一种用于地基基础加固的注浆螺旋钢桩的制作方法

1.本实用新型涉及一种地基基础加固的螺旋钢桩，尤其涉及一种注浆螺旋钢桩。


背景技术：

2.地基常常因为一些原因而面临以下几个方面的问题：1)承载力及稳定性问题；2)压缩及不均匀沉降问题；3)渗漏问题；4)液化问题；5)特殊土的特殊问题。当天然地基存在上述五类问题之一或其中几个时，需采用地基处理措施以保证上部结构的安全与正常使用。
3.目前，在我国地基处理加固领域，对于小型桩主要还是应用以水泥胶凝材料为主的混凝土类桩体。由于混凝土材料发挥强度较慢的原因，不能满足一些特殊的工程要求。所以一些预制桩因为避免现浇施工的问题而越来越被广泛应用。钢桩作为预制桩的一种，也在很多领域被用来地基加固。
4.螺旋钢桩在20世纪90年代初被引进我国，现在光伏电站领域应用比较多。它具有无需土方开挖，直接旋拧，对生态破坏最低，可直接承受荷载等诸多优点。通常螺旋钢桩上设置有多个叶片来达到使用时不产生弃土且旋入时更加省力的目的。但是，由于螺旋钢桩直接旋拧入土，对提供桩承载力的桩周土扰动较巨，被扰动的桩周土恢复需要较长时间且难以完全恢复到原来的结构状态，另外，在较硬土层中螺旋钢桩旋入困难。因此对于螺旋钢桩的推广使用，必须要解决旋入过程中对土的扰动及对于较硬土层的施工问题。
5.目前，在对既有建筑的加固逐年增多，例如，既有多层建筑外加电梯井道结构基础，老旧住宅小区的地基加固改造，桥梁及道路路堤和边坡的加固等许多施工场地需要进行地基和基础的加固，以提高地基的强度和稳定性，而对地基基础的加固往往需要进行打桩或植桩作业。螺旋钢桩作为地基基础加固的桩型之一，是由圆柱形钢管和垂直环绕在钢管(桩杆)之上的一个或多个间隔独立设置的螺旋叶片组成，植桩方式采用旋转桩体借助螺旋叶片旋压入土。在钢桩入土的过程中，由于螺旋叶片对周围土体的扰动，势必使得位于钢桩周围的土体的强度有所降低，在钢桩入土的过程中，一旦遇到密实砂层，则钢桩的入土更为困难。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术，本实用新型提供一种用于地基基础加固的注浆螺旋钢桩，从而解决了采用传统结构的螺旋钢桩植桩困难的问题。具有本实用新型结构的螺栓钢桩，在植桩过程中，一方面减小桩体旋压入土的阻力，另一方面对桩侧桩端土体进行水泥浆液的填充而提高土体强度，使螺旋钢桩的承载力大大提高。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种用于地基基础加固的注浆螺旋钢桩，其基本技术方案是，该注浆螺旋钢桩包括桩杆，所述桩杆为钢管，所述桩杆的顶部设有第一接口，所述第一接口通过连接结构与旋转驱动设备的动力输出端相连，所述桩杆的底部为桩尖，所述桩杆的外回转表面上设有螺旋叶片，所述桩尖处设有多个与所述桩杆贯通
的出浆孔；所述旋转驱动设备的动力输出端连接至注浆管。
8.进一步讲，上述的注浆螺旋钢桩还包括有n节钢桩加长段，每节钢桩加长段包括加长段桩杆和设置在所述桩杆的外回转表面上的螺旋叶片，每节钢桩加长段的两端与相连的钢桩加长段或螺旋钢桩之间均为螺纹连接。
9.本实用新型所述的注浆螺旋钢桩的另外一种技术方案是，在所述的桩杆内设有内置注浆管，所述桩杆的第一接口设有内螺纹，所述内置注浆管的上端设有外螺纹；所述旋转驱动设备的输出端与转换接头的上端固定，所述转换接头的下端同时与所述内置注浆管和所述桩杆的第一接口相连；所述内置注浆管的底部位于所述桩尖的上方，所述内置注浆管的底端外回转面与所述桩杆内回转面之间设有止浆塞，所有的出浆孔均位于所述止浆塞的下方；所述桩杆的上端与所述内置注浆管的上端之间设有支撑环，所述支撑环和所述止浆塞用于保持内置注浆管与桩杆同轴。
10.进一步讲，该方案的注浆螺旋钢桩中，所述内置注浆管上、在位于所述止浆塞的上方和下方各固定有一个环形片；所述环形片的外径小于所述桩杆的内径。
11.该方案的注浆螺旋钢桩还包括有n节钢桩加长段，每节钢桩加长段包括加长段桩杆和加长段内置注浆管，所述加长段桩杆和加长段内置注浆管之间设有上支撑环和下支撑环，所述上支撑环和下支撑环用于保持所述加长段桩杆和加长段内置注浆管同轴；每节加长段桩杆的上端为内螺纹，每节加长段桩杆的下端为外螺纹，每节加长段内置注浆管的上端为外螺纹，每节加长段内置注浆管的下端为内螺纹；多段轴向相连的钢桩加长段中，加长段桩杆与加长段内置注浆管在轴向上相互独立连接。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.具有本实用新型结构的螺栓钢桩，在植桩过程中，利用钢管(桩杆)中心通道或单独设置注浆管道(即内置注浆管)，桩尖设置注浆孔，在桩体旋压入土过程中连续注入一定水灰比的水泥浆液，水泥浆液注入流量与桩土旋进速度相匹配，注入的水泥浆液可以软化桩尖可能遇到的硬土层，使桩体得以顺利植入；水泥浆液渗入因螺旋叶片旋入而破坏扰动的桩周土层，对土层进行固化加固，提高桩的承载力；因为植桩过程注入水泥浆液，桩周土在植桩时进行了软化，桩体植入挤土效应进一步减小，对周围临近建构筑物地基基础影响进一步降低；桩承载力充分利用螺旋叶片和其间水泥加固土形成的柱体对外侧地基土的剪切摩阻作用，因此使用较少的钢材获得较高的承载力，节能效果显著；植桩过程无排土排浆等污染，绿色环保。
附图说明
14.图1是本实用新型一种注浆螺旋钢桩实施例一的结构示意图；
15.图2是本实用新型一种注浆螺旋钢桩实施例二的结构示意图；
16.图3是螺旋钢桩的一种螺旋叶片的结构示意图；
17.图4是螺旋钢桩的另一种螺旋叶片的结构示意图；
18.图5是本实用新型中钢桩加长段的结构示意图。
19.图中：
20.1-注浆管
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2-旋转驱动设备
21.3-第一接口
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4-螺旋叶片
22.5-桩杆
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6-出浆孔
23.7-桩尖
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8-地面
24.9-止浆塞
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10-内置注浆管
25.11-支撑环
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12-转换接头
26.13-环形片
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51-加长段桩杆
27.52-加长段内置注浆管
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53-上支撑环
28.54-下支撑环
具体实施方式
29.本实用新型所述的注浆螺旋钢桩的设计思路是，在满足刚度和强度要求的前提下，在螺旋钢桩的桩杆底部的桩尖处设有一个或多个出浆孔，植桩时，旋转桩杆并沿桩杆施加压力，同时配合注浆管在钢桩植入过程中由桩顶向桩杆内进行注入水泥浆液，即桩体旋压入土的同时进行桩底注入水泥浆液，水泥浆液自桩尖出浆孔喷出，一方面减小桩体旋压入土的阻力，另一方面，水泥浆液填充了由于螺旋叶片旋入破坏桩侧土体而形成的空隙，并且对桩侧土体进行了加固，提高土体强度，进而使螺旋钢桩的承载力大大提高。
30.下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
31.实施例一
32.如图1所示，本实用新型提出的一种用于地基基础加固的注浆螺旋钢桩，包括桩杆5，所述桩杆5为钢管，所述桩杆5的顶部设有第一接口3，所述第一接口3通过连接结构与旋转驱动设备2的动力输出端相连，所述桩杆5的底部为桩尖7，所述桩杆5的外回转表面上设有螺旋叶片4，所述桩尖7处设有多个与所述桩杆5贯通的出浆孔6；所述旋转驱动设备 2的动力输出端连接至注浆管1。
33.还包括有n节钢桩加长段，每节钢桩加长段包括加长段桩杆51和设置在桩杆51的外回转表面上的螺旋叶片4，每节钢桩加长段的两端与相连的钢桩加长段或螺旋钢桩之间均为螺纹连接。
34.植桩设备包括旋转驱动设备2和注浆泵，所述的旋转驱动设备2为钻机的旋转动力装置，实施例一注浆螺旋钢桩的植桩方法的步骤如下：
35.步骤一、所述带有旋转驱动设备2的钻机就位后调整钻进角度；将螺旋钢桩的桩尖7 对准设计位置，螺旋钢桩的桩杆5顶部与旋转驱动设备2的动力输出端连接，按设计要求的水泥掺入量和水灰比拌制水泥浆液，其中，水泥掺入量为加固土天然重量的百分比，可在12％～40％范围内选择，被加固土是指直径为桩杆外侧螺旋叶片直径范围，长度同桩长的土柱。水灰比是水和水泥的重量比，可在0.4～2.0范围内选择，水泥浆液用量要包括充满桩杆5内腔的用量，测定单桩水泥浆液体积。确定所述螺旋钢桩的钻进速度可在0.2～1.0m/min 之间选择，并设定注浆泵单位时间流量。
36.步骤二、启动注浆泵使水泥浆液依次沿与注浆泵相连的注浆管1和桩杆5内腔送至桩杆5底部的桩尖7处，水泥浆液从出浆孔6喷出；此时，启动所述旋转驱动设备2使螺旋钢桩旋转并按设定的钻进速度钻进，螺旋叶片4旋入土中，边旋入边按设定的注浆流速连续注入水泥浆液，注浆压力逐步平稳增长，随着钻进，待螺旋钢桩顶部钻至接近地面时，停止注浆
泵注浆；控制所述旋转驱动设备2反向旋转，松脱旋转驱动设备2与螺旋钢桩顶部的连接，并将旋转驱动设备2及输出端向上提升一定高度；
37.步骤三、取一节钢桩加长段，将该节钢桩加长段的桩杆51的底端与首节螺旋钢桩的桩杆5的顶端连接牢固，向上或向下移动旋转驱动设备2并将其动力输出端与第二节螺旋钢桩(钢桩加长段)的桩杆51顶端妥善连接，再次开启注浆泵，观察注浆压力及流量，注浆压力无急剧增高，流量平稳，确认底部出浆孔6出浆顺利，继续旋转并推进螺旋钢桩按设定的钻进速度旋进，如此还可续接第三节、第四节、
……
第n节螺旋钢桩，全部螺旋钢桩连接、旋入和注浆完成。
38.步骤四、继续保持注浆，至水泥浆液从桩孔(即桩杆外侧螺旋叶片4直径范围)壁返出地面停止注浆，控制所述旋转驱动设备2反向旋转，松脱并拆解旋转驱动设备2与螺旋钢桩顶部的连接；
39.步骤五、向桩杆内投入级配砂石与桩杆内腔的水泥浆液捣实形成混凝土以提高桩杆竖向抗压性能，至此，完成一根螺旋钢桩的施工，移开设备，进行下一根螺旋钢桩的植桩施工。
40.实施例二
41.如图2所示，该实施例二的螺旋钢桩的结构形式，是在实施例一的基础上，在所述的桩杆5内设有内置注浆管10，所述桩杆5的第一接口3设有内螺纹，所述内置注浆管10的上端设有外螺纹；所述旋转驱动设备2的输出端与转换接头12的上端固定，所述转换接头 12的下端同时与所述内置注浆管10和所述桩杆5的第一接口3相连；所述内置注浆管10 的底部位于所述桩尖7的上方，所述内置注浆管10的底端外回转面与所述桩杆5内回转面之间设有止浆塞9，所有的出浆孔6均位于所述止浆塞9的下方；所述桩杆5的上端与所述内置注浆管10的上端之间设有支撑环11，所述支撑环11和所述止浆塞9用于保持内置注浆管10与桩杆5同轴。
42.实施例二由于在桩杆5内设置有内置注浆管10，且在内置注浆管10与桩杆5之间设置止浆塞9，实施注浆可以节省水泥浆液的用量，保持桩杆5内不被水泥浆液充填，在螺旋钢桩重复使用的情况下，使用内置注浆管10注浆，确保了桩杆5内无水泥浆液，可以顺利的拔出内置注浆管10和桩杆5，实现螺旋钢桩的重复使用。另外，如果根据设计要求的需要，在拔出内置注浆管10后，有利于向桩杆5内浇筑混凝土形成钢管混凝土结构。
43.该实施例二中也可包括有n节钢桩加长段，每节钢桩加长段包括加长段桩杆51和加长段内置注浆管52，所述加长段桩杆51和加长段内置注浆管52之间设有上支撑环53和下支撑环54，所述上支撑环53和下支撑环54用于保持所述加长段桩杆51和加长段内置注浆管 52同轴；每节加长段桩杆51的上端为内螺纹，每节加长段桩杆51的下端为外螺纹，每节加长段内置注浆管52的上端为外螺纹，每节加长段内置注浆管52的下端为内螺纹；多段轴向相连的钢桩加长段中，加长段桩杆51与加长段内置注浆管52在轴向上相互独立连接。
44.为了在完成植桩后，将内置注浆管拔出的同时，将所有的支撑环(包括支撑环11、上支撑环53、下支撑环54和止浆塞9，如图2和图5所示)一同带出，在所述内置注浆管10 上、在位于所述止浆塞9的上方和下方各固定有一个环形片13；所述环形片13的外径小于所述桩杆5的内径。
45.实施例二的植桩方法中的植桩设备与实施例一相同，包括旋转驱动设备2和注浆
泵，所述的旋转驱动设备2为钻机的旋转动力装置，实施例二中的转换接头12是用来实现旋转驱动设备2与螺旋钢桩(如图2所示的首节螺旋钢桩或是如图5所示的后续连接的多节钢桩加长段)的连接，该转换接头12的上端与旋转驱动设备2连接，转换接头12的下端设有外螺纹和内螺纹，转换接头12的下端的外螺纹是与首节螺旋钢桩的桩杆5或是钢桩加长段的加长段桩杆51的内螺纹相连，转换接头12的下端的内螺纹与内置注浆管10或是加长段内置注浆管52的外螺纹连接。本实施例二中的支撑环11和止浆塞9、上支撑环53和下支撑环54均是采用橡胶圈套在内置注浆管上相应的位置处，所述止浆塞9的内外径与内置注浆管10的外回转表面和桩杆5的内回转表面紧密配合。
46.本实施例二的注浆螺旋钢桩的植桩方法的步骤如下：
47.步骤一、在首节螺旋钢桩的内置注浆管10上套上止浆塞9和支撑环11，将内置注浆管 10放入桩杆5内，通过支撑环11和止浆塞9可以使得内置注浆管10与桩杆5同轴，所述带有旋转驱动设备2的钻机就位后调整钻进角度；将首节螺旋钢桩的桩尖7对准设计位置，通过转换接头12将旋转驱动设备2的动力输出端与螺旋钢桩的桩杆5和内置注浆管10连接，所述转换接头12与旋转驱动设备2固定，所述转换接头12与螺旋钢桩的桩杆5和内置注浆管10之间均为螺纹连接；按设计要求的水泥掺入量和水灰比(与实施例一相同)拌制水泥浆液；确定所述螺旋钢桩的钻进速度和所述注浆泵的注浆流速(与实施例一相同)。
48.步骤二、启动注浆泵使水泥浆液依次沿与注浆泵相连的注浆管1和桩杆5内的内置注浆管10送至桩杆5内腔止浆塞9的下部，水泥浆液从桩杆5底部及桩尖7处的多个出浆孔 6喷出；此时，启动所述旋转驱动设备2使螺旋钢桩旋转并按设定的钻进速度钻进，进而把螺旋叶片4旋入土中，边旋入边按设定的注浆流速和流量连续注入水泥浆液，注浆压力逐步平稳增长，随着钻进，待螺旋钢桩顶部钻至接近地面时，停止注浆；控制所述旋转驱动设备2反向旋转，松脱转换接头与螺旋钢桩顶部和内置注浆管之间的连接；并将旋转驱动设备2及输出端向上提升一定高度；
49.步骤三、吊装一节钢桩加长段(即第二节螺旋钢桩)，将该节钢桩加长段的桩杆51和内置注浆管的底端与前一节钢桩的桩杆和内置注浆管的顶端分别相互独立的连接，将该节钢桩加长段的桩杆51和内置注浆管的顶端均与所述转换接头的下端相连；再次开启注浆泵，观察注浆压力及流量，注浆压力无急剧增高，流量平稳，确认底部出浆孔6出浆顺利，继续旋转并推进螺旋钢桩按设定的钻进速度旋进，如此还可续接第三节、第四节、
……
、第n 节螺旋钢桩，完成全部螺旋钢桩的连接、旋入和注浆。
50.步骤四、继续保持注浆，当水泥浆液从桩孔壁返至地面时，停止注浆泵注浆，控制所述旋转驱动设备2反向旋转，松脱转换接头与最上一节钢桩加长段的连接；使用锁具锁住最上一节钢桩加长段中的加长段内置注浆管52，并将锁具与所述旋转驱动设备2相连，提升旋转驱动设备2拔出所有的内置注浆管10，在首节螺旋钢桩内置注浆管上的环形片13的作用下，在拔出所有的内置注浆管的同时将所有的支撑环11、上支撑环53、下支撑环54 和止浆塞9一同拔出；拆解内置注浆管10，用清水冲洗干净，以备重复使用；至此，完成一根螺旋钢桩的施工，移开设备，进行下一根螺旋钢桩的植桩施工。
51.本身实施例二中，在拔出内置注浆管10后，可根据要求向桩杆内浇筑混凝土形成钢管混凝土结构，以提高桩杆竖向抗压性能，
52.本实用新型所述的螺旋钢桩可以用于边坡、基坑的临时斜支撑。尤其是实施例二
所述的螺旋钢桩，在螺旋钢桩进入边坡、基坑的开挖深度范围内，可向桩杆内置注浆管中注入清水，减小桩体与周围土体的联结，在边坡、基坑底部以下的嵌固深度范围改注水泥浆液，在螺旋钢桩完成边坡、基坑临时支撑后，对裸露在边坡、基坑底部以上的桩体进行拆除，以重复使用。
53.本实用新型中，桩体全部入土后，停止注浆并停顿一定时间后，还可以进行二次注浆，使桩底和桩侧土体强度进一步增强。
54.本实用新型中螺旋叶片的结构形式不受限制，可以是图3或图4所示结构形式，也可以是其他的结构形式。
55.尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。