一种桩基体外后注浆装置及后注浆加固方法与流程

本发明涉及建筑基础，特别是一种桩基体外后注浆装置及后注浆加固方法。

背景技术：

1、目前在对建筑物进行改造和加固时，若上部结构载荷增加或原地基承载力不足时，需要对原有基础进行补桩加固，但是受到建筑结构内部空间的限制，大型桩基设备往往无法进入，因此实际加固过程往往采用锚杆静压桩。

2、而采用锚杆静压桩进行基础加固时，一般通过提高压桩力的方式提高单桩承载能力，但是受到现场因素，如净空和结构自重的影响，实际加固过程中往往难以产生较大的压桩力，因而导致基础加固效果有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：解决现有的采用锚杆静压桩的基础加固方法受现场因素影响难以提高压桩力，导致加固效果有限的问题，提供了一种桩基体外后注浆装置及后注浆加固方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种桩基体外后注浆装置，包含注浆管和芯管；所述注浆管的侧壁设置有沿其长度方向间隔分布的第一出浆口；

4、所述芯管设置于所述注浆管内部；所述芯管上部开口底部封闭；所述芯管上连接有沿其长度方向间隔分布的两个密封结构，所述密封结构用于和所述注浆管的内壁形成密封；所述芯管侧壁还设置有第二出浆口，所述第二出浆口位于两个密封结构之间；

5、所述芯管能够沿所述注浆管的长度方向移动进而使所述第二出浆口能够分别和不同的所述第一出浆口连通。

6、注浆管的具体长度根据实际需求而定，如相对桩基通长设置，或足够到达最深的预定注浆深度；第一出浆口的具体分布数量和位置也根据预定注浆位置而定；注浆管可以直接连接于桩基外壁从而能够随桩基一同压入桩孔中，以减少施工步骤。

7、芯管能在注浆管内部沿注浆管长度方向移动，如直接使芯管外壁和注浆管内壁间隙配合，或在芯管和注浆管之间设置直线运动机构；芯管的具体长度根据预定注浆位置和第二出浆口的位置而定，只要足够将芯管上的第二出浆口送达至预定注浆深度即可；芯管沿其长度方向在第二出浆口两侧均设置有密封结构，即第二出浆口只能与位于两侧密封结构之间的第一出浆口连通，使从芯管的第二出浆口喷出的浆液无法沿芯管长度方向穿过两侧的密封结构到达上侧密封结构以上的区域和下侧密封结构以下的区域；密封结构参考现有技术，可以是如橡胶密封圈、活塞环、螺旋密封结构等各种形式；每一侧密封结构可以包含多种和/或多个密封零件。

8、本发明的桩基体外后注浆装置的注浆管和芯管可以相对移动，且芯管侧壁开有第二出浆口，注浆管侧壁开有第一出浆口，因而若将本方案的桩基体外后注浆装置插入桩周土或地基土中，向芯管的上部开口注入浆液即可使浆液从第二出浆口进入注浆管的内部，再通过第一出浆口进入土层中，从而对土层进行加固，进而能通过增强桩周土或地基土承载能力的方式增强桩基的承载能力，在压桩力相同的情况下，本方案的桩基承载能力更强，基础加固效果更好；本方案可以连接于桩基并伴随桩基使用，也可以单独插入需要加固的位置使用；

9、且由于芯管的第二出浆口两侧具有密封结构，使得第二出浆口只与两侧密封结构之间的第一出浆口连通，沿注浆管长度方向移动芯管可使第二出浆口依次与不同位置的第一出浆口连通，因而本方案还能通过调芯管相对注浆管的位置调整浆液从注浆管喷出的位置，从而在注浆过程中配合桩基土层参数，如密度、孔隙度和渗透性随深度的变化，在不同的深度分别执行不同的注浆操作，如改变注浆量和注浆压力，实现分段式注浆，从而使注浆操作更好地满足不同深度土层的特点和需求，提高本方案对桩基的加固效果，并能够避免一次性注浆的地质风险。

10、作为本发明的优选方案，所述注浆管的数量大于一；所述注浆管相对桩基的轴线中心对称分布。

11、本方案采用多根注浆管环绕桩基布置的结构形式，能够增大注浆操作中浆液的覆盖的范围，从而提高本方案对桩基承载力的强化效果，进而进一步提升本方案桩基的承载能力和基础加固效果。

12、作为本发明的优选方案，还包含围套结构；所述围套结构用于将各所述注浆管环箍于所述桩基的外部。

13、围套结构的具体结构可以参照现有的钢围套；围套结构的数量可以是一个或多个，当围套结构的数量大于一时，各围套结构可以沿注浆管的长度方向间隔或连续分布。

14、本方案在注浆管的外部设置围套结构，可以使多根注浆管连接为一个整体，并增强整体结构的强度和稳定性，减少局部变形或失稳的可能性，进一步提高对桩基的强化效果。

15、作为本发明的优选方案，所述第一出浆口连接有单向阀；浆液能够通过所述单向阀单向地流向所述注浆管外部。

16、本方案在第一出浆口连接单向阀，能够在不阻碍浆液朝土体中注射的情况下，避免异物，如土壤或石子在注浆管插入桩基土层时进入注浆管，从而对芯管相对注浆管的移动造成阻碍的情况。

17、作为本发明的优选方案，所述注浆管沿其长度方向分为若干节段。

18、本方案的将注浆管分为尺寸更小的节段，能够减少注浆管在安装时所需的操作空间和操作难度，从而提高注浆管的安装效率；进一步地，可将注浆管的分段长度与桩基的分段长度对应，从而能在分段安装桩基时，将注浆管直接连接于桩基上，并与桩基同步压入土层中，进而提升施工效率。

19、作为本发明的优选方案，相邻的两个节段螺纹连接。

20、相邻的两个注浆管节段螺纹连接，参考现有技术，可以是在注浆管的两端设置法兰盘，再通过螺纹连接件连接相邻的两个法兰盘；也可以是直接在注浆管的一端设置内螺纹，另一端设置外螺纹，从而使相邻的两个注浆管能够首尾相连。

21、本方案相邻的两个注浆管节段采用螺纹连接，能保证连接可靠且方便操作。

22、作为本发明的优选方案，所述注浆管外表面镀锌。

23、本方案在注浆管外表面镀锌可以强化注浆管的耐腐蚀性，防止注浆管在氧气、水分等环境因素的作用下发生腐蚀，从而确保注浆管的寿命。

24、一种后注浆加固方法，包含如下步骤：

25、a、将本发明的桩基体外后注浆装置压入桩基体外预定位置；

26、b、移动芯管至第二出浆口与位于预定注浆深度的第一出浆口连通；从芯管上部开口处注入浆液；等待浆液固化；

27、c、重复步骤b直至所有预定注浆深度处均完成注浆。

28、本方案的后注浆加固方法是指对桩周土或地基土进行加固；

29、在步骤a中，桩基体外的预定位置即需要加固的位置，根据加固位置的不同，注浆管可以连接于桩基外壁并一同压入土层中，也可以在需要加固的位置单独钻孔，并将注浆管单独置于钻孔内；注浆管内的芯管可以随同步放入注浆管内，从而注浆管一同在步骤a中压入桩孔内，也可以在需要注浆时再放入注浆管内；桩基压入桩孔中预定位置，根据桩孔的施工要求而定。

30、在步骤b中，具体的注浆参数，如浆液成分、注浆量、注浆压力需要根据实际情况，如建筑结构的沉降情况、桩基所在位置、注浆深度而定。

31、本方案的后注浆加固方法采用了本发明的一种桩基体外后注浆装置，因而能在加固过程中向桩基的外部土层中注浆，从而使本方案在压桩力相同的情况下，桩基具有更强的承载能力，基础加固效果更好；同时由于本方案还能通过调芯管相对注浆管的位置调整注浆深度，因在注浆过程中本方案还能配合桩基土层参数随深度的变化，在不同的深度分别执行不同的注浆操作，如改变注浆量和注浆压力，实现分段式注浆，从而使注浆操作更好地满足不同深度土层的特点和需求，提高本方案对桩基的加固效果，并能够避免一次性注浆的地质风险。

32、作为本发明的优选方案，步骤b中采用速凝固化浆液进行注浆。

33、速凝固化剂，如采用水+矿粉+粉煤灰+磷石膏+水玻璃双组分注浆。

34、本方案适用于均匀沉降建筑的所有桩基，或不均匀沉降建筑中沉降较大的一侧处的桩基，在注浆后能够迅速提高桩基的承载能力，并实现快速止沉。

35、作为本发明的优选方案，步骤b包含如下步骤：

36、b1、移动芯管至第二出浆口与位于预定注浆深度的第一出浆口连通；从芯管上部开口处注入非固化浆液直至建筑回倾复位；

37、b2、从芯管上部开口处注入固化组分；等待浆液固化。

38、非固化浆液，如由水+矿粉+钢渣粉组成的浆液；固化组分，如水玻璃浆液。

39、本方案适用于不均匀沉降建筑中沉降较小一侧处的桩基，可以先通过步骤b1降阻促沉，及通过非固化浆液扰动桩基土层，降低土层压缩模量，从而促进建筑在对应位置处发生沉降，进而使建筑回倾复位，再通过步骤b2固化浆液，提高桩基承载力和刚度，并达到止沉效果。

40、作为本发明的优选方案，步骤b中根据建筑回倾复位需求计算所需建筑物沉降侧沉降量s，s的计算公式如下：

41、

42、式中，s为建筑物沉降侧沉降量；为沉降计算经验系数；p0为基地附加应力；zi为基底到第i层土底面距离，zi-1为基底到第i-1层土底面距离；为第i层平均附加应力系数，为第i-1层平均附加应力系数；e′si为注浆扰动后第i层土压缩模量；αsi为注浆扰动后第i层土弹性模量折减系数；esi0注浆扰动前第i层土弹性模量折减系数。

43、作为本发明的优选方案，步骤b中还对注浆后的桩基承载能力quk进行检验，quk的计算公式如下：

44、quk＝qsk+qgsk+qgpk＝u∑qsjklj+u∑βsiqsiklgi+βpqpkap

45、式中，quk为注浆后的桩基承载能力；qsk为后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；qgsk为后注浆坚向增强段的总极限侧阻力标准值；qgpk为后注浆总极限端阻力标准值；u为桩身周长；qsjk为桩侧摩阻力标准值；lj为后注浆非坚向增强段第j层士厚度；βsi为桩侧端增强系数；qsik为注浆段桩侧摩阻力标准值；lgi为后注浆竖向增强段内第i层土厚度；βp为桩端注浆增强系数；qpk为桩端阻力标准值；ap为桩截面积。

46、需要注意的是，本公式计算的是单桩竖向承载力标准值。

47、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

48、1、本发明的桩基体外后注浆装置的注浆管和芯管可以相对移动，且芯管侧壁开有第二出浆口，注浆管侧壁开有第一出浆口，因而若将本方案的桩基体外后注浆装置插入桩周土或地基土中，向芯管的上部开口注入浆液即可使浆液从第二出浆口进入注浆管的内部，再通过第一出浆口进入土层中，从而对土层进行加固，进而能通过增强桩周土或地基土承载能力的方式增强桩基的承载能力，在压桩力相同的情况下，本方案的桩基承载能力更强，基础加固效果更好；本方案可以连接于桩基并伴随桩基使用，也可以单独插入需要加固的位置使用；

49、且由于芯管的第二出浆口两侧具有密封结构，使得第二出浆口只与两侧密封结构之间的第一出浆口连通，沿注浆管长度方向移动芯管可使第二出浆口依次与不同位置的第一出浆口连通，因而本方案还能通过调芯管相对注浆管的位置调整浆液从注浆管喷出的位置，从而在注浆过程中配合桩基土层参数，如密度、孔隙度和渗透性随深度的变化，

50、在不同的深度分别执行不同的注浆操作，如改变注浆量和注浆压力，实现分段式注浆，从而使注浆操作更好地满足不同深度土层的特点和需求，提高本方案对桩基的加固效果，并能够避免一次性注浆的地质风险。

51、2、本方案的后注浆加固方法采用了本发明的一种桩基体外后注浆装置，因而能在加固过程中向桩基的外部土层中注浆，从而使本方案在压桩力相同的情况下，桩基具有更强的承载能力，基础加固效果更好；同时由于本方案还能通过调芯管相对注浆管的位置调整注浆深度，因在注浆过程中本方案还能配合桩基土层参数随深度的变化，在不同的深度分别执行不同的注浆操作，如改变注浆量和注浆压力，实现分段式注浆，从而使注浆操作更好地满足不同深度土层的特点和需求，提高本方案对桩基的加固效果，并能够避免一次性注浆的地质风险；

52、且本方案对于不均匀沉降建筑中沉降较小一侧处的桩基，可以进一步地采用先注入非固化浆液，再注入固化组分使浆液凝固的注浆操作，能够在高桩基承载力和刚度的同时，使建筑回倾复位。