一种爆炸注浆防沉降管桩的制作方法与工艺

本发明涉及一种建筑基础工程用桩，尤其涉及一种爆炸注浆防沉降管桩。

背景技术：
管桩是一种钢筋混凝土预制的工程桩，主要用于桩基工程，能够提高地基与基础的承载力,预应力混凝土管桩可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩，因具有耐打、耐压、穿透力强，单桩竖向承载力高，抗震性能好，造价便宜，施工工期短等特点而得到广泛的应用。管桩的形式主要有十字型、圆锥型和开口型，沉桩方式主要有锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压法用得最多。在沉桩过程中，桩端位置的处理往往要求便于切土沉桩，而待桩达到设计深度后，及要求桩能保持在设计深度，此时，桩端位置的设计变容易导致桩下沉，从而影响桩对基础的加固效果。一般来说，作用在桩顶的竖向荷载由桩侧阻和桩端阻共同承担，桩侧阻将桩顶荷载以剪应力的形式传递至桩周土体，最终扩散分布于桩端持力层。桩端持力层受桩端荷载和桩侧荷载共同作用产生压缩变形，导致基桩沉降。基桩竖向承载力及其引起的沉降均为桩——土共同作用的结果，随基桩几何尺寸、几何形式、桩侧桩端土性质、成桩工艺等诸多因素变化。因此，需要设计出一种桩既便于沉桩，又不至于在桩使用过程中发生沉降。

技术实现要素：
为了防止建筑基础工程中的桩发生沉降影响其对基础的加固效果，本发明提供一种爆炸注浆防沉降管桩。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种爆炸注浆防沉降管桩，包括管桩主体(1)、导向钢筋(2)、爆炸射孔装置(3)；所述管桩主体(1)由桩体和桩尖组成，两者通过钢筋混凝土整体浇筑，桩体部分为圆筒结构，桩尖部分为空心圆锥结构，所述的空心部分为预留有径向导向孔的圆柱体，即为圆柱体空心，圆柱体空心内放置有爆炸药柱(7)，圆柱体空心结构形状与爆炸药柱(7)相符合；所述的径向导向孔为圆柱体，其轴向长度小于其所在圆锥体桩尖同一截面半径的一半；径向导向孔沿着圆柱体空心的径向设置，在圆柱体空心的轴向，径向导向孔交错设置，相邻两个径向导向孔轴线相互垂直；所述圆柱体空心的直径小于圆锥体桩尖上表面圆直径，在圆锥体桩尖上表面浇筑混凝土的平台处设置有两根表面光滑的光圆导向钢筋(2)，在圆锥体桩尖上表面圆上两根光圆导向钢筋(2)位置连线通过圆心对称设置，导向钢筋(2)的下端浇筑在桩尖内部，上端延伸到桩体端部；在圆锥体桩尖上表面，两根导向钢筋(2)穿过爆炸射孔装置(3)托盘(5)上的两个小圆孔；所述导向钢筋(2)和托盘(5)上的两个小圆孔位置的设置可保证圆锥体桩尖内部的径向导向孔与相同高度处圆锥形聚能穴(8)的位置相符合；所述爆炸射孔装置(3)由托盘(5)、药柱盖(6)、爆炸药柱(7)组成，所述托盘(5)为圆盘结构，上部对称设置有两个小圆孔，小圆孔直径与导向钢筋(2)相符合，以此与浇筑在圆锥体桩尖上的两根导向钢筋(2)相连，中部设有一个大圆孔，大圆孔直径与爆炸药柱(7)直径相符合，大圆孔直径小于药柱盖(6)的外径，在两个小圆孔连线上对称设置两个圆环凸起；所述爆炸药柱(7)为圆柱体结构，由药柱壳体和药柱盖(6)组成，两者之间通过螺纹连接，其中，药柱壳体为圆柱体结构，内部装有猛炸药，侧面设有圆锥形聚能穴(8)，圆锥尖部位朝向与药柱壳体纵轴线垂直，圆锥形聚能穴(8)沿着药柱壳体的径向设置，在药柱壳体的轴向，圆锥形聚能穴(8)交错设置，相邻两个圆锥形聚能穴(8)轴线相互垂直；由于圆锥形聚能穴(8)的设置，圆锥尖部位在药柱壳体内壁形成锥形凸起；所述圆锥形聚能穴(8)位置与圆锥体桩尖内部径向导向孔的位置相配合，在同一高度处圆锥形聚能穴(8)底面正对着径向导向孔，径向导向孔截面直径大于圆锥形聚能穴(8)底面圆直径，在圆锥形聚能穴(8)外侧罩有相同结构形状的金属聚能罩，聚能罩为圆锥形壳体，在其内壁设有颗粒状凸起；所述药柱盖(6)为变截面结构，上部为圆盘结构，下部为圆筒形结构，两者整体浇筑，其中上部直径大于下部直径，上部圆盘中部设有雷管脚线(4)孔，雷管脚线(4)连接有雷管，雷管插入药柱壳体内部的猛炸药中；下部圆筒形结构外径与药柱壳体内径相符合，下部圆筒形结构外表面设有外螺纹，以此与药柱壳体相连接；所述爆炸射孔装置(3)上的托盘(5)、药柱盖(6)、爆炸药柱(7)均为塑料材质。工作原理：本发明中的爆炸射孔装置爆炸后，其上面的聚能穴产生的聚能金属射流，压力可达数百万个大气压，具有极高的能量密度，直接对桩尖内壁及桩尖周围的岩土体产生巨大的冲击力，从而消除桩尖并在桩尖周围岩土体内产生圆柱状槽腔，然后通过管桩内部的圆筒向桩底注浆，浆液填充爆炸后在桩底形成的槽腔、聚能射孔腔以及岩土体内的裂隙，待浆液凝固达到设计强度后即在桩底形成大头端，从而防止桩由于桩尖作用而产生桩下沉。与现有技术相比，本发明的优点是：(1)本发明采用爆炸射孔的形式去除了桩尖，并在桩尖周围岩土体内产生射孔腔，与采用爆炸技术相比，采用聚能射孔技术一方面可以适当减小猛炸药的使用量，进而减小猛炸药爆炸时产生的震动对桩体强度影响，另一方面可以在桩尖周围岩土体内不同方向、不同高度处产生射孔腔，在注浆体的作用下形成“犬牙状”栓塞(图6)，从而增大桩沉降的阻力，防止桩发生沉降；(2)针对桩的使用环境及工作性质，本发明在聚能罩方面做了改进，在聚能罩的内部做了颗粒状凸起，这可以在猛炸药爆炸引发聚能射孔时，增大金属流的量，使得在少量猛炸药的情况下发出较多的金属流，从而实现射孔，减少猛炸药使用量，也同时减小了炸药爆炸产生的震动，对桩上部结构的强度影响也比较小；(3)本发明中，在聚能罩的内部做颗粒状凸起而非直接加厚聚能罩，经多次试验验证，这样做使得圆锥形聚能罩壳体薄厚不均匀，进而在猛炸药的作用下能易于使聚能罩融化产生金属流；(4)在管桩底部注浆后，注浆体流动到管桩底部的空隙中，进一步加固了桩底岩土体，这相当于认为创造了一个坚固的桩底持力层，这可以减少因寻找坚固持力层而增加桩长造成的资源浪费；(5)在猛炸药的作用下，桩尖处混凝土包裹的钢筋被剥出，在爆轰波作用下发生弯曲变形，这些变形的钢筋被注浆体包裹后，进一步提高了管桩底部的强度，也易于使桩体与注浆体结合；(6)本发明桩尖内部的径向导向孔为圆柱体结构，与爆炸药柱上的聚能穴相对应，在爆炸射孔装置爆炸时，径向导向孔对桩尖破坏裂纹具有导向作用，使裂纹沿水平方向传播，从而减少炸药对桩体的损坏；(7)本发明中的注浆量可根据具体工程应用来确定，如需要很强的管桩，可以注浆到管桩上部端口，如需要强度较低的管桩，仅仅需要注浆到桩深1/3处即可。附图说明图1是本发明的爆炸注浆防沉降管桩竖向剖面图；图2是本发明的爆炸射孔装置立面图；图3是本发明的爆炸射孔装置俯视图；图4是本发明的药柱盖示意图；图5是本发明的聚能罩示意图；图6是本发明的爆炸注浆防沉降管桩工作效果图；图1中：管桩主体—1，导向钢筋—2，爆炸射孔装置—3，雷管脚线—4，爆炸药柱—7；图2中：托盘—5，药柱盖—6，聚能穴—8；图6中：岩土体—9，注浆体—10，钢筋—11，绳—12。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：一种爆炸注浆防沉降管桩，包括管桩主体1、导向钢筋2、爆炸射孔装置3；所述管桩主体1由桩体和桩尖组成，两者通过钢筋混凝土整体浇筑，桩体部分为圆筒结构，桩尖部分为空心圆锥结构，所述的空心部分为预留有径向导向孔的圆柱体，即为圆柱体空心，圆柱体空心内放置有爆炸药柱7，圆柱体空心结构形状与爆炸药柱7相符合；所述的径向导向孔为圆柱体，其轴向长度小于其所在圆锥体桩尖同一截面半径的一半；径向导向孔沿着圆柱体空心的径向设置，在圆柱体空心的轴向，径向导向孔交错设置，相邻两个径向导向孔轴线相互垂直；所述圆柱体空心的直径小于圆锥体桩尖上表面圆直径，在圆锥体桩尖上表面浇筑混凝土的平台处设置有两根表面光滑的光圆导向钢筋2，在圆锥体桩尖上表面圆上两根光圆导向钢筋2位置连线通过圆心对称设置，导向钢筋2的下端浇筑在桩尖内部，上端延伸到桩体端部；在圆锥体桩尖上表面，两根导向钢筋2穿过爆炸射孔装置3托盘5上的两个小圆孔；所述导向钢筋2和托盘5上的两个小圆孔位置的设置可保证圆锥体桩尖内部的径向导向孔与相同高度处圆锥形聚能穴8的位置相符合；所述爆炸射孔装置3由托盘5、药柱盖6、爆炸药柱7组成，所述托盘5为圆盘结构，上部对称设置有两个小圆孔，小圆孔直径与导向钢筋2相符合，以此与浇筑在圆锥体桩尖上的两根导向钢筋2相连，中部设有一个大圆孔，大圆孔直径与爆炸药柱7直径相符合，大圆孔直径小于药柱盖6的外径，在两个小圆孔连线上对称设置两个圆环凸起；所述爆炸药柱7为圆柱体结构，由药柱壳体和药柱盖6组成，两者之间通过螺纹连接，其中，药柱壳体为圆柱体结构，内部装有猛炸药，侧面设有圆锥形聚能穴8，圆锥尖部位朝向与药柱壳体纵轴线垂直，圆锥形聚能穴8沿着药柱壳体的径向设置，在药柱壳体的轴向，圆锥形聚能穴8交错设置，相邻两个圆锥形聚能穴8轴线相互垂直；由于圆锥形聚能穴8的设置，圆锥尖部位在药柱壳体内壁形成锥形凸起；所述圆锥形聚能穴8位置与圆锥体桩尖内部径向导向孔的位置相配合，在同一高度处圆锥形聚能穴8底面正对着径向导向孔，径向导向孔截面直径大于圆锥形聚能穴8底面圆直径，在圆锥形聚能穴8外侧罩有相同结构形状的金属聚能罩，聚能罩为圆锥形壳体，在其内壁设有颗粒状凸起；所述药柱盖6为变截面结构，上部为圆盘结构，下部为圆筒形结构，两者整体浇筑，其中上部直径大于下部直径，上部圆盘中部设有雷管脚线4孔，雷管脚线4连接有雷管，雷管插入药柱壳体内部的猛炸药中；下部圆筒形结构外径与药柱壳体内径相符合，下部圆筒形结构外表面设有外螺纹，以此与药柱壳体相连接；所述爆炸射孔装置3上的托盘5、药柱盖6、爆炸药柱7均为塑料材质。结合附图对本发明的工作过程进行说明：(1)如图1所示，在预制场将管桩主体1预制好，此时先不把爆炸射孔装置3放入管桩内部，采用预钻孔沉桩法或锤击沉桩法等将本发明中的管桩至于设计深度；(2)将雷管插入爆炸药柱7内部的猛炸药中，雷管脚线4穿过药柱盖6上的雷管脚线4孔，并拧紧药柱盖6封闭，爆炸药柱7，将装有雷管的爆炸药柱7穿过托盘5，以此完成爆炸射孔装置3的组装；(3)在托盘5上的圆环凸起上系两根绳12，绳12长大于管桩长度，将桩体内部预留的两根导向钢筋2对准爆炸射孔装置3托盘5上的两个小圆孔，通过两根绳缓慢将爆炸射孔装置3放置于桩底；(4)做好安全准后，通过雷管引爆爆炸射孔装置3，当爆炸产生的有毒气体消散至安全许可浓度以下时，通过吸土设备清理桩底，然后采用注浆机器向管桩底部注浆，待注浆体达到设计强度后，本发明管桩即可投入使用(图6)。上述实施例仅是本发明的较佳实施方式，结合附图详细的说明了本发明的技术构思和实施要点，并非对本发明的保护范围进行限定，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均应涵盖在本发明的保护范围之内。