模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构及其施工方法。

背景技术：

在淤泥层中建造承载桩常用的技术有：灌注桩、管注桩、预制管桩、高压旋喷桩等。

高压旋喷桩由于采用专用高压旋喷桩机械，在淤泥层中造孔至设计深度，由深处开始旋转喷射高压的水泥浆液或水泥干粉，水泥浆液或水泥粉与淤泥反应后形成水泥土体作为桩体，具有一定的干硬强度，达到承载桩的作用。但是桩体强度低，由于喷射高压水泥浆，喷射范围不确定性，不但水泥用量大，桩体不均匀性，桩体设计容许承载能力大打折扣，工程应用的局限性大。一般用于淤泥地基加固处理、围护墙的防渗处理等。

灌注桩由于造孔需用泥浆固壁，造孔弃渣困难，造价高，施工麻烦等。而且，尽管桩体是钢筋混凝土结构，由于桩体之外仍为淤泥，不利于承受侧向荷载。因此，冲孔灌注桩作为围护墙体就不能有效发挥作用。并且，管注桩、预制管桩与灌注桩在作为承载桩时一般要进入持力层，桩身要加长，成本增加。也正因为桩身的刚性和桩外淤泥的无硬化，导致这类桩体应用于围护墙工程均有较大的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构及其施工方法，不仅结构新颖、合理、可靠，而且方便用于解决承载桩体周围及其底部淤泥的硬化问题，施工方法简便，节约工程投资。

本发明的技术方案在于：一种模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构，包括竖向设置于淤泥地基层内并沿横向布置成排的若干根主体模袋桩，所述主体模袋桩的上端设置有横向定位地梁，主体模袋桩的前侧壁自上而下间隔设置有若干道横向腰梁，所述横向腰梁上沿横向间隔设置有从相邻两主体模袋桩之间斜向穿入桩后土体的斜拉模袋桩，所述主体模袋桩和斜拉模袋桩的周围分别形成淤泥硬化体，主体模袋桩、斜拉模袋桩和淤泥硬化体组成联合受力结构。

进一步地，所述主体模袋桩包括上下通长的主体灌浆管，所述主体灌浆管竖向穿过设置于定位地梁上的预留孔并伸入淤泥层地基内，主体灌浆管外自上而下间隔设置有若干个模袋段，主体灌浆管对应设置为若干灌浆段，在每一灌浆段的侧壁间隔设置有可独立向模袋段内灌注水泥浆的灌浆孔，所述模袋段通过相应的灌浆孔分别充灌膏状水泥浆形成主体模袋桩段。

进一步地，所述主体灌浆管上位于相邻两模袋段之间还设置有用于向淤泥中灌注水泥浆使淤泥形成淤泥硬化体的注浆孔，相邻模袋段形成桩体后，对模袋段周围的淤泥进行灌浆促使硬化；灌浆管上自上而下间隔设置有一个顶部模袋段、若干个中间模袋段及一个封底模袋段。

进一步地，所述斜拉模袋桩包括斜向灌浆管，所述斜向灌浆管穿过横向腰梁并从相邻两主体模袋桩之间斜向下穿入桩后土体，所述斜向灌浆管上沿其轴向间隔设置有若干个模袋段，斜向灌浆管对应设置为若干灌浆段，在每一灌浆段的侧壁间隔设置有用于向模袋段内灌注水泥浆的灌浆孔，所述模袋段通过相应的灌浆孔分别充灌膏状水泥浆形成斜向模袋桩段。

进一步地，所述斜向灌浆管上位于相邻两模袋段之间还设置有用于向淤泥中灌注水泥浆使淤泥形成淤泥硬化体的注浆孔，所述斜拉模袋桩与水平面的夹角为15°~20°之间。

一种如权利要求1模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构的施工方法，包括以下步骤：

1）整理淤泥层地基的场地，在拟造桩孔的位置采用钻机沿横向造成排的竖向孔；

2）在竖向孔的孔口设置定位装置，并安装上下通长的主体灌浆管和用于控制性灌浆的装置，在主体灌浆管上自上而下配套若干个可充灌扩大的模袋段，确保就位准确；

3）在需要对淤泥进行硬化的范围内布置可滤水的排水设施；

4）通过预先设定主体灌浆管为若干灌浆段，并分别向相应的模袋内灌入膏状水泥浆，使模袋扩大至预先设定的结构尺寸，从而形成主体模袋桩段，逐段依次进行，直至形成要求的模袋桩体；在逐段充填模袋段的同时，通过控制性灌浆装置，对模袋桩段之间的出浆孔进行控制性灌浆，使膏状水泥浆液进入模袋桩体之外的淤泥，促使淤泥硬化，形成淤泥硬化体；

5）对主体模袋桩底部的淤泥层进行控制性灌浆，通过控制性灌浆装置迫使膏状水泥浆液沿设置在灌浆管下部的封底模袋外壁上升，使桩体底部及其周围的淤泥硬化，并通过控制性灌入膏状水泥浆，使模袋桩体底端之下的淤泥层硬化；

6）将主体模袋桩的桩前土体自上而下逐层挖除，在主体模袋桩的前侧及时浇筑相应的横向腰梁，并在腰梁上间隔钻设从相邻主体模袋桩之间斜向下穿进入主体模袋桩后土体淤泥层中的斜向孔；

7）在斜向孔内安装通长的斜向灌浆管和用于控制性灌浆的装置，并在斜向灌浆管上设置若干灌浆段，配套若干个可充灌扩大的模袋段，确保就位准确；

8）重复步骤（4）和（5），向斜向灌浆管内控制性灌浆，从而实现形成斜拉模袋桩以及使斜拉模袋桩体之外的淤泥形成淤泥硬化体。

进一步地，所述定位装置为横向设置的定位地梁，所述定位地梁上沿横向设置有与竖向孔对接的预留孔，所述预留孔的直径大于竖向孔的直径，所述竖向孔的直径大于灌浆管的直径。

进一步地，所述主体灌浆管、斜向灌浆管上沿轴向间隔设置有若干个模袋段；所述控制性灌浆装置包括分别设置于主体灌浆管、斜向灌浆管内并位于相邻两模袋段之间的模袋间分隔器，主体灌浆管、斜向灌浆管的下端还分别设置有封底模袋和封底分隔器，通过设置于主体灌浆管、斜向灌浆管上的灌浆孔向各个模袋段内灌入膏状水泥浆，从而形成一个顶部模袋段、若干个中间模袋段和一个封底模袋段，构成一根完整的模袋桩体。

进一步地，所述主体灌浆管、斜向灌浆管上位于模袋间分隔器的侧壁上设置有用于向淤泥层中灌浆的注浆孔，所述模袋间分隔器和封底分隔器分别为设置于灌浆管内的细砂袋进浆分隔器。

进一步地，步骤（4）中向主体灌浆管内注浆时提高灌浆压力，使膏状水泥浆击穿灌浆孔上的阻碍物并进入灌浆管的顶部模袋内；待顶部模袋段灌浆完成后，立即用高压水冲洗主体灌浆管，把主体灌浆管内的膏状水泥浆全部冲洗干净并打通模袋间分隔器，然后实施主体灌浆管的中间模袋段灌浆；待第一个中间模袋段灌浆完成后，通过加大灌浆压力使膏状水泥浆经设置于模袋段与第一个中间模袋段之间的注浆孔进入模袋桩体外部的淤泥层中；每灌注完成一个中间模袋段都通过加大灌浆压力使膏状水泥浆经注浆孔进入模袋桩体外部的淤泥层中，促使模袋桩体之外的淤泥硬化形成淤泥硬化体，横向定位地梁、主体模袋桩、斜拉模袋桩及淤泥硬化体组成了联合受力结构体。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1. 采用钻机造孔，效率高、适用于不同地层、地质条件；柔性模袋桩的布体跟随灌浆管安装进入孔内，安装简便、快速；

2. 采用上下通长的灌浆管一次安装到位，分段布置控制性灌浆设施，采用控制性灌浆，膏状水泥浆液通过管道压力输送，设备简单，将所有地下作业转化为地面上作业，方便施工，提高效率；

3. 对柔性的模袋布体进行控制性灌浆，由柔性体转变为刚性体，由套装在钻孔之内的小体积，膨胀扩大为大于钻孔直径的模袋桩体，满足承载要求的结构尺寸，解决淤泥层中建造承载桩体的结构强度的可控性和施工难度等问题；

4．以造孔灌浆形成的模袋桩为载体，对模袋桩周围及其底部的淤泥进行控制性灌浆，形成淤泥硬化体，解决桩体周围及其底部淤泥的硬化问题，充分发挥承载桩体及其淤泥硬化体的联合作用，提高承载能力，扩大工程应用范围；

5. 施工安全，质量可靠，缩短工期，降低工程成本等技术经济效益；

6. 减少淤泥的开挖量和废弃量，就地利用，资源化，减少拆迁征地；控制性灌浆的浆液可以大量添加石材加工厂的石粉，减少水泥用量，减少碳排放和资源浪费等，具有独特的环境保护效益。

附图说明

图1为本发明的灌浆前结构示意图；

图2为本发明的图1的A-A剖视图；

图3为本发明的图1的B-B剖视图；

图4为本发明的主体模袋桩未灌注前的结构示意图；

图5为本发明的图4的A区放大图；

图中：1-淤泥层地基 2-竖向孔 3-竖向孔的直径 4-顶部模袋 5-中间模袋 6-封底模袋 7-扎口 10-主体模袋桩 11-主体灌浆管 12-模袋 13-膏状水泥浆 14-灌浆孔 15-注浆孔 16-顶部模袋段 17-中间模袋段 18-封底模袋段 19-灌浆管的直径 20-定位地梁 21-预留孔 30-横向腰梁 40-斜拉模袋桩 41-斜向灌浆管 42-膏状水泥浆 43-夹角 50-淤泥硬化体 60-桩后土体 61-桩前土体 71-模袋间分隔器 72-封底分隔器。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图5

一种模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构，包括竖向设置于淤泥地基层1内并沿横向布置成排的若干根主体模袋桩10，所述主体模袋桩的上端设置有横向定位地梁20，主体模袋桩的前侧壁在挖除桩前土体之后，自上而下间隔设置有若干道横向腰梁30，所述横向腰梁上沿横向间隔设置有从相邻两主体模袋桩之间斜向穿入桩后土体的斜拉模袋桩40，所述主体模袋桩和斜拉模袋桩的桩体之外分别形成淤泥硬化体50，主体模袋桩、斜拉模袋桩和淤泥硬化体组成联合受力结构。

本实施例中，所述主体模袋桩包括上下通长的主体灌浆管11，所述主体灌浆管竖向穿过设置于定位地梁上的预留孔并伸入淤泥层地基内，主体灌浆管外自上而下间隔设置有若干个模袋段12，所述模袋段和主体灌浆管内分别填充有膏状水泥浆13，膏状水泥浆硬化后即使模袋定型形成桩体。所述主体灌浆管的侧壁间隔设置有用于向模袋段内灌注水泥浆的灌浆孔14，以便通过灌浆孔向模袋内灌浆。

本实施例中，所述主体灌浆管上位于相邻两模袋段之间还设置有可独立向淤泥中灌注水泥浆使淤泥形成淤泥硬化体的注浆孔15，从而通过灌注的水泥浆使淤泥硬化，相邻模袋段形成桩体后，对模袋段周围的淤泥进行灌浆促使硬化；主体灌浆管上自上而下间隔设置有一个顶部模袋段16、若干个中间模袋段17及一个封底模袋段18。

本实施例中，所述斜拉模袋桩包括斜向灌浆管41，所述斜向灌浆管穿过横向腰梁并从相邻两主体模袋桩之间斜向下穿进主体模袋桩的桩后土体60，所述斜向灌浆管上沿其轴向间隔设置有若干个模袋段，斜向灌浆管和模袋段内分别填充有膏状水泥浆42，膏状水泥浆硬化后形成斜向模袋桩体，斜向灌注管上间隔设置有用于向模袋内灌注水泥浆的灌浆孔，以便向模袋内灌浆。

本实施例中，所述斜向灌浆管上位于相邻两模袋段之间还设置有用于向淤泥中灌注水泥浆使淤泥形成淤泥硬化体的注浆孔，以便对模袋桩体周围及底部的淤泥灌浆硬化。斜拉模袋桩与水平面的夹角43一般为15°~20°之间，以便使斜拉模袋桩与主体模袋桩之间形成一个完整受力体系。

上述模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构的施工方法，包括以下步骤：

1）整理淤泥层地基的场地，在拟造桩孔的位置采用钻机沿横向造成排的竖向孔2；

2）在竖向孔的孔口浇注横向定位地梁20，在定位地梁上预留与竖向孔对接的预留孔21，所述预留孔的直径大于竖向孔的直径3，所述竖向孔的直径大于灌浆管的直径19，图4和图5所示。

3）通过预留孔向竖向孔内安装上下通长的主体灌浆管11，并在主体灌浆管上自上而下配套可充灌扩大的一个顶部模袋4、若干个中间模袋5和一个封底模袋6，以便注浆完成后形成一个顶部模袋段16、若干个中部模袋段17和一个封底模袋段18。所述顶部模袋的上端设置有扎口7。同时在主体灌浆管内设置控制性灌浆装置，并确保主体灌浆管和模袋就位准确；所述主体灌浆管上设置有用于向各个模袋内灌浆的灌浆孔14；所述控制性灌浆装置包括设置于主体灌浆管内并位于相邻两模袋段之间的模袋间分隔器71，所述主体灌浆管的下端还分别设置有封底模袋6和封底分隔器72，所述模袋间分隔器和封底分隔器分别为设置于灌浆管内的细砂袋进浆分隔器，可向每一个模袋段独立进行充灌式压力灌浆，以便形成模袋桩体。所述主体灌浆管上位于模袋间分隔器的侧壁上设置有用于向淤泥层中灌浆的注浆孔15。

4）在需要对淤泥进行硬化的范围内布置可滤水的排水设施。

5）先对第1、3、5、7……n-2、n的一序竖向孔进行逐个灌注，再对2、4、6……n-1的二序竖向孔进行逐个灌注，其中n为奇数。

灌注方式如下：向主体灌浆管内注浆时提高灌浆压力，使膏状水泥浆击穿灌浆孔上的阻碍物并进入主体灌浆管的顶部模袋内，使顶部模袋内填充满膏状水泥浆以形成顶部模袋段；

待顶部模袋段灌浆完成后，立即用高压水冲刷主体灌浆管，把主体灌浆管内的膏状水泥浆全部冲洗干净，并用钻进加高压水打通顶部模袋段与中间模袋段之间的分隔器，然后实施主体灌浆管上的第一个中间模袋灌浆，待第一个中间模袋段灌浆完成后，通过加大灌浆压力使膏状水泥浆冲开设置于封堵在注浆孔上的异物，并通过注浆孔进入模袋桩体之外的淤泥层中，促使模袋桩体之外的淤泥硬化，形成淤泥硬化体；每灌注完成一个中间模袋段都通过加大灌浆压力使膏状水泥浆经注浆孔进入模袋桩体外部的淤泥层中，促使模袋桩体之外的淤泥硬化，形成淤泥硬化体。待全部中间模袋段都灌注完成后，并实施主体灌浆管的封底模袋段灌浆。

立即用钻进加高压水冲洗主体灌浆管，把主体灌浆管内的膏状水泥浆全部冲洗干净，并用钻进加高压水将最后一个模袋间分隔器和封底分隔器打通，通过加大灌浆压力使膏状水泥浆经设置于灌浆管底端的注浆孔进入模袋桩体之外的淤泥层中，并促使封底模袋桩体的周围及其底部的淤泥硬化，形成淤泥硬化体。

其中，在进行逐段充填模袋时，使模袋扩大至预先设定的结构尺寸，并加大灌浆压力，使水泥浆密实并达到足够的强度，从而形成主体模袋桩。

6）对主体模袋桩底部的淤泥层进行控制性灌浆，通过控制性灌浆装置迫使膏状水泥浆液沿设置在灌浆管下部的封底模袋桩段的外壁上升，使封底模袋桩段的底部及其周围的淤泥硬化，对桩体底部形成包裹和固端作用；并通过控制性灌入膏状水泥浆，使模袋桩体底端之下的淤泥层硬化达到持力层的受力条件和能力，最终达到淤泥层中建造端承桩目的。

在灌浆过程中，通过施加足够的灌浆压力致使模袋充分膨胀，形成密实的桩体挤压周围的淤泥体，使淤泥体的液相和气相通过预先设置的排水设施排出地面，促使淤泥固化；此后，以模袋桩为载体，通过控制性灌浆灌入膏状水泥浆液，促使模袋桩周围及其底部的淤泥硬化，形成淤泥硬化体。

7）在完成一序的主体模袋桩灌注之后，通过逐个向二序的竖向孔内灌注膏状水泥浆以形成二序主体模袋桩，从而最终使相邻两主体模袋桩之间更加密实。

8）在一、二序主体模袋桩全部灌注完成后，逐层挖除主体模袋桩的桩前土体，并在每挖除一层桩前土体的同时，在主体模袋桩的前侧浇注一道横向梁，并在横向梁上间隔钻设从相邻主体模袋桩之间斜向下穿进入桩后土体淤泥层中的斜向孔；

9）在斜向孔内安装斜向灌浆管和用于控制性灌浆的装置，并在斜向灌浆管上配套若干个可充灌扩大的模袋，确保斜向灌浆管和模袋就位准确；

10）重复步骤（5）和（6），向斜向灌浆管内控制性灌浆，从而实现形成斜拉模袋桩以及使斜拉模袋桩体之外的淤泥形成淤泥硬化体，横向定位地梁、主体模袋桩、斜拉模袋桩及控制性水泥灌浆对各桩体周围及底端淤泥注浆形成的淤泥硬化体有机组合创造了联合受力结构体。

本实施例中，所述灌入的水泥浆液可以添加石粉等可灌的废弃物料的粉末等，以便减少水泥用量，减少碳排放；消纳对环境有影响的粉末，具有良好的环境效益。

本实施例中，所述模袋段为模袋布体。通过控制性灌浆，分段、分期、以不同灌浆压力对模袋桩体之外的淤泥施灌膏状水泥或混合浆体，促使模袋桩体周围的淤泥硬化，这些经过硬化的的水泥淤泥混合体，与模袋桩体联合起来发挥承载作用。并促使模袋桩底下淤泥层硬化达到持力层的要求，又促使施灌膏状水泥或混合浆体沿封底模袋外侧上升，硬化封底模袋及其桩体周围的淤泥，形成包裹和固端作用，发挥模袋桩体及其淤泥硬化体的联合作用，共同承载。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的模袋桩体和淤泥硬化体的联合结构及其施工方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。