一种预制桩后注浆装置及其工艺

1.一种预制桩后注浆装置，包括预制桩（1）、搅拌器（2）、浆液箱（3）、注浆泵（4）、注浆软管（5），所述的预制桩（1）的桩体设有预应力钢筋（11）、螺旋筋（12）、上端板（131）、下端板（132），其特征在于：所述的预制桩（1）还安装有注浆孔（14）、注浆管（15）、上过渡管（161）、下过渡管（162）；所述的注浆孔（14）是贯穿预制桩桩体、上端板（131）和下端板（132）之间的通孔，所述的注浆管（15）的数量至少为一根，所述的注浆管（15）安置在注浆孔（14）内，所述的注浆管（15）的两端分别与上过渡管（161）、下过渡管（162）螺纹连接，所述的上过渡管（161）、下过渡管（162）分别嵌入在上端板（131）、下端板（132）上的注浆孔（14）内；所述的注浆管（15）安装有注浆器（151）、单向阀（152）、连接管（153）；所述注浆器（151）与下过渡管（162）螺纹连接并暴露在下端板（132）外部，所述连接管（153）与上过渡管（161）螺纹连接并暴露在上端板（131）外部；所述搅拌器（2）通过管与浆液箱（3）连接，所述浆液箱（3）通过管与注浆泵（4）连接，所述注浆泵（4）通过注浆软管（5）与连接管（153）连接；所述的预制桩（1）的数量至少为1节，所述的预制桩（1）利用锥形连接管（163）相互叠加连接。
2.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的锥形连接管（163）是由两端加工成锥形的无缝钢管和一个凸出圆环拼接成的一个整体，所述的锥形无缝钢管的内径和最大外径分别相同，所述的凸出圆环拼接在锥形无缝钢管的最大外径处。
3.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的注浆孔的数量至少为一个，所述的注浆孔（14）均在同一圆周，相同孔径，并且对称布置。
4.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的注浆孔（14）是下端板（132）上的螺栓孔Ⅰ（1321），所述的注浆器（151）还设置有保护装置（1511），所述保护装置在两侧侧板上设有通孔，所述保护装置（1511）包裹在注浆器（151）外侧并固定在注浆器（151）端部，所述保护装置（1511）固定在下端板（132）上。
5.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的注浆孔（14）在螺栓孔Ⅰ（1321）和螺栓孔Ⅲ（1323）的中间，所述的注浆器（151）还设置有保护装置（1511），所述保护装置在两侧侧板上设有通孔，所述保护装置（1511）包裹在注浆器（151）外侧并固定在注浆器（151）端部，所述保护装置（1511）固定在下端板（132）上。
6.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的预制桩（1）为中空结构，所述的注浆管（15）布置在预制桩（1）的空心内，所述的注浆管（15）的下端与下端板（132）固定连接，所述的注浆器（151）还设置有保护装置（1511），所述保护装置在两侧侧板上设有通孔，所述保护装置（1511）包裹在注浆器（151）外侧并固定注浆器（151）端部，所述保护装置（1511）固定在下端板（132）上。
7.根据权利要求4或5或6所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的预制桩后注浆装置，还包括桩靴（6），所述的桩靴（6）固定在下端板（132）处，所述的保护装置（1511）固定在桩靴（6）上。
8.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的注浆管（15）安装在预制桩（1）的中心，所述的注浆器（151）安装有孔塞（1512），所述孔塞（1512）为草帽状，所述孔塞凸出部分嵌入在注浆器（151）的出浆孔内，所述的注浆器（151）的底端还安装有圆锥形导向端（154），所述的导向端（154）为陀螺状，所述导向端柄部嵌于注浆器端部凹槽内。
9.根据权利要求1所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的预制桩（1）为混凝土方桩，所述的混凝土方桩还设有固定套管（17）、钢板箍（18），所述的注浆器（151）沿桩尖布置，所述的注浆管（15）穿过固定套管（17）并利用钢板箍（18）绑定在预制桩（1）的桩身上，所述的注浆器（151）利用钢板箍（18）绑定在预制桩（1）的桩尖上。
10. 一种预制桩后注浆工艺，所述预制桩后注浆工艺采用权利要求1或2或3或4或5或6或8或9所述的预制桩后注浆装置，其特征在于：所述的预制桩后注浆工艺包括如下步骤：1）根据不同的预制桩类型，在预制桩内埋设注浆管，预制桩制成后检查注浆管是否畅通，并清洁连接螺纹，用密封螺母将注浆孔封闭；2）沉桩前，卸下密封螺母，安装注浆器，在注浆孔内或在桩身外安装注浆管、注浆器、单向阀，桩顶注浆孔密封螺母的顶面不得高出端板平面，并低于替打内芯的长度；3）进行沉桩，当沉桩所需的预制桩（1）为两节以上时，通过锥形连接管（163）相互叠加连接；4）计算注浆量；①单根桩桩端注浆量的设计应根据桩径、桩端土层性质、单桩承载力增幅确定，按下式估算： Gc=αpd，式中：αp为桩端注浆量经验系数，取αp=
0.75～0.9；d为基桩设计直径（m）；Gc为注浆量，以浆液水泥质量计（t）；对桩距小于6d的群桩、基础四周的基桩注浆量应按上式估算值乘以0.8～0.9的系数，其中桩径小、桩距较大的取小值，桩径较大、桩距较小的取大值；对于加固桩端下卧软土层的注浆，应根据被加固软土层的厚度、桩密度、加固土层性质由设计进行计算确定；②沉桩过程中桩周注浆量应根据桩径、桩长计算：Gc=αldl式中：αl为桩端注浆量经验系数，取αl=0.095～0.12m3/m2；圆桩取
3 2 3 2
0.095 m/m ，方桩取0.12 m/m ；d为基桩设计直径（圆桩）或边长（方桩）（m）；l为需要注浆的桩长(m)，一般软土层沉桩阻力小，浅层土的加固效果差，桩顶部分的桩周不需要注浆，具体注浆长度可根据地质资料确定；5）进行注浆，注浆工序选择在沉桩过程中+沉桩结束后，或沉桩结束开挖至桩顶标高后进行；沉桩过程中注浆可以起到润滑便于沉桩的作用，但在沉桩结束后仍要注浆；若采用沉桩过程中+沉桩结束后注浆方法，沉桩结束时暂停注浆，并用膨润土泥浆或清水清洗注浆管道，保持注浆管及注浆器内无水泥浆，防止管堵塞，保证沉桩结束后仍能继续注浆；若沉桩过程不困难，则沉桩过程中不注浆，沉桩结束后注浆；6）注浆时，卸下桩顶注浆孔密封螺母，连接注浆软管至注浆泵，按照设计要求或规范规定配置浆液，浆液制备就绪，进行注浆；7）注浆完毕。

一种预制桩后注浆装置及其工艺\n技术领域\n[0001] 发明涉及地基加固技术领域，特别是涉及一种预制桩后注浆装置及其工艺。\n背景技术\n[0002] 预制桩是在工厂或施工现场制成的建筑地基构件，它由各种材料和各种形式构成，如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、预应力混凝土空心方桩钢桩等，通常采用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。在土建施工中，采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两大类。混凝土预制桩能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快，是广泛应用的桩型之一，但其施工对周围环境影响较大，常用的有混凝土实心方桩和预应力混凝土管桩、预应力混凝土空心方桩。钢桩主要是钢管桩和H型钢桩两种。由于预制桩在实际施工过程中，会经常出现许多问题，例如：按照原先的地质勘察资料设计的桩，远达不到设计要求的承载力，或者设计的桩长无法沉至设计标高，这其中既有地质不均的问题，也有施工工艺问题。\n[0003] 现有技术中，通常采用三种方法来解决上述问题。第一种是“同步注浆静压预制桩沉桩方法”，该方法的优点是可以降低一定的沉桩阻力，提高预制桩的可沉性，部分提高预制桩的承载力，但缺点是不能满足所有桩的使用需要，预制桩桩侧阻力的提高值非常有限，而且增加了沉桩过程的复杂程度，延长了沉桩周期，沉桩结束，注浆完全不能解决挤土造成的桩端空隙问题，尤其是群桩，且沉桩方法仅限于静压桩。第二种是“桩底后注浆预应力管桩”，该方法是一种带有注浆装置的新型管桩，但其不适用所有预制桩，且不能解决对持力层以下软土层的加固，达不到整体控制沉降的目的，该种桩难以制作，不易推广。第三种是“预应力混凝土管桩扩大头后注浆器”，其是为管桩扩大头的一种注浆装置，不足之处是扩大头的管桩，将影响桩身摩阻力的发挥，且增加沉桩难度。\n发明内容\n[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种预制桩后注浆装置及其工艺。\n[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种预制桩后注浆装置，包括预制桩、搅拌器、浆液箱、注浆泵、注浆软管；所述的预制桩的桩体设有预应力钢筋、螺旋筋、上端板、下端板，其特征在于：所述的预制桩还安装有注浆孔、注浆管、上过渡管、下过渡管；所述的注浆孔是贯穿预制桩桩体、上端板和下端板之间的通孔，所述的注浆管的数量至少为一根，所述的注浆管安置在注浆孔内，所述的注浆管的两端分别与上过渡管、下过渡管螺纹连接，所述的上过渡管、下过渡管分别嵌入在上端板、下端板上的注浆孔内；所述的注浆管安装有注浆器、单向阀、连接管；所述注浆器与下过渡管螺纹连接并暴露在下端板外部，所述连接管与上过渡管螺纹连接并暴露在上端板外部；所述搅拌器通过管与浆液箱连接，所述浆液箱通过管与注浆泵连接，所述注浆泵通过注浆软管与连接管连接；所述的预制桩的数量至少为1节，所述的预制桩利用锥形连接管相互叠加连接。\n[0006] 所述的锥形连接管是由两端加工成锥形的无缝钢管和一个凸出圆环拼接成的一个整体，所述的锥形无缝钢管的内径和最大外径分别相同，所述的凸出圆环拼接在锥形无缝钢管的最大外径处。\n[0007] 所述的注浆孔的数量至少为一个，所述的注浆孔均在同一圆周，相同孔径，并且对称布置。\n[0008] 所述的注浆孔是下端板上的螺栓孔，所述的注浆器还设置有保护装置，所述保护装置在两侧侧板上设有通孔，所述保护装置包裹在注浆器外侧并固定在注浆器端部，所述保护装置固定在下端板上。\n[0009] 所述的注浆孔在螺栓孔的中间，所述的注浆器还设置有保护装置，所述保护装置在两侧侧板上设有通孔，所述保护装置包裹在注浆器外侧并固定在注浆器端部，所述保护装置固定在下端板上。\n[0010] 所述的预制桩为中空结构，所述的注浆管布置在预制桩的空心内，所述的注浆管的下端与下端板固定连接，所述的注浆器还设置有保护装置，所述保护装置在两侧侧板上设有通孔，所述保护装置包裹在注浆器外侧并固定注浆器端部，所述保护装置固定在下端板上。\n[0011] 所述的预制桩后注浆装置，还包括桩靴，所述的桩靴固定在下端板处，所述的保护装置固定在桩靴上。\n[0012] 所述的注浆管安装在预制桩的中心，所述的注浆器安装有孔塞，所述孔塞为草帽状，所述孔塞凸出部分嵌入在注浆器的出浆孔内，所述的注浆器的底端还安装有圆锥形导向端，所述的导向端为陀螺状，所述导向端柄部嵌于注浆器端部凹槽内。\n[0013] 所述的预制桩为混凝土方桩，所述的混凝土方桩还设有固定套管、钢板箍，所述的注浆器沿桩尖布置，所述的注浆管穿过固定套管并利用钢板箍绑定在预制桩的桩身上，所述的注浆器利用钢板箍绑定在预制桩的桩尖上。\n[0014] 一种预制桩后注浆工艺，其特征在于：所述的预制桩后注浆工艺包括如下步骤：1） 根据不同的预制桩类型，在预制桩内埋设注浆管，预制桩制成后检查注浆管是否畅通，并清洁连接螺纹，用密封螺母将注浆孔封闭；2）沉桩前，卸下密封螺母，安装注浆器，在注浆孔内或在桩身外安装注浆管、注浆器、单向阀，桩顶注浆孔密封螺母的顶面不得高出端板平面，并低于替打内芯的长度；3）进行沉桩，当沉桩所需的预制桩为两节以上时，通过锥形连接管相互叠加连接；4）计算注浆量；①单根桩桩端注浆量的设计应根据桩径、桩端土层性质、单桩承载力增幅确定，按下式估算： Gc=αpd，式中：αp为桩端注浆量经验系数，取αp=0.75～\n0.9；d为基桩设计直径（m）；Gc为注浆量，以浆液水泥质量计（t）。对桩距小于6d的群桩、基础四周的基桩注浆量应按上式估算值乘以0.8～0.9的系数，其中桩径小、桩距较大的取小值，桩径较大、桩距较小的取大值。对于加固桩端下卧软土层的注浆，应根据被加固软土层的厚度、桩密度、加固土层性质由设计进行计算确定；②沉桩过程中桩周注浆量应根据桩径、桩\n3 2 3\n长计算：Gc=αldl式中：αl为桩端注浆量经验系数，取αl=0.095～0.12m/m ；圆桩取0.095 m /m2，方桩取0.12 m3/m2；d为基桩设计直径（圆桩）或边长（方桩）（m）；l为需要注浆的桩长(m)，一般软土层沉桩阻力小，浅层土的加固效果差，桩顶部分的桩周不需要注浆，具体注浆长度可根据地质资料确定；5）进行注浆，注浆工序选择在沉桩过程中+沉桩结束后，或沉桩结束开挖至桩顶标高后进行。沉桩过程中注浆可以起到润滑便于沉桩的作用，但在沉桩结束后仍要注浆；若采用沉桩过程中+沉桩结束后注浆方法，沉桩结束时暂停注浆，并用膨润土泥浆或清水清洗注浆管道，保持注浆管及注浆器内无水泥浆，防止管堵塞，保证沉桩结束后仍能继续注浆。若沉桩过程不困难，则沉桩过程中不注浆，沉桩结束后注浆；6）注浆时，卸下桩顶注浆孔密封螺母，连接注浆软管至注浆泵，按照设计要求或规范规定配置浆液，浆液制备就绪，进行注浆；7）注浆完毕。\n[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：使各种桩径（大、小直径）、各种桩型（方桩、园桩、空心桩、实心桩）、各种桩长（短桩、长桩）均能实现桩端和桩端周围注浆的施工工艺和注浆管的布置方式,解决了所有预制桩桩型的后注浆施工方法，提高了桩周、桩尖的地基土的密度，提高了地基土的强度，减少地质不均带来的影响，提高了基桩承载力，减少了沉降量，提高了建筑物的安全度，当需要达到同样的承载力时，可以适当缩短桩长，节约成本，改善预制桩在沉桩期间的受力状况，提高预制桩的沉桩效率，节约时间，节省工期，提高沉桩质量。\n附图说明\n[0016] 图1为本发明工艺示意图；\n[0017] 图2 为本发明预制桩结构示意图；\n[0018] 图3 为本发明过渡管结构示意图；\n[0019] 图4 为本发明注浆器结构示意图；\n[0020] 图5 为本发明连接管结构示意图；\n[0021] 图6 为实施例1注浆孔位置示意图；\n[0022] 图7 为实施例1预制桩结构示意图；\n[0023] 图8为实施例1保护装置在桩靴上安装示意图1；\n[0024] 图9为实施例1保护装置在桩靴上安装示意图2；\n[0025] 图10为实施例2注浆孔位置示意图；\n[0026] 图11为实施例2注浆管位置示意图；\n[0027] 图12为实施例3预制桩结构示意图；\n[0028] 图13为实施例3保护装置在桩靴上安装示意图1；\n[0029] 图14为实施例3保护装置在桩靴上安装示意图2；\n[0030] 图15为实施例4预制桩结构示意图；\n[0031] 图16为孔塞结构示意图；\n[0032] 图17为导向端结构示意图；\n[0033] 图18为导向端安装结构示意图；\n[0034] 图19为实施例5预制桩结构示意图。\n具体实施方式\n[0035] 下面将结合附图对本发明进行详细说明。\n[0036] 如图1、图2所示， 一种预制桩后注浆装置，包括预制桩1、搅拌器2、浆液箱3、注浆泵4、注浆软管5；所述的预制桩1的桩体设有预应力钢筋11、螺旋筋12、上端板131、下端板\n132。所述的预制桩1还安装有注浆孔14、注浆管15、上过渡管161、下过渡管162；所述的注浆孔14是贯穿预制桩桩体、上端板131和下端板132之间的通孔，所述的注浆管15安置在注浆孔14内，如图3所示，所述的注浆管15的两端分别与上过渡管161、下过渡管162螺纹连接，所述的上过渡管161、下过渡管162分别嵌入在上端板131、下端板132上的注浆孔14内；所述的注浆管15安装有注浆器151、单向阀152、连接管153；如图4所示的注浆器151结构，所述注浆器151与下过渡管162螺纹连接并暴露在下端板132外部，所述连接管153与上过渡管161螺纹连接并暴露在上端板131外部；所述搅拌器2通过管与浆液箱3连接，所述浆液箱3通过管与注浆泵4连接，所述注浆泵4通过注浆软管5与连接管153连接。\n[0037] 如图5所示，锥形连接管163是由两端加工成锥形的无缝钢管和一个凸出圆环拼接成的一个整体，所述锥形无缝钢管的最小内径和最大外径分别相同，凸出圆环拼接在锥形无缝钢管的最大外径处，使得连接管上、下端略带锥度，便于安装。\n[0038] 根据五种不同的注浆管布置方法，分别以其最佳实施例进行说明。\n[0039] 实施例1：采用的预制桩为管桩，如图6所示，以下端板132上的螺栓孔Ⅰ1321和螺栓孔Ⅱ1322为注浆孔14，使得注浆孔14均在同一圆周，相同孔径，并且对称布置，保证管桩1制作离心过程中保持平衡，不发生偏心振动。如图7所示，设置两根注浆管15，注浆管15是内径为Ф15mm的镀锌管，所述的注浆器151还设置有保护装置1511，保护装置1511在两侧侧板上设有通孔，方便浆液的流出，所述保护装置1511包裹在注浆器151外侧并焊接在注浆器151端部，同时保护装置1511焊接固定在下端板132上，防止注浆器151在沉桩过程中遭到破坏。\n当预制桩有桩靴6时，本实施例仅以十字桩靴为例，其余类型的桩靴参照执行，桩靴6固定在下端板132处，如图8、图9所示，保护装置1511直接焊接在桩靴6上，对注浆器151进行保护。\n[0040] 实施例2：采用的预制桩为管桩，如图10所示，在螺栓孔Ⅰ1321和螺栓孔Ⅲ1323的中间，螺栓孔Ⅱ1322和螺栓孔Ⅳ1324的中间，对称设置两个注浆孔14，并根据这两个注浆孔\n14，如图11所示，设置两根注浆管15，注浆管15是内径为Ф15mm的镀锌管。注浆器151也设置有保护装置1511，保护装置1511在两侧侧板上设有通孔，方便浆液的流出，设置方式与实施例1完全相同。\n[0041] 实施例3：采用的预制桩1为空心管桩，如图12所示，两根注浆管15布置在预制桩1的空心内，注浆管15的下端与下端板132焊接连接，为了承受端部土体阻力，对连接部位进行加强，设置保护装置1511，保护装置1511在两侧侧板上设有通孔，方便浆液的流出。所述注浆管15、下端板132、保护装置1511相互焊接。注浆管管径常采用内径Ф25mm的镀锌钢管作为注浆管。当预制桩有桩靴6时，本实施例仅以开口桩靴为例，其余类型的桩靴参照执行，桩靴6固定在下端板132处，如图13、图14所示，保护装置1511直接焊接在桩靴6上，对注浆器\n151进行保护。实施例3，是一种简单易行，施工方便的布置形式，建议优先推广使用。\n[0042] 实施例4：采用的预制桩1的桩长较短，沉桩的土质也较软，如图15所示，直接在预制桩1的中心压入或打入注浆管15，进行注浆。注浆器151安装有孔塞1512，孔塞结构参见图\n16，孔塞凸出部分嵌入在注浆器151的出浆孔内，注浆器151底端还须安装一个圆锥形导向端154，导向端154的结构如图17所示，如图18所示，所述导向端柄部嵌于注浆器端部凹槽内。避免注浆管压入时被管桩壁或管桩接头卡住 。实施例4设置的注浆管可以重复使用，当注浆量及其组件压力达到设计要求后，可适当提升，将注浆管的注浆器位置提升至桩端以上1～2m,再适量注浆，压力提高至提升前的压力，再提升一节注浆管，重复注浆至上述压力，这样直至将注浆管拔出。注浆管拔出后应先用清水冲洗干净，再继续下一根桩的注浆。\n[0043] 实施例5：采用的预制桩1为混凝土方桩，如图19，所述的混凝土方桩还设有固定套管17、钢板箍18，所述的注浆器151沿桩尖布置，将注浆管15穿过固定套管17，利用钢板箍18直接绑定在预制桩1的桩身上，注浆器151利用钢板箍18绑定在预制桩1的桩尖上，从而达到，桩沉入地基，注浆管同时带入地基的效果。注浆器151上的孔盖使用钢质材料，避免孔盖损坏堵塞注浆孔。\n[0044] 本发明具体实施方法：\n[0045] 1）根据不同的预制桩类型，在预制桩内埋设注浆管，埋设完成后检查注浆管是否畅通，并清洁连接螺纹，用密封螺母将注浆孔封闭。\n[0046] 2）沉桩前，卸下密封螺母，安装注浆器，在注浆孔内或在桩身外安装注浆管、注浆器、单向阀，桩顶注浆孔密封螺母的顶面不得高出端板平面，并低于替打内芯的长度，否则，若采用锤击沉桩将把密封螺母或注浆管打坏。\n[0047] 3）进行沉桩，若沉桩所需的预制桩1为两节以上时，通过锥形连接管163相互叠加连接。\n[0048] 4）计算注浆量\n[0049] ①单根桩桩端注浆量的设计应根据桩径、桩端土层性质、单桩承载力增幅确定，按下式估算： Gc=αpd，式中：αp为桩端注浆量经验系数，取αp=0.75～0.9；d为基桩设计直径（m）；Gc为注浆量，以浆液水泥质量计（t）。对桩距小于6d的群桩、基础四周的基桩注浆量应按上式估算值乘以0.8～0.9的系数，其中桩径小、桩距较大的取小值，桩径较大、桩距较小的取大值。对于加固桩端下卧软土层的注浆，应根据被加固软土层的厚度、桩密度、加固土层性质由设计进行计算确定。②沉桩过程中桩周注浆量应根据桩径、桩长计算：Gc=αldl式中：αl为桩端注浆量经验系数，取αl=0.095～0.12m3/m2；圆桩取0.095 m3/m2，方桩取0.12 m3/m2；d为基桩设计直径（圆桩）或边长（方桩）（m）；l为需要注浆的桩长(m)，一般软土层沉桩阻力小，浅层土的加固效果差，桩顶部分的桩周不需要注浆，具体注浆长度可根据地质资料确定。Gc为注浆量，以配置浆液的体积计（m3）。\n[0050] 5）进行注浆，注浆工序选择在沉桩过程中+沉桩结束后，或沉桩结束开挖至桩顶标高后进行。沉桩过程中注浆可以起到润滑便于沉桩的作用，但在沉桩结束后仍要注浆。若采用沉桩过程中+沉桩结束后注浆方法，沉桩结束时暂停注浆，并用膨润土泥浆或清水清洗注浆管道，保持注浆管及注浆器内无水泥浆，防止管堵塞，保证沉桩结束后仍能继续注浆。若沉桩过程不困难，则沉桩过程中不注浆，沉桩结束后注浆，这样可以减少一道注浆工序。\n[0051] 6）注浆时，卸下桩顶注浆孔密封螺母，连接注浆软管至注浆泵，按照设计要求或规范规定配置浆液，浆液制备就绪，按计算出的注浆量进行注浆。\n[0052] 7）注浆完毕。