专利名称：多隔室套管复合桩及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种散体材料桩及刚性桩同体组合的地基处理方法，特别涉及一种多隔室套管复合桩及其施工方法。
背景技术：
在本技术发明之前，各种路基等提坝工程中其软土地基处理措施主要有两大类， 一类为排水固结法，另一类为复合地基法。排水固结法常用的有真空预压法、堆载预压法和真空堆载联合预压法，常用的排水通道有塑料排水板、袋装砂井、碎石桩或砂砾桩等散体材料桩。造价方面一般是塑料排水板和小直径的袋装砂井最低，散体材料桩偏高。排水固结法的目的主要有两个一是使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建(构)筑物在运营后的使用期间产生尽可能小的沉降，即减小工后沉降，另外就是通过排水通道的存在加速地基软土的排水固结，使软土的强度快速增长，从而提高地基的承载力和稳定性，使得路基或提坝在加载期间不会由于地基土强度不足而出现失稳滑塌。其优点在于加固费用低廉，施工方法简单，因此在实际工程中优先选用，应用相当广泛。但其缺点在于工期长，需要充分的预压和排水固结时间， 特别是在深厚的软土地基工程中需要漫长的预压期，而且软土地基本身固有的次固结原因所引起的工后沉降问题一般很难采用这种排水预压方法来解决，因此即使在有充裕时间的情况下其加固效果一般也不如复合地基处理方法。另外，由于目前现有的设计理论无法准确预估实际工程所需要的预压期，理论计算与实际固结沉降情况差别或多或少存在，有时会差别很大，往往需要边施工边根据实际固结沉降情况调整预压期，即整个工程的工期无法事先准确估计，会对工程的工期产生不确定性的影响。复合地基方法是采用在软土地基中大量打设各种桩的方式来形成复合地基，以减小地基沉降。采用圆形单孔套管护壁的刚性桩复合地基目前在工程中已被采用，如单壁螺纹塑料套管混凝土桩，也有学者提出塑料蜂窝管护壁的异形灌注桩的理念，该类桩型目前存在的缺陷之一为采用大于桩体尺寸的扩大桩尖及沉管，若桩周土不能及时回挤，塑料套管打设过程中扩孔效应对桩侧摩阻力具有削弱效应，桩体承载力具有明显的时效性。复合地基方法特别是刚性桩复合地基的方法具有加固效果好，沉降收敛快，工期短，能有效控制工后沉降，处理深度深，质量易保证，加固效果好等优点，但是其缺点在于造价很高，要远远高于各种排水固结方法。同时对于桩端难于至于相对硬土层上的深厚软基或超软土，也存在预压期偏长或工后沉降过大的缺点。目前提坝荷载下的软基处理，一般采用单一的地基处理方法要么排水固结方法， 要么复合地基方法。充分发挥两类方法的特点，将排水固结法与复合地基法组合使用的方法，目前已经出现，如有排水板和粉喷桩结合(称为2D工法);使用透水混凝土管桩进行地基处理的方法、带帽PTC型有孔管桩复合地基方法、管桩与塑料排水板间隔打设形成复合地基的方法等。目前排水固结法与复合地基法组合使用的方法可总结为两类一是排水体与刚(柔)性桩交叉打设加固软基的方法，另一类是采用透水混凝土或在刚性桩体上开孔的方法。对第1类方法需要两种软基处理设备配合施工，排水体及刚柔性桩的施工质量存在相互干扰和影响，施工速度慢，工期较长。第2类方法透水混凝土存在孔隙堵塞问题且排水效果有限，有孔管桩预制较为困难，且为满足打设及运输的要求，桩体强度及配筋要求比普通预应力管桩高很多，导致处理费用较高。两类方法存在的共性问题是在预压期结束或运营期，排水体仍在发挥作用，排水体加速土体排水固结的效应，在该阶段对减少工后沉降变为了不利因素。综上所述，根据目前的实际情况和技术条件，亟需发明一种在工期、工程投资、工程质量之间能够合理平衡，充分发挥排水固结法与复合地基法的特点，将其组合使用，且又能在实施过程中根据工期或预压效果的实际需要对地基加固方法可以动态设计和动态施工的一种新型地基处理方式。
发明内容
本发明的目的在于组合排水固结法与复合地基法的特点，改进目前技术的不足及存在的缺陷，实现排水固结法与复合地基技术的有效结合，实现动态设计和动态施工。为了实现上述的目的，发明采用了以下技术方案
多隔室套管复合桩，包括多隔室套管，套管的底部连接预制桩尖，套管的部分隔室内灌入砂砾、建筑垃圾或碎石形成柔性桩体，部分隔室内灌入砂浆或细石混凝土形成刚性桩体， 柔性桩体与刚性桩体同体组合；
其中，柔性桩体内预埋竖向注浆管，外周均勻设置排水孔，竖向注浆管由桩体盖板内穿出，该桩体的顶部封闭；
刚性桩体的顶部插设桩顶钢筋，设置盖板配筋后，桩顶钢筋与盖板配筋连前接，浇注盖
板；
所述的多隔室套管径向贯通，，盖板顶部铺设加筋垫层，并安放水平注浆管，水平注浆管与柔性桩体内的竖向注浆管连接，且水平注浆管引至提坝坡脚处，水平注浆管在排水预压期间作为排水滤管使用。前述的多隔室套管复合桩，其特征在于，多隔室套管外侧包覆透水性土工织物；柔性桩体内预埋的竖向注浆管沿多隔室套管全桩长埋设或部分桩长埋设。前述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为单壁或双壁，材料为 PVC、PE 或者 HDPE。前述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为圆管，所述的刚性桩体与柔性桩体沿着圆周间隔布置，中部隔室设置成刚性桩体或柔性桩体。前述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为方管，刚性桩体布置在对角线上，四角布置柔性桩体；或者刚性桩体布置在内部，柔性桩体沿着外周布置；或者刚性桩体呈“十”字布置在中轴线上，四角布置柔性桩体。多隔室套管复合桩的施工方法， 其特征在于，包括以下的步骤
(1)根据设计桩长采用接头将多隔室套管连接，并与预制桩尖连接；
(2)根据预制桩尖尺寸，在套管周围外包土工织物袋；
(3)在吊绳的牵引下将多隔室套管自沉管底部放入沉管内，采用沉管桩机，静压辅助振动打入地基中；
(4)待一定区域多隔室套管集中打设完毕后，在部分隔室内安放竖向注浆管后，灌入砂砾、建筑垃圾或碎石，并采取固定措施使竖向注浆管位于隔室的中心位置，并将该隔室顶封闭，形成柔性桩体；
(5)根据盖板设计尺寸安放盖板模板或开挖土模；
(6)根据设计要求向多隔室套管的部分隔室内灌注细石混凝土或砂浆，灌至桩顶后，插设桩顶钢筋，形成刚性桩体；
(7)布设盖板配筋，浇注盖板；
(8)待桩体及盖板强度达标后，铺设加筋垫层，安放水平注浆管，水平注浆管与柔性桩体内的竖向注浆管连接，并将水平注浆管引至提坝坡脚处；
(9)进行提坝填筑及预压，在提坝填筑过程中竖向注浆管、水平注浆管作为排水滤管使用，可采用潜水泵或真空泵进行抽水；
(10)根据提坝沉降速率，在预压期结束后或运营期间，通过竖向注浆管、水平注浆管向柔性桩体内注入水泥浆液，柔性桩体内的散体材料浆固成为刚性桩体。前述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于多隔室套管外侧包覆透水性土工织物，步骤(10)注入的浆液扩散至外包土工织物袋内形成水泥土。前述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于所述的多隔室套管为单壁或双壁圆管或方管，材料为PVC、PE或者HDPE ；柔性桩体内预埋的注浆管沿套管全桩长埋设或部分桩长埋设。前述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为圆管，所述的刚性桩体与柔性桩体沿着圆周间隔布置，中部隔室设置成刚性桩体或柔性桩体；或者所述的多隔室套管为方管，刚性桩体布置在对角线上，四角布置柔性桩体；或者刚性桩体布置在内部， 柔性桩体沿着外周布置；或者刚性桩体呈“十”字布置在中轴线上，四角布置柔性桩体。前述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于在垫层中铺设不透气的封闭膜以与真空预压结合。
图1本发明多隔室套管复合桩的剖面示意图； 图2是方形多隔室套管的立体图3是方形多隔室套管的横截面图； 图4是圆形多隔室套管的立体图； 图5是圆形多隔室套管的横截面图； 图6本发明多隔室套管复合桩施工工艺示意图； 图7是垫层中水平注浆管布置示意图； 图8是多隔室套管复合桩提坝示意图。图中1-多隔室套管、2-竖向注浆管、3-柔性可排水桩体、4-刚性桩体、5-桩顶插筋、6- 土工织物袋、7-水泥土、8-盖板配筋、9-盖板、10-预制桩尖、11-多隔室套管孔壁开孔、12-套管接头、13-沉管、14-吊绳、15-水平注浆管、16-加筋垫层、17-提坝。具体实施实例图1多隔室套管复合桩的剖面示意图，参照图1所示，多隔室套管复合桩，包括径向贯通的多隔室套管1、套管的底部连接预制桩尖10。套管的部分隔室内灌入砂砾、建筑垃圾或碎石形成散体材料柔性可排水桩体3，柔性可排水桩体3内预埋竖向注浆管2，由桩体盖板内穿出，并将套管的顶部封闭，竖向注浆管2的管周开孔，且竖向注浆管2可全桩长埋设也可部分桩长埋设；部分隔室内灌入砂浆或细石混凝土形成刚性桩体4，刚性桩体4的顶部插设桩顶钢筋5，并设置了盖板9，盖板9设置盖板配筋8，柔性可排水桩体3与刚性桩体 4同体组合；多隔室套管复合桩的盖板顶部铺设加筋垫层16，安放水平注浆管15，水平注浆管15与柔性可排水桩体3的竖向注浆管2连接，且水平注浆管15引至提坝17坡脚处。
图2是方形多隔室套管的立体图，图3是方形多隔室套管的横截面图，图4是圆形多隔室套管的立体图，图5是圆形多隔室套管的横截面图。参照图2至图5所示，多隔室套管1可采用单壁或双壁圆管或方管，其材料可采用PVC、PE、HDPE。对于方形套管，刚性桩体可以呈“十”字布置在中轴线上，四角布置柔性桩体，或者可以将刚性桩体4布置在对角线上，四角布置柔性可排水桩体3 ；对于圆形套管，可以将刚性桩体4、柔性可排水桩体3间隔布置，中部设置成刚性桩体4或者柔性桩体，但附图中仅用于解释，并非限定，总体来说，尽量将柔性桩体布置在套管的外周。多隔室套管1的柔性可排水桩体3的外围均勻设置多个排水孔11，并在管外包覆透水性土工织物，形成的土工织物袋6尺寸略大于预制桩尖10的尺寸。 图6多隔室套管复合桩施工工艺示意图，参照图6所示，多隔室套管复合桩的施工方法，包括以下的步骤
(1)根据设计桩长，采用套管接头12将多隔室套管1连接，并与预制桩尖10连接，多隔室套管1采用9孔PVC方形栅格管，壁厚2. 5mm,内孔80 X 80mm,厚度为25cm ；预制桩尖10 采用直径33cm圆形钢筋混凝土预制桩尖，采用C30混凝土浇注而成；方形沉管采用外边长为30cm，由厚度为1. 2cm钢板焊接而成，方形沉管内净边长27. 6cm ；
(2)根据预制桩尖10尺寸，在多隔室套管1周围外包土工织物袋6，土工织物布袋6的直径为33cm ；
(3)在吊绳14的牵引下将多隔室套管1自沉管13底部放入沉管13内，采用普通沉管桩机，静压辅助振动打入地基中；打设至桩底设计标高后，拔出沉管13，多隔室套管1留在地基内；
(4)待一定区域多隔室套管1集中打设完毕后，在部分隔室内安放竖向注浆管2，然后灌入砂、建筑垃圾或碎石成柔性可排水桩体3，采取固定措施使竖向注浆管位于隔室的中心位置，竖向注浆管2超过盖板9顶标高5cm，并将该隔室顶部用PVC塑料盖封闭。竖向注浆管2是直径2cm的PVC管，管周均勻开孔，在PVC管的两端及中间位置，根据设计埋入深度均勻布置略小于所埋设孔的定位圈；
(5)根据盖板9设计尺寸安放盖板模板或开挖土模；
(6)根据设计要求向套管1部分隔室内灌注细石混凝土或砂浆形成刚性桩体4，灌至顶后，插设桩顶钢筋5;
(7)布设盖板配筋8，并与桩顶插筋5连接后，浇注盖板9；
(8)图7是垫层中水平注浆管布置示意图，参照图7所示，待桩体及盖板达到一定强度后，安放水平注浆管15，并与埋入多隔室套管内的竖向注浆管2连接，将水平注浆管15引至提坝17坡脚处；
(9)图8是多隔室套管复合桩提坝示意图，铺设加筋垫层16后，进行提坝17填筑及预压，在提坝17填筑过程中竖向注浆管2、水平注浆管15作为排水滤管使用，可采用潜水泵或真空泵进行抽水，若需与真空预压结合，在垫层中铺设不透气的封闭膜；
(10)根据提坝进入预压期后或运营后的总沉降量、沉降速率、预测工后沉降和地基土体的固结度，对隔室套管内散体材料桩体进行注浆设计，确定浆液指标和注浆桩数，通过竖向注浆管2和水平注浆管15向散体材料柔性可排水桩体内注入水泥浆，散体材料浆固成刚性桩体，同时浆液扩散至多隔室套管外包土工织物袋内形成水泥土 7。
权利要求
1.多隔室套管复合桩，包括多隔室套管、套管的底部连接预制桩尖，套管的部分隔室内灌入砂砾、建筑垃圾或碎石形成柔性桩体，部分隔室内灌入砂浆或细石混凝土形成刚性桩体，柔性桩体与刚性桩体同体组合；其中，柔性桩体内预埋竖向注浆管，外周均勻设置排水孔，竖向注浆管由桩体盖板内穿出，该桩体的顶部封闭；刚性桩体的顶部插设桩顶钢筋，设置盖板配筋后，桩顶钢筋与盖板配筋连接，浇注盖板；所述的多隔室套管径向贯通，盖板顶部铺设加筋垫层，并安放水平注浆管，水平注浆管与柔性桩体内的竖向注浆管连接，且水平注浆管引至提坝坡脚处，水平注浆管在排水预压期间作为排水滤管使用。
2.根据权利要求1所述的多隔室套管复合桩，其特征在于，多隔室套管外侧包覆透水性土工织物；柔性桩体内预埋的竖向注浆管沿多隔室套管全桩长埋设或部分桩长埋设。
3.根据权利要求1所述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为单壁或双壁，材料为PVC、PE或者HDPE。
4.根据权利要求1所述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为圆管， 所述的刚性桩体与柔性桩体沿着圆周间隔布置，中部隔室设置成刚性桩体或柔性桩体。
5.根据权利要求1所述的多隔室套管复合桩，其特征在于所述的多隔室套管为方管， 刚性桩体布置在对角线上，四角布置柔性桩体；或者刚性桩体布置在内部，柔性桩体沿着外周布置；或者刚性桩体呈“十”字布置在中轴线上，四角布置柔性桩体。
6.多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于，包括以下的步骤 根据设计桩长采用接头将多隔室套管连接，并与预制桩尖连接； 根据预制桩尖尺寸，在套管周围外包土工织物袋；在吊绳的牵引下将多隔室套管自沉管底部放入沉管内，采用沉管桩机，静压辅助振动打入地基中；待一定区域多隔室套管集中打设完毕后，在部分隔室内安放竖向注浆管后，灌入砂砾、 建筑垃圾或碎石，并采取固定措施使竖向注浆管位于隔室的中心位置，并将该隔室顶封闭， 形成柔性桩体；根据盖板设计尺寸安放盖板模板或开挖土模；根据设计要求向多隔室套管的部分隔室内灌注细石混凝土或砂浆，灌至桩顶后，插设桩顶钢筋，形成刚性桩体； 布设盖板配筋，浇注盖板；待桩体及盖板强度达标后，铺设加筋垫层，安放水平注浆管，水平注浆管与柔性桩体内的竖向注浆管连接，并将水平注浆管引至提坝坡脚处；进行提坝填筑及预压，在提坝填筑过程中竖向注浆管、水平注浆管作为排水滤管使用， 可采用潜水泵或真空泵进行抽水；(10)根据提坝沉降速率，在预压期结束后或运营期间，通过竖向注浆管、水平注浆管向柔性桩体内注入水泥浆液，柔性桩体内的散体材料浆固成为刚性桩体。
7.根据权利要求6所述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于多隔室套管外侧包覆透水性土工织物，步骤(10)注入的浆液扩散至外包土工织物袋内形成水泥土。
8.根据权利要求6所述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于所述的多隔室套管为单壁或双壁圆管或方管，材料为PVC、PE或者HDPE ；柔性桩体内预埋的注浆管沿套管全桩长埋设或部分桩长埋设。
9.根据权利要求6所述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于所述的多隔室套管为圆管，所述的刚性桩体与柔性桩体沿着圆周间隔布置，中部隔室设置成刚性桩体或柔性桩体；或者所述的多隔室套管为方管，刚性桩体布置在对角线上，四角布置柔性桩体；或者刚性桩体布置在内部，柔性桩体沿着外周布置；或者刚性桩体呈“十”字布置在中轴线上， 四角布置柔性桩体。
10.根据权利要求6所述的多隔室套管复合桩的施工方法，其特征在于在垫层中铺设不透气的封闭膜以与真空预压结合。
全文摘要
本发明涉及一种多隔室套管复合桩及其施工方法，复合桩包括多隔室套管，套管的底部连接预制桩尖，套管的部分隔室内灌入砂砾、建筑垃圾或碎石形成柔性桩体，柔性桩体外周均匀设置排水孔，内部预埋竖向注浆管，顶部封闭；部分隔室内灌入砂浆或细石混凝土形成刚性桩体，刚性桩体的顶部插设桩顶钢筋，并与盖板配筋连接后浇注盖板。多隔室套管径向贯通，盖板顶部铺设加筋垫层，并安放水平注浆管，水平注浆管与竖向注浆管连接后引至堤坝坡脚处，作为排水滤管使用。可根据总沉降量、沉降速率、预测工后沉降和地基土体的固结度，通过注浆管向柔性桩体内注入水泥浆液，散体材料浆固使柔性桩体成为刚性桩体，实现动态设计和动态施工。
文档编号E02D5/50GK102433876SQ20111025397
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者张俊, 王新泉, 陈庚, 陈永辉, 陈龙 申请人:浙江大学城市学院