一种钢管后注浆预压托换桩施工方法与流程

本发明属于建筑、构筑物加固改造技术领域，具体涉及建造在土性很差的杂填土地基上的既有建筑发生较大量不均匀沉降时，用于加固地基基础的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法。

背景技术：

近年来，既有建筑、构筑物的加固改造己受到国内外极大的重视，并已发展成为一门新兴的学科。然而，在对既有建筑物的功能改造、加层改造，或在出现下沉、开裂、倾斜等建筑病害的治理中，大都涉及既有建筑物地基基础的加固处理。工程实践表明，对西北湿陷性黄土地区，预压桩基础托换法是一种施工简单、效果良好的既有建筑地基基础加固方法。常见的预压托换桩有钢筋混凝土预压托换桩、钢管预压托换桩等。本发明人在对预压桩基础托换法的研究和实践应用中发现，对建造在杂填土地基上的建筑物，尤其当杂填土内含有砖块、石块、混凝土块且杂填土深度又较大的情况下，常用的钢筋混凝土预压桩无法压入地基土层，且单桩承载力较小，单纯的钢管预压桩因桩周土提供的摩擦力较小，则单桩承载力亦较小，因此，很难达到对原有地基基础的加固作用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钢管后注浆预压托换桩施工方法。该方法通过在托换桩管壁开设注浆孔，在常规预压托换桩的施工工艺基础上，将拌制好的纯水泥浆通过注浆管压入托换桩内，浆液再由注浆孔压入桩周土层内，改善了桩周土体的土性，增大了桩周土与托换桩之间的摩擦力，从而较一般预压托换桩大幅度增大了单桩承载力，取得良好的地基基础加固效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将无缝钢管切割成长度为1.0m～1.5m的短管，将一节短管的一端加工成锥形桩尖制成尖桩，将其他短管作为平桩，在尖桩和平桩的管壁上均加工注浆孔；在注浆短管的一端加工外螺纹，另一端加工内螺纹，然后将一节加工螺纹后的注浆短管竖直焊接于所述尖桩的内壁上；

步骤二、确定钢管后注浆预压托换桩的布置位置、桩长和单桩承载力，然后竖直开挖操作坑和导洞；

步骤三、在操作坑内的设计桩位处竖直安装步骤一中焊接有注浆短管的尖桩并使尖桩的锥形桩尖朝下，然后使用压桩设备将所述尖桩垂直压入地基土中；

步骤四、在步骤三中的尖桩内的注浆短管上连接另一节注浆短管，形成整体的主注浆管；然后将一节步骤一中的平桩竖直安装于尖桩上，并焊接连接为整体的托换桩，使用压桩设备进行压桩施工；

步骤五、按照步骤四中的方法重复进行注浆短管的连接、平桩的安装和焊接，以及压桩施工，直至托换桩的长度达到设计桩长，形成内部设置有主注浆管的托换桩，然后将主注浆管顶部与外部注浆管连接，最后采用托换钢管进行桩式托换；

步骤六、桩式托换完成后，向外部注浆管压入水泥浆，水泥浆压入托换桩内，然后通过托换桩管壁上的注浆孔压入桩周土层内，形成钢管后注浆预压托换桩；

步骤七、回填夯实操作坑和导洞，自桩头下200mm处浇灌混凝土承台，施工结束。

上述的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，步骤一中所述注浆孔的数量为多个，多个所述注浆孔均匀布设。

上述的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，步骤二中所述导洞位于既有建筑物基础底面以下，导洞深1.8m。

上述的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，步骤三中所述尖桩的桩位平面偏差不大于20mm，桩身垂直度偏差不大于尖桩长度的0.003倍。

上述的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，步骤四中所述平桩的垂直度偏差不大于平桩长度的0.003倍。

上述的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，步骤五中所述桩式托换的托换压力为最终压桩力的1～1.05倍。

上述的一种钢管后注浆预压托换桩施工方法，其特征在于，步骤五中重复进行注浆短管的连接、平桩的安装和焊接，以及压桩施工的过程中，在距离桩底3m～5m的平桩内壁上且与主注浆管对称的位置焊接注浆短管，并逐层连接注浆短管，最终形成与主注浆管平行的备用注浆管，将备用注浆管顶部与外部注浆管连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过在托换桩管壁开设注浆孔，在常规预压托换桩的施工工艺基础上，将拌制好的纯水泥浆通过注浆管压入托换桩内，浆液再由注浆孔压入桩周土层内，改善了桩周土体的土性，增大了桩周土与钢管桩之间的摩擦力，从而较一般预压托换桩大幅度增大了单桩承载力，取得良好的地基基础加固效果。

2、采用本发明的钢管后注浆预压托换桩施工方法，单桩承载力较普通钢管预压托换桩的单桩承载力提高80％以上，对建造在土质很差的杂填土地基上的建筑物发生较大量不均匀沉降的地基基础起到显著的加固效果。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

说明书附图

图1为本发明的内部设置有主注浆管和备用注浆管的托换桩的结构示意图。

图2为本发明桩式托换完成后的支护结构示意图。

附图标记说明:

1—尖桩； 2—平桩； 3—注浆孔；

4—主注浆管； 5—外部注浆管； 6—托换钢管；

7—既有建筑物； 8—备用注浆管。

具体实施方式

实施例1

本实施例的钢管后注浆预压托换桩施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将无缝钢管切割成长度为1.0m的短管，将一节短管的一端加工成锥形桩尖制成尖桩1，将其他短管作为平桩2，在尖桩1和平桩2的管壁上均加工注浆孔3；在注浆短管的一端加工外螺纹，另一端加工内螺纹，然后将一节加工螺纹后的注浆短管竖直焊接于所述尖桩1的内壁上；所述注浆孔3的数量为多个，多个所述注浆孔3均匀布设；

步骤二、确定钢管后注浆预压托换桩的布置位置、桩长和单桩承载力，然后竖直开挖操作坑和导洞；所述导洞位于既有建筑物7基础底面以下，导洞宽0.8m，深1.8m；

步骤三、在操作坑内的设计桩位处竖直安装步骤一中焊接有注浆短管的尖桩1并使尖桩1的锥形桩尖朝下，然后使用压桩设备将所述尖桩1垂直压入地基土中；所述尖桩1的桩位平面偏差不大于20mm，桩身垂直度偏差不大于尖桩长度的0.003倍；

步骤四、在步骤三中的尖桩内的注浆短管上连接另一节注浆短管，形成整体的主注浆管4；然后将一节步骤一中的平桩2竖直安装于尖桩上，并焊接连接为整体的托换桩，使用压桩设备进行压桩施工；所述平桩2的垂直度偏差不大于平桩2长度的0.003倍；

步骤五、按照步骤四中的方法重复进行注浆短管的连接、平桩2的安装和焊接，以及压桩施工，直至托换桩的长度达到设计桩长，重复进行注浆短管的连接、平桩2的安装和焊接，以及压桩施工的过程中，在距离桩底3m的平桩2内壁上且与主注浆管4对称的位置焊接注浆短管，并逐层连接注浆短管，最终形成与主注浆管4平行的备用注浆管8，形成内部设置有主注浆管4和备用注浆管8的托换桩(如图1所示)，然后将主注浆管4顶部和备用注浆管8顶部均与外部注浆管5连接，最后采用托换钢管6进行桩式托换，桩式托换完成后的支护结构如图2所示；所述桩式托换的托换压力为最终压桩力的1.05倍；

步骤六、桩式托换完成后，向外部注浆管5压入水泥浆，水泥浆压入托换桩内，然后通过托换桩管壁上的注浆孔3压入桩周土层内，形成钢管后注浆预压托换桩；

步骤七、回填夯实操作坑和导洞，自桩头下200mm处浇灌混凝土承台，施工结束。

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：短管的长度为1.5m，桩式托换的托换压力为最终压桩力的1倍；在距离桩底5m的平桩2内壁上且与主注浆管4对称的位置焊接注浆短管。

实施例3

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：短管的长度为1.2m，桩式托换的托换压力为最终压桩力的1.02倍；在距离桩底4m的平桩2内壁上且与主注浆管4对称的位置焊接注浆短管。

应用实例

1、工程问题及原因分析

研究项目为西安市东郊某小区1#楼，其主体为住宅用房，钢筋混凝土剪力墙结构，钢筋混凝土桩筏基础，共33层。1#楼北侧裙房为商铺，总长72.73m，宽7.23m，共二层，层高3.0m。裙房部分为钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土十字交叉梁基础，基础埋深1.55m，基础下做0.3m厚3:7灰土垫层。

本工程原场地为砖厂取土坑，后用杂填土回填。场地土土层自上而下依次为杂填土、黄土、古土壤、粉质粘土等，其中表层杂填土以建筑垃圾为主，含部分生活垃圾，且含较多砖瓦块及灰渣，局部含有大块的水泥块、楼板、破桩头等，回填深度约16m左右。本工程主体部分采用SDDC渣土夯扩桩法进行地基处理，后做钢筋混凝土灌注桩。裙房部分也采用SDDC渣土夯扩桩法进行地基处理，设计夯扩桩成桩直径1.8m，桩间距2.8m～3.3m，有效桩长12m，桩顶标高-6.27m。裙房SDDC渣土夯扩桩上部做4.42m厚素土垫层，其上再做0.3m厚3:7灰土垫层(位于基底下部)。1#楼主体于2011年5月18日封顶，1#楼裙房于2011年年底完成施工任务。

根据工程地质补勘报告，裙房基础下4.42m深度范围内素土垫层内含水量达30％左右，不同深度土层含水量多处达到饱和状态；基础下6.0m～16.0m深度SDDC渣土夯扩桩处理范围土层含水量25.1％～31.7％，多数土层也达饱和状态。沉降观测结果显示，至2013年2月1#楼主体沉降满足规范要求，且处于沉降稳定状态。但自2014年春节过后，1#楼裙房产生较大量不均匀沉降，局部填充墙发生开裂，最大裂缝宽度W_max＝9mm，室内地面及室外地面也发生开裂。其原因为1#楼及裙房原场地为约16m深坑，经采用素土及杂填土回填处理后的土层土质仍不均匀，土性较差，且透水性又较强。根据2014年7月现场检查，1#楼裙房北侧约3m处为市政电缆沟，雨季时，1#楼屋面及裙房屋面水经落水管排至北侧室外地面，其中部分雨水直接由地沟盖板空隙流入电缆沟。而电缆沟又未做防水处理，致使地沟内积水沿周围土体渗流。当室外地面水及地下排水管道破损渗漏水渗入地基土层后，便引起基础下回填素土垫层及SDDC渣土夯扩桩处理范围土体浸水软化，地基承载力降低，最终导致裙房地基基础发生不均匀沉降，上部墙体及地面发生开裂。

2、工程问题加固处理方案

根据本工程结构特征、地基土性，以及工程问题特征，经研究分析后，提出对本工程裙房地基基础采用本发明的钢管后注浆预压托换桩施工方法进行加固处理。具体处理方法为：

步骤一、选用φ168mm×8mm的无缝钢管，将无缝钢管切割成长度为1.0m～1.5m的短管，将一节短管的一端加工成锥形桩尖制成尖桩1，将其他短管作为平桩2，在尖桩1和平桩2的管壁上均加工直径为20mm的注浆孔3；在注浆短管的一端加工外螺纹，另一端加工内螺纹，然后将一节加工螺纹后的注浆短管竖直焊接于所述尖桩1的内壁上；所述注浆孔3的数量为多个，多个所述注浆孔3均匀布设；

步骤二、根据本工程结构特征及结构计算结果，在裙房基础下共布置70根钢管后注浆预压托换桩；根据结构计算，设计取单桩承载力、桩尖入土深度及相关参数如下：

单桩承载力：R_K＝280KN；

压桩力：P_压＝1.5R_K＝420KN；

桩尖入土深度：桩尖平均入土深度24m，可进入土性较好的古土壤及粉质粘土层；最终桩尖入土深度应以P_压＝1.5R_K控制；

确定好钢管后注浆预压托换桩的布置位置、桩长和单桩承载力后竖直开挖操作坑和导洞；所述导洞位于既有建筑物7基础底面以下，导洞宽0.8m，深1.8m；

步骤三、在操作坑内的设计桩位处竖直安装步骤一中焊接有注浆短管的尖桩1并使尖桩1的锥形桩尖朝下，然后使用压桩设备将所述尖桩1垂直压入地基土中；所述尖桩1的桩位平面偏差不大于20mm，桩身垂直度偏差不大于尖桩长度的0.003倍；

步骤四、在步骤三中的尖桩内的注浆短管上连接另一节注浆短管，形成整体的主注浆管4；然后将一节步骤一中的平桩2竖直安装于尖桩上，并焊接连接为整体的托换桩，使用压桩设备进行压桩施工；所述平桩2的垂直度偏差不大于平桩2长度的0.003倍；

步骤五、按照步骤四中的方法重复进行注浆短管的连接、平桩2的安装和焊接，以及压桩施工，直至托换桩的长度达到设计桩长，重复进行注浆短管的连接、平桩2的安装和焊接，以及压桩施工的过程中，在距离桩底3m～5m的平桩2内壁上且与主注浆管4对称的位置焊接注浆短管，并逐层连接注浆短管，最终形成与主注浆管4平行的备用注浆管8，形成内部设置有主注浆管4和备用注浆管8的托换桩(如图1所示)，然后将主注浆管4顶部和备用注浆管8顶部均与外部注浆管5连接，最后采用托换钢管6进行桩式托换，桩式托换完成后的支护结构如图2所示；所述桩式托换的托换压力为最终压桩力的1.05倍，有效阻止了桩体的部分回弹量，确保桩体与原基础紧密连接，可靠传力；

步骤六、桩式托换完成后，向外部注浆管5压入水泥浆，水泥浆通过主注浆管4压入托换桩内(当主注浆管4堵住时改用备用注浆管8进行压浆)，然后通过托换桩管壁上的注浆孔3压入桩周土层内，形成钢管后注浆预压托换桩；

压浆料：采用纯水泥浆，水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥；压浆料水灰比0.5～0.7。

压浆量：压浆量原则上以不吃浆为止，具体根据现场确定。

压浆压力：设计压浆压力P＝2.0MPa～2.5MPa，根据现场试压浆试验调整，施工中实际压浆压力P＝0.8MPa～1.5MPa；

步骤七、回填夯实操作坑和导洞，自桩头下200mm处浇灌混凝土承台，施工结束。

为了分析加固效果，施工中分别对不注浆的钢管预压托换桩和钢管后注浆预压托换桩进行单桩承载力试验。根据现场单桩承载力试验结果：未采用本发明施工方法的钢管预压托换桩单桩承载力R_K＝290KN，采用本发明施工方法的钢管后注浆预压托换桩单桩承载力R_K＝540KN，较常规钢管托换桩的单桩承载力提高了86.2％，表明托换桩管内注浆后桩周土体密实度大大提高，桩土间摩擦力增大，使单桩承载力大幅度提高，其桩尖入土深度可进一步减小。根据进一步试桩结果分析，采用本发明钢管后注浆预压托换桩桩尖入土深度降低为18m时，其单桩承载力R_K＝380KN，表明桩尖入土深度还可减小，但考虑原回填土深度约16m，故桩尖入土深度不再减小。

该裙房建筑经加固处理后2年时间观察，采用本发明的钢管后注浆预压托换桩施工方法加固处理后，裙房建筑未发生新的沉降，墙体裂缝没有新的变化，取得了良好的加固处理效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。