专利名称：长螺旋喷搅振动沉管cfg桩施工方法及其形成的cfg复合桩的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑地基基础施工中的成桩工艺，特别涉及一种长螺旋喷搅振动沉管 CFG(水泥、粉煤灰、碎石)桩及其成桩方法。用于复合地基桩，也可用于护坡桩、帷幕桩、基 础桩抗压桩及抗拔抗浮桩的母桩的成桩。
背景技术：
CFG桩复合地基以其广泛的实用性以及比钢筋混凝土桩基廉价的多的优势，得到 了迅速的推广应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。振动沉管CRi桩复合地基在较 软地层中应用有其较大的优势，设备简单而便宜，施工速度快，干作业，作业条件好。但多年 来应用实践证明，振动沉管CFG桩施工中也存在诸多不尽人意之处。例如有振动有噪音，对 环境影响较大，尤其遇到砂或砂卵石等密实地层时，为达到设计深度，留振时间长，或改用 更大功率沉管设备，则其振动和噪音就更大，对环境影响也更大。如本人曾主持过一个振动 沉管ere桩工程，距民房尚有近百米的距离，但由于用75kW振动锤，致使居民有明显震感， 门窗发出沙沙声响，更有一家门不能关上，施工中遇到了居民猛烈的反击，停工一月有余， 最后被迫修改了设计方案。因振动、噪音的缘故，在城市中已渐趋淘汰。遇到上下分段软硬不同地层时，硬层不易通过，而软层易缩颈甚至断桩，承载力不 能满足设计要求，振动沉管CRi桩质量就达不到保证。而当硬层为砂层时，而水位又恰位于 该层，振动沉管就易使孔隙水产生超孔隙水压力，在施打新桩时易将已施桩“挤断”。凡此种 种，不一而足，所有这些都制约了振动沉管CRi桩的应用，使得廉价设备不能使用，干作业 而快速的施工优势达不到发挥，许多非城市地域也将其淘汰。近几年来长螺旋成孔压灌混凝土后插钢筋笼成桩专利技术的广泛应用，所采用的 后插钢筋笼振动锤常用的为15 30kW，其振动噪音人们是可以接受的。这就给我们一个启 示，采用15 30kw的振动锤在搅拌后的水泥土中施工ere桩，其产生的振动噪音是可以被 人们接受的。有文献报道，无论搅拌桩或旋喷桩形成的水泥土桩与其周围的土没有明确的界 限，这使得搅拌或旋喷形成的水泥土桩与土的侧摩阻是普通混凝土桩侧摩阻的5倍之多。
发明内容
本发明目的是提供一种振动沉管CFG桩及其施工方法，以解决其振动噪音扰民对 邻近建构筑物及地下管线道路等的影响损坏，同时使得其易于实施，广泛适用，施工质量易 于保证，大大提高其单桩承载力，取得明显的经济效益和环保效益社会效益。本发明的技术方案是先采用长螺旋钻机进行引孔，然后回填至设计位置，如遇易 塌孔地层，反转上提，土留在孔内，换旋喷搅拌桩专用复合钻具对准引孔孔位，进行旋喷钻 进至设计孔底，依据地层不同由变频器控制定喷提升速度进行定喷上提至设计标高，再次 旋喷下行，旋转角度再次定喷上行至设计标高形成如图所示水泥土桩。振动沉管设备就位，利用振动锤及沉管(所用沉管可以是带4个凸耳的异型管)自重或加以振动辅助下行至设 计位置，灌料后振动上提形成振动沉管CFG桩。本发明的优点是长螺旋旋喷搅拌桩的应用使得硬土层钻进变得不再困难，多喷 嘴旋喷并转角定喷可形成多个带“耳朵”的水泥土桩，其侧摩阻就更大，其中形成的CRi桩 单桩承载力也就更大，从而使振动沉管CRi桩易于实施，广泛适用，质量易于保证，同时也 大大提高其承载力，经济效益十分显著。
图1是本发明的工艺流程图；图2是本发明施工形成的桩体第一实施例的总体结构示意图；图3是图2的A-A剖视图；图4是本发明施工形成的桩体第二实施例的总体结构示意图；图5是图4的B-B剖视图；图6是本发明施工形成的桩体第三实施例的总体结构示意图；图7是图6的C-C剖视图。
具体实施例方式本发明的基本工艺流程如图1所示，依次进行现场三通一平、测量放线定桩位，采 用长螺旋钻机引孔钻到设计深度，并选土回填至不塌孔位置或离孔口 1/3 1/4处(需要 时可将反转上提土留在孔内)。然后将旋喷搅拌桩机就位，并用高压泵送水泥浆旋喷搅拌下 行至设计深度，随后依次进行定喷上升、旋喷下行、转换角度再定喷上升形成水泥土桩1。在 形成水泥土桩1的过程中，采用变频器控制提升旋喷搅拌桩机的钻具速度，实施分段变速。 然后将振动沉管桩机就位下沉至该水泥土桩1轴心内的设计深度，随后灌CFG料振动(将 振动沉管桩机)提升至设计标高，在水泥土桩1轴线形成直径较小(一般是水泥土桩1直 径的1/2 2/3)的CFG桩3，至此，便形成本发明的成桩。最后验收成桩并进行下一根桩施 工。上述形成水泥土桩1使用的水泥等材料进场验收，送试验室复试，水泥浆搅拌/清水储 备，水泥浆经振动筛过滤，高压泵泵送水泥浆。所述的水泥土桩1可以是圆柱形，在水泥土桩1的外周面形成渗透层5 (如图6和 图7所示)，也可是在圆柱形桩芯1 (采用旋喷搅拌形成)的外周面设有多个沿圆周均布的 凸耳2 (采用定喷形成)，如图2 图5所示。所述的CFG桩3的形状可以是图3和图5所示的圆柱形，也可以是图6和图7所 示的在圆柱形桩芯(采用旋喷搅拌形成)的外周面设有多个沿圆周均布的凸耳4(形成该 现状的CFG桩3，需采用截面如图7所示的CFG桩3的异型沉管的振动沉管桩机按照常规方 法施工)。变频器是依据重载种类、钻机主卷扬电机功率大小，转数以及级别进行选择，并安 装在不易碰撞、不易雨淋且容易看到容易操作的司机室里。可根据地层不同，水位不同，实 现分段变速控制，对于硬质地层减速提升，反之加速提升，所形成的桩是变直径桩，提高了 侧摩阻力，提高单桩承载力，同时节能明显，原需要300kW发电机，加变频器后只要250kW发 电机就足够。柴油节省不少。电机电流由原180A降到50 60A。操作感觉也很灵便。
水泥浆使用的水泥可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、或粉煤灰水泥等；粉 煤灰有低标号水泥作用，同时可节约水泥；必要时加入早强剂，以提高其早期强度，缩短凝 结时间。下面是本发明的两个具体实施例实施例1，某工程地上30层，基坑深8m，伐板基础，坑底以下土层是粉细砂层厚 4. 2 5. 0m，粘性土、粉土厚8. 1 9. 5m,中砂厚5. O 5. 8m。砂卵石厚大于10m。设计开 始选用桩基础，经比较后地基处理方案选CFG桩复合地基，桩长以进入中砂1 2m为宜，经 优化设计采用长螺旋喷搅振动沉管CFG桩，采用先制作长螺旋喷搅水泥土桩做母桩，利用 当地价廉的振动沉管(采用20kW小型振动锤)工艺在该水泥土桩中心做成CFG桩(桩长 小于喷搅桩Im)，形成复合地基，大幅度提高单桩承载力，达到了造价低、工期短、质量好的 目的。实施例2，某软土地层，地上6层住宅及3层厂房，基础埋深1. 5m，条形基础，基础 下粘性土层承载力80 90kPa，空隙比0. 85 1. 0，厚度10. 2 11. 5m，下部为第四纪沉 积粉细砂，中密，厚3. 5 4. 2m。设计开始选用桩基础，经比较后地基处理方案选CFG桩复 合地基，桩长以进入粉细砂1. 5m为宜，经优化设计采用长螺旋喷搅振动沉管Cre桩，采用先 制作长螺旋喷搅水泥土桩做母桩，利用当地价廉的振动沉管(采用15kW小型振动锤)工艺 在该水泥土桩中心做成CFG桩(桩长小于喷搅桩Im)，形成复合地基，大幅度提高单桩承载 力，减小沉降量，达到了造价低、工期短、质量好的目的。
权利要求
一种长螺旋喷搅振动沉管CFG桩施工方法，其特征在于先采用长螺旋钻机进行引孔；然后回填至设计位置，如遇易塌孔地层，反转上提，土留在孔内；然后换旋喷搅拌桩复合钻具对准引孔孔位，进行旋喷钻进至设计孔底，随后依据地层不同由变频器控制提升旋喷搅拌桩复合钻具速度进行旋喷上提至设计标高，或者依据地层不同由变频器控制定喷提升速度进行定喷上提至设计标高，再次旋喷下去，旋转角度再次定喷上行至设计标高形成带多个凸耳的水泥土桩；然后将小功率振动沉管设备就位，利用该小功率振动沉管设备的振动锤及沉管自重或加以振动辅助下行至设计位置，灌料后振动上提，在该水泥土桩的轴心形成振动沉管CFG桩。
2.根据权利要求1所述的长螺旋喷搅振动沉管CFG桩施工方法，其特征在于所述的 振动沉管CRi桩为圆柱形或在圆周带有凸耳，采用截面与该振动沉管CFG桩相同截面的圆 管或异型管沉管施工形成。
3.根据权利要求1所述的长螺旋喷搅振动沉管CRi桩及其施工方法，其特征在于所 述的提升旋喷搅拌桩复合钻具速度由变频器控制，根据不同地质的地层情况分段变速，对 于硬质地层减速提升，反之加速提升，形成的水泥土桩是变直径桩，可以较大幅度提高单桩 承载力，同时节能。
4.一种采用权利要求1、2或3所述的长螺旋喷搅振动沉管CFG桩施工方法形成的CFG 复合桩体，其特征在于包括水泥土桩和CRi桩，CFG桩位于水泥土桩的轴心；该水泥土桩是 圆柱形或者是在圆柱形桩芯的外周面设有多个沿圆周均布的凸耳，在该水泥土桩的外周面 形成渗透层；该CFG桩形状是圆柱形，或是在圆柱形桩芯的外周面设有多个沿圆周均布的 凸耳。
5.根据权利要求4所述的CFG复合桩体，其特征在于所述的水泥土桩使用的水泥采 用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、或粉煤灰水泥等；粉煤灰有低标号水泥作用，同时可 节约水泥；必要时加入早强剂，以提高其早期强度，缩短凝结时间。
全文摘要
一种长螺旋喷搅振动沉管CFG桩施工方法，采用长螺旋钻机进行引孔；回填至设计位置；然后换旋喷搅拌桩复合钻具对准引孔孔位，进行旋喷钻进至设计孔底；依据地层不同由变频器控制定喷提升速度进行定喷上提至设计标高，再次旋喷下去，旋转角度再次定喷上行至设计标高形成带多个凸耳的水泥土桩；然后将小功率振动沉管设备就位，利用该小功率振动沉管设备的振动锤及沉管自重或加以振动辅助下行至设计位置，灌料后振动上提，在该水泥土桩的轴心形成振动沉管CFG桩。本发明的优点是长螺旋旋喷搅拌桩的应用使得硬土层钻进变得不再困难，多喷嘴旋喷并转角定喷可形成多个带凸耳的水泥土桩，其侧摩阻就更大，其中形成的CFG桩单桩承载力也就更大。
文档编号E02D5/46GK101962950SQ20101028253
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者何世鸣, 司呈庆, 周与诚, 张明中, 李江, 李长生, 杨敏, 洪伟, 王之军, 王建明, 田震远, 程金霞, 翟宇翔, 贾城, 陈辉, 黄鑫峰 申请人:北京建材地质工程公司;中材地质工程勘查研究院;北京城建科技促进会