一种布袋扩挤混凝土支盘桩及施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种布袋扩挤混凝土支盘桩，支盘桩桩体底部连接预制桩尖，桩身从内向外由混凝土劲芯、加筋体、土工布袋压浆体、土工布袋、支盘扩挤布袋压浆体、支盘扩挤布袋和水泥土桩组成；土工布袋袋身等间距设置支盘扩挤布袋；土工布袋压浆体通过向土工布袋高压注浆形成，支盘扩挤布袋压浆体通过向支盘扩挤布高压注浆形成；加筋体由竖向主筋和环形箍筋组成；预制桩尖顶面由外向内依次设有土工布袋连接体、加筋体竖向主筋连接体，以及沉管的限位凹槽。本发明发挥了刚柔组合桩效果并且减少了挤土效应对尚未初凝混凝土及砂浆的破坏，保障了成桩质量；同时支盘桩的设置提高了柔性桩与刚性桩的共同承载性能。
【专利说明】一种布袋扩挤混凝土支盘粧及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种支盘桩，特别涉及一种通过土工布袋高压注浆形成扩挤支盘并具有柔性桩周的布袋扩挤混凝土支盘桩。属于地基处理领域，适用于建筑物地基承载力要求较高的地基处理工程。
【背景技术】
[0002]我国地域广阔，地质条件复杂，软弱地基分布广泛且类别复杂，特别是在沿海沿江地区，并且这些地区多属我国经济发达、交通网密集区。软弱地基一般含水率较高、压缩性大、强度低、固结系数小且土层层状分布复杂，在此类地基上建设密集的铁路、公路、市政及水利等工程时必须进行必要的加固处理，增加地基的稳定性及减小工后沉降。目前，处理软弱地基通常采用浅层换填、固化，深层桩基加固的方式，使原有的软弱地基成为桩体复合地基，从而达到地基承载力大幅提升的工程效果。
[0003]我国应用的桩体复合地基中，桩体类型通常有水泥搅拌桩、沉管灌注桩，混凝土预制桩等等，以及从这些基础桩型发展而来的新型桩，例如TC桩、扩挤支盘桩等。在这些常用桩基中，采用混凝土预制桩存在场地噪音污染大、挤土效应较为明显等缺点；采用水泥搅拌桩存在单桩承载力低、施工质量难以控制等缺点；采用扩挤支盘桩存在造价高、施工技术大等缺点；采用沉管灌注桩易产生桩身缩颈等工程缺陷；此外，工程中还采用刚柔复合桩。
[0004]目前，刚柔复合桩的常规施工方法是在水泥土桩成桩之后、初凝之前，用压桩设备将劲芯桩(预制混凝土桩、型钢等)压入水泥土桩内，待水泥土凝固后，达到芯桩与水泥土桩共同承受上部荷载的目的。除此之外，还可采用沉管灌注桩打设劲芯桩。但都会存在不同程度的挤土效应，成桩质量不理想；沉管的扩挤还会导致侧摩阻力的损伤，出现承载力不足。
[0005]综上所述，已有的桩型及桩体施工方式在合适的工程环境条件下虽能取得较为理想的地基处理效果，但尚存可改善之处。鉴于此，目前亟需发明一种施工成桩质量可靠、承载能力高、经济效益优良的桩体复合地基。采用布袋扩挤混凝土支盘桩能大幅提升复合桩的共同承载性能以及内部刚性桩的成桩质量，更好的发挥刚柔组合桩的效果，并具有一定的经济技术效益。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种布袋扩挤混凝土支盘桩，其是在灌注桩的施工技术基础上，结合了扩挤支盘桩及布袋桩的特性发展而来的新型桩型。通过沉管外套支盘型布袋，利用高压注浆扩挤成支盘，并与水泥土桩相结合，发挥理想的承载性能。
[0007]为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案:
[0008]一种布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于，支盘桩桩体底部连接预制桩尖，桩身从内向外由混凝土劲芯、加筋体、土工布袋压衆体、土工布袋、支盘扩挤布袋压衆体、支盘扩挤布袋和水泥土桩组成；土工布袋袋身等间距设置支盘扩挤布袋；土工布袋压浆体通过向土工布袋高压注浆形成，支盘扩挤布袋压浆体通过向支盘扩挤布高压注浆形成；加筋体由竖向主筋和环形箍筋组成；预制桩尖顶面由外向内依次设有土工布袋连接体、加筋体竖向主筋连接体，以及沉管的限位凹槽。
[0009]所述预制桩尖为圆台型钢筋混凝土桩尖，沉管限位凹槽的直径与沉管直径相等；加筋体竖向主筋连接体采用预埋钢环或钢筋。
[0010]所述的土工布袋是采用聚酯长纤维复合材料、聚丙烯、丙纶或涤纶或其他合成纤维长丝制成的圆形袋状体。
[0011]所述支盘扩挤布袋材料与土工布袋相同，在其与土工布袋连接处均设置限位支盘，所述限位支盘采用薄钢板预制而成，其横断面呈“「”形，直径与土工布袋相同，与土工布袋绑扎连接。
[0012]所述加筋体在支盘扩挤布袋对应处设置有外凸加筋增强体，加筋增强体呈“〕”形，其围合空间的径向宽度小于预制桩尖直径，加筋增强体与加筋体竖向主筋之间采用焊接连接或绑扎连接。
[0013]所述水泥土桩采用水泥搅拌桩、高压旋喷桩或水泥搅拌桩与高压旋喷桩的组合桩。
[0014]本发明还提供了上述布袋扩挤混凝土支盘桩的施工方法，其主要施工步骤如下:
[0015]I)施工前准备:根据设计图纸，处理施工现场，绘制施工轮廓线，测定桩体位置，组织施工材料、机械、人员就位；
[0016]2)打设水泥土桩:在设计桩位，根据规范要求进行水泥土桩施工，水泥土桩施工深度较布袋扩挤混凝土桩长1000_?1500_ ;水泥土桩施工完成将桩机移至下一桩位施工；
[0017]3)布袋扩挤混凝土桩体构件连接:先将沉管插入预制桩尖的沉管限位凹槽，再将加筋体竖向主筋及土工布袋分别与预制桩尖的加筋体竖向主筋连接体、土工布袋连接体连接牢固，最后将高压注浆管沿环向均匀设置于沉管外侧壁上；
[0018]4)下压沉管:采用振动设备或静压设备或夯沉设备将与预制桩尖连接好的沉管沉至水泥土桩内的设计深度，沉入过程中应保持沉管与桩尖连接紧密且垂直无偏心；
[0019]5)浇筑劲芯桩:沉管下沉至设计标高后，根据施工设计要求，向内沉管内浇筑高强混凝土或高强砂浆，形成混凝土劲芯；
[0020]6)上拔沉管并高压注浆:沉管内混凝土、灌注充实后，开始向注浆管内注浆并上拔沉管，通过注浆浆液及混凝土、共同挤压桩侧水泥土，形成土工布袋压浆体，并适时向沉管内进行空中补料；
[0021]7)支盘扩挤布袋压浆:注浆管出浆口上拔至支盘扩挤布袋处时，停止上拔，并不断旋转沉管，同时向支盘扩挤布袋高压注衆，扩挤出横向支盘，形成支盘扩挤布袋压衆体；
[0022]8)下一桩体施工:待沉管完全拔出后，移动施工机械至下一桩位，进行下一根桩的施工。
[0023]本发明具有以下的特点和有益效果:
[0024](I)预先打设水泥土桩，可降低挤土效应对尚未初凝的混凝土及砂浆的破坏，同时为支盘桩提供柔性桩周，减小支盘扩挤布袋的扩挤土压力。
[0025](2) 土工布袋内设置加筋体竖向主筋，可以增强布袋扩挤支盘桩的抗剪能力，同时方便布袋自沉管底部套入沉管。[0026](3)沉管内置的方式避免了传统外套沉管的塑料套管混凝土桩、支盘桩等由于沉管扩挤导致桩周侧摩阻力的损伤。
[0027](4)长于布袋扩挤混凝土支盘桩的水泥土部分，在沉管下沉挤压下加强了布袋扩挤混凝土支盘桩的持力层，在软土地区可更好的发挥其承载性能，减少桩沉降。
[0028](5)在超软土环境下，布袋扩挤混凝土支盘桩可以不预先打设水泥土桩而单独使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明布袋扩挤混凝土支盘桩的施工结构示意图。
[0030]图2是布袋扩挤混凝土支盘桩剖面图；
[0031]图3是土工布袋及加筋体竖向主筋与预制桩尖连接示意图；
[0032]图4是本发明布袋扩挤混凝土支盘桩单独灌注的施工流程图；
[0033]图中:1_预制桩尖，2-土工布袋连接体，3-加筋体竖向主筋连接体，4-沉管限位凹槽，5- 土工布袋，6-支盘扩挤布袋，7-限位支盘，8-辅助吊绳，9-加筋体竖向主筋，10-加筋增强体，11-沉管，12-注浆管，13-出浆孔，14-固定钢环，15-水泥土桩，16-支盘扩挤布袋压浆体，17- 土工布袋压浆体，18-混凝土劲芯。
【具体实施方式】
[0034]本实施方式中水泥搅拌桩的成桩技术要求，焊接施工技术要求，高压注浆配比，沉管技术要求等不再赘述，重点阐述本发明涉及的布袋扩挤混凝土支盘桩施工的实施方式。
[0035]图1本发明布袋扩挤混凝土支盘桩的施工结构示意图，图2布袋扩挤混凝土支盘桩剖面图，图3是土工布袋及加筋体竖向主筋与预制桩尖连接示意图。
[0036]参照图2所述的布袋扩挤混凝土支盘桩，支盘桩桩体底部连接预制桩尖，桩身从内向外由混凝土劲芯、加筋体、土工布袋压衆体、土工布袋、支盘扩挤布袋压衆体、支盘扩挤布袋和水泥土桩组成。
[0037]参照图1所示的布袋扩挤混凝土支盘桩施工结构，主要由预制桩尖1、土工布袋5、支盘扩挤布袋6、加筋体竖向主筋9、沉管11组成。
[0038]沉管11采用无缝钢管,钢材强度等级为Q345,厚度为20mm,钢管尺寸规格应满足规范现行之要求，其中:沉管11外径为440mm。
[0039]在沉管11外侧壁环向均匀设置3根注浆管12，注浆管12采用无缝钢管，直径为75mm,壁厚8mm，其尺寸规格应满足现行规范之要求，注浆管12底部均匀布设4个出浆孔13,孔径为20mm。注衆管12采用固定环14与沉管11外侧壁连接固定；固定环14为不封闭钢圈与侧翼钢板组合结构，采用强度等级为Q235的钢板制作而成，钢圈内径较注浆管12外径大4mm，从注浆管12 —端套入后，将钢圈内壁与注浆管12外壁焊接连接，再通过侧翼钢板与沉管11外壁焊接固定，固定时，注浆管12底端与沉管11底端相距100mm。
[0040]预制桩尖I为圆台形钢筋混凝土桩尖,预制桩尖高600mm,夕卜形由高100mm,直径500mm及高150mm,直径750mm的两个圆柱和高350mm,上底直径750mm、下底直径150mm的圆台组成；预制桩尖I顶面设有沉管限位凹槽4，其中，沉管限位凹槽4的中心直径与沉管11相同，限位凹槽4的宽度较沉管管壁厚度大10mm，槽深100mm，槽内涂抹润滑剂；土工布袋连接体2设于预制桩尖I侧缘，槽深为30mm，槽宽为20mm ;加筋体竖向主筋连接体3采用等级强度为Q345的钢材制成，直径为600mm，宽10mm，嵌于预制桩尖I上表面，嵌入深度30mm,总高度 80mm。
[0041]加筋体为环形钢筋笼，竖向主筋9采用强度等级为HRB335的螺纹钢，直径与加筋体竖向主筋连接体3相同，箍筋每隔2m设置一道，采用强度等级为HPB235的光面钢筋；夕卜凸加筋增强体10的材料竖向主筋9相同，外凸加筋增强体10与加筋体竖向主筋9之间采用焊接连接；加筋体竖向主筋9与加筋体竖向主筋连接体3通过钢丝绑扎并焊接。
[0042]土工布袋5采用采用聚酯长纤维复合材料制作，袋身等间距设置环形支盘扩挤布袋6，扩挤布袋6与土工布袋5内部空间相通，限位支盘7采用等级强度为Q345薄钢板预制而成，直径与土工布袋5相同，并与土工布袋5绑扎连接；土工布袋5采用内翻的方式与布袋限位槽2通过钢套箍连接，钢套箍套设在限位槽2内；土工布袋5袋口设置吊绳8，吊绳8辅助土工布袋5套设于加筋体外侧。
[0043]土工布袋5及加筋体竖向主筋9与预制桩尖I焊接绑扎后，将已安装注浆管12的沉管11打设入桩尖上表面限位槽4中，布袋扩挤混凝土支盘桩的施工组装基本完成。
[0044]将高压旋喷施工装置放抵设计桩位，打设高压旋喷桩至持力层，高压旋喷桩桩径为1500mm，进入持力层深度比支盘桩设计深度长2000mm，形成水泥土柔性桩周15，打设完成后，移走高压旋喷桩施工装置。
[0045]将预制桩尖I对准水泥土桩的中心，垂直打设至设计标高，沉桩过程中，通过吊绳8辅助逐渐将土工布袋5完全套设在沉管11外壁，并采用静压辅助震动将土工布袋5压入水泥土桩15内。
[0046]沉桩完成后，向沉管11内浇筑混凝土，混凝土灌注充实后向注浆管12内注浆并回拔沉管11，沉管11上拔至扩挤布袋6时，停止上拔，并不断旋转沉管11，同时向支盘扩挤布袋6高压注浆，扩挤出支盘；回拔沉管11时，适时向沉管11内进行空中补料，确保沉管11内混凝土标高高于扩挤位置1000_ ;扩挤布袋6高压注浆完成后，继续回拔沉管，直至完全拔出，并将沉管及注浆管回收，继续下一根桩的施工。
[0047]布袋扩挤支盘桩除上述的单独灌注施工外，还可采用集中灌注施工。集中灌注时，沉桩完成后，向沉管11内高压注水，沉管11上拔至扩挤布袋6时，通过注浆管高压注水扩挤出支盘，并确保沉管11内水位标高高于扩挤位置1000_;沉管11完全拔出后，持续注水直至布袋容量的最大值；注水完成后对土工布袋5进行绑扎，继续下一根桩的施工；所有桩打设、注水施工完成后,按沉桩顺序依次抽水,所有桩的注水抽干后统一灌注混凝土。
[0048]图3是本发明布袋扩挤混凝土支盘桩采用单独灌注的施工流程示意图，参照图3所示，主要施工步骤如下:
[0049]I)施工前准备:根据设计图纸，处理施工现场，绘制施工轮廓线，测定桩体位置，组织施工材料、机械、人员就位；
[0050]2)打设水泥土桩:在设计桩位，根据规范要求进行水泥土桩15施工，水泥土桩15施工深度较布袋扩挤混凝土桩长IOOOmm ;水泥土桩15施工完成将桩机移至下一桩位施工；
[0051]3)布袋扩挤混凝土桩体构件连接:先将沉管11插入预制桩尖I的沉管限位凹槽4，再将加筋体竖向主筋9及土工布袋5分别与预制桩尖I的土工布袋连接体2和加筋体竖向主筋连接体3连接牢固，最后将高压注浆管12安装在设定位置；
[0052]4)下压沉管:采用振动设备或静压设备或夯沉设备将与预制桩尖I连接好的沉管11沉至水泥土桩15内的设计深度，沉入过程中应保持沉管11与桩尖I连接紧密且垂直无偏心；
[0053]5)浇筑劲芯桩:沉管11下沉至设计标高后，根据施工设计要求，向内沉管11内浇筑高强混凝土或高强砂浆，形成混凝土劲芯；
[0054]6)上拔沉管并高压注浆:沉管11内混凝土灌注充实后，开始向注浆管12内注浆并上拔沉管11，通过注浆浆液及混凝土共同挤压桩侧水泥土，形成土工布袋压浆体，并适时向沉管11内进行空中补料；
[0055]7)支盘扩挤布袋压浆:注浆管出浆口 13上拔至支盘扩挤布袋6处时，停止上拔，并不断旋转沉管11，同时向支盘扩挤布袋6高压注衆,扩挤出横向支盘,形成支盘扩挤布袋压浆体16 ；
[0056]8)下一桩体施工:待沉管完全拔出后，移动施工机械至下一桩位，进行下一根桩的施工。
【权利要求】
1.一种布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于，支盘桩桩体底部连接预制桩尖，桩身从内向外由混凝土劲芯、加筋体、土工布袋压衆体、土工布袋、支盘扩挤布袋压衆体、支盘扩挤布袋和水泥土桩组成；土工布袋袋身等间距设置支盘扩挤布袋；土工布袋压浆体通过向土工布袋高压注浆形成，支盘扩挤布袋压浆体通过向支盘扩挤布高压注浆形成；加筋体由竖向主筋和环形箍筋组成；预制桩尖顶面由外向内依次设有土工布袋连接体、加筋体竖向主筋连接体，以及沉管的限位凹槽。
2.根据权利要求1所述的布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于所述预制桩尖为圆台型钢筋混凝土桩尖，沉管限位凹槽的直径与沉管直径相等；加筋体竖向主筋连接体采用预埋钢环或钢筋。
3.根据权利要求1所述的布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于所述的土工布袋是采用聚酯长纤维复合材料、聚丙烯、丙纶或涤纶制成的圆形袋状体。
4.根据权利要求1所述的布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于所述支盘扩挤布袋材料与土工布袋相同，在其与土工布袋连接处均设置限位支盘，所述限位支盘采用薄钢板预制而成，其横断面呈“「”形，直径与土工布袋相同，与土工布袋绑扎连接。
5.根据权利要求1所述的布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于所述加筋体在支盘扩挤布袋对应处设置有外凸加筋增强体，加筋增强体围合空间的径向宽度小于预制桩尖直径，加筋增强体与加筋体竖向主筋之间采用焊接连接或绑扎连接。
6.根据权利要求1所述的布袋扩挤混凝土支盘桩，其特征在于所述水泥土桩采用水泥搅拌桩、高压旋喷桩或水泥搅拌桩与高压旋喷桩的组合桩。
7.权利要求1飞之一所述布袋扩挤混凝土支盘桩的施工方法，其特征在于，主要施工步骤如下: (1)施工前准备:根据设计图纸，处理施工现场，绘制施工轮廓线，测定桩体位置，组织施工材料、机械、人员就位； (2)打设水泥土桩:在设计桩位，根据规范要求进行水泥土桩施工，水泥土桩施工深度较布袋扩挤混凝土桩长IOOOmnT1500mm ;水泥土桩施工完成将桩机移至下一桩位施工； (3)布袋扩挤混凝土桩体构件连接:先将沉管插入预制桩尖的沉管限位凹槽，再将加筋体竖向主筋及土工布袋分别与预制桩尖的加筋体竖向主筋连接体、土工布袋连接体连接牢固，最后将高压注浆管沿环向均匀设置于沉管外侧壁上； (4)下压沉管:采用振动设备或静压设备或夯沉设备将与预制桩尖连接好的沉管沉至水泥土桩内的设计深度，沉入过程中应保持沉管与桩尖连接紧密且垂直无偏心； (5)浇筑劲芯桩:沉管下沉至设计标高后，根据施工设计要求，向内沉管内浇筑高强混凝土或高强砂浆，形成混凝土劲芯； (6)上拔沉管并高压注浆:沉管内混凝土灌注充实后，开始向注浆管内注浆并上拔沉管，通过注浆浆液及混凝土共同挤压桩侧水泥土，形成土工布袋压浆体，并适时向沉管内进行空中补料； (7)支盘扩挤布袋压浆:注浆管出浆口上拔至支盘扩挤布袋处时，停止上拔，并不断旋转沉管，同时向支盘扩挤布袋高压注衆，扩挤出横向支盘，形成支盘扩挤布袋压衆体； (8)下一桩体施工:待沉管完全拔出后，移动施工机械至下一桩位，进行下一根桩的施工。
【文档编号】E02D5/48GK103711122SQ201310664354
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】张增威 申请人:杭州江润科技有限公司