CN207846409U - 一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地基处理领域，特别适用于适用于软土地基处理工程，尤其是一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩及其施工方法，包括一中心桩体，在中心桩体的外侧设有一用于提高桩体整体性的固结砂层，在固结砂层的外侧设置一具有防护作用的防护层，它能够有效地避免水泥浆过度向砂层内渗透，减少施工材料的浪费；桩基成型效果好、承载性能高，同时能够较大幅度的提高地基土承载能力；采用固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩可发挥砂层的承载性能，提高桩体的侧摩阻力；同时钢筋混凝土管节的设置可以对碎石起到一定的约束作用，起到提高桩基整体性的作用，桩端浆固体与桩周浆固体的设置能够提高桩基的承载性能。

Description

一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩

技术领域

本实用新型涉及地基处理领域，特别适用于适用于软土地基处理工程，尤其是一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩。

背景技术

沿海地区的地基具有含水量大特点，大多属于软土地基，部分地基砂层较厚能够达到3-5m，甚至更厚。因此在软土地基上建造土工结构前，需要对地基进行处理，工程领域中经常使用碎石桩进行软土地基处理。目前的碎石桩工法中与本专利相近的工法有三种，即传统的碎石注浆桩、布袋碎石注浆桩、布袋混凝土管碎石注浆桩等。

碎石桩具有置换作用，能够改善地基的抗剪性能；同时可以发挥碎石的透水性，加速土体固结，提高地基强度。另一方面，传统的碎石桩也存在许多问题，当处理沿海地区或者港口范围内的地基时，因其砂层较厚，砂层对水泥浆有较大的吸附作用，在向碎石内注浆时水泥浆会大量渗入周边砂层中，不仅会造成材料浪费，同时影响碎石桩的成桩质量，易发生断桩、缩颈等病害，无法发挥其良好的经济技术效益。

针对沿海地区或者港口范围内的地基这种较为特殊的施工环境，社会上很多公司或个人也曾做过诸多改进：

例如,在申请号为201410216197.2的专利文献中就提到了先成孔后植入布袋碎石桩施工技术，其主要是：先利用成孔机械在桩的设计位置钻孔，然后把组装好的桩尖、土工布袋、注浆管吊装至桩孔底部，灌入碎石，最后进行注浆。此方法虽然可以有效防止水泥浆向周围砂层过度渗透，但在施工过程中的难点是向布袋中灌入碎石，由于桩孔内存在水或者泥浆，水或者泥浆的压力将布袋压扁，深度越大压力越大，向布袋内灌入碎石时，碎石无法撑开布袋进而无法下沉，若边灌碎石边下沉桩尖，易对孔壁产生扰动造成踏孔现象，则施工效率极低；因此其在具体施工时施工难度较大，在实际施工的过程中很容易出现施工不达标等情况，经济效益非常差，推广价值不高。

另外，例如在专利申请号为201410348059.X的专利文献中也提到了一种外包透水性钢筋混凝土管碎石桩，其主要是利用预制桩尖将管桩压入地基，同时管桩外包土工布袋。但是这种方式导致，施工时套入土工布袋后的管桩压桩不方便，压桩时土工布袋及易破损，造成无法随着管桩下沉，从而无法达到防止透水孔堵塞的效果，大大降低桩体的排水效果；若地基存在砂层，砂浆将会通过破损的布袋过度渗透至周围砂层，造成材料严重浪费；同时，该方法设有预压期，工期较长；另外，土工布袋大多使用编制袋，表面比较光滑，造成桩体侧摩阻力较小，桩体承载力低，因此该技术经济效益差，亦不能很好地解决上述问题。

综上所述，针对沿海地区或者港口范围内的地基这种较为特殊的施工环境的施工进行的改进，虽然可以在一定程度上起到改进效果，但是对施工过程中的水泥浆过度向砂层内渗透，以及施工后的桩基承载性能较差等问题仍然无法很好地进行解决，显然现有的碎石桩无法更有效地满足工程需求。

实用新型内容

本实用新型提供的一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，能够有效地阻止水泥砂浆向周围砂层中渗透，减少施工材料的浪费；桩基成型效果好、承载性能高，同时能够较大幅度的提高地基土承载能力，更有效地满足了工程需要，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，包括一中心桩体，在中心桩体的外侧设有一用于提高中心桩体整体性的固结砂层，在固结砂层的外侧设有一具有防护作用的防护层。

所述防护层的底部可低于固结砂层的底部。

所述中心桩体包括一由水泥砂浆和碎石浇筑而成的碎石桩柱，在碎石桩柱的外侧固定套设有一钢筋混凝土管结构层。

所述混凝土管结构层包括若干个相互卡接的钢筋混凝土管节；在最底部的混凝土管节底部卡接一桩靴。

所述钢筋混凝土管节的顶部和底部分别设置用于与相邻的钢筋混凝土管节或桩靴相配合的插口和承口，所述钢筋混凝土管节为环形，内径为500-1200mm，壁厚为内径的1/10，端部分别设置承口及插口，下层的插口插入上层的承口内，承口与插口受压面上设有水泥砂浆；所述桩靴的顶部设有用于与钢筋混凝土管节的承口相配合的凸型插口，底部设有刃脚；桩靴为环形，内径、厚度与钢筋混凝土管节相同；砂层范围内的钢筋混凝土管节采用透水混凝土预制而成，透水性混凝土室内设计抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于2mm/s。

在桩靴底部设有桩端浆固体，所述桩端浆固体由水泥浆浆固形成，在部分相邻的钢筋混凝土管节的外侧设有一桩周浆固体。

在部分钢筋混凝土管节的端部上沿其圆周间隔设有若干个预留注浆孔，各注浆孔内均设置有注浆软管；部分钢筋混凝土管节上预留注浆孔，每节管预留3-4处注浆孔，注浆孔内嵌有注浆软管，注浆软管采用柔性塑料软管，塑料软管端头不伸出管壁外侧，但内侧外露30-50mm，塑料软管与管节内部碎石中的注浆管连接。

碎石位于钢筋混凝土管节内部，其内预留注浆管，其中碎石中心位置预留一根注浆管，碎石周边预留3-4根注浆管，并与钢筋混凝土管节内外露的塑料软管端头位置一致，注浆管可以进行回收，也可以埋设在桩体中。

固结砂层位于透水性钢筋混凝土管节四周，由水泥浆固结而成，直径比桩体大500-1000mm，由水泥浆固结而成，固结砂层的厚度与地基土中砂层的深度一致。

所述防护层为一钢护筒，可回收再利用。

在碎石桩柱内设置预埋钢筋，钢筋使用HPB335螺纹钢筋。

在钢筋混凝土管节与桩靴的接触面上、相邻的钢筋混凝土管节的接触面上均设有水泥砂浆。

一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩的施工方法，其步骤如下：

S1：成孔：在土层中用钻机进行泥浆护壁成孔至设计深度，其中砂层范围内孔径与钢筋混凝土管节外径相同，并设置尺寸相同的钢护筒，底部孔径减小5-10cm；

S2：沉桩：将钢筋混凝土管节与预制桩靴连接，对准桩位，使用静压桩机将钢筋混凝土管节与桩靴压入桩孔内，使桩靴切土下沉，沉桩过程中逐节连接钢筋混凝土管节，同时将边部的注浆管与预留的注浆软管连接，不断调整桩及桩架的垂直度，直至将钢筋混凝土管节压入土层中直至设计标高；

S3：清理泥浆：将沉桩过程中切土产生的土方随着钢筋混凝土管节内部的泥浆抽出；

S4：灌入碎石：在钢筋混凝土管节中心位置插入注浆管，然后向钢筋混凝土管节中灌入碎石直至设计高度；

S5：二次清孔：通过桩体中心位置的注浆管向碎石内注水进行二次清孔，将桩孔内残余的泥浆清理干净，直至桩头顶部溢出清水为止，清孔过程中碎石会不断密实而下沉，应不断补灌碎石；

S6：压力注浆：通过注浆管向桩端压力注浆，形成桩端浆固体，并不断提升注浆管向碎石内注浆，直至桩头碎石中溢出水泥浆，根据注浆进度，通过碎石周边的注浆管向钢筋混凝土管节外侧进行注浆，形成桩周浆固体；

S7：加固砂层：在砂层内压入比中心桩体桩径大500-1000mm的钢护筒，并向桩外砂层内插入3-4根注浆管，向砂层内注浆，直至砂层表面均匀溢出水泥浆。

一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩的施工方法，其步骤还包括：随着钢筋混凝土管节的下沉，不断安装碎石周边的注浆管，注浆管使用钢管，在预留注浆孔位置设置三通接头或者双向连接接头，接头分别与塑料软管柔性连接。

本实用新型所具有的有益效果是，钢护筒能够有效地阻止水泥砂浆向周围砂层中过度渗透，减少施工材料的浪费；桩基成型效果好、承载性能高，同时能够较大幅度的提高地基土承载能力；采用固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩可发挥砂层的承载性能，提高桩体的侧摩阻力；同时钢筋混凝土管节的设置可以对碎石起到一定的约束作用，起到提高桩基整体性的作用，桩端浆固体与桩周浆固体的设置能够提高桩基的承载性能；既可提高地基土承载能力，又能够保证成桩质量。

1、本实用新型涉及固结砂层使地基中的砂层与桩体固结成为一个整体，提高碎石桩的整体性。

2、在砂层中设置比桩体直径更大的钢护筒，有效阻止了水泥砂浆向周围砂层中渗透，对保证成桩质量、节约材料具有较好的效益。

3、砂层中设置透水混凝土管节，可以使碎石内少量的水泥浆渗透至周围的砂层中，能够使管节与砂层更好的固结为一个整体，充分发挥砂层的承载性能。

4、桩端浆固体与桩周浆固体的设置可以增大碎石桩的桩端承载能力与桩周侧摩阻力，从而达到提高桩体承载力的效果。

5、钢筋混凝土管节的设置可以有效避免传统碎石桩易出现的缩颈、塌孔等质量问题，同时在相邻管节承插口处设置水泥砂浆，可以提高管节的整体性。

附图说明

图1是本实用新型压力注浆后固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩示意图；

图2是本实用新型钢筋混凝土管节示意图；

图3是本实用新型桩靴横截面示意图；

图4是本实用新型固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩横截面示意图；

图5是本实用新型一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩的施工流程示意图；

图中：1、钢筋混凝土管节；2、插口；3、承口；4、注浆孔； 5、桩靴； 6、桩端浆固体；7、注浆管；8、桩周浆固体； 9、碎石固结桩体；10、碎石；11、桩孔；12、钢护筒；13、泥浆；14、预埋钢筋；15、地基土；16、固结砂层；17、刃脚；18、砂层；19、水泥砂浆；20、塑料软管；21、凸型插口。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

预制钢筋混凝土管节、桩靴的制作过程与运输、碎石的运输等本实施例中不在累述，重点阐述本实用新型涉及结构的实施方式。

图1是本实用新型压力注浆后固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩示意图；图2是本实用新型钢筋混凝土管节示意图；图3是本实用新型桩靴横截面示意图；图4是本实用新型固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩横截面示意图。参照图1-4所示的一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩主要包括：钢筋混凝土管节1，桩靴5，桩端浆固体6，桩周浆固体8，碎石固结桩体9，固结砂层16。

如图1-5中所示，一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，包括一中心桩体，在中心桩体的外侧设有一用于提高桩体整体性的固结砂层，在固结砂层的外侧设有一具有防护作用的防护层；设置中心桩体可以起到定位承重的作用，但是面对沿海地区或者港口范围内的地基这种较为特殊的施工环境，如果单纯的设计这一结构无法有效地防止水泥砂浆的外渗的情况，同时无法保证后期碎石桩的成桩质量以及承载能力；因此设置防护层，通过防护层将本碎石桩与外部的砂层隔离，然后通过注浆形成固结砂层，这样通过中间定位、承重并通过外部的防护层对其进行防护、防渗，再加上中间的固结砂层的固定，从而可以保证整个碎石桩的整体性。

所述防护层的底部可低于固结砂层的底部；将防护层最底部低于固结砂层这样设置可以有效地扩大防护的范围，提高施工时的质量和施工后成桩的稳定性。

所述中心桩体包括一由水泥砂浆和碎石浇筑而成的碎石桩柱，在碎石桩柱的外侧固定套设有一钢筋混凝土管结构层；钢筋混凝土管结构层可以对内部的碎石起到固定和限位的作用。

所述混凝土管结构层包括若干个相互卡接的钢筋混凝土管节1；在最底部的混凝土管节1底部卡接一桩靴5；通过设置桩靴可以减少在后期沉桩时向下切土阻力。

所述钢筋混凝土管节1的顶部和底部分别设置用于与相邻的钢筋混凝土管节1或桩靴5相配合的插口2和承口3，所述钢筋混凝土管节1为环形，内径为500-1200mm，壁厚为内径的1/10，端部分别设置承口3及插口2，下层的插口2插入上层的承口3内，承口3与插口2受压面上设有水泥砂浆；所述桩靴5的顶部设有用于与钢筋混凝土管节1的承口3相配合的凸型插口21，底部设有刃脚17，通过设置桩靴5的刃脚17可以减少在后期沉桩时向下切土阻力；桩靴5为环形，内径、厚度与钢筋混凝土管节1相同；砂层内的钢筋混凝土管节1采用透水混凝土预制而成，透水性混凝土室内设计抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于2mm/s。

在桩靴5底部设有桩端浆固体6，所述桩端浆固体6由水泥浆浆固形成，在部分相邻的钢筋混凝土管节1的外侧设有一桩周浆固体8；通过桩周浆固体8可以加固相连的钢筋混凝土管节1直接的牢固性，保证整个结构的稳定性。

在部分钢筋混凝土管节1的端部上沿其圆周间隔设有若干个预留注浆孔4，各注浆孔4内均设置有注浆软管；部分钢筋混凝土管节1上预留注浆孔4，每节管预留3-4处注浆孔4，注浆孔4内嵌有注浆软管，注浆软管采用柔性塑料软管，塑料软管端头不伸出管壁外侧，但内侧外露30-50mm，塑料软管与钢筋混凝土管节1内部碎石中的注浆管7连接。

碎石位于钢筋混凝土管节1内部，其内预留注浆管7，其中碎石中心位置预留一根注浆管，碎石周边预留3-4根注浆管，并与钢筋混凝土管节1内外露的塑料软管端头位置一致，注浆管7可以进行回收，也可以埋设在桩体中，起到加筋作用。

固结砂层16位于透水性钢筋混凝土管节1四周，通过向砂层内压力注入水泥浆固结而成，直径比桩体大500-1000mm，固结砂层16的厚度与地基土中砂层的深度一致。

所述防护层为一钢护筒12；钢护筒12可以将整个碎石桩与外部的砂层隔离，从而可以有效地为施工提供一个相对稳定的环境，减少施工时因水泥砂浆外渗造成的质量问题和材料浪费的问题。

在碎石桩柱内设置预埋钢筋14，钢筋使用HPB335螺纹钢筋，增强桩体与上部结构连接的整体性。

在钢筋混凝土管节1与桩靴的接触面上、相邻的钢筋混凝土管节1的接触面上均设有水泥砂浆；增强连接时的牢固性。

下面以植入内径800mm、壁厚80mm的钢筋混凝土管节为例，阐述固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩的具体实施方式。

现场施工前应根据设计标高以及砂层厚度预先制作好所需的钢筋混凝土管节1、桩靴5等。清理施工现场后，进行施工放线，确定桩位，钢筋混凝土管节1、施工设备及各类材料及时进场。

首先进行泥浆护壁成孔，先使用φ1000mm的钻机进行钻孔，钻孔深度与砂层厚度一致，并在砂层范围内设置φ1000mm的钢护筒12，防止塌孔，然后使用φ800mm的钻机继续钻机成孔。将桩靴5与钢筋混凝土管节1连接，把第一节钢筋混凝土管节1的承口3套在桩靴5上的凸型插口21上，承口3、插口2受压面涂抹水泥砂浆19，水泥砂浆标号为M10。使用压桩机械将钢筋混凝土管节1与桩靴5一起切土下沉，切土厚度为8cm，下沉过程中将注浆管7与预留的塑料软管20连接，方便后续注浆施工。注浆管7采用钢管，内径为3cm，每节注浆管长2m，注浆管7上在塑料软管20位置设有三通接头。

砂层内的钢筋混凝土管节1使用透水混凝土预制，其中透水性混凝土室内设计抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于2mm/s。

钢筋混凝土管节1施工结束后，将桩孔11内的泥浆13抽出，在桩孔11中心位置放置注浆管7，注浆管7伸至桩孔11底部，然后向桩孔11内灌入碎石10。

最后向碎石10内压力注浆，注浆压力控制在0.4-0.8MPa，并不断提升注浆管7。注浆的同时使用φ2000mm的钢护筒12压入砂层18内，钢护筒12长度与砂层18厚度一致，同时向钢护筒12内砂层18中插入3根注浆管7，向砂层18内压力注浆，注浆压力控制在0.4-0.8MPa。

采用静压法进行固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩施工，主要施工过程如下：

1.施工前准备：根据设计要求工厂预制所需钢筋混凝土管节1、桩靴5；场地清平，机械进场安装；

2.成孔：在土层中用钻机进行泥浆护壁成孔至设计深度，其中砂层范围内孔径与钢筋混凝土管节1外径相同，并设置尺寸相同的钢护筒12，底部孔径减小5-10cm，即同时大于底部孔径5-10cm，砂层18厚度范围内设置钢护筒12；

3. 桩机就位、沉桩：将钢筋混凝土管节1与预制桩靴5连接，对准桩位，使用静压桩机将钢筋混凝土管节1与桩靴5压入桩孔内，使桩靴5切土下沉，沉桩过程中逐节连接钢筋混凝土管节1，同时将边部的注浆管7与预留的注浆软管连接，不断调整桩及桩架的垂直度，直至将钢筋混凝土管节1压入土层中直至设计标高；

4.清理泥浆：将沉桩过程中切土产生的土方随着钢筋混凝土管节1内部的泥浆抽出；

5.灌入碎石：在钢筋混凝土管节1中心位置插入注浆管7，然后向钢筋混凝土管节1中灌入碎石直至设计高度；桩机移位，移动桩打设机至下一桩点，并重复上述步骤；

6.二次清孔：通过桩体中心位置的注浆管向碎石内注水进行二次清孔，将桩孔内残余的泥浆13清理干净，直至桩头顶部溢出清水为止，清孔过程中碎石会不断密实而下沉，应不断补灌碎石；

7.压力注浆：通过注浆管7向桩端压力注浆，形成桩端浆固体6，并不断提升注浆管向碎石内注浆，直至桩头碎石中溢出水泥浆，根据注浆进度，通过碎石周边的注浆管向钢筋混凝土管节1外侧进行注浆，形成桩周浆固体8，直至桩头碎石中溢出水泥浆，然后将注浆管7拔出进行回收；

8.加固砂层：在砂层内压入比中心桩体桩径大500-1000mm的钢护筒12，并向桩外砂层内插入3-4根注浆管，向砂层内注浆，直至砂层表面均匀溢出水泥浆，形成固结砂层16。

一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩的施工方法，其步骤还包括：随着钢筋混凝土管节1的下沉，不断安装碎石周边的注浆管7，注浆管7使用钢管，在预留注浆孔位置设置三通接头或者双向连接接头，接头分别与塑料软管柔性连接，方便回收利用。

本实用新型桩基成型效果好、承载性能高，同时能够较大幅度的提高地基土承载能力；采用固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩可避免水泥浆过度向砂层内渗透，充分发挥砂层的承载性能，提高桩体的侧摩阻力；同时钢筋混凝土管节的设置可以对碎石起到一定的约束作用，起到提高桩基整体性的作用，桩端浆固体与桩周浆固体的设置能够提高桩基的承载性能；既可提高地基土承载能力，又能够保证成桩质量。

本实用新型涉及固结砂层使地基中的砂层与桩体固结成为一个整体，提高碎石桩的整体性。

在砂层中设置比桩体直径更大的钢护筒12，有效阻止了水泥砂浆向周围砂层中渗透，对保证成桩质量、节约材料具有较好的效益。

砂层中设置透水混凝土管节1，可以使碎石内少量的水泥浆渗透至周围的砂层中，能够使管节与砂层更好的固结为一个整体，充分发挥砂层的承载性能。

桩端浆固体6与桩周浆固体8的设置可以增大碎石桩的桩端承载能力与桩周侧摩阻力，从而达到提高桩体承载力的效果。

钢筋混凝土管节1的设置可以有效避免传统碎石桩易出现的缩颈、塌孔等质量问题，同时在相邻管节承插口3处设置水泥砂浆，可以提高管节的整体性。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，其特征在于：包括一中心桩体，在中心桩体的外侧设有一用于提高桩体整体性的固结砂层，在固结砂层的外侧设有一具有防护作用的防护层，所述中心桩体包括一由水泥砂浆和碎石固结而成的碎石桩柱，在碎石桩柱的外侧固定套设有一钢筋混凝土管结构层，所述混凝土管结构层包括若干个相互卡接的钢筋混凝土管节，在最底部的混凝土管节底部卡接一桩靴，所述固结砂层位于透水性钢筋混凝土管节四周，通过向砂层内压力注入水泥浆固结而成，直径比桩体大500-1000mm，固结砂层的厚度与地基土中砂层的深度一致，所述防护层为一钢护筒。

2.根据权利要求1所述的一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，其特征在于：所述防护层的底部低于固结砂层的底部。

3.根据权利要求2所述的一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，其特征在于：所述钢筋混凝土管节的顶部和底部分别设置用于与相邻的钢筋混凝土管节或桩靴相配合的插口和承口；所述桩靴的顶部设有用于与钢筋混凝土管节的承口相配合的凸型插口，底部设有刃脚。

4.根据权利要求3所述的一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，其特征在于：在桩靴底部设有桩端浆固体；在部分相邻的钢筋混凝土管节的外侧设有一桩周浆固体。

5.根据权利要求4所述的一种固结砂层钢筋混凝土管节碎石桩，其特征在于：在部分钢筋混凝土管节的端部上沿其圆周间隔设有若干个预留注浆孔，各注浆孔内均设置有注浆软管。