用“桩底后压浆法”增加了一定的注浆费用，但是总体工程造价降低，取得了可观的经济效益，工程造价变化如下： 

由上图对比结果可知，改进后工程量的减少可降低造价约28.17万元，降低成本近30％，经济效益显著。 

Claims (3)

1.一种提高CFG压灌桩承载力的技术装置，其特征在于：本装置包括振动器、定位销轴、注浆管、注浆管壁自锁器和伞形钻头式单向注浆球阀；

所述振动器的振动电机设置有振动器底座铁板，所述定位销轴设置在所述振动器底座铁板的下侧，所述定位销轴的直径小于所述注浆管的内径；所述定位销轴插入注浆管的端部设有锥头；所述定位销轴与所述振动器底座铁板相连接的根部设有尼龙套垫；所述振动器上设有注浆管壁自锁器，所述注浆管壁自锁器包括两个通过销轴铰接的合页板，所述销轴上设有张紧弹簧，在不受外力作用时合页板为展开状态，所述合页板上设有钢丝绳孔，所述钢丝绳孔固定在钢丝绳的一端，所述钢丝绳的另一端固定在所述振动器底座铁板上；所述合页板上均设有注浆管锁止孔。

2.根据权利要求1所述的提高CFG压灌桩承载力的技术装置，其特征在于：所述注浆管的上端穿过所述注浆管壁自锁器合页板上的注浆管锁止孔，顶在定位销轴根部的尼龙衬套上并拉紧注浆管壁自锁器与振动器底座铁板相连接的钢丝绳，使注浆管锁住固定在定位销轴上；所述注浆管的下端连接有伞形钻头式单向注浆球阀；所述伞形钻头式单向注浆球阀阀体的底端为伞形钻头，所述钻头的锥面设有三棱螺旋钻翼，所述钻头直径大于所述阀体的直径；所述阀体上部设有进浆口阀座，所述进浆口阀座的下侧设有玻璃球珠，所述玻璃球珠设置在弹簧上，所述玻璃球珠在弹簧的推力下与进浆口阀座形成密封结构；所述阀体的侧壁周围设有双排出浆孔，与所述注浆管口径流量相匹配；所述阀体侧壁的出浆孔处设有凹槽，所述凹槽内套有覆盖出浆孔的橡胶套，为增加对橡胶套的防护，橡胶套的外面包裹有热缩管；所述凹槽处覆盖出浆孔的外层热缩管的外表面低于所述阀体表面。

3.根据权利要求1所述的提高CFG压灌桩承载力的技术装置，其特征在于：所述振动器底座铁板上设有用于起吊本装置的振动器吊绳和用来辅助控制注浆管垂直度的拉绳。