一种人造管混结构端承桩基础及施工工艺的制作方法

本发明涉及建筑端承桩基础领域，具体涉及一种人造管混结构端承桩基础及施工工艺。

背景技术：

公路、铁路、桥梁、城市立交桥及楼房基础，对地基的处理如桩型的选择、施工方法等直接决定桩体的承载力、施工难易程度及成本。根据桩基础的受力原理分为摩擦桩和端承桩，端承桩是基桩坐落在岩石层上从而承载构造物；摩擦桩是利用基桩的表面与地基土的摩擦力来承载构造物。目前在地基土中只能用摩擦桩，不能用端承桩，而为了确保桩基础对上部建筑物的承载力，摩擦桩对桩体长度及直径的要求极大，造成成桩难、体积大、自重大、费工费材料，大大增加了施工难度和成本。另一方面，在城市修建城市立交桥，地下管网纵横，有的还有地铁，因为成桩造成施工中不得不拆迁建筑、移动地下管网，这不仅易造成局部交通瘫痪，还因拆迁、动迁影响居民生活，耗资十分巨大，还造成巨大的浪费。上述问题严重制约和拖慢了目前城市建筑建设的进程，是城市建筑建设中的难点和亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决城市建桥成桩中摩擦桩体积大、用料大、施工难度大的技术问题，本发明提供一种人造端承桩基础及施工工艺，通过在注压管体管壁间断设置开设水泥砼挤压口的部段，压注水泥砼从而形成具有下端水泥砼端台和上部管混桩柱的人造管混结构端承桩基础的技术方案，实现了人造端台与管混结构桩柱一体成型，承载性能大大提高，稳定性好，同时省时省工均90%以上。

本发明采用的技术方案是，一种人造管混结构端承桩基础，包括地基土，还包括下端密闭的注压管体，注压管体管壁下端设置水泥砼挤压口，借助向注压管体内压注水泥砼形成具有下端水泥砼端台和上部管混桩柱的桩基础。

优选的，所述注压管体在水泥砼挤压口外部包裹弹性密封管。

优选的，所述注压管体为钢管、frp管或塑料管。

优选的，所述水泥砼挤压口沿管壁周向开设一圈以上。

本发明还提供一种人造管混结构端承桩基础的施工工艺，包括以下步骤：

①根据施工项目设计端承桩基础的如下数据：下端水泥砼端台的底面积、高度和管混桩柱的高度、直径；

②根据步骤（1）的设计数据制作注压管体，封死注压管体的底端头口，并在注压管体的管壁下端开设水泥砼挤压口，在开设水泥砼挤压口的部段套装弹性密封管；

③在项目地设计桩位预成孔，将注压管体放入预成孔中；

④用细砂填实注压管体与地基土之间的缝隙；

⑤将注压管体与水泥砼泵密闭连接，开动水泥砼泵，向注压管体内压注水泥砼至设计方量，即完成具有下端水泥砼端台和上部管混桩柱的人造管混结构端承桩基础。

优选的，所述步骤②开设水泥砼挤压口的部段至少设置1段。

优选的，所述步骤⑤注压管体与水泥砼泵密闭连接的方式为借助变径管接头将注压管体上端口与水泥砼泵密闭连接或借助深入注压管体内的胀管器及与胀管器连接的高压软管与水泥砼泵连接。

更优选的，所述压注水泥砼的方法为将高压软管及其端头连接的胀管器伸下至顺到注压管体内最下端的水泥砼挤压口部段的上端，撑开胀管器，开动水泥砼泵至达到设计方量停泵形成水泥砼端台；收紧胀管器，向上牵引至上一个水泥砼挤压口部段的上端，撑开胀管器，开动水泥砼泵至达到设计方量停泵形成水泥砼盘，依次向上重复上述操作至所开设水泥砼挤压口的部段分别形成水泥砼盘，形成多盘管混结构端承桩基础。

优选的，所述步骤⑤开动水泥砼泵前，机械固定注压管体的上端口。

优选的，所述开设水泥砼挤压口的部段高度分别为50cm—300cm。

上述技术方案中，一种人造管混结构端承桩基础的结构包括地基土、下端水泥砼端台和上部的管混桩柱，管混桩柱是注压管体和其中充填的水泥砼形成；注压管体管壁下端还开设有水泥砼挤压口，水泥砼挤压口一般设置为沿注压管体周向均匀设置，压注水泥砼后，水泥砼充满注压管体的下端，并自水泥砼挤压口流出向管壁周围推土体，土体后缩，形成人造的水泥砼端台，水泥砼端台的形状，可以是任意形状，如不规则形状，也可以是圆的或方的等，水泥砼端台的底面对下面土质施压，下面的土质对其底面具有反作用力，即具有承载作用，管混桩柱的下端坐落在水泥砼端台上，具有传力作用，形成端承桩基础。管混结构借助管壁的抗弯拉强度高，管的约束使混凝土强度大幅提高，同时水泥砼刚性的抗压强度高，有效减小管在水平方向上的弯折强度，高度集中抗弯拉强度，从而大大提高了管在竖直方向上的承载力，二者形成混合一体结构，承载能力大大增强，远远高于水泥砼的桩基础、管性能及二者的相加之和，管混结构综合了二者的优点，相互融合增强，形成的水泥砼端台1（及水泥砼盘）支撑承载、管混结构桩柱传力到地面且具有抗剪弯功能，最终使得桩柱直径很细，本人造管混结构端承桩基础打破了目前端承桩对施工地需有承载岩石的地质条件限制，实现了在土质基础上、没有岩石基础的地质条件下，通过人造类似的岩石的水泥砼端台，形成端承桩的端台基础。

人造管混结构端承桩基础的施工工艺，具体理解如下：

①根据施工项目所在桩位的土质类别（土的抗压弹性模量）及所需要桩的承载力并考虑施工，确定管混结构端承桩基础的高度、直径、水泥砼端台的底面积和厚度，进而计算出挤压成型水泥砼端台时需要水泥砼的方量；

②根据步骤①的设计数据制作注压管体，封死注压管体的底端头口，并在注压管体的管壁下端开设水泥砼挤压口，开设水泥砼挤压口的部段的高度与水泥砼端台的厚度相同，在开设水泥砼挤压口的部段套装弹性密封管，以使水泥砼挤压口流出的水泥砼向管壁周围以面的形式推土体，土体后缩，形成人造的水泥砼端台；

③在项目地设计桩位钻制预成孔，可以采用旋挖钻机钻孔，钻至设计深度，一般控制预成孔直径大于注压管体直径2—3cm，将注压管体放入预成孔中；

④用细砂填实注压管体与地基土之间的缝隙，是为了防止水泥砼在挤压过程中沿缝隙上挤，消耗水泥砼侧挤的力量，造成影响下端水泥砼端台的成形；

⑤将注压管体与水泥砼泵密闭连接，操作中使用变径管接头连接，变径管接头的粗头端与注压管体连接，细头端与水泥砼泵连接，开动水泥砼泵，向注压管体内压注水泥砼至设计方量，即完成人造管混结构端承桩基础，管混结构端承桩基础下端为水泥砼端台，上部管混桩柱坐落在水泥砼端台。

本发明的有益效果是：（1）本发明首次提出在不开挖情况下、通过施工工艺人为制造桩基础承载端台，并在承载端台上一体成型管混桩柱从而制成桩基础，打破了对项目的地质条件要求的限制，实现了在所有地基土上均可成桩；（2）施工及所成型的桩基础，是依靠水泥砼的压力挤土得到的空间位置，该过程中端台周围的土、包括端台底下的土，得到了密实，土的抗压弹性模量极大的提高，承载力增大，有效保证了承载力和桩的稳定性；（3）本案技术中无需开挖土基，钻孔小且浅，出土量小，从工艺上比现行的扩大头基础桩（挖开土一般7m以下深，浇注一个大承台）省工及工费均在90%以上；所成型的端承桩基础比现有“摩擦桩”在相同承载力时节省材料80%以上，用工和设备成本减少80%以上，成本低、高效、质量更稳定；施工过程环保，噪音小，不产生垃圾，特别适用于城市新建桥梁桩基础和高楼大厦桩基础。

附图说明

图1为实施例1中管混结构端承桩基础及其施工状态的结构示意图；

图2为实施例1中管混结构端承桩基础的注压管体结构示意图；

图3为实施例2中多盘管混结构端承桩基础注压管体的结构示意图；

图中，1、水泥砼端台，2、管混桩柱，2-1、注压管体，2-1-1、水泥砼挤压口，2-1-2、弹性密封管，3、地基土，4、缝隙，5、胀管器，6、压杠，7、高压软管。

具体实施方式

以下实施例具体说明本发明所提供的人造管混结构端承桩基础的施工工艺及所成型的端承桩基础的结构。

实施例1

本实施例施工具有下端水泥砼端台1和上部管混桩柱2的人造单盘管混结构端承桩基础，包括以下步骤：

①先勘察、探测施工项目地的地下管网坐标水准点及其它地下构筑物的坐标水准点，选择项目地基中的空闲位置确定为桩基础的下端端台和桩柱位置，即确定坐标和标高；然后根据施工项目所在桩位的土质类别（土的抗压弹性模量）及所需要桩的承载力并考虑施工，确定管混结构端承桩基础的高度、直径，包括水泥砼端台1的底面积、厚度和坐落在水泥砼端台1上的管混桩柱2的高度、直径，进而计算出挤压成型水泥砼端台时需要水泥砼的方量、整个桩基础所需水泥砼的方量。

②根据步骤①中确定的标高、管混桩柱2的直径和水泥砼端台的厚度确定注压管体2-1的长度、直径及开设水泥砼挤压口2-1-1的部段，在工厂按照设计制作注压管体2-1，一般，注压管体2-1优选采用圆管，圆管状注压管体2-1便于连接，管内压力均匀，向管外压力均等，便于注压管体2-1周围成桩半径一致，且圆管作为管混结构的外壁，其力学性能最好，管的约束使水泥砼强度大幅提高。更优选frp管，该管抗弯拉强度极高，抗水平剪弯力高，又耐酸碱腐蚀，可长期保持桩的力学性能。注压管体2-1直径一般控制在30-60cm，在管的最下端0.5-3m的范围内，开设出水泥砼挤出口2-1-1若干个，这些水泥砼挤出口2-1-1沿管壁均匀分布，开设水泥砼挤出口2-1-1的部段高度总计50cm—300cm，在开设水泥砼挤压口2-1-1的部段用弹性密封管2-1-2密封套装扎紧，封死注压管体2-1的底端头口，这样注压管体2-1就形成了一个密封的容器，利用液体、流体在密封容器中压力一致均等的原理，借助水泥砼泵对水泥砼流体施压，水泥砼通过水泥砼挤压口2-1-1喷出管外，推向弹性密封管2-1-2，弹性密封管2-1-2又以自身的特性优势拉伸长大成一个水泥砼包，借助水泥砼的压力向外压推地基土压缩，地基土不断被压缩后退，为水泥砼端台1腾出空间，从而可以形成下端水泥砼端台1。

③在项目所需桩位预成孔，将步骤②中制成的注压管体2-1放入预成孔中，本发明所设计施工的桩一般在30m、甚至20m以内即可满足承载要求，且需要的预成孔直径小，故一般采用干挖，不至于塌孔，施工过程不再有泥浆遍地，非常清洁，优选旋挖钻成孔，预成孔孔的直径大于成桩管2-3cm，钻至设计深度即可。

④用细砂填实注压管体2-1与地基土3之间的缝隙4，防止水泥砼从注压管体2-1与地基土之间的缝隙中间上跑，而增加的阻力。

⑤将注压管体2-1上端口借助变径管接头与水泥砼泵密闭连接，采用压杠6中间压住注压管体2-1上端口，压杠6的两侧用重型机机械压牢，防止在泵送水泥砼时，水泥砼从管内底端的水泥砼挤压口2-1-1向外挤压管外土体时，由于土体的反作用力，使注压管体2-1上浮；压杠6是地面装置。开动水泥砼泵，向注压管体2-1内压注水泥砼至设计方量，即完成下端水泥砼端台1和上部管混桩柱2，两部分为一体，水泥砼端台1起支撑作用，上部管混桩柱2起传力作用，该人造管混结构端承桩基础中没有钢筋，与现有桩也是最大区别之一。

为检验本端承桩基础的性能，我们设置了与上述注压管体2-1同样高度、直径的管体，并在管壁均匀开设水泥砼挤压口，注压同样方量的水泥砼作对比例，比较其承载力性能，结果发现，对比例中摩擦桩的承载力仅为本发明实施例1中的管混结构端承桩基础承载力的27%。

实施例2

本实施例施工具有下端水泥砼端台1和上部带有多个水泥砼盘的管混桩柱2的人造多盘管混结构端承桩基础，以适应大型桥梁对桩基荷载的要求，包括以下步骤：

①根据施工项目所在桩位的土质类别（土的抗压弹性模量）及所需要桩的承载力并考虑施工，确定管混结构端承桩基础的高度、直径，包括水泥砼端台1的底面积、厚度、上部各水泥砼盘的高度、个数及厚度和管混桩柱2的高度、直径，进而计算出挤压成型水泥砼端台时需要水泥砼的方量、整个桩基础所需水泥砼的方量。

②根据步骤①中的数据按照设计制作注压管体2-1，封死注压管体2-1的底端头口，并在注压管体2-1的管壁各设计盘位高度和部段位置开设水泥砼挤压口2-1-1，在开设水泥砼挤压口2-1-1的部段套装弹性密封管2-1-2；

③在桩位预成孔，将注压管体2-1放入预成孔中；

④用细砂填实注压管体2-1与地基土3之间的缝隙；

⑤将注压管体2-1与水泥砼泵密闭连接，因为要施工多盘桩，故采用高压软管7深入至注压管体2-1内，并在高压软管7端头安装胀管器5，作业时从底向上依次成盘，成一个盘向上提一次高压软管7及胀管器5，至开孔段的上方。高压软管7及胀管器5配合方便，在移动过程密闭状态下依次成桩，在水泥砼泵输出口依次安装高压软管7和胀管器5，将胀管器5伸入注压管体2-1内并到达最下端的水泥砼挤压口2-1-1部段的上端，撑开胀管器5，开动水泥砼泵至达到设计方量停泵形成水泥砼端台1；收紧胀管器5，向上牵引至上一个水泥砼挤压口2-1-1部段的上端，撑开胀管器5，开动水泥砼泵至达到设计方量停泵形成水泥砼盘，依次向上重复上述操作至所开设水泥砼挤压口2-1-1的部段分别形成水泥砼盘。

本实施例所成型的多盘管混结构端承桩基础，其承载能力大大增强，且能大幅减少成桩量，减少材料用量，提高施工速度。通过设置对比实验比较后发现，对于地基土中的桩基础，达到同样承载力时，相比现有的摩擦桩及其它形式的桩基础，本发明大大减轻了桩基础的自重，节省材料四分之三以上，节省投资五分之四以上，大大节省了工时和成本。

当然，在施工过程中，弹性密封管的伸长率是有限的，在伸长到一定比例后会爆破，但在爆破时水泥砼流体最外边距注压管体2-1外壁的距离一般已经大于30—50cm，此时水泥砼流体本身就又形成了一个流体密封包，水泥砼泵不断的把水泥砼压送到已经形成的这个流体密封包中心，进一步推向地基土，越长越大，直至达到设计方量，一般水泥砼端台1或水泥砼盘直径可达6m，这一技术方案和原理，解决了向地基土中压注水泥砼流体时，水泥砼离析的难题。

综合上述，本发明提供的管混结构端承桩基础可人为的在地基土中，竖直向的任何位置形成一个异形水泥砼端台1（及水泥砼盘），并与注压管体2-1及注压管体2-1内的水泥砼成为一体，借助管壁的抗弯拉强度高和管混水泥砼刚性的抗压强度高，管的约束使混凝土强度大幅提高，结合了二者的优点，形成水泥砼端台1（及水泥砼盘）支撑承载、管混结构桩柱传力到地面且具有抗剪弯功能的结构，最终使得桩柱直径很细，承载能力大大增强，本发明大大减轻了桩基础的自重，节省材料四分之三以上，节省投资五分之四以上，更显著的，本发明解决了施工过程中的地质情况变化，如流砂层、砾石层等不可预见的情况以及施工断桩等带来施工难度大的技术问题，能确保一次性生产出高质量的桩基础，不断桩，成桩不下沉，成品率100%，稳定性100%。