专利名称：内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种工程桩的施工工艺，尤其涉及一种适用于常见土层，用于承压和抗拔的新型桩体——强力搅拌土内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，这种新型桩体可用作土木工程各领域的承压桩或抗拔桩。
背景技术：
目前，建筑工程、水利工程、道桥工程等土木工程的各领域，钻孔灌注桩是最常用的桩体，其具有施工工艺成熟、设备简单、适用性强等优点，但也存在造价高、成桩施工工艺复杂、质量控制要求高等缺点，尤其钻孔桩工艺采用泥浆护壁技术需将土体钻切成泥浆进行外运处理。钻孔桩泥浆外运处理污染环境，是城市急待解决的问题，直接危及传统钻孔灌注桩的推广和运用。如何寻求不需泥浆外运的成桩技术是当前岩土工程的研发方向之一。土木工程各领域中打入或压入预制钢筋混凝土方桩或管桩也是目前最常用的桩体。这种桩具有质量可靠、施工速度快、造价低等优点。但这是一种挤土桩，成桩中对周边影响较大，尤其在城区施工，由于挤土危及周边道路、地下管线以及建筑物的安全。这种不利因素限制了预制钢筋混凝土方桩或管桩等挤土桩的应用。此外，打入或压入预制桩也存在一些土层无法或很难成桩到位的问题，因此研发能克服上述传统桩缺点的新桩体意义深远。上述各种桩体在沿海的深厚软土层中，由于土性差、桩侧摩阻力很低，如何提高桩侧摩阻力，增大桩的承载力，也是值得解决的问题。本发明的强力搅拌土内植刚性桩嵌入硬持力层复合桩技术正是在这种背景下研发出来。这项新技术具有成桩方便、适用性强、桩身质量可靠、施工速度快、造价低、承载力高、无挤土、而且无需泥浆外运处理等优点，同时也解决了深厚软土层中桩侧摩阻力低的问题。这种新技术的推广应用符合当前城市可持续发展的需要，也为工程建设节约了大量投资，意义深远。
发明内容
本发明提供了一种新型桩体的施工方法，解决了传统钻孔灌注桩施工时存在的泥浆外运问题，以及直接打入预制桩存在的挤土问题。—种内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，包括如下步骤I)、配置钻杆与钻头，根据土层分布配置好用于大直径搅拌的上部钻杆和用于硬持力层内小直径搅拌的下部钻杆，若要嵌入基岩应配带空气冲击的特殊钻头，并将植桩机对准设计要求的土体位置；2)、注浆钻进，植桩机通过上部钻杆的搅拌叶片及下部钻杆的螺旋叶片对土体进行钻进并搅拌，同时通过注浆设备向搅拌土体注入水泥浆，并且喷射压流空气辅助搅拌，钻进搅拌至预定深度到位；3)、退杆，提升钻杆，将上下部钻杆的钻头和搅拌叶片、螺旋叶片退出搅拌土体；
4)、植桩，利用植桩机的压力和振动功能将刚性体嵌入硬持力层；5)、形成复合桩，搅拌土体与水泥浆均匀混合后，凝结成水泥土，包裹住刚性体形成复合桩。当土体上部为软土层，下部为硬持力层时，并且设计要求刚性体进入硬持力层不深，植桩机上可仅安装上部钻杆的钻头和搅拌叶片用于搅拌土体，钻进至预定深度，停止钻进；在植入刚性体时，通过植桩机将刚性体直接压入硬持力层。搅拌叶片搅拌形成的圆直径在600 1800mm ;所述的水泥土水泥掺合比为15% 25%。设计要求刚性体进入硬持力层较深甚至进入基岩层中时，植桩机应配置好上部钻杆、下部钻杆及与上、下部钻杆相配的搅拌叶片、螺旋叶片、钻头。在步骤2中，下部钻杆钻头进入硬持力层时，螺旋叶片对硬持力层甚至基岩层进行搅拌钻进，在搅拌钻进的同时，提高注入水泥浆的浓度，钻进至设计要求深度，接下按步骤3、4、5施工。前述下部钻杆钻进中注入的水泥浆与硬持力层搅拌土形成加强水泥土，水泥掺合比为20% 40% ;螺旋叶片搅拌形成的圆直径大于刚性体直径100 200mm，小于水泥土直径。当土体上下部土层的土性均较好时，钻杆上的搅拌叶片与螺旋叶片搅拌形成的圆直径相等，比刚性体直径大100 500mm ;水泥土的水泥掺合比为20% 30%。刚性体可以为预制钢筋混凝土管桩、竹节管桩、方桩、空心方桩或各种形式钢管桩等各种截面形状的预制桩体。植桩机钻进速率为O. 3 1. O米/分，搅拌旋转速率为16 30转/分。植桩机钻杆由上下二部分组成，上部钻杆带有间隔分布的呈螺旋状的搅拌叶片及钻头，下部钻杆带有连续分布的螺旋叶片及具有辅助空气冲击功能的基岩钻头。植桩机钻进搅拌时，将水泥浆与搅拌土体均匀搅拌，为了更好的搅拌，钻头的头部喷射压流空气用于辅助搅拌。气体从钻头头部喷出，一方面对钻进的土体进行冲击，另一方面气体从搅拌土内溢出时，对搅拌土有个辅助搅拌的作用。在沿海的土体中存在深厚的软土层，由于土性差，一般桩体很难解决桩侧摩阻力低的问题，本发明采用的新型桩体能够根据土体的性质提高桩侧摩阻力，增大桩的承载力。若是软土层，通过采用大直径的搅拌尺寸，使其与内植的较小直径刚性体形成复合桩体。利用廉价的水泥土扩大桩体的外围直径，增大桩体的表面积和桩侧摩阻力，解决软土摩擦力低的问题，达到增加桩承载力之效，使桩侧摩阻力和桩身抗承压强度(主要由刚性体提供)相匹配。如果土体性状较好，则可减小搅拌桩直径，使桩机提供的强力搅拌功能能顺利搅拌土体，其搅拌直径以形成复合桩体后能满足桩侧摩阻力要求为准。这种特制桩机的强力搅拌钻杆的头部区域的钻头和螺旋叶片的直径与植入的刚性体相匹配。这种钻头和螺旋叶片有利于刚性体进入硬持力层甚至基岩层。当桩机钻进搅拌进入硬持力层(基岩)到位后，注入一定的高强度水泥浆，使植入的刚性体与硬持力层能更好的结合，以确保复合桩端承载力达到强度要求。综上所述，本发明采用的技术方案是利用新研发的强力钻进搅拌植桩机，利用其单轴强力搅拌和钻进功能，先按设计要求对土体进行强力搅拌和钻进，同时边钻进边注浆，形成水泥土浆，然后利用植桩机的起吊、定位、振动或静压功能将刚性体植入到位，形成复合桩。对桩体进入硬持力层或基岩，利用植桩机特殊的强力钻进搅拌功能，借助压流空气冲击破碎，按设计要求冲击钻进到位后，将刚性体嵌入硬持力层或基岩中，达到设计承载力要求。本发明的有益效果是1、通过专用植桩机对土体进行钻进搅拌，同时对搅拌土体注入水泥浆，形成流动状水泥土浆，相比传统钻孔灌注桩需要外运大量泥浆污染环境的问题，本发明不存在泥浆外运的问题；2、由于水泥土浆呈流动状，植入刚性体时，刚性体对周边水泥土浆产生的压力促使水泥土浆往上运动，而不会对周边土体产生挤压；3、由于复合桩进入硬持力层甚至基岩层中，能够极大的提高桩体的承压能力；4、通过廉价的水泥土扩大桩体的外围直径，增大桩体的表面积和桩侧摩阻力，解决软土摩擦力低的问题，使桩侧摩阻力和桩身抗承压强度相匹配，提高了桩体的承压能力；5、专业植桩机配备的特殊钻头，利用压流空气产生的冲击破碎功能，能有效的钻进基岩内，确保了复合桩体嵌入基岩层；6、通过喷射压流空气，使水泥浆与搅拌土体充分均匀搅拌；7、本发明适用范围广，能够根据不同土体提供不同的方案，进行针对性的施工，其形成的复合桩相比传统钻孔桩和预制桩具有成桩方便、施工速度快、造价低、承载力高等优点。
图1是本发明实施例1中复合桩的整体构造图；图2是沿图1中A-A的剖视图；图3是本发明实施例2中复合桩嵌入硬持力层的构造图；图4是沿图3中B-B的剖视图；图5是沿图3中C-C的剖视图；图6是本发明实施例3中复合桩桩体结构图；图7是沿图6中D-D的剖视图；图8是本发明复合桩的受力机理图；图9是本发明施工用植桩机钻杆的结构图。
具体实施例方式实施例1复合桩施工时首先根据土层分布配置好用于大直径搅拌的上部钻杆和用于硬持力层内小直径搅拌的下部钻杆，若要嵌入基岩应配带空气冲击的特殊钻头，并将植桩机对准设计要求的土体位置。如图9所示，植桩机钻杆由上下二部分组成，上部钻杆与下部钻杆通过连接机构连接成一体，上部钻杆带有间隔分布的呈螺旋状的搅拌叶片及钻头，下部钻杆带有连续分布的螺旋叶片及具有辅助空气冲击功能的基岩钻头。
如图1-2所示，当土体上部是沿海普遍存在的软性土层，下部为硬持力层，设计要求复合桩进入硬持力层的深度较浅时，复合桩的具体施工方法是植桩机可仅安装上部钻杆的钻头和搅拌叶片，通过植桩机钻杆上的搅拌叶片对软性土层进行强力搅拌，同时注入水泥浆，在钻进搅拌同时，喷射压流空气辅助搅拌，使土体形成直径Dl的水泥土浆孔，利用孔内水泥土浆形成护壁，防止坍塌。其中水泥土浆为水泥浆与搅拌土体的混合物。植桩机的钻进速率为O. 3米/分，旋转搅拌速率为16转/分。钻杆钻进搅拌至设计要求深度，停止钻进匀速搅拌，将水泥浆与搅拌土体充分混
八
口 ο水泥浆与搅拌土体充分混合后，然后提升钻杆，将钻头和搅拌叶片退出搅拌土体，利用植桩机的压力和振动功能将预制刚性体I植入并将刚性体I嵌入硬持力层内，水泥土浆凝结后形成包裹住刚性体I的水泥土 2。实施方式中的刚性体I为钢管桩，直径为300 800mm，水泥土 2的直径Dl在600 1800mm之间，水泥土 2水泥掺合比在15% 25%。实施例2如图3-5所示，当土体上部是软性土层，下部为硬持力层，设计要求复合桩进入硬持力层的深度较深甚至基岩层中，复合桩的具体施工方法是首先植桩机应配置好上部钻杆、下部钻杆及与上、下部钻杆相配的搅拌叶片、螺旋叶片、钻头；上部软性土层的施工方法与实施例1中的软性土层施工方法相同，都是通过植桩机钻杆上的搅拌叶片对土体进行大直径搅拌注浆，在软土层中形成直径Dl的水泥土浆孔，但是植桩机的钻进速率为I米/分，旋转搅拌速率为30转/分。下部钻杆上的钻头和螺旋叶片向硬持力层甚至基岩层钻进时，钻进速率可以降低为O. 3米/分，旋转搅拌速率为16转/分，钻进搅拌的同时，提高注入水泥浆的浓度，至设计要求深度，在嵌入硬持力层区段持续注浆，使水泥浆凝结后能形成直径D2的加强水泥土
3。完成钻进搅拌后，退杆，植入刚性体1，并利用植桩机的振动压入功能将刚性体I嵌入硬持力层或基岩层内到位，待水泥土 2及加强水泥土 3凝结后形成满足设计承载力要求的复合桩。加强水泥土 3的直径D2比刚性体I直径D大100 200mm，小于水泥土 2直径Dl。加强水泥土 3的水泥掺合比为20% 40%，刚性体I为钢管桩。实施例3如图6-7所示，当建设场地土体上下层土性均较好，但采用传统的打入或压入预制桩成桩到位有困难，采用本发明的方法较为简便，具体施工步骤如下植桩机通过钻杆上的搅拌叶片及螺旋叶片对土体进行钻进搅拌，边钻进边搅拌边注浆，然后进入设计要求的硬持力层或基岩层深度，退杆，利用植桩机的振动和压入功能将刚性体植入到位，水泥浆凝结后形成水泥土 2，水泥土 2包裹刚性体I形成满足承载力要求的复合桩。其中搅拌叶片与螺旋叶片搅拌形成的圆直径相等，比刚性体I直径大100 500mm，直径为D3的水泥土 2水泥掺合比为20% 30%。刚性体I为钢管桩，其中钻进速率为O. 7米/分，旋转搅拌速率为23转/分。
本领域技术人员应当理解，上述具体实施方式
，并非用以限定本发明的具体范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护范围。
权利要求
1.一种内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是 包括如下步骤 1)、配置钻杆与钻头，根据土层分布配置好用于大直径搅拌的上部钻杆(4)和用于硬持力层内小直径搅拌的下部钻杆(5)，若要嵌入基岩应配带空气冲击的特殊钻头，并将植桩机对准设计要求的土体位置； 2)、注浆钻进，植桩机通过上部钻杆⑷的搅拌叶片(6)及下部钻杆(5)的螺旋叶片(7)对土体进行钻进并搅拌，同时通过注浆设备向搅拌土体注入水泥浆，并且喷射压流空气辅助搅拌，钻进搅拌至预定深度到位； 3)、退杆，提升钻杆，将上下部钻杆的钻头和搅拌叶片(6)、螺旋叶片(7)退出搅拌土体； 4)、植桩，利用植桩机的压力和振动功能将刚性体(I)嵌入硬持力层； 5)、形成复合桩，搅拌土体与水泥浆均匀混合后，凝结成水泥土(2)，包裹住刚性体(I)形成复合桩。
2.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的土体上部为软土层，下部为硬持力层，并且设计要求刚性体(I)进入硬持力层不深，植桩机可仅安装上部钻杆(4)的钻头和搅拌叶片(6)用于搅拌土体，钻进至预定深度，停止钻进; 搅拌叶片(6)搅拌形成的圆直径在600 1800mm;所述的水泥土(2)水泥掺合比为15% 25%。
3.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的土体上部为软土层，下部为硬持力层，设计要求刚性体(I)进入硬持力层较深甚至进入基岩层时，植桩机应配置好上部钻杆(4)、下部钻杆(5)及与上、下部钻杆相配的搅拌叶片(6)、螺旋叶片(7)、钻头； 在步骤2中下部钻杆(5)钻头进入硬持力层的同时，提高注入水泥浆的浓度，接下按步骤3、4、5施工；前述下部钻杆(5)钻进中注入的水泥浆与硬持力层搅拌土凝结形成加强水泥土(3)，水泥掺合比为20% 40% ; 所述的下部钻杆螺旋叶片(7)搅拌形成的圆直径大于刚性体(I)直径100 200mm，小于水泥土(2)直径。
4.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的土体上下部土层的土性均较好，所述的上下部钻杆上的搅拌叶片(6)与螺旋叶片(7)搅拌形成的圆直径相等，比刚性体(I)直径大100 500mm，水泥土⑵的水泥掺合比为20% 30%。
5.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的刚性体(I)为预制钢筋混凝土管桩、竹节管桩、方桩、空心方桩或各种形式钢管桩等各种截面形状的预制桩体。
6.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的压流空气从钻头的头部喷出。
7.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的植桩机钻进速率为0. 3 1. 0米/分，搅拌旋转速率为16 30转/分。
8.根据权利要求1所述的内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，其特征是所述的植桩机钻杆由上下二部分组成，上部钻杆(4)带有间隔分布的呈螺旋状的搅拌叶片(6)及钻头，下部钻杆(5)带有连续分布的螺旋叶片(7)及具有辅助空气冲击功能的基岩钻头。
全文摘要
本发明公开了一种内植刚性体嵌入硬持力层复合桩的施工方法，包括如下步骤配置钻杆与钻头，根据土层分布配置好用于大直径搅拌的上部钻杆和用于硬持力层内小直径搅拌的下部钻杆，并将植桩机对准设计要求的土体位置；注浆钻进，植桩机通过上部钻杆的搅拌叶片及下部钻杆的螺旋叶片对土体进行钻进并搅拌，同时向搅拌土体注入水泥浆，钻进搅拌至预定深度到位；退杆，提升钻杆，退出搅拌土体；植桩，利用植桩机的压力和振动功能将刚性体嵌入硬持力层；形成复合桩。本发明的有益效果是无泥浆外运，不会对周边土体产生挤压，能够极大的提高桩体的承压能力，适用范围广，具有成桩方便、施工速度快、造价低、承载力高等优点。
文档编号E02D5/50GK103015413SQ201210583039
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者严平 申请人:杭州南联土木工程科技有限公司, 严平