专利名称：岩土工程用可控膨胀挤压土体装置及用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于土木工程领域、能够应用于对建筑物注浆纠偏、基础托换、扩底 桩基础和土层扩体锚杆等，可预设膨胀几何形态及大小的可控式膨胀装置及其用途。
技术背景在土木工程领域的基础加固、纠偏、托换和岩土锚固与桩基础等工程技术中，需要应用 各种注浆技术，然而对于松散软弱地层和具有高水头、高渗透性地下水条件，由于注入地层 的水泥基浆液易于流失，以及浆液扩散路径、范围的不可控性，较难保证注浆的质量与效果。 在建筑物纠偏与加固施工中，控制注浆固结体的位置、形态和大小至关重要，而现有注浆纠 偏技术却存在较大的盲目性，会影响建筑物整体加固纠偏的成效。设置于软弱松散地层的桩 和锚杆，因其桩端阻力和锚杆锚固段摩阻力较低，会造成桩或锚杆的承载力偏低，变形量较 大。为了更好地发挥注浆技术的优势，并解决上述工程技术应用中存在的问题，需要寻求一 种能够方便控制注浆液位置、形态、大小和质量的注浆关键装置，用于定位纠偏、加固，扩 底桩基和扩体锚杆。发明内容本发明的目的在于提供一种能够在复杂地层中为地基基础注浆加固、托换、纠偏提高效 果，增加单桩、单锚承载力，最大限度地调动和发挥土体自身的承载能力，提高加固体或土 中构件的承载能力的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置及用途。本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，包括上套筒组件，上套筒组件的顶端固定 有上盖板，上套筒组件内的上部设有上弹性密封件，上套筒组件的下部与膨胀挤压筒顶端的 上丌口相连，膨胀挤压筒采用在向膨胀挤压筒内注入8MPa以下流体时向外膨胀展开折叠状态 的材料制成，所述上套筒组件、所述上盖板和所述上弹性密封件上沿轴线方向设有与所述膨 胀挤压筒的上丌口相通的注浆管上过孔和至少一个传力构件上过孔。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述上套筒组件包括上筒和上托板，上 筒的底端焊接固定在上托板的上端面上，所述上盖板采用螺纹连接或焊接安装在上筒的顶端， 所述上弹性密封件设置在上筒内，所述上筒为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边 形的柱形筒，所述膨胀挤压筒的上开口采用法兰固定在所述上托板的底端。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述上套筒组件包括上筒、上托板和下 筒，上筒的底端焊接固定在上托板的上端面上，所述下筒的顶端焊接固定在上托板的下端面 上，所述上盖板采用螺纹连接或焊接安装在上筒的顶端，所述上弹性密封件设置在上筒内， 所述下筒的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个上防滑凸棱，所述膨胀挤压筒的上开口套装 在下筒的外侧壁上，并采用一个以上的上卡箍固定，所述上筒和下筒为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述上套筒组件包括上筒、上托板、下 筒和下套筒，上筒的底端焊接固定在上托板的上端面上，所述下筒和所述下套筒的顶端焊接 固定在上托板的下端面上，下筒套装在下套筒内，所述上盖板采用螺纹连接或焊接安装在上 筒的顶端，所述上弹性密封件设置在上筒内，所述膨胀挤压筒的上开口插装在所述下套筒和 所述下筒之间的环形间隙内，并采用多个沿径向穿过下套筒和下筒的螺栓固定，下套筒和下 筒之间的环形间隙内灌注有密封胶，所述上筒、下套筒和下筒为横截面是圆形或椭圆形或矩 形或六边形或八边形的柱形筒。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述膨胀挤压筒的横截面是圆形或椭圆 形或矩形或六边形或八边形，所述膨胀挤压筒采用在向膨胀挤压筒内注入5MPa以下浆液时向外膨胀展丌折叠状态的材料制成，膨胀挤压筒的轴线截面方向的尺寸为逐渐变化的，膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度为8MPa以上，膨胀挤压筒所使用材料的渗透系数小于10—6cm/s。 本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述膨胀挤压筒内设有承压板，承压板 上设有传力构件的连接孔，承压板与传力构件的底端采用螺纹固定相连，所述膨胀挤压筒采 用厚度为0.4 2mm的高强度防渗土工膜或高强度复合土工布或高强度涂胶无纺布或薄钢片或 锌皮铁制成，膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度为lOMPa以上，膨胀挤压筒所使用材料的渗 透系数小于10—7cm/S，所述上托板的边缘与2—8个环形的弹性约束条的二端固定相连，每个 弹性约束条分别向下环绕所述膨胀挤压筒并与膨胀挤压筒的外表面相贴，所述膨胀挤压筒在 使用前被折叠巻绕成直圆柱筒状，所述膨胀挤压筒展开后的高度为0.4 3m，展开后的横向内 径为0.4 1.5m，膨胀挤压筒在使用前被折叠巻绕成筒状，所述上弹性密封件采用具有弹性的 橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成，所述弹性约束条采用可作为建筑工程型材使用的金属或 土工织物或帆布制成。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述膨胀挤压筒的底端设有下开口，膨 胀挤压筒的下开口与下套筒组件的顶端相连，下套筒组件内设有下弹性密封件，下弹性密封 件采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成制成，下套筒组件的底端固定有下盖板， 所述下盖板和所述下弹性密封件上沿轴线方向设有至少一个传力构件下过孔，所述膨胀挤压 筒采用在向膨胀挤压筒内注入5MPa以下浆液时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，膨胀挤压 筒所使用材料的抗拉强度为6MPa以上，膨胀挤压筒使用材料的渗透系数小于l(T6cm/s。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述下套筒组件包括下空筒和托板，下 空筒的上端焊接固定在托板的下端面上，所述下盖板釆用螺纹连接或焊接安装在下空筒的底 端，所述下弹性密封件设置在下空筒内，所述下空筒为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边 形或八边形的柱形筒，所述膨胀挤压筒的下开口采用法兰固定在所述托板的上端，托板上设 有传力构件的连接孔，托板与传力构件的底端固定相连，膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度 为7MPa以上，膨胀挤压筒所使用材料的渗透系数小于10—7cm/s。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述下套筒组件包括上空筒、托板和下空筒，上空筒的底端焊接固定在托板的上端面上，所述下空筒的顶端焊接固定在托板的下端 面上，托板上设有传力构件的连接孔，托板与传力构件的底端固定相连，所述下盖板采用螺 纹连接或焊接安装在下空筒的底端，所述下弹性密封件设置在下空筒内，所述上空筒的外侧 壁上沿圆周方向并列地设有多个下防滑凸棱，所述膨胀挤压筒的下开口套装在上空筒的外侧 壁上，并采用一个以上的下卡箍固定，所述上空筒和下空筒为横截面是圆形或椭圆形或矩形 或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度为7MPa以上，膨胀挤压筒所 使用材料的渗透系数小于10—7cm/S，膨胀挤压筒展丌后的高度为0.4 3m，展开后的横向内径 为0. 4~1. 5m，膨胀挤压筒在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述下套筒组件包括上空筒、托板和下 空筒和套筒，上空筒和套筒的底端焊接固定在托板的上端面上，上空筒套装在套筒内，所述 托板上设有传力构件的连接孔，托板与传力构件的底端固定相连，所述下空筒的顶端悍接固 定在托板的下端面上，所述下盖板采用螺纹连接或焊接安装在下空筒的底端，所述下弹性密 封件设置在下空筒内，所述膨胀挤压筒的下开口插装在所述上空筒与套筒之间的环形间隙内， 并采用多个沿径向穿过上空筒和套筒的螺栓固定，上空筒和套筒之间的环形间隙内灌注有密 封胶，所述上空筒和下空筒为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨 胀挤压筒所使用材料的抗拉强度为7MPa以上，膨胀挤压筒所使用材料的渗透系数小于 10—7cm/s，膨胀挤压筒展开后的高度为0.4 3m，展开后的横向内径为0.4~1.5m，膨胀挤压 筒在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述膨胀挤压筒的横截面是圆形或椭圆 形或矩形或六边形或八边形，膨胀挤压筒的轴线截面方向的尺寸为逐渐变化的，所述膨胀挤 压筒采用厚度为0.4~2mm的高强度防渗土工膜或高强度复合土工布或高强度涂胶无纺布或薄 钢片或锌皮铁制成，膨胀挤压筒采用在向膨胀挤压筒内注入3MPa以下浆液时向外膨胀展开折 叠状态的材料制成，膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度为8MPa以上，膨胀挤压筒所使用材料 的渗透系数小于10—8cm/s，膨胀挤压筒展开后的高度为0.4~3m，展开后的横向内径为 0. 4~1. 5m，膨胀挤压筒在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其中所述上托板的边缘与2—8个弹性挡条的 顶端固定相连，每个弹性挡条分别与所述膨胀挤压筒的外表面相贴，弹性挡条采用可作为建 筑工程型材使用的金属或土工织物或帆布制成，每个弹性挡条的底端分别与所述托板的边缘 固定相连，托板的下端固定有球面向下突出的半圆球壳形的导向帽，所述膨胀挤压筒在使用 M被折叠巻绕成直筒状，所述膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度为lOMPa以上，膨胀挤压筒 所使用材料的渗透系数小于10—9cm/s，膨胀挤压筒展开后的高度为0.4 3m，展开后的横向内 径为0. 4 1. 5m，膨胀挤压筒在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的用途，将所述的岩土工程用可控膨胀挤压 土体装置应用于土木工程的建筑物注浆纠偏和/或基础托换和/或制作扩底桩基础和/或制作土 层扩体锚杆和/或基础加固和/或岩土锚固。8本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置适用于多种复杂地层，包括软土、粘性土、 砂性土、残积土、强风化土层，可用于包括地层注浆加固、基础托换、建筑物纠偏、桩基扩 底、扩体锚固等多个工程应用领域。与现有注浆技术相比，本发明的岩土工程用可控膨胀挤 压土体装置可为土木工程领域的对建筑物注浆纠偏、基础托换、扩底桩基础和土层扩体锚杆 带来以下优点1、 可以在洞孔中设定部位实施多种形态、不同大小的可控膨胀挤压筒。通过注浆压力和 注浆量监控，可以精准确定注浆加固体体积，能够确保地层注浆加固、基础托换、建筑物纠 偏、桩基扩底、扩体锚固等的质量与效果。2、 通过膨胀挤压筒对土体所产生的胀压挤密作用，可大幅提高土体自身的承载能力和抗变形性能。3、 由于将注浆材料完全包裹在膨胀挤压筒内，有效解决了浆液随意扩散造成的环境污染、 浪费原材料等问题，降低了灌注材料消耗和施工时间，也降低了施工成本。4、 对本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的应用可以提供多重防腐功能，能够有 效提高膨胀挤压筒内传力构件的抗腐蚀和耐久性性能，并可以应用于腐蚀性及已污染的地层。下面结合附图及实施例详述本发明。
图1为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的一种实施方式的结构示意图的主视 剖面图；图2为上套筒组件部分的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图； 图3为上套筒组件部分的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图； 图4为上套筒组件部分的又一种实施方式的结构示意图的主视剖面图；图5为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的另一种实施方式的结构示意图的主 视剖面图；图6为下套筒组件部分的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图； 图7为下套筒组件部分的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图； 图8为下套筒组件部分的又一种实施方式的结构示意图的主视剖面图； 图9为膨胀挤压筒的一种结构示意图的主视剖面图； 图IO为膨胀挤压筒的另一种结构示意图的主视剖面图； 图11为膨胀挤压筒的又一种结构示意图的主视剖面图； 图12为膨胀挤压筒的再一种结构示意图的主视剖面图；图13为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置处于一种折叠方式的结构示意图的 主视剖面图；图14为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置处于另一种折叠方式的结构示意图 的主视剖面图；图15为本发明的膨胀挤压筒的一种折叠方式的结构示意图的剖面图；图16为本发明的膨胀挤压筒的另一种折叠方式的结构示意图的剖面图； 图17为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置注入流体前处于地下钻孔中的结构 示意图的主视剖面图；图18为图17的A—A截面俯视图；图19为采用本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置应用于既有建筑物增层加固的 桩式托换的示意图；图20为图19的B—B截面的放大视图；图21为采用本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置对倾斜楼宇进行压力注浆地基 加固、建筑物止倾、纠偏的施工流程的示意图； 图22为图21的俯视图。
具体实施方式
如图1和图5所示，本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，包括上套筒组件1， 上套筒组件1的顶端固定有上盖板，上套筒组件1内的上部设有上弹性密封件，上套筒组件 1的下部与膨胀挤压筒5顶端的上开口相连，膨胀挤压筒5采用在向膨胀挤压筒5内注入6MPa 以下流体时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，上套筒组件1、上盖板和上弹性密封件上沿 轴线方向设有与膨胀挤压筒5的上开口相通的注浆管上过孔6和一个传力构件上过孔7，传 力构件上过孔7的数量也可以是2个或3个或4个或6个。上弹性密封件3属于现有技术中 的公知产品，其密封原理是当上弹性密封件3受到液浆的压力作用时，会产生收缩变形，从 而将注浆管上过孔6和每个传力构件上过孔7压縮，注浆管上过孔6的孔壁会与注浆管24的 侧壁紧紧相贴，传力构件上过孔7的孔壁则会与传力构件23的侧壁紧紧相贴，以起到密封作 用。如图2所示的是本发明岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的其中一种上套筒组件1，该 上套筒组件1包括上筒11和上托板19，上筒11的底端焊接固定在上托板19的上端面上， 上盖板2采用螺纹连接或焊接安装在上筒11的顶端，上弹性密封件3设置在上筒U内，上 筒11为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5的上开口采 用法兰4固定在上托板19的底端。如图3所示，上套筒组件1也可以是包括上筒IIA、上托板19A和下筒18，上筒11A的 底端焊接固定在上托板19A的上端面上，下筒18的顶端焊接固定在上托板19A的下端面上， 上盖板2采用螺纹连接或焊接安装在上筒11A的顶端，上弹性密封件3A设置在上筒11A内， 下筒18的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个上防滑凸棱16，膨胀挤压筒5的上开口套装 在下筒18的外侧壁上，并采用2个或3个上卡箍14固定，上筒11A和下筒18为横截面是 圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。如图4所示，上套筒组件1还可以是包括上筒11B、上托板19B、下筒18B和下套筒lc， 上筒11B的底端焊接固定在上托板19B的上端面上，下筒18B和下套筒lc的顶端焊接固定 在上托板19B的下端面上，下筒18B套装在下套筒lc内，上盖板2B采用螺纹连接或焊接安装在上筒11B的顶端，上弹性密封件3B设置在上筒11B内，膨胀挤压筒5的上开口插装在 下套筒lc和下筒18B之间的环形间隙内，并采用多个沿径向穿过下套筒lc和下筒18B的螺 栓固定，下套筒lc和下筒18B之间的环形间隙内灌注有密封胶，上筒IIB、下套筒lc和下 筒18为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。上述各实施例中膨胀挤压筒5内设有承压板21，承压板21上设有传力构件23的连接孔， 承压板21与传力构件23的底端采用螺纹或通过螺母固定相连，承压板21的作用是用于连接 传力构件23，同时也用于引导采用柔性材料制成的膨胀挤压筒5，使其更便于插入钻孔中。 膨胀挤压筒5采用在向膨胀挤压筒5内注入5MPa以下浆液时向外膨胀展丌折叠状态的材料制 成，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强度为10MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系 数小于l(^cm/s，上托板的边缘与2—8个环形的弹性约束条20的二端固定相连，每个弹性 约束条20分别向下环绕膨胀挤压筒5并与膨胀挤压筒5的外表面相贴，膨胀挤压筒5在使用 前被折叠巻绕成直圆柱筒状，以便于插入钻孔中，膨胀挤压筒5展开后的高度为0.4 3m，展 开后的横向内径为0.4 1.5m，膨胀挤压筒5在使用前被折叠巻绕成筒状，上弹性密封件3 采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成，弹性约束条20采用可作为建筑工程型材 使用的金属或土工织物或帆布制成。如图5所示，本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒5的底端设有下 丌口 ，膨胀挤压筒5的下开口与下套筒组件9的顶端相连，下套筒组件9内设有下弹性密封 件，下套筒组件9的底端固定有下盖板，下盖板和下弹性密封件上沿轴线方向设有至少一个 传力构件下过孔13，膨胀挤压筒5采用在向膨胀挤压筒5内注入0. 4MPa或1. 2MPa或2MPa 或2. 4MPa或4MPa或5MPa或6. 6MPa或8MPa以下浆液时向外膨胀展开折叠状态的材料制成， 膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强度为5MPa或7MPa或9MPa或llMPa或14MPa或17MPa或 19MPa或20MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数小于10—7cm/s或l(T8cm/s或 109cm/S。下弹性密封件也属于现有技术中的公知产品，其密封原理与上弹性密封件相同。如图6所示，下套筒组件9包括上空筒28B、托板25B和下空筒27B，上空筒28B的底 端焊接固定在托板25B的上端面上，下空筒27B的顶端焊接固定在托板25B的下端面上，托 板25B上设有传力构件23的连接孔，托板25B与传力构件23的底端固定相连，下盖板12B 采用螺纹连接或焊接安装在下空筒27B的底端，下弹性密封件10B设置在下空筒27B内，上 空筒28B的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个下防滑凸棱17，膨胀挤压筒5的下开口套装 在上空筒28B的外侧壁上，并采用2个或3个下卡箍15固定，上空筒28B和下空筒27B为 横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉 强度也可以为7MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数也可以是小于10—7cm/s。如图7所示，上述下套筒组件9也可以是包括下空筒27和托板25，下空筒27的上端焊 接固定在托板25的下端面上，下盖板12采用螺纹连接或焊接安装在下空筒27的底端，下弹 性密封件10设置在下空筒27内，下空筒27为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边 形的柱形筒，膨胀挤压筒5的下开口采用法兰固定在托板25的上端，托板25上设有传力构件23的连接孔，托板25与传力构件23的底端固定相连，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强 度为7MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数小于10—6cm/s。如图8所示，上述下套筒组件9也可以是包括上空筒28C、托板25C和下空筒27C和套 筒9c，上空筒28C和套筒9c的底端焊接固定在托板25C的上端面上，上空筒28C套装在套 筒9c内，托板25C上设有传力构件23的连接孔，托板25C与传力构件23的底端固定相连， 下空筒27C的顶端焊接固定在托板25C的下端面上，下盖板12C采用螺纹连接或焊接安装在 下空筒27C的底端，下弹性密封件10C设置在下空筒27C内，膨胀挤压筒5的下开口插装在 上空筒28C与套筒9c之间的环形间隙内，并采用多个沿径向穿过上空筒28C和套筒9c的螺 栓固定，上空筒28C和套筒9c之间的环形间隙内灌注有密封胶，上空筒28C和下空筒27C 为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5所使用材料的抗 拉强度也可以为7MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数也可以是小于10—7cm/S。上述各实施例中膨胀挤压筒5的横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形，膨胀 挤压筒5的轴线截面方向的形状可以是如图9、图10、图11和图12所示，为逐渐变化的， 或者是不变化的，膨胀挤压筒5采用厚度为0.4 2tnm的高强度防渗土工膜或高强度复合土工 布或高强度涂胶无纺布或薄钢片或锌皮铁制成，采用薄钢片或锌皮铁制成的膨胀挤压筒5可 以按照图13或图15所示的形状将其折叠成直筒状，薄钢片或锌皮铁的厚度要保证其在注入 0. 5MPa或1. 5MPa或2MPa或2. 5MPa或4MPa或5MPa或6. 5MPa或8MPa以下浆液时向外膨胀 展丌折叠状态，采用高强度防渗土工膜或高强度复合土工布或高强度涂胶无纺布制成的膨胀 挤压筒5可以按照图14或图16或图18所示的形状将其折叠成直筒状，膨胀挤压筒5所使用 材料的抗拉强度可以为6MPa或8MPa或lOMPa或12MPa或15MPa或16MPa或18MPa或20MPa 以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数也可以是小于10—8cm/s或10—9cm/S。上述各实施例中上托板的边缘与2—8个弹性挡条20a的顶端固定相连，每个弹性挡条 20a分别与膨胀挤压筒5的外表面相贴，每个弹性挡条20a的底端分别与托板的边缘固定相 连，托板的下端固定有球面向下突出的半圆球壳形的导向帽22，膨胀挤压筒5在使用前被折 叠巻绕成直筒状，以便于插入钻孔中，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强度也可以为lOMPa 以上。上述各实施例中膨胀挤压筒5展开后的高度为0. 4~3m，展开后的横向内径为0. 4~1. 5m， 膨胀挤压筒5在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状，上弹性密封件3和下弹性密封件10分别采用 具有弹性的橡胶或沥青或聚四佛乙烯材料制成，弹性挡条20a采用可作为建筑工程型材使用 的金属或土工织物或帆布制成。在本发明的上述各实施例中，可将本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置放置于抗 浮锚杆的尾端，用于提高单锚的承载力。如图17和图18所示，本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的施工工序可以是 首先将上述折叠巻绕成直筒状的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置下放于钻孔中的设计深 度，将注浆管24的下端通过注浆管上过孔6插进膨胀挤压筒5内，将注浆管24的上端与高压泥浆泵出浆管相连接，启动高压泥浆泵8以2~3MPa的泵压通过注浆管24向膨胀挤压筒5 灌注水泥浆液，高压泥浆泵8的泵压也可以是0.5 8MPa，利用泵压表和泵量表来监控注浆 压力和总注入量，直到膨胀挤压筒5逐渐膨胀至设计体积时，中止压力灌注。通过压力注浆， 膨胀挤压筒5会逐渐膨胀，最后形成具有高承载力的带有球型胀压锚固扩体的抗浮锚杆。经 过24小时养护后，应用穿心液压张拉器对压力型土层抗浮锚杆进行张拉并锁定，完成该压力 型抗浮锚杆的施工与安装。本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的用途，包括将上述各种实施例中岩土工程 用可控膨胀挤压土体装置应用于土木工程的建筑物注浆纠偏和/或基础托换和/或扩底桩基础 和/或土层扩体锚杆和/或基础加固和/或岩土锚固，尤其是将岩土工程用可控膨胀挤压土体装 置应用于松散软弱地层和具有高水头、高渗透性地下水地层的土木工程的建筑物注浆纠偏和/ 或基础托换和/或扩底桩基础和/或土层扩体锚杆和/或基础加固和/或岩土锚固。本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置可应用于既有建筑物增层加固的桩式托换。 该建筑物原结构形式可以为多层混合结构楼房，如图20所示，钢筋混凝土条形扩展基础32 位于上部粘土层31中，下部为土性较好的粉土地层33。为了适应建筑物增层加固的需要， 提高原基础的承载能力，加固方案为沿钢筋混凝土条形扩展基础32轴线方向间隔2 3m分别 打设一对桩长为8m，并带有本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置35的压浆灌注球囊 扩底桩34，压浆灌注球囊扩底桩34的布桩方式如图19所示的圆圈分布位置；基底托换桩的 传力段桩径为220mm，压浆扩底段采用岩土工程用可控膨胀挤压土体装置35注桨膨胀扩体 后，其最大桩径为400mm，膨胀挤压筒5的材料采用厚度为l.Omm的高强防渗土工布，其抗 拉强度为9Mpa，渗透系数为10—8cm/s，压力灌注材料选用水灰比为0.8的P.0.42.5弁水泥砂浆。参考图19和图20，采用本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置实施压浆灌注球囊 扩底桩的桩式托换施工工艺流程如下1. 在条形扩展基础32轴线两侧的对称位置沿垂直方向钻凿出一对直径略大于220mm的孔洞；2. 应用30型钻机通过以上孔洞在基底土层中打设直径为220mm的钻孔，孔深为地面土 0以下10m，即扩底桩基穿过8m的粘土层31，进入粘土层31下部的粉土地层33， 进入粉土地层33的深度为2 m;3. 在钻孔中置入2根032钢筋作为传力构件23，传力构件23的底部连接有本发明的岩 土工程用可控膨胀挤压土体装置，传力构件23和注浆管穿过上套筒组件1进入膨胀 挤压筒5，膨胀挤压筒5的横截面被折叠巻绕成直圆筒状；4. 将2根传力构件23与条形扩展基础32沿条形扩展基础32长轴方向的钢筋骨架相连；5. 将细石混凝土灌入己放置膨胀挤压筒5的钻孔中，直至条形基础的表面；6. 启动压浆设备，将水泥砂浆以3Mpa的压力注入膨胀挤压筒5，使其膨胀为预设球形 与大小，形成压浆灌注桩的底部扩大承载体；7. 沿条形基础长轴方向支模并浇注C30混凝土，完成应用本发明的岩土工程用可控膨胀13挤压土体装置的建筑物增层桩式托换施工。如图21和图22所示，本发明的岩土工程用可控膨胀挤压体装置，也可应用于倾斜高层 楼宇注浆地基加固、止倾、纠偏。由于高层楼宇箱形基础位于山间斜坡地带，基础埋设于深厚粘性土层中，粘土层下卧基 岩表面倾斜，结构封顶后建筑物产生单向倾斜。故对箱形基础沉降量大的区域进行局部地基 加固，减少建筑物的差异沉降，同时通过应用本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置， 结合建筑物变形监测，进行分序控制式压力注浆，对倾斜楼宇进行止倾与纠偏。具体实施方 式采用在设计地基注浆加固区域按图21和图22中椭圆圈的分布位置进行本发明的岩土工程 用可控膨胀挤压体装置的埋设。其中膨胀挤压筒5采用0.8mm高强防渗土工膜，其抗拉强度 为12Mpa，渗透系数为10—9cm/s。压力灌注材料选用水灰比为0.5的纯水泥浆。膨胀挤压筒5 折叠巻绕成直筒形。参考图21和图22，采用本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置为倾斜楼宇进行压 力注浆地基加固、建筑物止倾、纠偏的施工流程如下1. 在预纠偏一侧的空地处，靠近楼宇位置沿纵向打设多个施工竖井，并进行必要的施工支护；2. 采用50型钻机在每个楼宇倾斜侧竖井中向楼宇基底预设位置处打设直径为160mm的 倾斜钻孔；3. 用1根直径为20mm的底端带螺纹的钢筋与本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装 置的上套筒组件1的上托板19采用螺纹固定相连。将注浆管24插入膨胀挤压筒5。4. 利用钢筋将本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置分别放入每个倾斜钻孔的底 部，并将该钢筋反旋脱开本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，然后取出钢筋 以便循环使用；5. 启动压浆泵，并结合预设在建筑结构上变形监测点的监测数据，将水泥浆以2 4Mpa 的压力逐个分时、分序注入膨胀挤压筒5内，使其膨胀形成设定的挤扩体。6. 根据基岩倾斜面的分布，通过以时序注浆挤压箱型基础基底土层的方式逐渐抬升建筑 物倾斜一侧，根据变形监测结果纠偏到位后，停止注浆并封闭注浆管24，再用水泥浆填充倾 斜钻孔，完成纠偏施工。上面所述的实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限 定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出 的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征在于包括上套筒组件(1)，上套筒组件(1)的顶端固定有上盖板，上套筒组件(1)内的上部设有上弹性密封件，上套筒组件(1)的下部与膨胀挤压筒(5)顶端的上开口相连，膨胀挤压筒(5)采用在向膨胀挤压筒(5)内注入8MPa以下流体时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，所述上套筒组件(1)、所述上盖板和所述上弹性密封件上沿轴线方向设有与所述膨胀挤压筒(5)的上开口相通的注浆管上过孔(6)和至少一个传力构件上过孔(7)。
2. 如权利要求1所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述上套筒组件 (1)包括上筒(11)和上托板(19)，上筒(11)的底端焊接固定在上托板(19)的上端面上，所述上盖板(2)采用螺纹连接或焊接安装在上筒(11)的顶端，所述上弹性密封件(3) 设置在上筒(11)内，所述上筒(U)为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的 柱形筒，所述膨胀挤压筒(5)的上开口采用法兰(4)固定在所述上托板(19)的底端。
3. 如权利要求1所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述上套筒组件 (1)包括上筒(IIA)、上托板(19A)和下筒(18)，上筒(11A)的底端焊接固定在上托板 (19A)的上端面上，所述下筒(18)的顶端焊接固定在上托板(19A)的下端面上，所述上盖板(2A)采用螺纹连接或焊接安装在上筒(11 A)的顶端，所述上弹性密封件(3A)设置 在上筒(11A)内，所述下筒(18)的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个上防滑凸棱(16)， 所述膨胀挤压筒(5)的上开口套装在下筒(18)的外侧壁上，并采用一个以上的上卡箍(14) 固定，所述上筒(11A)和下筒(18)为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的 柱形筒。
4. 如权利要求1所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述上套筒组件O)包括上筒(IIB)、上托板(19B)、下筒(18B)和下套筒(lc)，上筒(11B)的底端焊 接固定在上托板(19B)的上端面上，所述下筒(18B)和所述下套筒(lc)的顶端焊接固定 在上托板(19B)的下端面上，下筒(18B)套装在下套筒(lc)内，所述上盖板(2B)采用 螺纹连接或焊接安装在上筒(11B)的顶端，所述上弹性密封件(3B)设置在上筒(11B)内， 所述膨胀挤压筒(5)的上开口插装在所述下套筒(lc)和所述下筒(18)之间的环形间隙内， 并采用多个沿径向穿过下套筒(lc)和下筒(18B)的螺栓固定，下套筒(lc)和下筒(18B) 之间的环形间隙内灌注有密封胶，所述上筒(IIB)、下套筒(lc)和下筒(18B)为横截面 是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。
5. 如权利要求1至4中任何一项所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是 所述膨胀挤压筒(5)的横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形，膨胀挤压筒(5) 的轴线截面方向的尺寸为逐渐变化的，所述膨胀挤压筒(5)采用在向膨胀挤压筒(5)内注 入5MPa以下浆液时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为8MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于l(T6Cm/S。
6. 如权利要求5所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述膨胀挤压筒 (5)内设有承压板(21)，承压板(21)上设有传力构件(23)的连接孔，承压板(21)与传力构件(23)的底端采用螺纹固定相连，所述膨胀挤压筒(5)采用厚度为0.4~2mm的高 强度防渗土工膜或高强度复合土工布或高强度涂胶无纺布或薄钢片或锌皮铁制成，膨胀挤压 筒(5)所使用材料的抗拉强度为10MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于 10—7cmA，所述上托板(19)的边缘与2—8个环形的弹性约束条(20)的二端固定相连，每 个弹性约束条(20)分别向下环绕所述膨胀挤压筒(5)并与膨胀挤压筒(5)的外表面相贴， 所述膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成直圆柱筒状，所述膨胀挤压筒(5)展开后的高 度为0. 4~3m，展开后的横向内径为0. 4~1. 5m，膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成筒状， 所述上弹性密封件(3)采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成，所述弹性约束条 (20)采用可作为建筑工程型材使用的金属或土工织物或帆布制成。
7. 如权利要求2或3或4所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述膨 胀挤压筒(5)的底端设有下开口，膨胀挤压筒(5)的下开口与下套筒组件(9)的顶端相连， 下套筒组件(9)内设有下弹性密封件，下弹性密封件采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙 烯材料制成，下套筒组件(9)的底端固定有下盖板，所述下盖板和所述下弹性密封件上沿轴 线方向设有至少一个传力构件下过孔(13)，所述膨胀挤压筒(5)采用在向膨胀挤压筒(5) 内注入5MPa以下浆液时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，膨胀挤压筒(5)所使用材料的 抗拉强度为6MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于l(^cm/s。
8. 如权利要求7所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述下套筒组件(9) 包括下空筒(27)和托板(25)，下空筒(27)的上端焊接固定在托板(25)的下端面 上，所述下盖板(12)采用螺纹连接或悍接安装在下空筒(27)的底端，所述下弹性密封件(10) 设置在下空筒(27)内，所述下空筒(27)为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形 或八边形的柱形筒，所述膨胀挤压筒(5)的下开口采用法兰(4)固定在所述托板(25)的 上端，托板(25)上设有传力构件(23)的连接孔，托板(25)与传力构件(23)的底端固 定相连，膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为7MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料 的渗透系数小于10—7cm/sD
9. 如权利要求7所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述下套筒组件 (9)包括上空筒(28)、托板(25B)和下空筒(27B)，上空筒(28)的底端焊接固定在托板(25)的上端面上，所述下空筒(27B)的顶端焊接固定在托板(25B)的下端面上，托板 (25B)上设有传力构件(23)的连接孔，托板(25B)与传力构件(23)的底端固定相连， 所述下盖板(12B)采用螺纹连接或焊接安装在下空筒(27B)的底端，所述下弹性密封件(10B) 设置在下空筒(27B)内，所述上空筒(28)的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个下防滑 凸棱(17)，所述膨胀挤压筒(5)的下开口套装在上空筒(28)的外侧壁上，并采用一个以 上的下卡箍(15)固定，所述上空筒(28)和下空筒(27B)为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为7MPa以上，膨胀 挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于10—7Cm/s。
10. 如权利要求7所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述下套筒组件 (9)包括上空筒(28C)、托板(25C)和下空筒(27C)和套筒(9c)，上空筒(28C)和所述套筒(9c)的底端焊接固定在托板(25C)的上端面上，上空筒(28C)套装在套筒(9c) 内，所述托板(25C)上设有传力构件(23)的连接孔，托板(25C)与传力构件(23)的底 端固定相连，所述下空筒(27C)的顶端焊接固定在托板(25C)的下端面上，所述下盖板(12C) 采用螺纹连接或焊接安装在下空筒(27C)的底端，所述下弹性密封件(10C)设置在下空筒 (27C)内，所述膨胀挤压筒(5)的下开口插装在所述上空筒(28C)与套筒(9c)之间的 环形间隙内，并采用多个沿径向穿过上空筒(28C)和套筒(9c)的螺栓固定，上空筒(28C) 和套筒(9c)之间的环形间隙内灌注有密封胶，所述上空筒(28C)和下空筒(27C)为横截 面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强 度为7MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于10—7Cm/S。
11. 如权利要求7所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述膨胀挤压筒 (5)的横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形，膨胀挤压筒(5)的轴线截面方向的尺寸为逐渐变化的，所述膨胀挤压筒(5)采用厚度为0.4 2mm的高强度防渗土工膜或高 强度复合土工布或高强度涂胶无纺布或薄钢片或锌皮铁制成，膨胀挤压筒(5)采用在向膨胀 挤压筒(5)内注入3MPa以下浆液时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，膨胀挤压筒(5)所 使用材料的抗拉强度为8MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于10—8cm/s， 膨胀挤压筒(5)展开后的高度为0.4 3m，展开后的横向内径为0.4 1.5m，膨胀挤压筒(5) 在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。
12. 如权利要求8所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述上托板的边 缘与2—8个弹性挡条(20a)的顶端固定相连，每个弹性挡条(20a)分别与所述膨胀挤压筒(5)的外表面相贴，弹性挡条(20a)采用可作为建筑工程型材使用的金属或土工织物或帆 布制成，每个弹性挡条(20a)的底端分别与所述托板的边缘固定相连，托板的下端固定有球 面向下突出的半圆球壳形的导向帽(22)，所述膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成直筒 状，所述膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为lOMPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材 料的渗透系数小于l(T9cm/s，膨胀挤压筒(5)展开后的高度为0.4~3m，展开后的横向内径 为0.4 1.5m,膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。
13. 如权利要求9所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述上托板的边 缘与2—8个弹性挡条(20a)的顶端固定相连，每个弹性挡条(20a)分别与所述膨胀挤压筒(5)的外表面相贴，弹性挡条(20a)采用可作为建筑工程型材使用的金属或土工织物或帆 布制成，每个弹性挡条(20a)的底端分别与所述托板的边缘固定相连，托板的下端固定有球 面向下突出的半圆球壳形的导向帽(22)，所述膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成直筒 状，所述膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为10MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于10—9cm/s，膨胀挤压筒(5)的高度为0.4 3m，横向内径为0. 4~1. 5m，膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。
14. 如权利要求IO所述的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，其特征是所述上托板的 边缘与2—8个弹性挡条(20a)的顶端固定相连，每个弹性挡条(20a)分别与所述膨胀挤压 筒(5)的外表面相贴，弹性挡条(20a)采用可作为建筑工程型材使用的金属或土工织物或 帆布制成，每个弹性挡条(20a)的底端分别与所述托板的边缘固定相连，托板的下端固定有 球面向下突出的半圆球壳形的导向帽(22)，所述膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成直 筒状，所述膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为10MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用 材料的渗透系数小于10—9cm/s，膨胀挤压筒(5)展开后的的高度为0.4~3m，展开后的横向 内径为0.4 1.5m，膨胀挤压筒(5)在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状。
15. 岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的用途，其特征是将岩土工程用可控膨胀挤压土 体装置应用于土木工程的建筑物注浆纠偏和/或基础托换和/或扩底桩基础和/或土层扩体锚杆 和/或基础加固和/或岩土锚固。
全文摘要
一种岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，包括上套筒组件(1)，上套筒组件(1)顶端固定有上盖板(2)，上套筒组件(1)内上部设有上弹性密封件(3)，上套筒组件(1)下部与膨胀挤压筒(5)顶端上开口相连，膨胀挤压筒(5)采用在向膨胀挤压筒(5)内注入8MPa以下流体时向外膨胀展开折叠状态的材料制成，上套筒组件(1)、上盖板(2)和上弹性密封件(3)上设有与膨胀挤压筒(5)上开口相通的注浆管上过孔(6)和至少一个传力构件上过孔(7)。其目的在于提供一种能够在复杂地层中为地基基础注浆加固、托换、纠偏提高效果，增加单桩、单锚承载力，提高加固体或土中构件承载能力的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置及用途。
文档编号E02D37/00GK101324064SQ20081011783
公开日2008年12月17日 申请日期2008年8月5日 优先权日2008年8月5日
发明者钟 刘, 义 张, 松 杨, 马利军 申请人:中国京冶工程技术有限公司;中冶集团建筑研究总院