专利名称：加固厚覆盖层深埋软土层变径塑料套管混合桩及成桩方法
技术领域：
本发明涉及一种处理软土地基的桩型，特别涉及一种加固厚覆盖层深埋软土 层的变径塑料套管混合桩及其成桩施工方法。
背景技术：
在路基工程中，经常会遇到上部具有厚覆盖层(5 10m以上)、下部为深埋 软粘土的地基，比如浙江钱塘江两岸冲海积平原区(杭州湾南岸，萧山、绍兴、 余姚等地区比较常见)，表部一般为粉土、粉砂层，厚度一般大于10m,其下为 软土层。其中上部覆盖层有时候为地质条件相对比较好、密实的粉砂、砂、粉土、 粘土等， 一般不需要特别处理；但有时候虽然为粉土，但压缩性仍然比较大，典 型的如钱塘江两岸分布的厚层粉土层，为全新统沉积，部分为近代沉积或人类围 堤堆积，表层部分土体天然孔隙比大，标准贯入击数低，结构松散，Ip为7~10 之间。另外，若上部砂或粉砂层为容易液化地基，在抗震设计时，需要进行抗液 化处理。下部为深埋软粘土淤泥或淤泥质土，厚度大，强度低，透水性差。这 种厚覆盖层深埋软土地基，在填土较高的地段一般需要进行地基处理，若不处理， 将会有较长时间的沉降变形，会有不同程度的工后沉降变形。这种地基若深埋软 土厚度大(超过10~15m)时，在桥头结构物附近填土较高的路段，还应采用刚 性桩进行处理。这是因为下部软土部分通过排水预压一般处理效果差、次固结大， 难以满足工后沉降要求；而采用粒料桩方式虽然对上部覆盖层有较好的振动致密 和加速排水固结作用效果好，但下部软土强度低、成桩质量无法保证，排水路径 长， 一般也不采用；水泥搅拌桩加固方案一方面处理深度达不到要求，而且上部 较密实的土层施工难度很大， 一般也不合适。所以最后往往需要刚性桩如预应力 管桩、塑料套管混凝土桩进行处理。但是，刚性桩往往费用很高，特别是这种具 有厚覆盖层的情况下，上下土层全部采用统一的刚性桩有些浪费，其实对于上部 覆盖层往往可以不处理、或者采用粒料桩进行振动致密和排水预压处理是最合理 和经济的，甚至采用排水板处理即可。当然，对于下部深埋软土部分采用刚性桩 处理则是比较合理的。因此根据这种情况，若能开发一种施工方便可靠，上部采用粒料桩、下部采用刚性桩的混合桩型技术对于这种深埋软土地基则是非常合理
和经济的地基加固技术，变径塑料套管混合桩就是针对这种特定地基开发的一种
新型地基处理技术。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种加固厚覆盖层深埋软土层的变径塑料套管混 合桩及其成桩加固方法。
本发明的技术方案
一种加固厚覆盖层深埋软土变径塑料套管混合桩，其特征在于该混合桩的桩
身上部位于厚覆盖层i中采用粒料桩，桩身下部位于深埋软土层n中采用刚性 桩，其中粒料桩由小直径塑料套管2中填入粒料i，不进行注浆，形成竖向排水
体，刚性桩由大直径塑料套管4内填入粒料1并通过注浆管注入浆液，形成浆固 粒料桩体7，大、小直径塑料套管的变径处用变径塑料套管接头3连接，大、小 直径塑料套管各自的接管采用对应尺寸的接管连接，大直径塑料套管4的下端插 入套管插口 10中与桩尖9固定连接，小直径塑料套管2和大直径塑料套管4的 管壁上均匀分布有开孔5，塑料套管外围包扎土工布或滤布6,在桩体外围为桩 周浆液扩散区8。
上述的桩尖9为扩大预制混凝土圆锥形桩尖，中央设有PVC材料制作的套 管插口 10,其外围有一凹圓环ll,或者设计为台阶式的平台12。
上迷的土工布或滤布6，定间距包裹在塑料套管开孔5处，或者将套管外围 全部包扎。
上述的粒料l为碎石、砂砾、粉煤灰、建筑碎石块、建筑垃圾或钢渣。
加固厚覆盖层深埋软土层的变径塑料套管混合桩的成桩方法的施工步骤如
下
(1)用专用模具预制混凝土桩尖9，该桩尖为圓锥形，中央设有套管插口 10，
其外围有一凹圆环11或平台12; (2 )打设前通过静力触探原位测试手段详细探明厚覆盖层I深度，深埋软土层
II深度；
(3 )根据厚覆盖层I深度和深埋软土层II深度来设计桩长搭配大、小直径塑料 套管4和2，并采用变径塑料套管接头3连接，大、小直径塑料套管各自的接管采用对应尺寸的专用接头连接； (4 )准备略长于设计桩长的变径塑料套管，且塑料套管壁根据设计要求按间距
开孔5,在开孔处定间距包扎或者将套管外围用土工布或滤布6全部包裹； (5 )将外围外包土工布或滤布6的带孔的大直径塑料套管4的下端插入套管插
口 10中与预制桩尖9连接，形成上部开口的半封闭空间；
(6) 提升打设机沉管口，用绳子将连接好桩尖9的大、小直径塑料套管4和2 插入沉管中；
(7) 开启打设机，对准桩位，将塑料套管打设至设计桩深，然后上拔沉管，大、 小塑料套管4和2及桩尖9留在地基内；
(8 )下注浆管，并向深埋软土层II部分的大直径塑料套管4内投放粒料1;
(9 )通过注浆管向大直径塑料套管4中进行注浆至深埋软土层II顶(即厚覆盖 层低)有浆液冒出后，开始拔注浆管，边拔管边注浆，并顶部补填粒料， 深埋软土层II部分大直径塑料套管4内粒料1通过浆液渗透形成浆固粒料 桩体7;
(10) 向厚覆盖层I部分小直径塑料套管2内投放粒料1，不注浆，形成竖向排 水体；
(11) 按设计的桩间距用上述(1) 一 (10)步骤同样的方法打设变径塑料套管 混合桩群，从而对上部厚覆盖层、下部深埋软土层结构的地基进行加固处 理。
本发明的桩身可采用内外均是螺紋的单壁PVC塑料套管，或其他塑料 套管，套管材料廉价，并可有一定的弯曲度，因此可方便的插入打设机沉管 内打设，可以满足先将塑料套管全部打设完毕再进行投石注浆等工序，提高 施工效率、节约工程造价。同时，使用单壁螺紋塑料套管，套管内注浆与粒 料胶结形成的胶结桩体与套管咬合紧密，加大了桩与土体的接触摩擦力，提 高了桩的承载力，充分发挥了套管螺紋的作用。
注浆时也可不冲开土工布或滤布对桩周土体渗透注浆，而采取一定压力 注浆使得包裹在孔周的土工布或滤布向桩体外突起膨胀，沿桩长形成形状类 似于糖葫，的"葫,桩"，这同样增强了桩土间的接触作用，提高承载性能。
本发明采用预制混凝土扩大桩尖，桩尖可采用多种形式(圓锥形，十字形等)，可根据不同的实际情况按设计选用。桩尖中预设与塑料套管紧密连 接的套管插口。
本发明将塑料套管打设完毕后，安放注浆管并投放粒料注浆，注浆采用 软土层顶(即厚覆盖层低)有浆液冒出后，开始拔注浆管，边拔管边均匀注 浆的方法，拔管速度根据注浆量控制，并且可连续不间断，也可定间距注浆 等多种方式及组合。在注浆的过程中由于注浆管的振动会造成孔口石料下 沉，在注浆过程中应不断补料和回灌作业，注浆管可重复回收利用。 对上部具有厚覆盖层(5-10m以上)、下部为深埋软粘土的地基，上部厚覆 盖层一般为透水性好、加固要求较低的土层，采用塑料套管粒料桩处理通过施 工过程的振动致密，以及后面作为良好的排水通道作为预压排水体来处理，提高 土体强度；下部淤泥等强度低、加固要求高的软土层采用塑料套管粒料注浆桩(或 混凝土桩)刚性桩复合地基技术来处理；覆盖层土体强度本身相对较高、而且在 排水预压过程逐步提高，这样较厚的覆盖层(一般大于5m以上)可以很好的自 行调节和适应变形下部桩体和桩间土的不同变形，可形成土拱作用，为上部路基 和下部刚性桩复合地基之间形成 一个很好的变形过渡层，使上部不均匀沉降減 小、完成时间快。 技术特点为
U)降低工程造价。与全桩长刚性桩相比，上部采用了小直径的粒料桩， 同样可满足加固要求，但费用可以大大降低。
(2)上部为小直径的塑料套管粒料桩，不是刚性桩，而下面的刚性桩因为 直径比上部大，注浆还有扩大桩体作用，上部存在着厚覆盖层，可以自行调节和 适应变形，不需要设置盖板或桩帽，因此与采用全桩长的刚性桩相比，也在另外 一方面大量节约了工程造价。
(3 )下部桩体吸收了塑料套管粒料桩(TGG桩)成桩深度可控、不会振动 挤土断桩、桩侧摩阻力高、桩间土强度恢复快、挤土效应小等优点。
U)上部采用外包土工滤布的塑料套管后，比一般的粒料桩成桩质量可靠， 排水效果好。
两种桩型混合使用，即针对不同土体采用不同的桩型来定向加固，但一次 施工完毕，既满足了加固要求也降低了工程造价。本发明同时具有上述特点，从而大幅提高承栽性能与成桩质量，可有效 加固处理厚覆盖层深埋软土层地基。
图1一一变径塑料套管混合桩结构示意图 附中标记1 —粒料、2 —小直径塑料套管、3 —变径塑料套管接头、4—大
直径塑料套管、5 —塑料套管上的孔、6— 土工布或滤布、7—浆固粒料桩
体、8—桩周浆液扩散区、9—预制桩尖、I 一厚覆盖层、II 一深埋软土
层、 III 一 ^更土层或相对^更土层。
图2—一桩尖结构示意图
附中标记10_套管插口、 ll一凹圆环、12—台阶或平台
具体实施例方式
如图1,用专门研制开发的桩尖模具制作预制扩大桩尖9;根据厚覆盖层I 、 深埋软土层II、硬土层或相对硬土层m的分布情况，准备好螺紋塑料套管2、 4， 套管2、 4是按设计要求沿桩身按一定间距开孔；按设计桩长用变径塑料套管接 头3和胶水将套管2、 4连接牢固，若套管2、 4各自需要接管时，采用对应尺寸 的专用接头进行连接，侧壁开孔处用土工布或滤布3包裹，然后将连接好的略长 于设计桩长的塑料套管与预制桩尖9上的套管插口 10用PVC粘接胶水连接紧 密，形成上部开口的半封闭空间；提升打设机沉管至一定高度，用绳子将连接好 桩尖的塑料套管插入沉管中，开启打设一几对准桩位打设至设计深度；提升沉管， 塑料套管和桩尖则留在地基内；下注浆管并向塑料套管4内投放粒料；开启注浆 设备，注浆至软土层顶(即厚覆盖层低)有浆液冒出后，开始拔注浆管，边拔管 边注浆，并补填回灌，在一定的注浆压力作用下，塑料套管4内的散体材形成浆 固粒料桩体7，包裹在塑料套管4孔周的土工布或滤布3被冲开，浆液向桩周土 体渗透形成浆液扩散区8,有效改良桩周土性质；或者注浆压力未冲开土工布或 滤布3，在压力作用下，定间距包扎在开孔外的土工布或滤布3向外突出膨胀， 形成类似罗盘状的糖葫声桩身，同样能改善桩土接触特性，向厚覆盖层中的小直 径塑料套管内投放粒料，不注浆而形成竖向排水体的粒料桩身；按设计的桩间距 用上述步骤同样方法打设变径塑料套混合桩群，对上部厚覆盖层、下部深埋软土 层地基进行加固处理。
权利要求
1. 一种加固厚覆盖层深埋软土变径塑料套管混合桩，其特征在于该混合桩的桩身上部位于厚覆盖层I中采用粒料桩，桩身下部位于深埋软土层II中采用刚性桩，其中粒料桩由小直径塑料套管(2)中填入粒料(1)，不进行注浆，形成竖向排水体，刚性桩由大直径塑料套管(4)内填入粒料(1)并通过注浆管注入浆液，形成浆固粒料桩体(7)，大、小直径塑料套管的变径处用变径塑料套管接头(3)连接，大、小直径塑料套管各自的接管采用对应尺寸的接管连接，大直径塑料套管(4)的下端插入套管插口(10)中与桩尖(9)固定连接，小直径塑料套管(2)和大直径塑料套管(4)的管壁上均匀分布有开孔(5)，塑料套管外围包扎土工布或滤布(6)，在桩体外围为桩周浆液扩散区(8)。
2. 根据权利要求1所述的变径塑料套管混合桩，其特征在于所述的桩尖(9)为 预制混凝土圆锥形桩尖，中央设有PVC材料制作的套管插口 (10),其外围 有一凹圆环(ll)，或者设计为台阶式的平台(12)。
3. 根据权利要求1所述的变径塑料套管混合桩，其特征在于所述的土工布或滤 布(6)在塑料套管开孔(5)处定间距包裹，或者将塑料套管外围全部包扎。
4. 根据权利要求1所述的变径塑料套管混合桩，其特征在于所述的粒料(1 )为 碎石、砂砾、粉煤灰、建筑碎石块、建筑垃圾或钢渣。
5. —种加固厚覆盖层深埋软土层的变径塑料套管混合桩的成桩加固方法的施工 步骤如下(1 )用专用模具预制混凝土桩尖(9 )，该桩尖为圆锥形，中央设有套管插口 ( 10),其外围有一凹圆环(11 )或平台(12); (2)打设前通过静力触探、取土原位测试手段详细4采明厚覆盖层I深度，深埋软土层II深度； (3 )根据厚覆盖层I深度和深埋软土层II深度来设计桩长搭配大、小直径塑料套管(4)和(2)，并采用变径塑料套管接头(3)连接，大、小直径塑料套管各自的接管采用对应尺寸的专用接头连接； (4)准备略长于设计桩长的变径塑料套管，且大、小塑料套管壁根据设计要求按间距开孔(5),在开孔处定间距包扎或将套管外围用土工布或 滤布(9)全部包裹牢固；(5) 将外围外包土工布或滤布(6)的带孔的大直径塑料套管(4)的下端 插入套管插口 (10)中与预制桩尖(9)连接，形成上部开口的半封 闭空间；(6) 提升打设机沉管口 ，用绳子将连接好桩尖(9 )的大、小直径塑料套 管(4)和(2)插入沉管中；(7) 开启打设机，对准桩位，将塑料套管打设至设计桩深，然后上拔沉管， 大、小塑料套管(4)和(2)及桩尖(9)留在地基内；(8) 下注浆管，并向深埋软土层II部分的大直径塑料套管(4)内投放粒 料l;(9) 通过注浆管向大直径塑料套管(4)中进行注浆至深埋软土层II顶有 浆液冒出后，开始拔注浆管，边拔管边注浆，并顶部补填粒料，深埋 软土层II部分大直径塑料套管(4)内粒料1通过浆液渗透形成浆固 粒料桩体(7 )的刚性桩身，浆液向桩周土体渗透形成浆液扩散区(8 ), 或者形成类似罗盘状的糖葫芦桩身；(10) 向厚覆盖层I部分小直径塑料套管(2)内投放粒料(1 )，不注浆， 形成竖向排 K体的粒料桩身；(11) 按设计的桩间距用上述(1) 一 (10)步骤同样的方法打设变径塑料 套管混合桩群，从而对上部厚覆盖层、下部深埋软土层结构的地基进 行加固处理。
全文摘要
加固厚覆盖层深埋软土层的变径塑料套管混合桩及其成桩加固方法，该混合桩桩身上部位于厚覆盖中采用小直径套管内填入散体材料，形成竖向排水体的粒料桩，桩身下部位于软土层中采用大直径套管内填入散体材料，并注浆，形成浆固散体材料桩体的刚性桩，大、小套管用变径接头连接，大套管下部与桩尖连接，套管壁上有开孔，并外包土工布，在桩体外周为浆液扩散区；成桩加固方法是，首先测量覆盖层软土层深度，配备大小套管长度，大套管下部连接桩尖，用打设机打至桩深，套管及桩尖留在地基中，向大套管内填入散体材料，并注浆，形成浆固桩体，桩周为浆液扩散区或形成葫芦桩身。本发明具有结构合理、经济实用，有效改善桩周土质性能，提高了桩体承载能力。
文档编号E02D5/62GK101532291SQ200910024640
公开日2009年9月16日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者曹德洪, 王新泉, 陈永辉, 顾长存, 高明军 申请人:河海大学