专利名称：一种带砂墙翼板的后注浆碎石桩及施工方法
技术领域：
本发明涉及一种带砂墙翼板的后注浆碎石桩及施工方法，该地基加固方法可兼顾排水固结法与复合地基法两者之长。属于地基工程领域，适宜于软土地区公路、市政、机场及堤坝等工程的地基处理。
背景技术：
我国软土地基种类繁多、分布广泛，普遍具有含水率高、压缩性大、强度低、透水性差等特点。建造在软土地基上的建筑物常出现总沉降量过大、差异沉降明显、后期沉降量超标、承载能力不足等工程问题，影响建筑物的正常使用性能和安全性能。对此，为提高软土地基的承载能力，国内外涌现出了大量的软基处理技术，其中排水固结法和复合地基加固方法应用较为普遍。排水固结法是先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后施加预压荷载，使土体中的孔隙水通过纵横向排水体系排出，土体逐渐固结，地基强度逐步提高。排水固结法由排水系统和加压系统两个主要部分组成。根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种地基加固方法，如堆载预压法、真空预压法、真空联合堆载预压法、电渗法等。由于排水固结法具有造价低、施工工艺成熟等特点，在我国得到广泛应用，但排水固结法具有工期长、地基总沉降大、地基承载能力提升幅度有限，而且若预压期不足其工后沉降常超过规定值，这些在一定程度上限制了该法的适用范围。复合地基加固方法一种比较理想的软土地基处理方式，起源于20世纪60年代，由于该法能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑制地基土体侧向变形，在世界范围内都得到广泛应用。碎石桩是复合地基处理方法中的一种，它是用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，再将碎石压入孔中，形成由碎石构成的大直径密实桩体。碎石桩最早始于1835年，20世纪50年代末，振冲法开始用于加固粘性土地基，并成为碎石桩。迄今为止，新型的碎石桩主要有以下几种锤击碎石桩、干振碎石桩、振挤碎石桩、水泥粉煤灰碎石桩、强夯碎石桩。碎石桩具有施工简便、造价低廉、加固周期短等优点，已成为软土地区土木工程建设常用的复合地基加固方法之一，但由于桩体材料为柔性散体材料，强度较低，有效加固深度通常不足20m。考虑到排水固结法与复合地基法在实际应用中均存在一定的局限性，为完善地基加固方法体系，工程界已开始将注意力转向排水固结法与复合地基法组合应用方面。目前，较常见的组合方法是在水泥搅拌桩、预应力管桩等桩间土中打设竖向排水体。该类设计虽可在适宜的工程背景和地质条件下取得相对较好的工程效果，但该类加固方法涉及到复合地基、袋装砂井或塑料排水板两种不同类型的地基处理方法，施工组织难度大，工程造价较高；同时竖向排水体在复合地基的桩间设置，其间距较大，不满足竖向排水通道“细而密”的设计原则，其排水加固效果较为有限。目前已有在地基中打设立体排水体的方法，该法在竖向排水管上设置侧向排水管道，使地基土的排水路径大大缩短，排水方向从传统的单一性变为立体性，同时可实现地基土固结排水均匀、地基承载力均匀提高的目的，但该法仅具有加速土体固结的目的。综上所述，现有的复合地基加固方法难以有效解决桩间土体的固结问题和桩体材料多次利用问题，在桩间土体中打设竖向排水体虽可在一定程度上加速桩间土体的固结，但由于其排水方向单一、排水路径相对较长、存在涂抹或井阻效应。鉴于此，目前亟需发明一种能兼顾排水固结法与复合地基法两者之长的新型地基处理方法，使之既有立体排水体的排水功能，又有复合地基的增强作用，还可实现有效改善桩体受力性能，提材料利用效率的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能兼顾排水固结法与复合地基法两者之长的带砂墙翼板的后注浆碎石桩及施工方法，桩体中的散体材料先作为预压期的立体排水体，后与水泥浆粘结形成刚性桩体，既可实现加速软土地基的排水固结、提高桩体的强度的目的，还可实现在较低造价的前提下根据沉降要求对沉降变形进行动态控制。为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案
一种带砂墙翼板的后注浆碎石桩，其特征在于，主要由注浆碎石桩、多组砂墙翼板、预制钢筋混凝土桩尖组成；砂墙翼板沿注浆碎石桩环向均匀分布并与其连接成一整体，桩体顶部伸入砂垫层内部；预制钢筋混凝土桩尖包括碎石桩桩尖和砂墙桩尖，分别设于碎石桩和砂墙的底部；注浆碎石桩桩体中间预设注浆管，注浆管底部与预制桩尖连接。本发明注浆前桩体中的散体材料可作为立体排水体加速软土地基的排水固结，注浆后可形成带砂墙翼板的后注浆碎石桩可提高桩体的强度，设置砂墙翼板可加大桩体的加固能力和范围。砂墙翼板尺寸可以根据加固范围要求确定。为了限制碎石桩的侧向变形、增强桩身的整体性，所述注浆碎石桩注浆碎石桩外侧裹有土工格栅或环形钢筋网；土工格栅或环形钢筋网的底部与预制钢筋混凝土桩尖连接。进一步，所述预制钢筋混凝土桩尖中的碎石桩桩尖和砂墙翼板桩尖整体浇注，其顶部设用于连接沉管的碎石桩桩尖榫头和砂墙桩尖榫头，以及固定注浆管的注浆管固定孔。所述注浆管为钢管，管壁均匀开孔。本发明还提供了一种专用于上述碎石桩的沉管，其特征在于，所述沉管为钢制沉管，由圆形碎石桩沉管和矩形砂墙沉管焊接连接而成，砂墙沉管沿碎石桩沉管外侧环向等间隔分布。圆形碎石桩沉管沿纵向设注浆管限位钢筋环，其直径略小于圆形碎石桩沉管。带砂墙翼板的碎石桩打设完成后再铺设砂垫层，在地基中形成纵横向排水通道。预压期结束后，通过预留的注浆管向桩体内压入水泥浆形成带砂墙翼板的后注浆碎石桩。后注浆可根据沉降及承载力要求，在不同时间、不同路段有选择的进行。本发明最后提供了带砂墙翼板的后注浆碎石桩的施工方法，包括以下施工步骤 步骤一、施工准备施工场地清理完成后，先将土工格栅或环形钢筋网裹装呈圆柱形，
并置于圆形碎石桩沉管的内部圆腔内；然后将注浆管穿过注浆管限位钢筋环，与注浆管限位钢筋环一起放入圆形碎石桩沉管的内部圆腔内，并与预制混凝土桩尖固定孔连接； 步骤二、沉管打设将沉管底部与混凝土预制桩尖顶面连接并固定，随后将沉管连同桩尖一起，竖直、均匀打至设计桩底标高；
步骤三、桩体集料填充根据每一循环控制深度，用给料漏斗分别向圆形碎石桩沉管和矩形砂墙沉管内填充碎石和中粗砂；
步骤四、桩体成型根据每一循环成桩高度振动上拔沉管，并进行振动密实，形成带砂墙翼板的碎石桩；
步骤五、堆载预压在桩顶铺设砂垫层，并根据设计要求填筑预压，使地基土排水固
结；
步骤六、桩体后注浆待预压结束后，将桩体注浆管与路基注浆主管连接，通过注浆主管向带砂墙翼板的碎石桩注浆，并封闭排水通道，形成后注浆带砂墙翼板的碎石桩。在上述的施工方法中，后注浆可根据沉降及承载力要求，在不同时间、不同路段有选择的进行。本发明具有以下特点
(I)集排水固结法与复合地基法两者之长，砂墙翼板和碎石桩可先作为预压期的竖向排水通道，后与水泥浆粘结形成刚性桩体。(2)预压期，砂墙翼板和碎石桩可作为软土地基中的排水通道，实现了立体排水，既缩短了排水路径，又可实现地基土均匀固结。(3)通过调整注浆时间、注浆位置、注浆压力，可实现对地基沉降的动态控制。(4)施工工艺简单，无需分别进行排水固结法与复合地基法施工，降低了施工组织的难度和工程造价。总之，本发明的特点在于集排水固结与复合地基法两者之长，提高了桩体材料的使用价值，增强了地基的承载能力，扩大了地基的加固范围。
图1是本发明带砂墙翼板的后注浆碎石桩立体 图2是本发明带砂墙翼板的后注浆碎石桩纵向剖面 图3是图2沿A-A线的带砂墙翼板的后注浆碎石桩横断面 图4是图2沿B-B线的预制桩尖顶部横断面 图5是图2预制桩尖放大 图6是沉管横断面剖视 图7是给料漏斗俯视 图8是图7沿C-C线的给料漏斗剖面 图9是注浆管限位钢筋环示意 图10是后注浆碎石异型砂墙桩主要施工流程图。图中1一碎石桩、2—砂墙翼板、3—注衆管、4一土工格栅、5—预制钢筋混凝土桩尖、6—砂墙桩尖、7—砂墙桩尖榫头、8—碎石桩桩尖、9一碎石桩桩尖榫头、10—注衆管固定孔、11 一异型钢制沉管、12—给料漏斗、13—漏斗外壁、14一碎石给料口、15—漏斗内壁、16—挡板、17—砂料给料口、18—未注衆的带砂墙翼板的碎石桩、19一后注衆的带砂墙翼板的碎石桩、20—注浆管限位孔、21—注浆管限位钢筋环。具体实施例沉管的焊接技术要求、沉管打设及提升技术要求、砂垫层及上部填料设计参数及施工要求等本实施方案中不再累述，具体阐述本发明涉及结构的实施方式。图1是本发明带砂墙翼板的后注浆碎石桩立体图，图2是本发明带砂墙翼板的后注浆碎石桩纵向剖面图，图3是图2沿A-A线的带砂墙翼板的后注浆碎石桩横断面图，图4是图2沿B-B线的预制桩尖顶部横断面图，图5是图2预制桩尖放大图。参照图广5所示，带砂墙翼板的后注浆碎石桩主要包括碎石桩1、多组砂墙翼板2、注浆管3、土工格栅4、预制钢筋混凝土桩尖5。预制钢筋混凝土桩尖5外形与异型钢制沉管11外形一致，其中圆形碎石桩桩尖8的直径为550mm，碎石桩桩尖榫头9外径500mm，高为IOOmm ;砂墙桩尖6的尖部呈等边三角形，边长为55mm，在桩尖顶面设置高和宽均为30mm的砂墙桩尖榫头7 ;桩尖水泥采用42. 5#普通硅酸盐水泥，混凝土强度等级为C30，钢筋直径为8mm，强度等级为Q235 ;碎石桩桩尖8设有注浆管固定孔10 ;砂墙桩尖6与碎石桩桩尖8应浇筑成一整体。碎石桩I及多组砂墙翼板2的沉管采用异型钢制沉管11，该异型钢制沉管11由中间圆形碎石桩沉管和四个矩形砂墙沉管焊接连接，矩形砂墙沉管绕圆形碎石桩沉管环向等间隔分布。图6是沉管横断面剖视图，如图6所示，异型钢制沉管11中的圆形碎石桩沉管采用的热轧无缝钢管，壁厚为12mm,内径为500mm ;矩形砂墙沉管采用热轧钢板，内壁宽500mm ;钢板的强度等级均为Q235，板厚均为12_，尺寸规格应满足现行规范之要求。圆形碎石桩沉管与矩形砂墙沉管应焊接连接；钢板的强度等级均为Q235，尺寸规格应满足现行规范之要求。注浆管3设于 异性钢制沉管11的圆形沉管中心，其公称直径为50mm的普通钢管注浆管，管壁上均匀开设花孔，钢管壁厚3. 8mm，强度等级为Q235，尺寸规格应满足现行规范之要求。土工格栅4采用钢塑格栅，纵、横向抗拉强度彡50kN/m,纵、横向延伸率彡3%。碎石桩I和砂墙翼板2采用给料漏斗12进行给料。图7是给料漏斗俯视图，图8是图7沿C-C线的给料漏斗剖面图，如图1、所示，给料漏斗12包括漏斗外壁13、漏斗内壁15和下部挡板16，形成碎石给料口 14和砂料给料口 17 ;给料漏斗12外观呈圆台形，外壁最大直径为2500mm，内孔直径为500mm ;给料漏斗12采用钢制材料焊接而成，
为限制注浆管3的空间位置，沿注浆管纵向设注浆管限位钢筋环21。图9是注浆管限位钢筋环示意图，如图9所示，注浆管3穿过注浆管限位孔20，注浆管限位钢筋环21的直径为 400mm。异型钢制沉管11打设至设计深度后，按每一循环控制深度同时向圆形碎石桩沉管和矩形砂墙沉管内分别填充碎石和砂，经循环振动后形成碎石桩I和砂墙2 ;碎石桩I，外径为500mm,碎石米用未经风化的扎制碎石含泥量小于5%,且最大粒径不大于40mm ;砂墙翼板2厚为50mm，宽为500mm，填充砂采用天然级配的中砂，含泥量小于3%。图10是后注浆碎石异型砂墙桩主要施工流程图，如图10所示，后注浆碎石异型砂墙桩的主要施工过程如下
步骤一、施工准备施工场地清理完成后，先将土工格栅4裹装呈圆柱形，并置于圆形碎石桩沉管的内部圆腔内；然后将注浆管3穿过注浆管限位钢筋环21的注浆管限位孔20，并与注浆管限位钢筋环21 —起放入异型钢制沉管11中圆形碎石桩沉管的内部圆腔内，并与桩尖注浆管固定孔10连接；
步骤二、沉管打设将异型钢制沉管11底部与混凝土预制桩尖5顶面连接并固定，随后将异型钢制沉管11连同桩尖一起，竖直、均匀打至设计桩底标高；
步骤三、桩体集料填充根据每一循环控制深度，用给料漏斗12分别向异型钢制沉管11中的圆形碎石桩沉管和矩形砂墙沉管内填充碎石和中粗砂；
步骤四、桩体成型根据每一循环成桩高度振动上拔异型钢制沉管11，并进行振动密实，形成未注浆的带砂墙翼板的碎石桩18 ；
步骤五、堆载预压在桩顶铺设砂垫层，并根据设计要求填筑预压，使地基土排水固
结；
步骤六、桩体后注浆待预压结束后，将桩体注浆管3与路基注浆主管连接，通过注浆主管向未注浆的带砂墙翼板的碎石桩18注浆，并封闭排水通道，形成后注浆的带砂墙翼板的碎石桩19。
权利要求
1.一种带砂墙翼板的后注浆碎石桩，其特征在于，主要由注浆碎石桩、多组砂墙翼板、预制钢筋混凝土桩尖组成；砂墙翼板沿注浆碎石桩环向均匀分布并与其连接成一整体，桩体顶部伸入砂垫层内部；预制钢筋混凝土桩尖包括碎石桩桩尖和砂墙翼板桩尖，分别设于碎石桩和砂墙的底部；注浆碎石桩桩体中间设有注浆管，注浆管底部与预制桩尖连接。
2.根据权利要求1所述的带砂墙翼板的后注浆碎石桩，其特征在于，所述注浆碎石桩外侧裹有土工格栅或环形钢筋网；土工格栅或环形钢筋网的底部与预制钢筋混凝土桩尖连接。
3.根据权利要求1所述的带砂墙翼板的后注浆碎石桩，其特征在于，所述预制钢筋混凝土桩尖中的碎石桩桩尖和砂墙翼板桩尖整体浇注，其顶部设用于连接沉管的碎石桩桩尖榫头和砂墙桩尖榫头，以及用于固定注浆管的注浆管固定孔。
4.根据权利要求1所述的带砂墙翼板的后注浆碎石桩，其特征在于，所述注浆管为钢管，管壁均匀开孔。
5.一种专用于权利要求r3之一所述碎石桩的沉管，其特征在于，所述沉管为钢制沉管，由圆形碎石桩沉管和矩形砂墙沉管连接而成，砂墙沉管沿碎石桩沉管外侧环向等间隔分布。
6.根据权利要求5所述的沉管，其特征在于，所述圆形碎石桩沉管沿纵向设有注浆管限位钢筋环。
7.带砂墙翼板的后注浆碎石桩的施工方法，其特征在于包括以下施工步骤 步骤一、施工准备施工场地清理完成后，先将土工格栅或环形钢筋网裹装呈圆柱形，并置于圆形碎石桩沉管的内部圆腔内；然后将注浆管穿过注浆管限位钢筋环，与注浆管限位钢筋环一起放入圆形碎石桩沉管的内部圆腔内，并与预制混凝土桩尖注浆管固定孔连接; 步骤二、沉管打设将沉管底部与混凝土预制桩尖顶面连接并固定，随后将沉管连同桩尖一起，竖直、均匀打至设计桩底标高； 步骤三、桩体集料填充根据每一循环控制深度，用给料漏斗分别向圆形碎石桩沉管和矩形砂墙沉管内填充碎石和中粗砂； 步骤四、桩体成型根据每一循环成桩高度振动上拔沉管，并进行振动密实，形成带砂墙翼板的碎石桩； 步骤五、堆载预压在桩顶铺设砂垫层，并根据设计要求填筑预压，使地基土排水固结； 步骤六、桩体后注浆待预压结束后，将桩体注浆管与路基注浆主管连接，通过注浆主管向带砂墙翼板的碎石桩注浆，并封闭排水通道，形成后注浆带砂墙翼板的碎石桩。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于后注浆可根据沉降及承载力要求，在不同时间、不同路段有选择的进行。
全文摘要
本发明涉及一种带砂墙翼板的后注浆碎石桩，其特征在于，主要由注浆碎石桩、多组砂墙翼板、预制钢筋混凝土桩尖组成；砂墙翼板沿注浆碎石桩环向均匀分布并与其连接成一整体，桩体顶部伸入砂垫层内部；预制钢筋混凝土桩尖包括碎石桩桩尖和砂墙桩尖，分别设于碎石桩和砂墙的底部；注浆碎石桩桩体中间预设注浆管，注浆管底部与预制桩尖连接。本发明既可发挥散体材料在预压期的排水性能，又可根据沉降情况通过注浆管向桩体内注浆形成刚性复合桩型，提高了碎石桩地基的有效加固深度，实现了排水固结法与复合地基法的有效统一。
文档编号E02D5/46GK103061328SQ20131003656
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者黄胜芬, 黄建光, 程千文, 杨洁, 林祖客, 朱雷, 麻建勇, 沈金樑, 林田夫, 王纯, 朱永光, 李博, 金金柱, 谢忠巢, 席青善, 吴温昊, 付连发, 潘飞朋, 赵成艳, 林静顺, 李凯, 潘飞敏, 潘永策 申请人:方泰建设集团有限公司, 新宇建设有限公司