一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法

摘要

一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法，通过预应力楔形管桩侧壁预留注浆孔，利用高聚物注浆材料在桩侧和桩端压力注射浆液，提高桩侧和桩端承载力，注浆的高聚物材料防水性能优良、膨胀成型后体积收缩小、施工便捷、强度提高迅速、自重轻、体积膨胀率大，同时避免水泥浆液凝结注浆管等问题。与传统预应力管桩相比，压力注浆提高桩侧和桩端承载力，楔形角的存在改善了桩-土接触面形式，提高桩侧摩阻力。与传统水泥浆液注浆技术方法相比，高聚物注浆技术可以节省大量经费和工期，有利于环境保护和能源节约，且质量更容易控制。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，治理软土地基效果显著。

权利要求

1.一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制作预应力楔形管桩管节，其平均外直径为300-800 mm，壁厚为50-200 mm，楔形倾角为0-5°，预应力楔形管桩管节长度为6-12 m，每节预应力楔形管桩两端分别设置“公”、“母”连接口；

（2）在预应力楔形管桩管节上，沿着管桩长度方向每隔一定距离四面交错预设注浆孔，注浆孔配备相应尺寸的木塞；

（3）利用静压桩机将预应力楔形管桩管节静压至设计深度，并通过“公”、“母”连接口连接上下管节；

（4）刚性注浆管底端与注浆钻头通过钻头螺纹接头连接，注浆钻头的注浆口附近设置钻头注浆口活瓣，利用静压桩机将带钻头的刚性注浆管在预应力楔形管桩中心穿过桩芯土沉入桩底，盖好压力盖帽，利用注浆管接头将柔性注浆管和刚性注浆管连接，柔性注浆管依次连接注浆阀、注浆压力表和注浆泵；

（5）连接完注浆系统装置之后，先检验其密封性，然后接通注浆泵对桩端进行压力注浆，注浆3-5分钟之后，边上拔刚性注浆管边注浆，上拔速率与注浆压力相关，使高聚物材料浆液在桩端、桩侧形成注浆；上拔完刚性注浆管之后，打开压力盖帽，开挖0.3-0.7米深度桩芯高聚物材料，回灌混凝土填料，形成桩帽；最终完成高聚物材料注浆楔形预制桩的整体施工；

所述的刚性注浆管为外直径为10-30 mm、壁厚2-5 mm的钢管，钢管两端设有螺纹；

所述的柔性注浆管为外直径为10-30 mm、壁厚2-5 mm的耐压力橡皮管；

所述的注浆钻头长为100-300 mm、直径为10-40 mm的内空钢钻头，钢钻头中部设置带活瓣的环形注浆孔。

2. 根据权利要求1所述的一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法，其特征在于：沿管桩长度方向上设置的注浆孔为圆台形，管桩外侧壁孔径大于内侧壁孔径，平均孔径为

5-15 mm；注浆孔的布置与预应力钢筋错开布置。

3. 根据权利要求1或2所述的一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法，其特征在于：沿管桩长度方向上设置的注浆孔间距为0.8-1.5 m。

说明书

一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桩基础技术领域，尤其涉及一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法。主要适用于工业民用建筑地基处理以及沿海、沿江高速公路、铁路软土地基处理等工程技术领域。

背景技术

[0002] 在土木建筑深基础中，桩基础是最主要的基础形式之一。后注浆预制桩，通过在桩体内埋设注浆管，对桩侧、桩端或者桩侧桩端联合注浆，以提高桩侧摩阻力和桩端阻力；后注浆桩具有适应性广、施工方法灵活、注浆设备简单等技术优点，近年来在国内得到蓬勃发展。在本发明之前，中国专利“预旋喷辅助沉桩工法”（ZL200410092416.7）公开了一种利用高压水平射流旋喷水泥浆液预先在阻力土层中旋喷以降低沉桩阻力，从而提高沉桩效率、解决沉桩中遇到不易打入土层的情况，该工法不仅提高了沉桩速率，而且旋喷也在一定程度上增加了桩侧摩阻力。中国专利“同步注浆静压预制桩沉桩方法”（ZL200710185371.1）；中国专利“静压沉管扩底混凝土桩的施工方法”（ZL200810055309.5）和中国专利“压浆内夯扩底桩的成桩装置及成桩方法”（ZL200910071377.5）分别公开了针对预制桩桩侧、桩端进行后注浆的技术方案；这些工法可以不同程度的改善桩-土接触面特性，增加桩侧、桩端阻力，提高桩基整体承载力；但是这些技术方案，均采用水泥浆液进行注浆，因此其注浆强度、注浆压力以及桩基承载力提高程度等注浆效果均受水泥浆液情况的限制；在长时期灌注浓浆时，存在射浆管在孔内易被水泥浆凝住、水泥浆液与预制桩侧之间的粘结力较小；注浆管预先埋设在预制桩体内，不可以回收重复利用，既不经济又不环保；在预制桩接头部位，注浆管衔接技术难度高、效果不好等缺点。

[0003] 中国专利“水泥混凝土路面脱空识别与高聚物注浆快速维修方法”(ZL200710054045.7)；“半刚性基层路面病害检测与高聚物注浆维修方法”（ZL200710054044.2）和“路基缺陷识别、高聚物注浆快速加固方法”（ZL200710054043.8）公开了一种缺陷识别检测技术和高聚物注浆方法，该法检测速度快、加固效果好；但是高聚物注浆技术目前尚未运用到桩基础工程领域。中国专利“一种扩底预应力锥形管桩及其施工工艺”（ZL200810011854.4）公开了一种预应力楔形管桩的施工工艺流程，通过人工或机械清理桩芯土和桩端部分土体，然后下放可收放控制钢筋笼、浇注混凝土，形成扩底预应力楔形管桩；该方法首次结合预应力楔形管桩进行扩底，不仅利用楔形截面提高了桩侧摩阻力，而且利用扩大头提高了桩端阻力；不过该工艺步骤相对较多，施工工期相对较长。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述缺陷，优化预制桩桩侧、桩端注浆浆液和注浆装置，提高注浆改善基桩承载力性状的效果，提出一种高聚物材料注浆楔形预制桩的施工方法。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高聚物材料注浆楔形预制桩，桩体为预应力楔形管桩，预应力楔形管桩桩侧和桩端采用高聚物材料压力注浆；其技术特征在于：预应力楔形管桩上下两端设置“公”、“母”接口，四壁每隔一定距离交错开设注浆孔；注浆孔为管桩内壁口小、外壁口大的圆台形，并配置相应尺寸的木塞；压力注浆系统包括注浆管、含注浆孔和活瓣的钻头、盖帽，注浆浆液为高聚物材料；高聚物材料浆液在注浆压力作用下注入桩周土体，改善桩-土接触面强度；注入桩端土体，在桩端形成扩大头；浆液同时填满预应力楔形管桩中间的孔洞。

[0006] 所述的预应力楔形管桩，平均外直径为300-800mm，壁厚为50-200mm，楔形倾角为0-5o，一段预应力楔形管桩长度为6-12m；每段预应力楔形管桩两端分别设置“公”、“母”连接口为管桩接头之用；沿着管桩长度方向每隔一定距离四面交错预设注浆孔，注浆孔间距为0.8-1.5m，注浆孔为圆台形，管桩外侧壁孔径大于内侧壁孔径，平均孔径为5-15mm；注浆孔的布置与预应力钢筋错开布置；注浆孔配备相应尺寸的木塞，在沉桩过程中避免土体中水渗入管内，在注浆时可以冲开木塞。

[0007] 所述的高聚物材料注浆系统，包括刚性注浆管、柔性注浆管、钻头、接头、盖帽、压力表以及注浆泵等。

[0008] 所述的刚性注浆管为外直径为10-30mm、壁厚2-5mm的钢管，钢管两端设有螺纹，刚性注浆管低端与钻头连接，顶端穿过盖帽后由接头与柔性注浆管连接。

[0009] 所述的柔性注浆管为外直径为10-30mm、壁厚2-5mm的耐压力橡皮管，其一端与刚性注浆管连接，另一端与压力表和注浆泵连接。

[0010] 所述的钻头长为100-300mm，直径为10-40mm的内空钢钻，与刚性注浆管连接，钢钻头中部设置带活瓣的环形注浆孔，活瓣在下压注浆管时在土压力的作用下闭合，在压力注射浆液时自动打开注浆，避免泥浆、浆液等回流问题。

[0011] 所述的盖帽为中间预留注浆管孔头、带螺纹的钢帽，其尺寸大小与预应力管桩顶端尺寸相适应，两者通过螺纹旋钮连接。

[0012] 所述的压力表量程为0-30MPa。

[0013] 所述的注浆泵最大压力为30MPa。

[0014] 所述的高聚物注浆材料，又称为有机高分子材料，为聚氨酯高聚物材料。

[0015] 本发明的优点和效果在于：通过预应力楔形管桩侧壁预留注浆孔，降低预制桩中预埋注浆管且不能重复回收利用所造成的资源浪费，避免预制管节连接时预埋注浆管的连接和密封等技术难题；利用高聚物注浆材料在桩侧和桩端注射浆液，提高桩侧和桩端承载力，注浆的高聚物材料防水性能优良、膨胀成型后体积收缩小（10年内体积收缩近似为1-3%）、施工便捷、强度提高迅速（材料注射后15分钟内即可形成90%的强度）、自重轻、体积膨胀率大，可以达到液体体积的10-20倍，同时避免水泥浆液凝结注浆管等问题；高聚物注浆材料充填预应力楔形管桩内孔，形成整体实心桩，且整体基桩重量轻。与传统预应力管桩相比，压力注浆提高桩侧和桩端承载力，楔形角的存在改善了桩-土接触面形式，提高桩侧摩阻力；管桩内孔充填高聚物材料，改善基桩整体受力性状。与传统水泥浆液注浆技术方法相比，高聚物注浆技术可以节省大量经费和工期，有利于环境保护和能源节约，且质量更容易控制。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，治理软土地基效果显著。

附图说明

[0016] 图1为本发明的纵向剖面结构示意图；

[0017] 图2为本发明的预应力楔形管桩结构示意图；

[0018] 图3为本发明的注浆系统钻头结构示意图；

[0019] 其中，1为预应力楔形管桩管节，2为注浆孔，3为刚性注浆管，4为柔性注浆管，5为注浆钻头，6为注浆管接头，7为注浆压力表，8为注浆阀，9为注浆泵，10为压力盖帽，11为预应力楔形管节公、母接头，12为楔形木塞，13为钻头螺纹接头，14为钻头注浆口活瓣，15为桩芯土，16为高聚物材料注浆液。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

[0021] 如图1和图2所示，实施时，首先桩机就位，利用静压桩机将预制好的预应力楔形管桩管节1静压至设计深度，预应力楔形管节1上带有注浆孔2，静压前注浆孔2位置用楔形木塞12堵塞，木塞在压力注浆时自动冲开；静压沉完一段管节1之后，基于“公”、“母”接头11将两根预应力楔形管节1连接，并静压至设计深度；刚性注浆管3底端与注浆钻头5通过钻头螺纹接头13连接，注浆钻头5的注浆口附近设置钻头注浆口活瓣14，在静压沉管时活瓣14闭合、在压力注浆时活瓣14打开，利用静压桩机将带钻头5的刚性注浆管3在预应力楔形管桩1中心穿过桩芯土15沉入桩底，盖好压力盖帽10，利用注浆管接头6将柔性注浆管4和刚性注浆管3连接，柔性注浆管4依次连接注浆阀8、注浆压力表7和注浆泵9；连接完注浆系统装置之后，先检验其密封性，然后接通注浆泵9对桩端进行压力注浆，注浆
3-5分钟之后，边上拔刚性注浆管3边注浆，上拨速率与注浆压力相关，一般为1米/分钟，使高聚物材料浆液16在桩端、桩侧形成注浆；上拔完成刚性注浆管3之后，打开压力盖帽
10，开挖0.3-0.7米深度桩芯高聚物材料，回灌混凝土填料，形成桩帽；最终完成基桩施工。