专利名称：带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于各类交通工程、工业与民用建筑工程的桩基础和复合地基 中的抗腐蚀、侵蚀的带有桩靴的包覆囊体防腐装置及使用该装置制作的防腐桩及相应的施 工方法。
背景技术：
目前，不论是在与海水具有水利联系的场地内进行的近海工程建设，还是在内陆 盐湖地区开展的大型基建项目，都面临卤水地层对一般建筑材料的腐蚀、侵蚀和剥蚀问题， 以致被迫降低建筑的设计使用寿命，并造成项目后期维护费用高昂。一些针对腐蚀性场地 内的建、构筑物的调查和相关试验表明卤水或盐湖环境，以及盐湖周围的盐渍土地层对钢 材、混凝土和粘土砖具有严重的长期腐蚀和侵蚀作用。在盐渍土条件下，普通混凝土 3年左 右就开始粉化，即便采用环氧涂层或环氧玻璃钢等保护措施，由于气候和环境因素，有机保 护层加速老化，内部混凝土会发生严重的腐蚀。目前，盐渍土地区的一些电力和隧道工程项 目中采用的油毡隔离、玻璃钢防护和花岗岩基础等措施进行的被动防护不仅造价高昂，而 且防蚀效果也并不明显，正常使用寿命通常不足20年。对于高腐蚀性卤水地层中的桩基、复合地基工程中的一些传统处理方法和现有的 改进防腐技术措施，主要有以下几点不足1.普通的钢筋混凝土桩基形式受卤水地层的化学腐蚀和物理侵蚀、剥蚀严重，虽 然承载力相对较高，但正常使用寿命很短，一般10年左右就需要托换大修一次，维护费用 十分高昂；2.复合地基处理方法采用的竖向基桩形式一般为碎石桩，其施工过程中对桩周 盐渍土体的增强效果不理想，且受盐渍土场地内的碎石桩复合地基整体性的限制，加载后 地基长期变形很大且不易稳定，基桩桩体易产生鼓胀破坏，其承载和变形性能难以满足要 求；3.在桥梁或港口工程中应用的纤维增强复合包覆层防腐技术具有较好的工程耐 久性，但其主要适用于预制桩型，且造价较高，对腐蚀性场地内的一般工业与民用建筑桩基 础而言，并不适用。4.采用改进桩身混凝土和受力筋材料特性的方式虽然能够满足桩基防腐的要求， 但桩身的制作安装工艺复杂，且对应新型防腐材料的费用大大高于常规混凝土，故这种方 法无法与现行桩基施工能力和预算相匹配，成熟工法有待进一步开发。目前，对于诸如卤水地层等高腐蚀性场地条件下，地基和基础工程领域内具有较 为普遍适用性的基桩防护技术和配套施工工法，是急需解决的一项工程难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抵抗地层中卤水的化学腐蚀和氯盐的物理结晶 侵蚀作用，有效的将地层中的卤水环境与桩材隔绝，在高腐蚀性卤水地层内的桩基础和复合地基中具有可靠长期防腐性能，在保证基本承载力的同时，大幅提高桩身的服役寿命， 使桩基础工作年限同建筑物设计寿命相适应，降低腐蚀性地层内建、构筑物基础高昂的维 护费用，降低灌注材料消耗和施工时间，降低腐蚀性地层内一般建筑基础防腐的施工成本， 制作和制造方式灵活，能够方便的适应多种桩基和地基处理施工的要求，便于推广应用的 带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法。本发明的带桩靴的囊式防腐装置，包括防腐蚀材料制成的筒状的包覆囊体，包覆 囊体的内、外表面分别为凹凸不平的表面，包覆囊体内的下部设有托底，托底的周边与包覆 囊体的侧壁相连，包覆囊体内位于托底的下端设有一个硬质防腐桩靴，在包覆囊体外侧的 附近沿着包覆囊体的轴线方向设有至少一根注浆管，每根注浆管的底端延伸到包覆囊体的 底端附近，在每根注浆管的下部靠近所述托底处分别设有一个低压注浆孔和多个高压注浆 孔。本发明的带桩靴的囊式防腐装置，其中所述包覆囊体的内、外表面分别为鱼鳞状 或网格状或蜂窝状的凸棱或波纹形，包覆囊体的横截面的形状为圆形或正多边形或“工”字 型或“T”字型或“凹”字型。本发明的带桩靴的囊式防腐装置，其中所述低压注浆孔的孔径为10_50mm，低压注 浆孔的外表包裹有滤网，所述高压注浆孔的孔径为5-36mm，高压注浆孔的表面被橡胶套紧 包，所述包覆囊体和所述托底采用聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)或表面涂敷有防腐涂层的 土工布或聚脂类塑料材料制成，包覆囊体和托底厚度为0. 5-10mm。本发明的带桩靴的囊式防腐装置，其中所述包覆囊体采用高密度聚乙烯(HDPE) 材料制成，所述托底包括筒状的侧壁，筒状侧壁的高度为50-500mm，托底的筒状侧壁与所述 包覆囊体的侧壁之间采用层叠搭接热挤压焊接相连，托底的筒状侧壁的顶端具有环形的翼 缘，环形翼缘的上端安装有钢盖板，钢盖板的底面与所述托底的环形翼缘之间设有遇水膨 胀的密封胶条或石棉绳盘条或橡胶密封垫圈。本发明的带桩靴的囊式防腐装置，其中所述钢盖板的厚度为5_30mm，所述防腐桩 靴采用向所述包覆囊体内所述托底下方灌注流态的碱激发水泥基胶凝材料或地聚合物浆 液或聚合物水泥砂浆固结形成，在包覆囊体内托底下方预埋有多个连接铆钉，多个连接铆 钉用于连接固定所述钢盖板。本发明的带桩靴的囊式防腐装置，其中所述钢盖板的厚度为5_30mm，所述防腐桩 靴为与所述包覆囊体的横截面相同的柱形，防腐桩靴的中部设有空腔，防腐桩靴的外侧壁 上设有多道10-30mm深的凹槽，防腐桩靴通过位于凹槽处的多道卡箍与所述包覆囊体绑扎 相连，钢盖板的中部具有通孔，钢盖板中部通孔的周边具有向下延伸的套筒，套筒向下伸入 所述空腔中。使用本发明的带桩靴的囊式防腐装置的防腐桩，包括所述带桩靴的囊式防腐装 置，带桩靴的囊式防腐装置的所述包覆囊体内位于所述托底的上方充填有膨胀混凝土，膨 胀混凝土中沿包覆囊体的轴向设有至少一个加筋构件，包覆囊体的外侧包裹有膨胀水泥砂 浆固结薄层，在膨胀混凝土的顶部浇注碱激发水泥浆液或聚合物水泥砂浆或地聚合物浆 液，凝结后构成封闭的防腐桩帽。本发明的防腐桩，其中所述膨胀水泥砂浆固结薄层采用掺有6% -12%膨胀剂的 防腐蚀浆液通过注浆管的一端注入桩孔后固结构成，并在每个所述加筋构件的上、中、下部分别套装有多个对中支架，每个加筋构件底部端头上分别套装有一个防护座。本发明的防腐桩的施工方法，包括如下步骤A、在桩位处施打设计深度的钻孔；B、将相关工具提出桩孔；C、将带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔内，并将所述防腐桩靴安放到桩孔底部的预 设位置处；D、向桩孔中的带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体内插入混凝土导管，并通过混凝 土导管向包覆囊体内连续浇筑膨胀混凝土，直到包覆囊体内膨胀混凝土接近包覆囊体内顶 端，然后立刻向包覆式囊体内的膨胀混凝土中置入加筋构件；E、利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管，通过低压注浆孔以小于0. 5MPa的注浆 压力向所述包覆囊体侧壁的外围注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液，直至防腐蚀浆液溢出地 面，静置一段时间后，再通过注浆管的每个高压注浆孔以l_5MPa的注浆压力向所述包覆囊 体外侧壁与桩孔之间的空隙内注入防腐蚀浆液，浆液固结后形成包覆囊体外侧壁的膨胀水 泥砂浆固结薄层，并最终与桩孔侧壁土体粘结固化为一体；F、至桩身膨胀混凝土固结达到设计强度要求后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头部 位的所述包覆囊体内浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐桩 帽。本发明的防腐桩施工方法，其中所述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带 桩靴的囊式防腐装置插入桩孔，将所述防腐桩靴沉放到地下水中后，利用排水泵通过所述 注浆管底端的低压注浆孔抽出桩孔内的地下水，同时逐步将防腐桩靴插入到预设深度；本发明的防腐桩施工方法，其中所述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带 桩靴的囊式防腐装置插入桩孔，将混凝土导管预先置入所述包覆囊体内，并将包覆囊体与 导管绑扎固定，利用混凝土导管的自重抵消地下水浮力，从而将带桩靴的囊式防腐装置沉 放到预设深度。本发明的防腐桩施工方法，其中所述步骤A中还包括利用全套管钻机，通过钢套 管和钢套管内的钻头排土钻进成孔，钻孔直径为600 1500mm ；所述步骤D中利用混凝土 导管灌注膨胀混凝土的流量为0. 05 1. 0m7min，所述加筋构件采用在桩身膨胀混凝土中 振动后插钢筋笼工艺置入；所述步骤E中，还包括在向包覆囊体侧壁注浆前，利用全套管钻 机逐节拔出钢套管，与此同时或之后实施桩侧注浆工序。本发明的防腐桩施工方法，其中所述步骤A中还包括将长钻架高压喷射注浆钻机 就位，在桩位处的地表护筒内采用低压喷射护壁泥浆或水泥浆或清水钻进成孔至设计深 度；所述步骤B中还包括在提钻前，开动高压水泵，泵压20 40MPa和低压注浆泵，泵压2 8MPa,同时以转速8 25r/min、提速8 25cm/min的速度逐渐提升钻杆至地表；所述 步骤C中还包括将带桩靴的囊式防腐装置和振动冲击锤安装就位，并在振动冲击锤的震 动冲击作用下，逐渐将带桩靴的囊式防腐装置在桩孔浆液中振冲打入至预定深度；所述步 骤D中在向带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体内浇筑膨胀混凝土的流量为0. 05 1. Om3/ min，所述加筋构件采用振动后插钢筋笼工艺置入。本发明的防腐桩施工方法，其中所述步骤A中还包括准备吊车、多节钢套管和抓 斗，利用抓斗在首节钢套管内挖出桩位处的土体，随着钢套管内土体的逐渐排出，钢管注浆下沉至略高于地表处，然后吊放第二节钢套管，将第二节钢管的底端与第一节钢管顶端相 连接，完成连接后继续利用抓斗冲抓方式将较深处的第二节钢管内的腐蚀性土体排出桩 孔，如此循环，直至钢套管沉入设计桩长深度；所述步骤B中还包括将抓斗提出桩孔；所述 步骤E中利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管通过低压注浆孔以小于0. 5MPa的注浆压力 向所述包覆囊体的外围侧壁注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液的同时，利用高频电机带动振动 沉拔管器将钢套管逐节拔出，当利用振动沉拔管器将全部钢管振动提拔出桩孔后，继续注 浆直至防腐蚀浆液溢出桩孔；所述步骤F中，在加筋构件安放到位后，待桩身膨胀混凝土初 凝后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头部位的所述囊体内绑扎构造钢筋、浇筑抗腐蚀混凝土至 略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐桩帽。与现有盐渍土地层内的桩基和地基处理技术和防腐工艺相比，本发明具有以下优点。
1、本发明的带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法，能够将桩 身承载体完全密封包裹于能够有效抵抗地层中卤水的化学腐蚀和氯盐的物理结晶侵蚀作 用的包覆式囊体内，有效的将地层中的卤水环境与桩材隔绝，大幅提高了桩身主要承载结 构的服役寿命，降低腐蚀性地层内建、构筑物基础高昂的维护费用。2、本发明带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法，改进了现有 建筑材料和石化工业中成熟的材料和防腐技术，降低了灌注材料消耗和施工时间，同时也 能够降低腐蚀性地层内一般建筑基础防腐的施工成本。3、应用本发明的带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法，其主 要结构和工艺的施工技术成熟，制作和制造方式灵活，能够方便的适应多种桩基和地基处 理施工的要求，便于推广应用。下面结合附图及具体实施例详述本发明。
图1为本发明带有桩靴的柔性囊式防腐装置的一种实施方式的主视图；图2为图1的局部放大图；图3为图1的B-B截面的俯视图；图4为本发明带有桩靴的柔性囊式防腐装置的另一种实施方式的主视图；图5为包覆囊体是“T”字型的横截面的结构示意图；图6为包覆囊体是“工”字型的横截面的结构示意图；图7为包覆囊体是“凹”字型的横截面的结构示意图；图8为使用图1所示的带有桩靴的柔性囊式防腐装置的防腐桩的主视图；图9为使用图4所示的带有桩靴的柔性囊式防腐装置的防腐桩的主视图；图IOa-IOh为本发明的防腐桩的一种施工方法的工艺工序示意图；图Ila-Ilf为本发明的防腐桩的另一种施工方法的工艺工序示意图；图12a_12g为本发明的防腐桩的再一种施工方法的工艺工序示意图。
具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本发明的带桩靴的囊式防腐装置，包括防腐蚀材料制成的筒状的包覆囊体1，包覆囊体1的内、外表面分别为凹凸不平的表面，具体可以为鱼鳞状或 网格状或蜂窝状的凸棱或波纹形的表面，包覆囊体1内的下部设有托底2，托底2包括筒状 的侧壁，筒状侧壁的高度为50-500mm，托底2的筒状侧壁与包覆囊体1的侧壁之间采用层叠 搭接热挤压焊接相连，托底2的筒状侧壁的顶端具有环形的翼缘，环形翼缘的上端安装有 钢盖板5，钢盖板5的厚度为5-30mm，钢盖板5的底面与托底2的环形翼缘之间设有遇水膨 胀的密封胶条或石棉绳盘条或橡胶密封垫圈。包覆囊体1内位于托底2的下端设有一个硬质防腐桩靴3，在包覆囊体1外侧的 附近沿着包覆囊体1的轴线方向设有五根注浆管4，每根注浆管4的底端延伸到包覆囊体1 的底端附近，在每根注浆管4的下部靠近托底2处分别设有一个低压注浆孔6和多个高压 注浆孔7。低压注浆孔6的孔径为10-50mm，低压注浆孔6的外表包裹有滤网8，高压注浆 孔7的孔径为5-36mm，高压注浆孔7的表面被橡胶套紧包，包覆囊体1和托底2采用聚乙烯 (PE)或聚氯乙烯(PVC)或表面涂敷有防腐涂层的土工布或聚脂类塑料材料制成，包覆囊体 1和托底2厚度为0. 5-10mm。上述包覆囊体1的截面形状可以根据桩孔孔径的大小和形状设置成圆形或正多 边形，以便于加工制作，其截面形状的直径或周长可采用等于或略小于桩孔的直径或周长 的尺寸；当采用包覆式防腐囊体后插工艺或基础中的一些基桩作为抗弯、抗浮或抗剪结构 构件时，也可根据基桩的不同的承载特性将包覆囊体1的截面形状制作成如图6所示的 “工”字型，或如图5所示的“T”型，或如图7所示的“凹”型，具体可根据桩长、承载要求、配 筋形式及腐蚀性地层的特点综合确定。包覆囊体1也可以采用高密度聚乙烯(HDPE)材料 制成。防腐桩靴3采用向包覆囊体1内托底2下方灌注流态的碱激发水泥基胶凝材料或 地聚合物浆液或聚合物水泥砂浆固结形成，在包覆囊体1内托底2下方预埋有多个连接铆 钉9，多个连接铆钉9用于连接固定钢盖板5。如图4所示，防腐桩靴3也可以是与包覆囊体1的横截面相同的柱形，防腐桩靴3 的中部设有空腔11，防腐桩靴3的外侧壁上设有多道10-30mm深的凹槽12，防腐桩靴3通 过位于凹槽12处的多道卡箍10与包覆囊体1绑扎相连，钢盖板5的中部具有通孔，钢盖板 5中部通孔的周边具有向下延伸的套筒，套筒向下伸入空腔11中。本发明的带桩靴的囊式防腐装置的密封防腐设计核心是将包覆式防腐囊体的上、 下端头与上密封顶盖结构和下密封托底结构实现完全密封连接，从而将桩身材料与周围腐 蚀性地层完全隔离。在使用时，对处于较强腐蚀性环境中的包覆囊体1，其下端与防腐桩靴 3的密封连接可以采用外嵌入式和内嵌入式两种不同方式。采用外嵌入式连接时，防腐桩靴 3的侧面制作粗多个具有一定深度和曲率的凹槽12，并将包覆囊体1适度弯折后置于槽内， 然后在凹槽12内注入胶结物质，同时在预设位置处将包覆囊体1和防腐桩靴3进行固定实 现密封连接；也可将包覆囊体1的下端直接植入模具内未凝固的防腐混凝土材料内，待凝 固以后实现包覆囊体1与包覆囊体1下端的密封连接。当采用内嵌入式连接时，将制作成 型的防腐桩靴3全部或部分内嵌于封闭的包覆囊体1下端，同时为保证内嵌入式连接的强 度，也可在包覆囊体1下端端头和防腐桩靴3间衬入密封胶泥或涂刷一定厚度的胶结材料， 再利用多道卡箍10抱死的方式实现连接紧固。本发明的带桩靴的囊式防腐装置具体实施方式
可以是
9
1、取长X宽15. 65mX 1. 3m、厚1. 2mm的HDPE材质的内、外表面具有斜纹状粗糙 网格的土工膜材料一块，将其短边延IOcm和5cm向内翻折两道，并将其短边按圆周向搭接 40mm后利用热焊机焊接成长15m、直径0.41m，上端敞口、下端为内凹环形的圆筒；裁剪出与 筒体内凹下端尺寸相匹配的同材质囊体材料，压实后，实施内凹弯折热焊拼接，制成上端敞 口、下端内凹封闭的包覆囊体1 ；2、采用碱激发混凝土材料在预先制作好的模具内浇注防腐桩靴3，浇注的碱激发 混凝土中掺入一定的短纤维，以改善混凝土的抗裂性能，待碱激发混凝土处于流塑 硬塑 临街状态时，在不脱模的情况下，抠出宽1. 4mm，深约IOOmm的凹槽12，在凹槽12中灌入聚 酯类胶体材料，同时将包覆囊体1下端内凹面穿过连接好的压浆管路插入刻槽中，完成包 覆囊体1下端密封连接。如图8所示，使用本发明的带桩靴的囊式防腐装置的防腐桩，包括如图1所示的带 桩靴的囊式防腐装置，该带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体1内位于托底2的上方充填有 膨胀混凝土 13，混凝土中的膨胀剂采用UEA-H高性能膨胀剂，掺量为8. 5%，膨胀混凝土 13 中沿包覆囊体1的轴向设有3-6个加筋构件14，包覆囊体1的外侧包裹有膨胀水泥砂浆固 结薄层16，等到混凝土膨胀接近稳定值时，剪掉多余土工膜，并采用内凹热焊拼接的方式完 成包覆式囊体的上端密封连接，在膨胀混凝土 13的顶部浇注碱激发水泥浆液或聚合物水 泥砂浆或地聚合物浆液，凝结后构成封闭的防腐桩帽18。膨胀水泥砂浆固结薄层16采用掺 有6% -12%膨胀剂的防腐蚀浆液19通过注浆管4的一端注入桩孔后固结构成，并在每个 加筋构件14的上、中、下部分别套装有多个对中支架15，每个加筋构件14底部端头上分别 套装有一个防护座17。对处于相对较弱腐蚀性环境中的包覆囊体1上端，可采用上密封顶盖结构进行封 闭连接，具体可根据包覆式囊体材料特点，选用同类型的材料进行拼接后浇筑防腐垫层的 方式完成；也可将囊体上端头保留成敞口形式，浇注一定厚度的防腐混凝土后，直接将桩身 与基础底板浇注为一体。图9所示的防腐桩，采用的是图4所示的带桩靴的囊式防腐装置，除了其中的防腐 桩靴3部分与图5所示的防腐桩有所不同之外，防腐桩的其他部分的结构与图5所示的基 本相同。实施例1参见图lOa-lOh，本发明的防腐桩的施工方法，包括如下步骤A、利用全套管钻机，通过钢套管21和钢套管21内的钻头排土钻在桩位处施打设 计深度的钻孔，钻孔直径为600 1500mm ；B、将钻杆及钻头提出桩孔；C、将带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔内，并将所述防腐桩靴3安放到桩孔底部的 预设位置处；D、向桩孔中的带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体1内插入混凝土导管20，并通 过混凝土导管20向包覆囊体1内连续浇筑膨胀混凝土 13，灌注膨胀混凝土 13的流量为 0. 05 1. 0m7min，直到包覆囊体1内膨胀混凝土 13接近包覆囊体1内顶端，然后立刻向 包覆式囊体1内的膨胀混凝土 13中置入加筋构件14，加筋构件14采用在桩身膨胀混凝土 9中振动后插钢筋笼工艺置入；
E、利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管4，通过低压注浆孔6以小于0. 5MPa的注 浆压力向所述包覆囊体1侧壁的外围注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液19，直至防腐蚀浆液19 溢出地面，静置一段时间后，再通过注浆管4的每个高压注浆孔7以l-5MPa的注浆压力向 所述包覆囊体1外侧壁与桩孔之间的空隙内注入防腐蚀浆液19，浆液固结后形成包覆囊体 1外侧壁的膨胀水泥砂浆固结薄层16，并最终与桩孔侧壁土体粘结固化为一体；在向包覆 囊体1侧壁注浆前，利用全套管钻机逐节拔出钢套管21，与此同时或之后实施桩侧注浆工 序；F、至桩身膨胀混凝土 13固结达到设计强度要求后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头 部位的所述包覆囊体1内浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐 桩帽18。上述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔， 将所述防腐桩靴3沉放到地下水中后，利用排水泵通过注浆管4底端的低压注浆孔6抽出 桩孔内的地下水，同时逐步将防腐桩靴3插入到预设深度；上述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔， 将混凝土导管20预先置入所述包覆囊体1内，并将包覆囊体1与导管20绑扎固定，利用混 凝土导管20的自重抵消地下水浮力，从而将带桩靴的囊式防腐装置沉放到预设深度。实施例2参见图lla-llf，本发明的防腐桩的施工方法，包括如下步骤A、在桩位处施打设计深度的钻孔，具体方法为将长钻架高压喷射注浆钻机22就 位，在桩位处的地表护筒23内采用低压喷射护壁泥浆或水泥浆24或清水25钻进成孔至设 计深度；B、开动高压水泵，泵压20 40MPa和低压注浆泵，泵压2 8MPa，同时以转速8 25r/min、提速8 25cm/min的速度一边喷射一边提升钻杆至地表；C、将带桩靴的囊式防腐装置和振动冲击锤26安装就位，并在振动冲击锤26的震 动冲击作用下，逐渐将带桩靴的囊式防腐装置在桩孔浆液中振冲打入至预定深度；D、向桩孔中的带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体1内插入混凝土导管20，并通 过混凝土导管20向包覆囊体1内连续浇筑膨胀混凝土 13，浇筑膨胀混凝土 13的流量为 0. 05 1. 0m7min，直到包覆囊体1内膨胀混凝土 13接近包覆囊体1内顶端，然后立刻向 包覆式囊体1内的膨胀混凝土 13中置入加筋构件14，加筋构件14采用振动后插钢筋笼工 艺置入；E、利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管4，通过低压注浆孔6以小于0. 5MPa的注 浆压力向所述包覆囊体1侧壁的外围注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液19，直至防腐蚀浆液19 溢出地面，静置一段时间后，再通过注浆管4的每个高压注浆孔7以l-5MPa的注浆压力向 所述包覆囊体1外侧壁与桩孔之间的空隙内注入防腐蚀浆液19，浆液固结后形成包覆囊体 1外侧壁的膨胀水泥砂浆固结薄层16，并最终与桩孔侧壁土体粘结固化为一体；F、至桩身膨胀混凝土 13固结达到设计强度要求后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头 部位的所述包覆囊体1内浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐 桩帽18。上述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔，
11将所述防腐桩靴3沉放到地下水中后，利用排水泵通过注浆管4底端的低压注浆孔6抽出 桩孔内的地下水，同时逐步将防腐桩靴3插入到预设深度；上述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔， 将混凝土导管20预先置入所述包覆囊体1内，并将包覆囊体1与导管20绑扎固定，利用混 凝土导管20的自重抵消地下水浮力，从而将带桩靴的囊式防腐装置沉放到预设深度。实施例3参见图12a_12g，本发明的防腐桩的施工方法，包括如下步骤A、准备吊车、多节钢套管21和抓斗27，利用抓斗27在首节钢套管21内挖出桩位 处的土体，随着钢套管内土体的逐渐排出，钢管注浆下沉至略高于地表处，然后吊放第二节 钢套管21，将第二节钢管的底端与第一节钢管顶端相连接，完成连接后继续利用抓斗27冲 抓方式将较深处的第二节钢管内的腐蚀性土体排出桩孔，如此循环，直至钢套管21沉入设 计桩长深度；B、将抓斗27提出桩孔；C、将带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔内，并将所述防腐桩靴3安放到桩孔底部的 预设位置处；D、向桩孔中的带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体1内插入混凝土导管20，并通过 混凝土导管20向包覆囊体1内连续浇筑膨胀混凝土 13，直到包覆囊体1内膨胀混凝土 13 接近包覆囊体1内顶端，然后立刻向包覆式囊体1内的膨胀混凝土 13中置入加筋构件14 ；E、利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管4，通过低压注浆孔6以小于0. 5MPa的注 浆压力向所述包覆囊体1侧壁的外围注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液19，直至防腐蚀浆液19 溢出地面，静置一段时间后，再通过注浆管4的每个高压注浆孔7以l-5MPa的注浆压力向 所述包覆囊体1外侧壁与桩孔之间的空隙内注入防腐蚀浆液19，浆液固结后形成包覆囊体 1外侧壁的膨胀水泥砂浆固结薄层16，并最终与桩孔侧壁土体粘结固化为一体；所述步骤E中利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管4通过低压注浆孔6以小于 0. 5MPa的注浆压力向所述包覆囊体1的外围侧壁注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液19的同时， 利用高频电机29带动振动沉拔管器28将钢套管21逐节拔出，当利用振动沉拔管器28将 全部钢管振动提拔出桩孔后，继续注浆直至防腐蚀浆液19溢出桩孔；所述步骤F中，在加筋 构件14安放到位后，待桩身膨胀混凝土 13初凝后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头部位的囊 体1内绑扎构造钢筋、浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐桩 帽18。F、至桩身膨胀混凝土 13固结达到设计强度要求后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头 部位的所述包覆囊体1内浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐 桩帽18。上述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔， 将所述防腐桩靴3沉放到地下水中后，利用排水泵通过注浆管4底端的低压注浆孔6抽出 桩孔内的地下水，同时逐步将防腐桩靴3插入到预设深度；上述步骤C中如果遇到桩孔内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔， 将混凝土导管20预先置入所述包覆囊体1内，并将包覆囊体1与导管20绑扎固定，利用混 凝土导管20的自重抵消地下水浮力，从而将带桩靴的囊式防腐装置沉放到预设深度。
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.带桩靴的囊式防腐装置，其特征是包括防腐蚀材料制成的筒状的包覆囊体(1)，包 覆囊体(1)的内、外表面分别为凹凸不平的表面，包覆囊体(1)内的下部设有托底(2)，托 底(2)的周边与包覆囊体(1)的侧壁相连，包覆囊体(1)内位于托底(2)的下端设有一个 硬质防腐桩靴(3)，在包覆囊体(1)外侧的附近沿着包覆囊体(1)的轴线方向设有至少一根 注浆管(4)，每根注浆管(4)的底端延伸到包覆囊体⑴的底端附近，在每根注浆管⑷的 下部靠近所述托底(2)处分别设有一个低压注浆孔(6)和多个高压注浆孔(7)。
2.如权利要求1所述的带桩靴的囊式防腐装置，其特征是所述包覆囊体(1)的内、夕卜 表面分别为鱼鳞状或网格状或蜂窝状的凸棱或波纹形，包覆囊体(1)的横截面的形状为圆 形或正多边形或“工”字型或“T”字型或“凹”字型。
3.如权利要求2所述的带桩靴的囊式防腐装置，其特征是所述低压注浆孔(6)的 孔径为10-50mm，低压注浆孔(6)的外表包裹有滤网(8)，所述高压注浆孔(7)的孔径为 5-36mm，高压注浆孔(7)的表面被橡胶套紧包，所述包覆囊体(1)和所述托底(2)采用聚乙 烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)或表面涂敷有防腐涂层的土工布或聚脂类塑料材料制成，包覆囊 体(1)和托底(2)厚度为0. 5-10mm。
4.如权利要求3所述的带桩靴的囊式防腐装置，其特征是所述包覆囊体(1)采用高 密度聚乙烯(HDPE)材料制成，所述托底(2)包括筒状的侧壁，筒状侧壁的高度为50-500mm， 托底(2)的筒状侧壁与所述包覆囊体(1)的侧壁之间采用层叠搭接热挤压焊接相连，托底 (2)的筒状侧壁的顶端具有环形的翼缘，环形翼缘的上端安装有钢盖板(5)，钢盖板(5)的 底面与所述托底(2)的环形翼缘之间设有遇水膨胀的密封胶条或石棉绳盘条或橡胶密封 垫圈。
5.如权利要求4所述的带桩靴的囊式防腐装置，其特征是所述钢盖板(5)的厚度为 5-30mm，所述防腐桩靴(3)采用向所述包覆囊体(1)内所述托底(2)下方灌注流态的碱激 发水泥基胶凝材料或地聚合物浆液或聚合物水泥砂浆固结形成，在包覆囊体(1)内托底 (2)下方预埋有多个连接铆钉(9)，多个连接铆钉(9)用于连接固定所述钢盖板(5)。
6.如权利要求4所述的带桩靴的囊式防腐装置，其特征是所述钢盖板(5)的厚度为 5-30mm，所述防腐桩靴(3)为与所述包覆囊体(1)的横截面相同的柱形，防腐桩靴(3)的中 部设有空腔(11)，防腐桩靴⑶的外侧壁上设有多道10-30mm深的凹槽(12)，防腐桩靴(3) 通过位于凹槽(12)处的多道卡箍(10)与所述包覆囊体(1)绑扎相连，钢盖板(5)的中部 具有通孔，钢盖板(5)中部通孔的周边具有向下延伸的套筒，套筒向下伸入所述空腔(11) 中。
7.使用权利要求1至6中任何一项所述的带桩靴的囊式防腐装置的防腐桩，其特征是 包括所述带桩靴的囊式防腐装置，带桩靴的囊式防腐装置的所述包覆囊体(1)内位于所述 托底⑵的上方充填有膨胀混凝土(13)，膨胀混凝土(13)中沿包覆囊体⑴的轴向设有至 少一个加筋构件(14)，包覆囊体(1)的外侧包裹有膨胀水泥砂浆固结薄层(16)，在膨胀混 凝土(13)的顶部浇注碱激发水泥浆液或聚合物水泥砂浆或地聚合物浆液，凝结后构成封 闭的防腐桩帽(18)。
8.如权利要求7所述的防腐桩，其特征是所述膨胀水泥砂浆固结薄层(16)采用掺有 6%-12%膨胀剂的防腐蚀浆液(19)通过注浆管(4)的一端注入桩孔后固结构成，并在每个 所述加筋构件(14)的上、中、下部分别套装有多个对中支架(15)，每个加筋构件(14)底部端头上分别套装有一个防护座(17)。
9.如权利要求7所述的防腐桩的施工方法，其特征是包括如下步骤A、在桩位处施打设计深度的钻孔；B、将相关工具提出桩孔；C、将带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔内，并将所述防腐桩靴(3)安放到桩孔底部的预 设位置处；D、向桩孔中的带桩靴的囊式防腐装置的包覆囊体(1)内插入混凝土导管(20)，并通过 混凝土导管(20)向包覆囊体(1)内连续浇筑膨胀混凝土(13)，直到包覆囊体(1)内膨胀混 凝土(13)接近包覆囊体(1)内顶端，然后立刻向包覆式囊体(1)内的膨胀混凝土(13)中 置入加筋构件(14)；E、利用带桩靴的囊式防腐装置的注浆管(4)，通过低压注浆孔(6)以小于0.5MPa的注 浆压力向所述包覆囊体(1)侧壁的外围注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液(19)，直至防腐蚀浆 液(19)溢出地面，静置一段时间后，再通过注浆管(4)的每个高压注浆孔(7)以l-5MPa的 注浆压力向所述包覆囊体(1)外侧壁与桩孔之间的空隙内注入防腐蚀浆液(19)，浆液固结 后形成包覆囊体(1)外侧壁的膨胀水泥砂浆固结薄层(16)，并最终与桩孔侧壁土体粘结固 化为一体；F、至桩身膨胀混凝土(13)固结达到设计强度要求后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头部 位的所述包覆囊体(1)内浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐 桩帽(18)。
10.根据权利要求9所述的防腐桩施工方法，其特征是所述步骤C中如果遇到桩孔 内存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔，将所述防腐桩靴(3)沉放到地下水中 后，利用排水泵通过所述注浆管⑷底端的低压注浆孔(6)抽出桩孔内的地下水，同时逐步 将防腐桩靴(3)插入到预设深度；
11.根据权利要求9所述的防腐桩施工方法，其特征是所述步骤C中如果遇到桩孔内 存在地下水妨碍带桩靴的囊式防腐装置插入桩孔，将混凝土导管(20)预先置入所述包覆 囊体(1)内，并将包覆囊体(1)与导管(20)绑扎固定，利用混凝土导管(20)的自重抵消地 下水浮力，从而将带桩靴的囊式防腐装置沉放到预设深度。
12.根据权利要求9所述的防腐桩的施工方法，其特征是所述步骤A中还包括利用 全套管钻机，通过钢套管(21)和钢套管(21)内的钻头排土钻进成孔，钻孔直径为600 1500mm ；所述步骤D中利用混凝土导管(20)灌注膨胀混凝土的流量为0. 05 1. 0m3/min, 所述加筋构件(14)采用在桩身膨胀混凝土(9)中振动后插钢筋笼工艺置入；所述步骤E 中，还包括在向包覆囊体(1)侧壁注浆前，利用全套管钻机逐节拔出钢套管(21)，与此同时 或之后实施桩侧注浆工序。
13.根据权利要求10所述的防腐桩的施工方法，其特征是所述步骤A中还包括将长 钻架高压喷射注浆钻机(22)就位，在桩位处的地表护筒(23)内采用低压喷射护壁泥浆或 水泥浆(24)或清水(25)钻进成孔至设计深度；所述步骤B中还包括在提钻前，开动高压水 泵，泵压20 40MPa和低压注浆泵，泵压2 8MPa，同时以转速8 25r/min、提速8 25cm/min的速度逐渐提升钻杆至地表；所述步骤C中还包括将带桩靴的囊式防腐装置和振 动冲击锤(26)安装就位，并在振动冲击锤(26)的震动冲击作用下，逐渐将带桩靴的囊式防腐装置在桩孔浆液中振冲打入至预定深度；所述步骤D中在向带桩靴的囊式防腐装置的包 覆囊体(1)内浇筑膨胀混凝土(13)的流量为0. 05 1. 0m7min，所述加筋构件(14)采用 振动后插钢筋笼工艺置入。
14.根据权利要求10所述的防腐桩的施工方法，其特征是所述步骤A中还包括准备 吊车、多节钢套管(21)和抓斗(27)，利用抓斗(27)在首节钢套管(21)内挖出桩位处的土 体，随着钢套管内土体的逐渐排出，钢管注浆下沉至略高于地表处，然后吊放第二节钢套管 (21)，将第二节钢管的底端与第一节钢管顶端相连接，完成连接后继续利用抓斗(27)冲抓 方式将较深处的第二节钢管内的腐蚀性土体排出桩孔，如此循环，直至钢套管(21)沉入设 计桩长深度；所述步骤B中还包括将抓斗(27)提出桩孔；所述步骤E中利用带桩靴的囊式 防腐装置的注浆管(4)通过低压注浆孔(6)以小于0. 5MPa的注浆压力向所述包覆囊体(1) 的外围侧壁注入掺有膨胀剂的防腐蚀浆液(19)的同时，利用高频电机(29)带动振动沉拔 管器(28)将钢套管(21)逐节拔出，当利用振动沉拔管器(28)将全部钢管振动提拔出桩孔 后，继续注浆直至防腐蚀浆液(19)溢出桩孔；所述步骤F中，在加筋构件(14)安放到位后， 待桩身膨胀混凝土(13)初凝后，将桩头混凝土凿毛，并在桩头部位的所述囊体(1)内绑扎 构造钢筋、浇筑抗腐蚀混凝土至略高于桩顶设计标高，硬化找平后形成防腐桩帽(18)。
全文摘要
一种带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法，包括防腐蚀材料制成的筒状的包覆囊体，包覆囊体的内、外表面分别为凹凸不平的表面，包覆囊体内的下部设有托底，托底的周边与包覆囊体的侧壁相连，包覆囊体内位于托底的下端设有一个硬质防腐桩靴，在包覆囊体外侧的附近沿着包覆囊体的轴线方向设有至少一根注浆管，每根注浆管的底端延伸到包覆囊体的底端附近，在每根注浆管的下部靠近所述托底处分别设有一个低压注浆孔和多个高压注浆孔。其目的在于提供一种在高腐蚀性卤水地层内的桩基础和复合地基中具有可靠长期防腐性能，降低腐蚀性地层内建、构筑物基础高昂的维护费用的带桩靴的囊式防腐装置及使用该装置的防腐桩及施工方法。
文档编号E02D5/72GK102002945SQ20101013359
公开日2011年4月6日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者刘钟, 张义, 杨松, 黄新 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中国京冶工程技术有限公司