一种废弃泥固化桩及其施工方法

本发明涉及土木工程领域，具体是涉及一种废弃泥固化桩及其施工方法。

背景技术：

1、为了探索交通基础设施建设中的废弃泥资源化利用途径，基于绿色交通与可持续发展理念，本项目提出一种筋箍预应力（geosynthetic-encasedprestessed，简称gep）废弃泥固化桩成桩技术。通过沉管振动成孔，预先在沉管内放入环状土工格栅套筒，将固化流态泥搅拌均匀后注入沉管内形成gep废弃泥固化桩，在固化桩顶部通过加压装置施加预应力形成养护压力，依据预应力的养护作用和土工格栅套筒的环箍作用，以提高桩体强度和刚度。

2、预应力无筋箍桩复合地基前期荷载的沉降略大于无预应力无筋箍桩复合地基，但后期能承受更大的荷载。预应力筋箍桩可以改善这一现象，减小荷载下的沉降量。筋箍桩相比无筋箍桩可以有效降低不同荷载下的复合地基的土体沉降量，并且肋条间距越小，筋箍桩复合地基的沉降量越小。与无预应力无筋箍桩工况相比，预应力无筋箍桩、筋箍桩、预应力筋箍桩工况的桩土应力比均有大幅提高，筋箍桩的桩土应力比在较小荷载时就达到最大桩土应力比，随后有稳定在一定幅值内的趋势，并且肋条间距越小，筋箍桩的最大桩土应力比值越大。

3、因此，我们有必要设计一种废弃泥固化桩及其施工方法，此类固化桩相比于传统固化桩，其硬度和载荷度会更好。该类固化桩在加工过程中会辅以同步搅拌和顶部间歇施压，能减少固化桩内部气泡的数量，增强固化桩的单位密度，进一步提高固化桩的强度和刚度。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种废弃泥固化桩及其施工方法。

2、为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种废弃泥固化桩，包括：

4、桩尖，外形呈锥形，能为固化桩的安装起定位作用；

5、格栅筋箍，同轴线设置在桩尖的上端，使得固化桩能够承受大轴向变形的轴向应力；

6、格栅套筒，同轴线套设在格栅筋箍的外部，能防止固化桩成型时废弃泥溢出；

7、沉管，同轴竖直滑动套设在格栅套筒的外部，起承托作用；

8、压盖，同轴线设置在格栅套筒的上端，能对未成型的固化桩施加预应力；

9、快拆机构，设置在沉管的外部；

10、变径搅拌机构，与格栅筋箍同轴线设置，能对格栅筋箍内的废弃泥进行搅拌；

11、预应力施加机构，固定设置在压盖的上方，能对成型中的固化桩施加作用力。

12、进一步的，快拆机构包括支撑底盘、支撑顶环、固定顶环和四个固定销轴，支撑底盘同轴线设置在桩尖的上端，四个固定销轴沿支撑底盘圆周方向均匀阵列，四个固定销轴的上端与支撑底盘固定连接，下端与桩尖过盈插接，支撑顶环同轴线固定设置在沉管的上部，固定顶环与支撑顶环的上端固定连接。

13、进一步的，变径搅拌机构包括螺纹导泥管、联动管、定位卡盘、定位支座和把手，螺纹导泥管与固定顶环同轴线设置，联动管同轴线螺纹连接在螺纹导泥管的外部，定位支座同轴线固定设置在压盖的上端，定位卡盘设置在定位支座的上端并与联动管卡接，把手与联动管的上端固定连接。

14、进一步的，定位卡盘包括两个相互铰接的旋转卡板，两个旋转卡板的中部与联动管相接触时卡接，联动管贯穿两个旋转卡板中部且能够进行相对滑动，两个旋转卡板限制联动管（13）左右窜动，变径搅拌机构还包括自由短套、两个固定短套、若干活动连杆、若干变径连杆和若干搅拌杆，两个固定短套分别固定套设在螺纹导泥管的下部，若干变径连杆分别沿两个固定短套的圆周方向均匀阵列，若干搅拌杆分别对应设置在若干变径连杆远离两个固定短套的一侧，若干变径连杆的一端与对应的固定短套铰接，另一端与对应的搅拌杆铰接，自由短套同轴线设置在位于上部的固定短套的上方，自由短套与联动管的下端转动连接，若干活动连杆沿自由短套的圆周方向均匀阵列，若干活动连杆的一端与自由短套相铰接，另一端与对应搅拌杆的上端相铰接。

15、进一步的，预应力施加机构包括联动齿盘、支撑平台、转接齿轮、驱动电机、驱动齿轮、驱动伞齿、动力伞齿和四个抬高支架，支撑平台同轴线设置在螺纹导泥管的上部，联动齿盘通过轴座与螺纹导泥管相连，四个抬高支架沿圆周方向均匀阵列，四个抬高支架的上端与支撑平台固定连接，下端与固定顶环固定连接，转接齿轮设置在联动齿盘的旁侧并与其相啮合，驱动电机与支撑平台固定连接，驱动电机的输出端与转接齿轮键连接，驱动齿轮设置在转接齿轮的旁侧并与其相啮合，驱动伞齿通过销轴同轴固连在驱动齿轮的上端，动力伞齿呈竖直状态设置并与驱动伞齿相啮合。

16、进一步的，预应力施加机构还包括四个动力长轴、八个承托轴架、八个动力衔接盘和若干联动曲轴，四个动力长轴沿联动齿盘圆周方向均匀阵列，八个承托轴架两两一组，四组承托轴架分别与四个动力长轴转动连接，八个动力衔接盘分别对应设置在四个动力长轴的两端，若干联动曲轴的两端分别与相邻的两个动力衔接盘滑动连接，动力伞齿与其中一个动力长轴固定套接。

17、进一步的，预应力施加机构还包括八个动力带轮、八个驱动带轮、八个动力皮带、四个驱动长轴和四个限位支架，四个限位支架沿固定顶环圆周方向均匀阵列，四个限位支架与固定顶环固定连接，四个驱动长轴固定插设在四个限位支架的上端，八个动力带轮分别对应设置在八个动力衔接盘和八个承托轴架之间，八个动力带轮分别与四个动力长轴固定套接，八个驱动带轮分别固定套设在四个驱动长轴的外部，八个动力皮带的一端分别与八个动力带轮传动连接，另一端分别与八个驱动带轮传动连接。

18、进一步的，每个限位支架内壁的两侧都成型有限位滑槽，预应力施加机构还包括四个联动齿轮、四个按压齿轮、四个联动销轴、八个衔接短套、四个按压支架和四个限位卡座，四个联动齿轮分别对应设置在四个限位支架的中部，四个驱动长轴分别与四个联动齿轮偏心键连接，四个按压齿轮分别对应设置在四个联动齿轮的下方，四个按压齿轮分别与四个联动齿轮相啮合，四个联动销轴分别与四个按压齿轮偏心键连接，四个联动销轴的两端分别与四个限位支架的限位滑槽滑动连接，八个衔接短套分别设置在联动齿轮和按压齿轮的两侧，四个按压支架的下端分别与四个限位支架的下端滑动连接，四个按压支架的上端分别与四个联动销轴转动连接，四个限位卡座分别与四个按压支架的下端固定连接，四个限位卡座还与压盖固定连接。

19、一种废弃泥固化桩及其施工工艺，还包括以下施工工艺：

20、s1：首先，操作人员应先将废弃泥混合均匀，随后利用桩机通过预制桩尖将沉管压入地基中，而后先采用吊机把土木格栅套筒掉起放置于沉管内部，再采用吊机将格栅筋箍掉起放置于格栅套筒内；

21、s2：然后操作人员将废弃泥注入格栅套筒内，随后再对废弃泥进行搅拌，使其凝固后所形成的桩体内部气泡更少，增强桩体的稳定性；

22、s3：随着废弃泥的堆积，废弃泥的上端抵达格栅套筒的上表面时，操作人员应操控加压装置对废弃泥进行预应力加载，依据预应力的养护作用和土工格栅套筒的环箍作用，以提高桩体强度和刚度；

23、s4：最后当废弃泥在格栅筋箍内凝固成型后，操作人员将沉管和格栅套筒依次抽离，此时成型的固化桩相比于传统固化桩，格栅筋箍和格栅套筒改变了无筋箍桩体的应力应变特性，由应变软化转为应变硬化，格栅肋条间距越小，应变硬化现象越明显。筋箍使桩体能够承受大轴向变形的轴向应力。

24、本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

25、其一：本装置集成度高，能将搅拌过程与预应力作用过程进行联动集成，简化装置结构，在此过程中，本装置中的变径搅拌机构和预应力施加机构能减少固化桩水泥的气泡数量，增强固化桩的单位密度，使得本装置能同步实现固化桩水泥的搅拌和施压；

26、其二：本装置采用格栅筋箍配合预应力同步作用，相比于无预应力无筋箍桩的工况，本工艺生产出的固化桩硬度更好，载荷度更高；

27、其三：本装置中所用的格栅筋箍有效地将桩顶荷载向下传递并且限制桩体的变形，减缓了桩身开裂现象，同时格栅套筒的约束弥补因预应力养护压力造成的桩体脆性增加，改善桩体的强度和延性。