一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基及其施工方法

摘要

本发明公开了一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基及其施工方法，利用振动沉管在软弱土地基中填筑散体材料桩，在散体材料桩中间预先埋设刚性注浆管、顶部埋设筒形盖板，通过注浆系统向散体材料桩中高压喷射高聚物材料浆液。高聚物材料浆液填充散体材料桩空隙、劈裂渗透桩间土中，桩体与桩周土形成咬合接触，有效提高桩-土接触面摩擦系数；在高聚物材料浆固散体材料桩体、高聚物材料浆固土体和桩间土组成的顶部，浇注条形桩帽；高聚物材料系非水溶性材料且具有一定的膨胀性，在高压喷射过程中，部分土体中的水随散体材料桩通道被排出。本发明施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，桩-土接触面咬合效果好，经济效益明显，加固软土地基效果显著。

权利要求

1.一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基，由高聚物材料浆固散体材料桩体、高聚物材料浆固土体、桩间土、条形桩帽和褥垫层部分组成，其技术特征在于：利用振动沉管在软弱土地基中填筑散体材料桩；在散体材料桩中间预先埋设刚性注浆管，与柔性注浆管和注浆泵组成注浆系统；在散体材料桩顶部埋设直径大于桩径的筒形盖板；通过注浆系统向散体材料桩中高压喷射高聚物材料浆液，高聚物材料浆液填充散体材料桩空隙、劈裂渗透桩间土中，且劈裂渗透在桩间土中高聚物材料与散体材料桩空隙内的高聚物材料连在一体，桩体与桩周土形成咬合接触；在高聚物材料浆固散体材料桩体、高聚物材料浆固土体和桩间土组成的顶部，浇注条形桩帽，以协调桩、土共同作用，一起承担上部荷载；在高聚物材料高压喷射过程中，部分土体中的水随散体材料桩通道被排出。

2.根据权利要求1所述的一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基的施工方法，其特征在于：

（1）制作带活瓣桩尖的沉管装置，制作由刚性注浆管、柔性注浆管和注浆泵组成的高聚物材料注浆系统，制作带预留注浆管穿越孔口的筒形盖板；

（2）场地平整，测量放线，并将带活瓣桩尖的沉管在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳，导向架与地面垂直偏角、成孔中心与设计桩位偏差符合规范要求；

（3）启动振动机，把带活瓣桩尖的沉管沉入土中并将沉管沉至设计深度，且每下沉0.5米留振1分钟；

（4）移开振动头，往沉管空腔内依次下放钢筋笼和刚性注浆管，并填充散体材料，直至填满；

（5）填完散体材料后，连接并启动振动头，边振动边上拔沉管，上拔速率为0.5-1.4 米/分钟，且每拔管1米留振1分钟；每振动上拔5米高度，停振3分钟，并往沉管空腔内补充散体填料，填补因振动压密而引起的桩顶标高下沉；直至完成整体振动拔管，形成散体材料桩；

（6）振动拔管完成后，在散体材料桩顶部埋设筒形盖板，并让刚性注浆管穿越筒形盖板预留的孔口；

（7）埋设完成筒形盖板后，连接刚性注浆管、柔性注浆管及注浆泵形成高压喷射注浆系统，通过高压喷射注浆系统，边上拔注浆管边注浆的形式，向散体材料桩及周围土体内喷射双组份发泡聚氨酯高聚物材料浆液，注浆压力为20-40 Mpa，上拔注浆管的速率为0.5-1.4 米/分钟；

（8）上拔注浆管完成后，吊出筒形盖板，完成振动挤密散体材料桩和高聚物材料后注浆散体材料桩施工，完成基桩的施工；

（9）完成基桩施工后，根据设计尺寸在桩顶浇注条形桩帽，桩帽为适当配筋的混凝土板；

（10）待钢筋混凝土桩帽初凝完成后，在顶部铺设褥垫层，最终完成高聚物材料浆固散体材料桩复合地基的整体施工。

说明书

一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基及其施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及软土地基处理技术领域，尤其涉及一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基及其施工方法。主要适用于沿海、沿江高速公路、高速铁路等软土地基处理等工程技术领域。

背景技术

[0002] 钻孔灌注桩的桩侧泥皮影响桩侧摩阻力，桩端沉渣问题影响桩端阻力；后注浆技术可以在一定程度上改善这两个问题。在本发明之前，中国发明专利“灌注桩桩侧后注浆工艺”（ZL00100760.2）、中国发明专利“钻孔灌注桩桩侧、桩底后压浆施工工艺”（ZL200310102269.2）和中国发明专利“钻孔灌注桩端后注浆施工工艺”（ZL200710044791.8）等公开了一种通过在灌注桩钢筋笼上绑扎预埋注浆管，等浇注灌注桩混凝土初凝后，通过注浆管对桩侧、桩端或者桩侧联合桩端灌注普通硅酸盐水泥浆液，以改善桩侧壁桩-土接触面性状和桩端持力层承载力性状的技术方案。该法可以有效提高基桩的整体承载力；但是，水泥浆液注浆效果受地层土体渗透性和地下水的影响显著，同时后注浆混凝土浆液灌注桩也存在漏浆、注浆管容易堵塞等技术问题。同时，传统后注浆灌注桩注浆管通常设置在钢筋笼上，由于后注浆的不确定性，容易在压力注浆的过程中破坏钢筋笼外侧混凝土保护层，从而导致钢筋在地下水等外部环境影响下锈蚀。中国专利“砼芯水泥土搅拌桩机及其施工工艺方法”（ZL200510041006.4）和中国专利“水泥土插芯复合桩施工机械”（ZL200410093838.6）等公开了一种水泥土插芯复合桩的施工方法及施工机械，在水泥土搅拌桩或者高压旋喷桩完成施工的基础上，静压同心预制混凝土桩或者钢管桩，形成插芯水泥土搅拌组合桩。该法增高了预制桩或者钢管桩周围土体强度，从而提高组合桩整体承载力，但是预制桩插芯施工中往往不容易达到完全与搅拌桩或者高压旋喷桩同心，从而影响其整体承载力；预制桩插芯对周围土体具有明显的挤土效应，导致该桩型不适用于土体位移控制严格区域。中国发明专利“一种桩土互动浆固散体材料桩复合地基施工工法”（ZL200510038903）公开了一种采用钻机成孔、泥浆护壁，并在桩孔内注入水泥浆液和骨料，两者固结形成桩体，浆液渗入桩周土体中，对桩周土体起到一定的加固作用，在桩顶铺设褥垫层形成复合地基的技术。该法提高了散体材料桩的整体刚度，克服了散体材料桩侧向鼓出明显、临界桩长较短等缺陷，但是散体材料桩与周围土体的接触面侧摩阻力发挥与传统灌注桩类似，水泥浆液在常规压力压浆下在土体中的渗透并不显著，尤其是在渗透系数比较低的黏性土层中。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服上述缺陷，综合考虑灌注桩后注浆技术和高聚物材料技术的优点，在填筑完成振动沉管施工散体材料桩的基础上，采用高压喷射高聚物材料对散体材料桩及桩周土进行注浆施工，高聚物材料浆液充填散体材料桩空隙、填充挤密桩间土、适当排出部分桩间水；然后在桩顶浇注条形桩帽、铺设褥垫层，形成高聚物材料浆固散体材料桩复合地基。

[0004] 一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基，由高聚物材料浆固散体材料桩体、高聚物材料浆固土体，桩间土，条形桩帽和褥垫层部分组成；其技术特征在于：利用振动沉管在软弱土地基中填筑散体材料桩；在散体材料桩中间预先埋设刚性注浆管，与柔性注浆管和注浆泵组成注浆系统；在散体材料桩顶部埋设直径大于桩径的筒形盖板，防止高压喷射注浆时浆液从散体材料桩顶部冒出；振动拔管，通过注浆系统向散体材料桩中高压喷射高聚物材料浆液。高聚物材料浆液填充散体材料桩空隙、劈裂渗透桩间土中，且劈裂渗透在桩间土中高聚物材料与散体材料桩空隙内的高聚物材料连在一体，桩体与桩周土形成咬合接触，有效提高桩-土接触面摩擦系数；在高聚物材料浆固散体材料桩体、高聚物材料浆固土体和桩间土组成的顶部，浇注条形桩帽，以协调桩、土共同作用，一起承担上部荷载；高聚物材料系非水溶性材料且具有一定的膨胀性，在高压喷射过程中，部分土体中的水随散体材料桩通道被排出，提高土体有效应力。

[0005] 所述的散体材料桩，桩身直径为300-700mm，桩间距为0.9-3.0m，桩长可以达到20m以上；采用振动沉管、拔管施工方法形成散体材料桩；填筑桩体的散体材料可以是级配碎石、砂，经过级配处理的混凝土块、砖块等建筑垃圾，以及矿渣等材料。

[0006] 所述的沉管，为钢制套筒，其长度为5-25m，内径为300-700mm，壁厚为5-10mm，沉管钢筒下部连接活瓣桩尖；沉管上部通过法兰盘与振动锤连接；沉管和拔管方式为振动沉管和振动拔管模式。

[0007] 所述的刚性注浆管，为外直径为10-20mm、壁厚3-5mm的钢管，刚性注浆管上部通过接头和柔性注浆管与注浆泵连接；刚性注浆管及接头的抗压力能力大于40MPa。

[0008] 所述的柔性注浆管，为外直径为10-20mm、壁厚3-5mm的耐压力橡皮管，柔性注浆管上部通过接头与注浆泵连接，下部通过接头与刚性注浆管连接；柔性注浆管及接头的抗压力能力大于40MPa。

[0009] 所述的筒形盖板，为顶部封闭的钢制套筒，其长度为0.5-2m，内径为400-1000mm，壁厚为5-10mm，套筒顶部密封板预留注浆管穿越的孔口，其孔口直径为10-20mm。

[0010] 所述的压力表量程和注浆泵压力，根据设计要求确定，一般为20-40MPa。

[0011] 所述的高聚物注浆材料，又称为有机高分子材料，为双组份发泡聚氨酯高聚物材料。

[0012] 一种高聚物材料浆固散体材料桩复合地基技术方案的施工方法，其主要技术步骤为：

[0013] （1）制作带活瓣桩尖的沉管装置，制作由刚性注浆管、柔性注浆管和注浆泵组成的高聚物材料注浆系统，制作带预留注浆管穿越孔口的筒形盖板；

[0014] （2）场地平整，测量放线，并将带活瓣桩尖的沉管在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳，导向架与地面垂直偏角、成孔中心与设计桩位偏差符合规范要求；

[0015] （3）启动振动机，把带活瓣桩尖的沉管沉入土中并将沉管沉至设计深度，且每下沉0.5米留振1分钟；

[0016] （4）移开振动头，往沉管空腔内依次下放钢筋笼和刚性注浆管，并填充散体材料，直至填满；

[0017] （5）填完散体材料后，连接并启动振动头，边振动边上拔沉管，上拔速率为0.5-1.4米/分钟，且每拔管1米留振1分钟；每振动上拔5米高度，停振3分钟，并往沉管空腔内补充散体填料，填补因振动压密而引起的桩顶标高下沉；直至完成整体振动拔管，形成散体材料桩；

[0018] （6）振动拔管完成后，在散体材料桩顶部埋设筒形盖板，并让刚性注浆管穿越筒形盖板预留的孔口；

[0019] （7）埋设完成筒形盖板后，连接刚性注浆管、柔性注浆管及注浆泵形成高压喷射注浆系统，通过高压喷射注浆系统，边上拔注浆管边注浆的形式，向散体材料桩及周围土体内喷射双组份发泡聚氨酯为代表的非水反应类高聚物材料浆液，注浆压力为20-40Mpa，上拔注浆管的速率为0.5-1.4米/分钟；

[0020] （8）上拔注浆管完成后，吊出筒形盖板，完成振动挤密散体材料桩和高聚物材料后注浆散体材料桩施工，完成基桩的施工；

[0021] （9）完成基桩施工后，根据设计尺寸在桩顶浇注条形桩帽，桩帽为适当配筋的混凝土板；

[0022] （10）待钢筋混凝土桩帽初凝完成后，在顶部铺设褥垫层，最终完成高聚物材料浆固散体材料桩复合地基的整体施工。

[0023] 本发明的优点和效果在于：通过振动挤密散体材料桩沉管和高聚物材料浆液高压喷射后注浆施工，使高聚物材料浆液充填散体材料桩空隙、填充挤密桩间土、适当排出部分桩间水，然后桩顶浇注条形桩帽、铺设褥垫层，形成高聚物材料浆固散体材料桩复合地基。与常规水泥浆浆固碎石桩和后注水泥浆灌注桩相比，本发明的高聚物材料注浆可以避免传统水泥浆液后注浆灌注桩水泥浆凝固龄期长、浆液扩散、水泥浆液凝结注浆管和成型可控性差等问题；同时高聚物注浆技术可以节省大量经费和工期，有利于保护环境和节约能源，且质量更容易控制。高聚物材料后注浆散体材料桩，优化了桩-土接触面摩擦系数，提高了桩侧摩阻力；高聚物材料具有一定的膨胀性，对散体材料桩及桩周土均有一定的挤密作用。
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

[0024] 图1为本发明的结构示意图；

[0025] 图2为本发明的复合地基纵断面结构示意图；

[0026] 图3为本发明的复合地基横断面布置结构示意图；

[0027] 其中，1为振动打桩机，2为振动头，3为法兰盘，4为沉管，5为活瓣桩尖，6为刚性注浆管，7为柔性注浆管，8为注浆压力表，9为注浆泵，10为注浆管接头，11为筒形盖板，12为钢筋笼，13为高聚物材料浆固散体材料，14为高聚物材料浆固土体，15为桩间土，16为钢筋混凝土桩帽，17为土工织物，18为碎石垫层。

具体实施方式

[0028] 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。当注浆浆液用普通硅酸盐水泥浆液替代时，本发明方法同样适用。

[0029] 如图1和图2所示，首先，制作带活瓣桩尖5的沉管4，制作由刚性注浆管6、柔性注浆管7、注浆压力表8和注浆泵9组成的高聚物材料注浆系统，刚性注浆管6和柔性注浆管7通过接头10连接；柔性注浆管7通过注浆压力表8与注浆泵9连接；刚性注浆管6穿越筒形盖板11顶部的预留孔口。实施时，平整场地，测量放线，并将带活瓣桩尖5的沉管4在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳，导向架与地面垂直偏角、成孔中心与设计桩位偏差符合规范要求；启动振动机1，把带活瓣桩尖5的沉管4沉入土中并将沉管4沉至设计深度，且每下沉0.5米留振1分钟；移开振动头2，往沉管4空腔内依次下放钢筋笼12及刚性注浆管6，并填充散体材料，直至填满；填完散体材料后，连接并启动振动头2，边振动边上拔沉管4，上拔速率为0.5-1.4米/分钟，且每拔管1米留振1分钟，每振动上拔5米高度，停振3分钟，并往沉管4空腔内补充散体填料，填补因振动压密而引起的桩顶标高下沉，直至完成整体振动拔管，形成散体材料桩；振动拔管4完成后，在散体材料桩顶部埋设筒形盖板11，并让刚性注浆管6穿越筒形盖板11预留的孔口；埋设完成筒形盖板11后，连接刚性注浆管6、柔性注浆管7及注浆泵9形成高压喷射注浆系统，通过高压喷射注浆系统，边上拔注浆管边注浆的形式，向散体材料桩及周围土体内喷射高聚物材料浆液，上拔注浆管的速率为0.5-1.4米/分钟；上拔注浆管完成后，吊出筒形盖板11，完成振动挤密散体材料桩和高聚物材料后注浆散体材料桩施工，完成基桩的施工；完成基桩施工后，根据设计尺寸在桩顶浇注条形钢筋混凝土桩帽16，桩帽16为适当配筋的混凝土板；待钢筋混凝土桩帽16初凝完成后，在顶部铺设土工织物17和碎石垫层18形成加筋褥垫层，最终完成高聚物材料浆固散体材料桩复合地基的整体施工。

[0030] 当作为复合地基时，一般不需要很高的桩体强度，因此也可以不放置钢筋笼12而直接形成高聚物材料浆固散体材料桩体。本发明的技术施工方案，利用水泥浆液替代高聚物材料浆液也同样适用，形成水泥浆液浆固散体材料桩体。