一种注浆管路装置及锥型异形桩的制作方法

本实用新型属于岩土工程领域，涉及锥型异形桩内预制注浆管路装置。

背景技术：

现代建筑业的发展对桩基础的承载能力和变形要求日益提高，锥型异形桩通过改变桩身纵向截面形状，增加了桩土界面的不平直度和粗糙度，使桩身承载能力显著提高，在工程实践中的应用越来越广泛。

另一方面，现实中由于隧道下穿既有建筑物、桥梁等设施的工程或其他工程的影响，会对既有建筑的桩基础及桩周区域产生不良影响。地下工程开挖会扰动桩周土体，改变桩周土体力学状态，降低桩基侧摩阻力和承载能力，加剧既有桩基础的沉降和变形，对既有建筑的安全造成影响。由于桩基础多为地下工程，对既有桩基础改造的工程量和工程难度较大；而在桩周土体中重新打入注浆管进行注浆加固，其技术要求与控制难度大，材料消耗大，所以针对桩周土体扰动所导致的桩基承载能力下降的既有异形桩进行加固，成为地下工程下穿建、构筑物区域时必须解决的技术难题。

申请号为201410396574.5的实用新型公布了一种多孔注浆管异形桩及成桩方法。该实用新型通过高压注浆，使浆液硬化后形成的结石体与注浆管桩共同形成多孔注浆管异形桩，能对软土地基加固起到显著效果。但是该方法主要针对软弱地基处理，并未针对提高既有异形桩承载能力的问题，无法起到在桩周土体扰动前提下补偿既有异形桩桩侧摩阻力的作用。

专利号为201020700179.9的实用新型公开了一种预应力钢管混凝土管桩。该桩型通过改进桩的结构或预应力筋的布置来改善混凝土管桩性能，但是并未考虑成桩后桩体如果遇到桩周土体扰动导致桩侧摩阻力下降时如何对桩侧摩阻力进行有效补偿，不能解决提高既有桩基承载能力的问题。

为解决工程下穿建、构筑物时扰动既有锥型异形桩桩周土体，导致桩侧摩阻力和桩基承载能力下降的问题，研发一种补偿侧摩阻力式锥型异形桩内预制注浆管路装置及注浆方法成为客观上的迫切需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对桩周土体扰动所导致的锥型异形桩桩侧摩阻力下降的问题，提供一种补偿侧摩阻力式锥型异形桩内预制注浆管路装置。

为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种补偿侧摩阻力式锥型异形桩，是在锥型异形桩预制时预埋注浆管路装置，注浆管路装置随锥型异形桩打入土体。一套注浆管路装置由纵向注浆管、环形管和注浆器组成，其中纵向注浆管沿桩体轴向设置于环形管内侧并在桩顶设注浆口，环形管垂直于桩体轴向设置并通过弧形导管与纵向注浆管连通，注浆器为单向阀式构造，沿桩周环向对称设置于桩侧面中心位置，一侧通过弧形导管与环形管连通，另一侧与桩体外界连通，每个环形管通常连接4个注浆器。

进一步，纵向注浆管宜采用优质钢管，环形管和弧形导管宜采用PVC管。

进一步，纵向注浆管和环形管应绑扎固定或焊接在锥型异形桩钢筋网加劲筋上，环形管外侧混凝土厚度不宜小于30mm，注浆管路内径以20～30mm为宜，管路间要求平顺连接，保证浆液在管路中的流动性能，避免注浆时堵管。

进一步，一套注浆管路装置中的环形管及其连接的注浆器对应一个环形注浆断面，一根锥型异形桩中可设置多套注浆管路装置从而形成不同标高的多个环形注浆断面，注浆断面可结合桩侧土层分布和土体性质进行针对性布置，其中首道注浆断面宜在桩顶5m以下，相邻注浆断面间距宜为5～9m。

一种补偿侧摩阻力式锥型异形桩注浆方法，是指当桩周土体扰动导致锥型异形桩桩侧摩阻力下降时，可利用注浆管路装置进行桩侧加压注浆。注浆前先用高压水疏通注浆管路，形成注浆管路与桩周土体间的注浆通路；然后进行桩侧加压注浆，单一注浆断面在注浆时先通过注浆口向纵向注浆管内压入浆液，浆液流经环形管后由注浆器扩散到周围土体并在桩周形成结石体，从而提高桩侧摩阻力。

进一步，注浆顺序宜自上而下间歇注浆，各断面注浆间隔时间不宜小于1h，要避免注浆时堵管，保证浆液能充分填充并滞留在桩侧有效空间范围内。

进一步，注浆浆液宜采用水泥单液浆，要求流动性好，结石率高，可添加外加剂改善浆液性能，浆液水灰比可结合工况确定：对于饱和土，水灰比宜在0.45～0.65之间；对于非饱和土，水灰比宜在0.7～0.9之间；对于松散碎石土、砂砾土，水灰比宜在0.5～0.6之间。

进一步，注浆施工时要控制好注浆压力、注浆流量等要素并加强监测，注浆压力宜为1.5～4Mpa，注浆流量宜为30～50L/min，可结合具体工况与监测信息不断调整注浆方案与参数设定，保证注浆效果。

当注浆量达到设计要求时，可停止注浆；当桩体沉降、变形等监测指标达到控制要求或注浆施工区域地面冒浆时，也可停止注浆。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1)既能发挥锥型异形桩优势，又能利用预埋管路装置实现桩侧注浆，可以解决锥型异形桩由于桩侧摩阻力下降导致桩基承载能力不足的问题。

2)可根据不同工程环境，结合具体工况进行有针对性的注浆断面布置、注浆方案选择和参数设计，适应性、灵活性较强。

3)本实用新型易于实施、经济环保，能提高锥型异形桩桩侧摩阻力储备，降低为提高异形桩承载能力所进行的二次施工的难度，节约施工成本。

附图说明

图1为本实用新型注浆管路装置构造示意图。

图2为本实用新型一种锥型异形桩实施例构造示意图。

图3为本实用新型一种实施例工程断面示意图。

图例说明：1-纵向注浆管；2-环形管；3-注浆器；4-注浆口；5-第一弧形导管(连通纵向注浆管与环形管)；6-第二弧形导管(连通环形管与注浆器)；7-锥型异形桩；8-承台；9-结石体。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一套注浆管路装置包括纵向注浆管1、环形管2和注浆器3，纵向注浆管1和环形管2通过第一弧形导管5连通，环形管2和注浆器3通过第二弧形导管6连接。

图2为本实用新型一种锥型异形桩实施例构造示意图。一般情况下，注浆断面可结合桩侧土层分布和土体性质进行针对性布置，首道注浆断面宜在桩顶5m以下，相邻注浆断面间距宜为5～9m。本实施例在考虑工程范围内地质条件的情况下，锥型异形桩7在预制时预埋三套注浆管路装置，能形成三个注浆断面，首道注浆断面在桩顶以下5m，相邻注浆断面间距为6m。

图2中每套注浆管路装置中的纵向注浆管1沿桩体轴向设置于环形管2内侧并在桩顶设注浆口4，环形管2垂直于桩体轴向设置并通过第一弧形导管5与纵向注浆管1连通，注浆器3为单向阀式构造，沿桩周环向对称设置于桩侧面中心位置，一侧通过第二弧形导管6与环形2管连通，另一侧与桩体外界连通；每个环形管通常连接四个注浆器。

本实用新型实施例中纵向注浆管1采用优质钢管；环形管3和第一、第二弧形导管5、6采用PVC管，纵向注浆管1和环形管3在桩体预制时绑扎固定在锥型异形桩钢筋网加劲筋上。一般情况下，环形管外侧混凝土厚度不宜小于30mm，注浆管路内径以20～30mm为宜，本实施例中环形管外侧混凝土最小厚度为50mm，管路内径为30mm。在不同实施例中，可以根据具体情况适当调整、改变各种参数以实现较好的效果，此不赘述。

图3为本实用新型一种实施例工程断面示意图。该实施例为某地道路下穿高铁桥墩工程，其中高铁桥墩间距32m，承台8尺寸为10m×5m×2.5m，每个承台下方与10根纵向变截面锥型异形桩7连接。锥型异形桩7的桩长为22m，桩顶面为1m×1m正方形，底面为0.8m×0.8m正方形；由于桩体上方连接承台，所以每根纵向注浆管1在承台施作时均通过钢管连接延伸到承台表面并在承台表面设注浆口，以此来方便后续桩侧注浆。

在本实施例中，为提高道路通行能力，需要拓宽既有道路，挖方产生的卸载引起了既有锥型异形桩桩周土体扰动，导致桩侧摩阻力下降，引起桥墩沉降与变形，影响列车运营安全。

为补偿桩侧摩阻力，提高锥型异形桩承载能力，需要利用异形桩中预埋的注浆管路装置进行桩侧加压注浆。注浆施工时的具体步骤如下：

(1)设计注浆方案：浆液采用水泥单液浆，水灰比为0.5；单一断面注浆量设计值为0.5t。

(2)注浆前先用高压水疏通注浆管路，形成注浆管路与桩周土体间的注浆通路；然后进行桩侧加压注浆，单一注浆断面在注浆时从注浆口向纵向注浆管1内压入浆液，浆液流经环形管2后由注浆器3扩散到周围土体并在桩周形成结石体9，从而提高桩侧摩阻力。图3中箭头方向表示加压注浆时浆液流动方向。

(3)注浆施工时要控制好注浆压力、注浆流量等要素并加强监测，注浆压力控制在1.5～4Mpa，注浆流量控制在30～50L/min，并结合具体工况与监测信息不断调整注浆方案与参数设定，保证注浆效果。

(4)当注浆量达到设计要求时，停止注浆；当桩体沉降、变形等监测指标达到控制要求或注浆施工区域地面冒浆时，也停止注浆。

本实用新型能显著改善既有锥型异形桩桩身和桩周土的接触面特性，有效补偿桩侧摩阻力，提高既有锥型异形桩承载能力，减小桩基沉降和变形。

上述对本实用新型实施方式的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。