一种钢管桩桩底预加载装置及方法与流程

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种钢管桩桩底预加载装置及方法。

背景技术：

粉细砂及中细砂地层是桥梁承载管桩的常见承载地层，虽然粉细砂及中细砂地层本身具有很高的地勘端阻力值，但若在该类地层施工过程中实施取土步骤，极易扰动土层，被扰动后土层应力得到释放，导致实际端阻力值远远小于地勘端阻力值；若桩内不取土，则无法在桩端形成闭塞效应，不能提供桩端承载力，桩基下沉量很大，无法满足工程需要。

因此，出于安全考虑，目前在该地层下进行钢管桩桩基设计时，钢管桩的极限端阻力设计取值一般很小或忽略不计，远远小于地勘端阻力值(通常为8～12MPa，甚至更高)。这样就导致该地层本身具有高的地勘阻力值不能被有效利用，只能通过增加桩长、桩径及桩基数量的手段来满足设计承载力的要求，从而导致工程造价大幅增加，不利于成本节约。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钢管桩桩底预加载装置及方法，可使钢管桩在超细密实粉砂结构地层中的实际极限端阻力达到地勘端阻力值，从而大幅提高桩端极限承载力。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种钢管桩桩底预加载装置，包括：

设于所述钢管桩内的压浆管架；

多组压浆管回路，所述压浆管回路固设于所述压浆管架上，每组压浆管回路的出口均设有第一压力表和第一球阀；

套设于所述压浆管回路底部的压浆套件，所述压浆套件上开有竖直向下的孔；

注浆分流器，所述注浆分流器包括一个进浆口和多个出浆口，每个所述出浆口均安装有一第二球阀，所述出浆口与所述压浆管回路一一对应且相互连接，所述进浆口与一压浆机相连。

在上述技术方案的基础上，所述压浆管回路与所述钢管桩中心呈两组同心圆均匀对称布置。

在上述技术方案的基础上，所述压浆机的出口处设置有第二压力表。

在上述技术方案的基础上，所述压浆管架上设有导向板。

在上述技术方案的基础上，所述压浆套件为橡皮套。

本发明还提供一种使用上述钢管桩桩底预加载装置的钢管桩桩底预加载方法，该方法包括以下步骤：

S1、将钢管桩插打至设计标高后，进行桩内取土并保留一定长度的土塞；

S2、安装钢管桩桩底预加载装置；

S3、向钢管桩内浇筑混凝土；

S4、混凝土初凝后，使用压浆机对压浆管回路泵入水，用于形成压浆时水泥浆注入界面的通路；

S5、对土塞和混凝土塞之间的界面注入水泥浆。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S5具体包括以下步骤：

S501、拌和水泥浆；

S502、使用压浆机对压浆管回路泵入水泥浆，直至压浆管回路内压力达到设计压力值；

S503、关闭所有压浆管回路出浆口处的第一球阀，打开注浆分流器出浆口处的第二球阀；

S504、设定压浆机的最大注浆压力为设计压力值；

S505、启动压浆机，使水泥浆通过注浆分流器的每个出浆口同时注入所有压浆管回路。

在上述技术方案的基础上，在进行步骤S505时，设定压浆机的最大注浆压力后，压浆机自动调节注浆速率，使所有压浆管回路中压力维持在设计压力值，并保持一定时间。

在上述技术方案的基础上，在步骤S4完成后，等待6小时，重复一次步骤S4，再进行步骤S5。

在上述技术方案的基础上，每个所述压浆管回路的进浆口处均设有第三球阀，在所述步骤S5后，关闭所有压浆管回路的第三球阀和第一球阀，直至水泥浆终凝。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的钢管桩桩底预加载方法通过在桩内土层和混凝土层间注入水泥浆，使钢管桩在超细密实粉砂结构地层中的实际极限端阻力达到地勘端阻力值，从而大幅提高桩端极限承载力。

(2)本发明的钢管桩桩底预加载装置结构简单、易于组装使用，有效降低了工程造价，节约了施工成本。

附图说明

图1为本发明实施例中桩底预加载装置中一组压浆管回路的结构示意图；

图2为本发明实施例中桩底预加载装置的结构俯视图；

图3为本发明实施例中桩底预加载装置中压浆管路布置示意图。

图中：1-压浆管回路，7-压浆套件，8-钢管桩，9-土塞，10-混凝土塞，11-界面，12-压浆管架，13-导向板，14-压浆机，15-第二压力表，16-注浆分流器，17-第一球阀，18-第一压力表，19-第二球阀，20-第三球阀。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1、图2所示，本发明实施例提供一种钢管桩桩底预加载装置，包括：

设于所述钢管桩8内的压浆管架12；

多组压浆管回路1，所述压浆管回路1固设于所述压浆管架12上，每组压浆管回路12的出口均设有第一压力表18和第一球阀19；

套设于所述压浆管回路1底部的压浆套件7，所述压浆套件7上开有竖直向下的孔；

注浆分流器16，所述注浆分流器16包括一个进浆口和多个出浆口，每个所述出浆口均安装有一第二球阀17，所述出浆口与所述压浆管回路1一一对应且相互连接，所述进浆口与一压浆机14相连。

所述压浆管回路1与所述钢管桩8中心呈两组同心圆均匀对称布置。

所述压浆机14的出口处设置有第二压力表15。

所述压浆管架12上设有导向板13。其用于各组压浆管回路1和压浆管架12下放时指引固定方向，便于压浆管回路1和压浆管架12固定到位。

所述压浆套件7为橡皮套，压浆套件7上包含有直径8mm左右的小孔，孔口朝下面向土塞9，橡皮套在孔口处包裹相接触的钢管管壁。

一种使用上述钢管桩桩底预加载装置的钢管桩桩底预加载方法，该方法包括以下步骤：

S1、将钢管桩8插打至设计标高后，进行桩内取土并保留一定长度的土塞9；

S2、安装钢管桩桩底预加载装置；

S3、向钢管桩8内浇筑混凝土；

S4、混凝土初凝后，使用压浆机14对压浆管回路1泵入少量的水，用于形成压浆时水泥浆注入界面的通路；

S5、对土塞9和混凝土塞10之间的界面11注入水泥浆。

本发明方法的设计思路为：钢管桩插打至设计标高后，进行桩内取土并保留一定长度的土塞，土塞顶部灌注一定长度的混凝土形成柱塞。取土对土塞造成扰动，使土层应力得到释放，从而使钢管桩实际桩端承载力大幅小于桩端地勘极限承载力。为了使实际桩端承载力达到桩端地勘极限承载力，在取土后，在钢管桩内下放压浆管回路和压浆管架。浇筑混凝土达到设计强度后，进行桩底预加载，通过压浆管回路底部设置的压浆套件对土塞和混凝土塞之间的界面注入水泥浆，水泥浆在界面对土塞和混凝土塞施加大的预压力，对土塞进行全断面预压，使被扰动的土层固结、密实，恢复到地勘端阻力值。

参见图3所示，所述步骤S5可具体包括以下步骤：

S501、拌和水泥浆；

S502、使用压浆机14对压浆管回路1泵入水泥浆，直至压浆管回路1内压力达到设计压力值；

S503、关闭所有压浆管回路1出浆口处的第一球阀19，打开注浆分流器16出浆口处的第二球阀17；

S504、设定压浆机14的最大注浆压力为设计压力值；

S505、启动压浆机14，使水泥浆通过注浆分流器16的每个出浆口同时注入所有压浆管回路1。

步骤S504中压浆机14的最大注浆压力值为12MPa。

在进行步骤S505时，设定压浆机14的最大注浆压力后，压浆机14可自动调节注浆速率，使所有压浆管回路1中压力维持在设计压力值，并持续一定时间，一般持续1.5-2.5小时。这项步骤可使桩底预加载对土塞形成的预压力能够保持，维持土层结构稳定。

如图3所示，每个所述压浆管回路1的进浆口处均设有第三球阀20，可在所述步骤S5后，关闭所有压浆管回路1的第三球阀20和第一球阀19，直至水泥浆终凝。这样可使桩底预加载对土塞形成的预压力能够被永久锁定，恢复的土层应力值不会释放。

在步骤S4完成后，可等待6小时，再重复一次步骤S4，再进行步骤S5。这样可确保泵入的水对土塞和混凝土塞间界面劈裂成功，保障后续步骤压浆时水泥浆注入界面的通路。

本发明实现的条件及发明原理如下：

1.所处地层为粉细砂及中细砂结构或者孔隙率很低的类似地层结构。

2.钢管桩土塞、混凝土塞以及钢管桩壁三者形成密闭空间，即界面。

上述两个条件决定了水泥浆不能大量渗透土塞土层中，不能流向桩侧，只能对封闭空间，即界面进行填充，并对土塞土层进行有限渗透，有限的注浆量(通常不超过1000L)就能产生高的压浆压力，从而在界面对土塞和混凝土塞施加大的预压力。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。