本发明涉及一种加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，用顶管方式深入软土地层中，沿Z轴方向桩基础前后两侧顶入两排沿X轴方向的钢管桩，随后沿Z轴方向桩基础左右两侧顶入两列沿Y轴方向的钢管桩，形成钢管桩十字网格，将Z轴方向桩基础夹持在格室中间，按照事先计算好的Z轴方向桩基础位置预留注浆孔，通过注浆固结把Z轴方向桩基础与顶进的钢管桩联系在一起形成注浆加固体，钢管桩可根据需要采用空心或灌注混凝土形式；本发明可增强Z轴方向桩基础整体稳定性，避免因土层各种扰动或上部荷载不均造成的桩基挠曲变形失稳或群桩整体失稳问题，适用于深厚软土、松散填土、松散破碎带、软弱红黏土、可液化土等特殊地层中Z轴方向桩基础的加固。
1.一种加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)开挖顶管施工所用工作井，安装好顶进设备，按Z轴方向桩基础的分布在钢管桩上预留注浆孔；
(2)构筑钢管桩十字网格，使得各Z轴方向桩基础分别位于钢管桩十字网格的不同格室内：
(2-1)进行横向单排钢管桩顶进：在各排Z轴方向桩基础的前侧沿X轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各排Z轴方向桩基础的连线，在各排Z轴方向桩基础的前侧形成钢管桩前横排；
(2-2)进行横向双排钢管桩顶进：在各排Z轴方向桩基础的后侧沿X轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各排Z轴方向桩基础的连线，在各排Z轴方向桩基础的后侧形成钢管桩后横排；
(2-3)进行纵向单排钢管桩顶进：在各列Z轴方向桩基础的左侧沿Y轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各列Z轴方向桩基础的连线，在各列Z轴方向桩基础的左侧形成钢管桩左纵排；
(2-4)进行纵向双排钢管桩顶进：在各列Z轴方向桩基础的右侧沿Y轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各列Z轴方向桩基础的连线，在各列Z轴方向桩基础的右侧形成钢管桩右纵排，钢管桩前横排和钢管桩后横排与钢管桩左纵排和钢管桩右纵排十字交叉形成钢管桩十字网格；
(3)注浆：通过钢管桩上预留的注浆孔对Z轴方向桩基础所在的各格室进行注浆，Z轴方向桩基础及其临近的钢管桩通过浆液固结形成注浆加固体，加固Z轴方向桩基础。
2.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(1)中按Z轴方向桩基础的分布在钢管桩上预留注浆孔组，注浆孔组中注浆孔的X轴方向分布范围大于Z轴方向桩基础直径D并且在Z轴方向桩基础直径范围外向Z轴方向桩基础两侧各延伸0.1D～D，注浆孔的Y轴方向分布范围为以钢管桩轴线为角平分线、角度为90°～160°的圆弧面。
3.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(1)中注浆孔按照梅花形布置，孔间距为10～50mm，孔径为2～10mm。
4.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(1)中预留注浆孔后在注浆孔内安装导通方向为管内至管外的单向阀。
5.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(2)中，在Z轴方向桩基础刚施工完成且未经外部荷载影响而发生挠曲变形时构筑钢管桩十字网格，钢管桩十字网格中的钢管桩与Z轴方向桩基础外表面的距离为5～30cm。
6.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(2)中，在构成钢管桩十字网格格室的四根钢管桩中，相邻两根钢管桩的高度差为5～50cm。
7.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(3)中注浆采用钢管桩内分段封堵后注浆方式，具体内容为：将注浆管与带有密封袋的辅助管伸入钢管桩内部，密封袋分布于各注浆孔两侧，通过辅助管向密封袋中充入流体使得密封袋膨胀并贴紧钢管桩内壁实现分段封堵，随后调整注浆管的出浆口位于分段封堵的各对密封袋之间，通过注浆管和钢管桩的各注浆孔进行压力注浆。
8.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(3)中注浆采用具有胶结硬化作用的无机化学材料浆液或者有机化学材料浆液。
9.根据权利要求1所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：还包括步骤(4)，向钢管桩的管内灌注混凝土，注浆加固体及钢管桩内混凝土固化后，Z轴方向桩基础与筑砼钢管桩形成网格状联系梁，加固Z轴方向桩基础。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，其特征在于：步骤(2)中当Z轴方向桩基础的高度H≤16m时，在Z轴方向桩基础的中部构筑1层钢管桩十字网格，当Z轴方向桩基础的高度H＞16m时，在Z轴方向桩基础上构筑n层钢管桩十字网格，
一种加固软土地层中桩基础的顶管施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种提高Z轴方向桩基础横向稳定性的顶管施工方法，适用于深厚软弱、松散岩土层等各种特殊地层的桩基工程，属于土木工程、岩土工程技术领域。
背景技术
[0002] 在软弱、松散岩土层中，因桩基横向稳定性不足的问题，经常发生桩基被变形的岩土层推动、剪切而产生严重挠曲变形的现象，严重的时候甚至发生桩基断裂的现象，对工程安全造成了很多危害。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服现有的深厚软弱、松散岩土层中Z轴方向桩基础不稳定的问题，提供一种加固软土地层中桩基础的顶管施工方法。
[0004] 实现本发明目的所采用的技术方案为，一种加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，包括如下步骤：
[0005] (1)开挖顶管施工所用工作井，安装好顶进设备，按Z轴方向桩基础的分布在钢管桩上预留注浆孔；
[0006] (2)构筑钢管桩十字网格，使得各Z轴方向桩基础分别位于钢管桩十字网格的不同格室内：
[0007] (2-1)进行横向单排钢管桩顶进：在各排Z轴方向桩基础的前侧沿X轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各排Z轴方向桩基础的连线，在各排Z轴方向桩基础的前侧形成钢管桩前横排；
[0008] (2-2)进行横向双排钢管桩顶进：在各排Z轴方向桩基础的后侧沿X轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各排Z轴方向桩基础的连线，在各排Z轴方向桩基础的后侧形成钢管桩后横排；
[0009] (2-3)进行纵向单排钢管桩顶进：在各列Z轴方向桩基础的左侧沿Y轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各列Z轴方向桩基础的连线，在各列Z轴方向桩基础的左侧形成钢管桩左纵排；
[0010] (2-4)进行纵向双排钢管桩顶进：在各列Z轴方向桩基础的右侧沿Y轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各列Z轴方向桩基础的连线，在各列Z轴方向桩基础的右侧形成钢管桩右纵排，钢管桩前横排和钢管桩后横排与钢管桩左纵排和钢管桩右纵排十字交叉形成钢管桩十字网格；
[0011] (3)注浆：通过钢管桩上预留的注浆孔对Z轴方向桩基础所在的各格室进行注浆，Z轴方向桩基础及其临近的钢管桩通过浆液固结形成注浆加固体，加固Z轴方向桩基础。
[0012] 步骤(1)中按Z轴方向桩基础的分布在钢管桩上预留注浆孔组，注浆孔组中注浆孔的X轴方向分布范围大于Z轴方向桩基础直径D并且在Z轴方向桩基础直径范围外向Z轴方向桩基础两侧各延伸0.1D～D，注浆孔的Y轴方向分布范围为以钢管桩轴线为角平分线、角度为90°～160°的圆弧面。
[0013] 步骤(1)中注浆孔按照梅花形布置，孔间距为10～50mm，孔径为2～10mm。
[0014] 步骤(1)中预留注浆孔后在注浆孔内安装导通方向为管内至管外的单向阀。
[0015] 步骤(2)中，在Z轴方向桩基础刚施工完成且未经外部荷载影响而发生挠曲变形时构筑钢管桩十字网格，钢管桩十字网格中的钢管桩与Z轴方向桩基础外表面的距离为5～30cm。
[0016] 步骤(2)中，在构成钢管桩十字网格格室的四根钢管桩中，相邻两根钢管桩的高度差为5～50cm。
[0017] 步骤(3)中注浆采用钢管桩内分段封堵后注浆方式，具体内容为：将注浆管与带有密封袋的辅助管伸入钢管桩内部，密封袋分布于各注浆孔两侧，通过辅助管向密封袋中充入流体使得密封袋膨胀并贴紧钢管桩内壁实现分段封堵，随后调整注浆管的出浆口位于分段封堵的各对密封袋之间，通过注浆管和钢管桩的各注浆孔进行压力注浆。
[0018] 步骤(3)中注浆采用具有胶结硬化作用的无机化学材料浆液或者有机化学材料浆液。
[0019] 还包括步骤(4)，向钢管桩的管内灌注混凝土，注浆加固体及钢管桩内混凝土固化后，Z轴方向桩基础与筑砼钢管桩形成网格状联系梁，加固Z轴方向桩基础。
[0020] 步骤(2)中当Z轴方向桩基础的高度H≤16m时，在Z轴方向桩基础的中部构筑1层钢管桩十字网格，当Z轴方向桩基础的高度H＞16m时，在Z轴方向桩基础上构筑n层钢管桩十字网格，
[0021] 由上述技术方案可知，本发明通过在XY平面上纵横交错的多根钢管桩构建垂直于Z轴方向桩基础的钢管桩十字网格，每根Z轴方向桩基础分别通过钢管桩十字网格的不同格室固定，按照事先计算好的桩基位置预留注浆孔，通过注浆孔对Z轴方向桩基础所在的各格室进行注浆，浆液固结后将Z轴方向桩基础及其临近的四根钢管桩联系在一起，形成注浆加固体，钢管桩内灌注混凝土，加强其自身结构刚度，根据Z轴方向桩基础所处地层的实际情况采用空心或筑砼钢管桩；顶管施工方向可控，对土层扰动小，优点明显，通过顶管顶进钢管桩可有效形成注浆加固体或网格状联系梁，在将Z轴方向桩基础夹持在中间，避免深厚软弱、松散岩土层中因各种扰动或上部荷载不均造成的Z轴方向桩基础挠曲变形失稳或群桩整体失稳问题，根据Z轴方向桩基础高度的不同，加固用的钢管桩十字网格可多层使用，适合于各种场地，包括且不局限于深厚软土、松散填土、松散破碎带、软弱红黏土、可液化土等特殊地层中桩基的加固。
[0022] Z轴方向桩基础按照设计要求严格控制质量的前提下，在Z轴方向桩基础刚施工完成且未经外部荷载影响而发生挠曲变形时构筑钢管桩十字网格，此时Z轴方向桩基础中线及外侧连线应该是均匀且顺直的，确保加固效果，顶进时钢管桩与Z轴方向桩基础外表面的距离为5～30cm，保证顺利施工同时不会因为距离过大导致加固失效；在构成钢管桩十字网格格室的四根钢管桩中，相邻两根钢管桩的高度差为5～50cm，钢管桩之间留有间隙，避免钢管桩之间相互碰撞保证顺利施工，并且为钢管桩顶进时不可避免发生的弯曲预留空间，同时不会因为距离过大导致钢管桩之间联系失效。
[0023] 本发明中注浆孔按照梅花形布置，在每根Z轴方向桩基础处对应设置注浆孔组，注浆孔组中注浆孔的X轴方向分布范围为Z轴方向桩基础直径的1.2～3倍，且以Z轴方向桩基础为对称轴向其两侧延伸，保证整个格室的全面覆盖，注浆孔的Y轴方向分布范围为以钢管桩轴线为角平分线、角度为90°～160°的圆弧面，保证格室内的浆液固结体在Y轴方向具有足够的厚度，以联系Z轴方向桩基础与钢管桩。
[0024] 本发明在注浆时采用钢管桩内分段封堵后注浆方式，注浆前首先使用带有密封袋的辅助管伸入钢管桩内部，密封袋的数量与位置预先设计好，以便伸入钢管桩后能够定点分段封堵钢管桩，其封堵点在各注浆孔组两侧，以接近注浆孔组的边缘注浆孔但是膨胀后不会堵塞注浆孔为宜，分段封堵后在钢管桩内形成间隔交替的注浆段和非注浆段，注浆孔均分布于注浆段中，随后将注浆管的出浆口对准钢管桩的各注浆段进行压力注浆，通过分段封堵可实现定点注浆，大大减少浆液用量和注浆难度，并且缩短浆液固结时间；注浆孔内安装导通方向为管内至管外的单向阀，使得浆液只能流出、不能流入，防止注浆浆液回流钢管桩内。
附图说明
[0025] 图1为本发明提供的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法的流程框图。
[0026] 图2为钢管桩顶进示意图。
[0027] 图3为注浆孔组的分布结构图。
[0028] 图4为钢管桩十字网格的结构示意图。
[0029] 图5为注浆加固体的结构示意图。
[0030] 图6为钢管桩内分段封堵后注浆方式的示意图。
[0031] 其中，1-工作井，2-顶进设备，3-钢管桩，4-Z轴方向桩基础，5-钢管桩前横排，6-钢管桩后横排，7-钢管桩左纵排，8-钢管桩右纵排，9-注浆加固体，10-注浆孔组，11-注浆孔，12-注浆管，13-辅助管，14-密封袋，14a-常态密封袋，14b-膨胀状态密封袋。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
[0033] 以高度为15米的Z轴方向桩基础为例，参见图1，本发明提供的加固软土地层中桩基础的顶管施工方法，包括如下步骤：
[0034] (1)参见图2，开挖顶管施工所用工作井1，安装好顶进设备2，按Z轴方向桩基础3的分布在钢管桩3上预留注浆孔组10，参见图3，注浆孔组10中注浆孔11按照梅花形布置，X轴方向分布范围大于Z轴方向桩基础直径D并且在Z轴方向桩基础直径范围外向Z轴方向桩基础两侧各延伸0.1D～D，即X轴方向分布范围为Z轴方向桩基础直径的1.2～3倍，注浆孔的Y轴方向分布范围为以钢管桩轴线为角平分线、角度为90°～160°的圆弧面，优选120°，注浆孔11的孔径为2～10mm、孔间距为10～50mm，预留注浆孔后在注浆孔内安装导通方向为管内至管外的单向阀；
[0035] (2)参见图4，在Z轴方向桩基础4刚施工完成且未经外部荷载影响而发生挠曲变形时构筑钢管桩十字网格，使得各Z轴方向桩基础4分别位于钢管桩十字网格的不同格室内；
[0036] (2-1)进行横向单排钢管桩顶进：在各排Z轴方向桩基础4的前侧沿X轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各排Z轴方向桩基础4的连线并且与Z轴方向桩基础4外表面的距离为5～30cm，在各排Z轴方向桩基础4的前侧形成钢管桩前横排5；
[0037] (2-2)进行横向双排钢管桩顶进：在各排Z轴方向桩基础4的后侧沿X轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各排Z轴方向桩基础4的连线，在各排Z轴方向桩基础4的后侧形成钢管桩后横排6；
[0038] (2-3)进行纵向单排钢管桩顶进：在各列Z轴方向桩基础4的左侧沿Y轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各列Z轴方向桩基础4的连线，在各列Z轴方向桩基础4的左侧形成钢管桩左纵排7；
[0039] (2-4)进行纵向双排钢管桩顶进：在各列Z轴方向桩基础4的右侧沿Y轴方向顶进一组钢管桩，各钢管桩分别平行于各列Z轴方向桩基础4的连线，在各列Z轴方向桩基础4的右侧形成钢管桩右纵排8，钢管桩前横排和钢管桩后横排与钢管桩左纵排和钢管桩右纵排十字交叉形成钢管桩十字网格，在构成钢管桩十字网格格室的四根钢管桩中，相邻两根钢管桩的高度差为5～50cm；
[0040] (3)注浆：参见图5和图6，通过钢管桩3上预留的注浆孔11对Z轴方向桩基础4所在的各格室进行水泥浆液注浆，注浆采用钢管桩内分段封堵后注浆方式，将注浆管12与带有密封袋14的辅助管13伸入钢管桩3内部，密封袋14的数量为对应的Z轴方向桩基础4的排数或列数的两倍，即每组注浆孔两侧均设置两个密封袋，在钢管桩内形成间隔交替的注浆段和非注浆段，注浆孔均分布于注浆段中，通过辅助管13向密封袋14中充入流体使得密封袋膨胀(如图6中14b所示)并贴紧钢管桩内壁实现分段封堵，随后将注浆管的出浆口对准各注浆段进行压力注浆，Z轴方向桩基础4及其临近的钢管桩通过浆液固结形成注浆加固体9，加固Z轴方向桩基础4；
[0041] (4)排出密封袋14中的流体，使得密封袋缩回常态(如图6中14a所示)，将注浆管12与辅助管13抽出，随后向钢管桩的管内灌注混凝土，注浆加固体及钢管桩内混凝土固化后，Z轴方向桩基础4与筑砼钢管桩形成网格状联系梁，加固Z轴方向桩基础4。
[0042] 对于Z轴方向桩基础实际受力较小或土层稳定的地区，通过注浆加固Z轴方向桩基础即可，若Z轴方向桩基础实际受力较大或土层不稳定，则需要在注浆加固后向钢管桩内灌注混凝土，提高钢管桩强度。Z轴方向桩基础4的高度较大、大于16m时，在Z轴方向桩基础4上构筑多层钢管桩十字网格，其层数
[0043] 本发明中的Z轴方向桩基础也可以是类似基桩一样承载外部荷载的人工植入体，例如锚杆、锚索、管棚等一切伸入软弱、松散岩土层中的其他物件，不局限于基桩。
[0044] 本发明所使用的浆液不限于水泥浆液，任何具有胶结硬化作用的无机化学材料浆液或者有机化学材料浆液均可应用于本发明，如水泥-水玻璃双液浆(无机类)、脲醛树脂浆液(有机类)、聚氨酯类浆液(有机类)等，其中有机化学材料浆液一般在存在水泥浆液难注的细裂缝的情况下使用。
