一种囊袋扩底刚柔组合桩及施工方法

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一种囊袋扩底刚柔组合桩及施工方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种囊袋扩底刚柔组合桩，特别涉及一种自下而上桩体抗弯抗剪性能逐渐提高、桩底设有高压注浆囊袋的组合桩，属于地基处理领域，适用于软土地基处理工程，特别适用于非嵌岩桩、非深厚坚硬持力层的建筑物桩基工程。\n背景技术\n[0002] 刚柔复合桩基承载力是由桩和桩间土共同提供的，通过刚柔组合桩的施工，实现对桩间土的挤密加固，充分发挥和利用地基土的承载潜力，有效地解决软土地基承载力不足的问题。在实际工况中，桩基除了承担竖向荷载或抗拔外，还需抵抗建筑物所受的水平力作用，而桩体不同入土深度所承担的水平荷载也不同，采用同一桩型，在满足最大承载力要求的前提下，部分桩体的水平向承载力没有得到最好的发挥，一定意义上属于材料浪费。\n[0003] 预制管桩具有单桩承载力高、工厂预制质量易控制、施工速度快等优点，用作刚柔复合桩的刚性桩效果显著。常见的预制管桩有预应力混凝土管桩（PC管桩）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC管桩）和预应力高强度混凝土管桩（PHC桩），在PHC桩制作技术上创新，延伸出一些新型预制管桩，比如：外壁采用自动埋弧螺旋焊钢管，内壁采用高强混凝土，经离心密实蒸汽压蒸养护而成预制高强混凝土薄壁钢管桩（TSC桩）；在预应力混凝土管桩中加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型混合配筋预应力管桩（PRC桩）；在PHC桩外侧预制了支盘的预应力混凝土竹节桩（PHDC桩）。所列举的前两种新型管桩与等桩径PHC桩相比，在抵抗水平荷载作用方面有较大的提高，尤其是TSC桩，由于钢管套箍效应，将桩体混凝土单向受力转化为二向受理，提高桩体抗压、抗剪性能。而PHDC桩由于桩侧支盘的存在，改变了桩体与桩周土体的接触面积和传力方式，相比等外径的PHC 桩具有较高的竖向承载力。\n利用预制管桩的多样性，合理搭配组合可充分发挥桩体竖向和水平向的承载能力，以提高桩体利用率。\n[0004] 另外，桩基在实际工况中主要承担部竖向荷载，为提高桩基竖向承载力，除了增大桩径、选择承载性能更高的桩型等常规方法外，还可采用扩底桩技术，依靠前期成孔扩底或后注浆挤扩等方式使桩体底部直径大于上部桩身直径，可有效提高桩尖承载力（即基底反力）。但是传统钻挖扩孔技术不会挤密桩侧土体，灌注成桩后，桩侧摩阻力并没有有效提升。\n采用后注浆扩底，利用高压注浆的压密渗透作用可有效提高桩端附近土体的承载性能，但其加固范围不可准确控制，扩底效果不可控。\n[0005] 综上所述，采用刚柔复合桩可发挥和利用桩周土体承载潜力，较有力的克服地基承载力不足问题；利用同桩径的不同预制管桩竖向、水平向承载力差异，合理组合，可提高桩基承载性能和桩体利用率；若可控制注浆扩底范围和效果，不仅固化了桩底土体，还可保证扩底桩承载力可靠性。\n[0006] 鉴于此，为解决桩基承载性能发挥不充分、扩底效果不可控等问题，目前亟需发明一种不同桩型组合、桩底囊袋注浆扩底的新型刚柔复合桩。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的在于提供一种囊袋扩底刚柔组合桩，该组合桩由数种承载性能差异的等桩径预制管桩组合后植入水泥土中而成，并且桩底设有囊式注浆挤扩体。\n[0008] 为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：\n[0009] 一种囊袋扩底刚柔组合桩，其特征在于所述组合桩主体至上而下分别由以下预制管桩连接而成：TSC桩、PRC桩和PHC桩；PHC桩底端设有外包囊袋的桩底扩大头；各预制管桩壁内预留有注浆孔道，桩节两端设有带孔的管桩接头，底部桩节侧壁设有出浆口；组合桩外侧包裹桩周水泥土。\n[0010] 所述的管桩根据在土体内承担水平荷载不同选择不同桩型，但TSC桩、PRC桩和PHC桩的外径、壁厚相同，采用环向锁紧卡箍接桩，并辅以焊接加固管桩接头，接桩处防锈蚀处理。\n[0011] 囊袋通过套箍或钢绞线配合垫片固定于组合桩底端，囊袋材料由两橡胶和防拉布热轧硫化而成，根据桩体大小和桩底扩大头设计尺寸预制囊袋，囊袋上部预留细小排气孔。\n[0012] 桩底扩大头是通过预制管桩壁内注浆孔道向囊袋内高压注浆挤扩形成的，桩底扩大头直径与管桩直径的比值不大于3，且不小于2。\n[0013] 所述注浆孔道是在制作管桩时通过预埋小直径硬质管体于桩壁内形成的，靠近管桩接头段设有伸缩管。接桩时，对准接头预留孔，插入等直径注浆管，通过顶压伸缩管调节插入深度，使注浆孔道保持连通。\n[0014] 桩周水泥土根据植桩深度可采用水泥深层搅拌法或高压旋喷注浆法形成，管桩外侧水泥土处理范围直径为管桩直径的1.4~2倍；桩底扩大头外周的桩端水泥土的直径与管桩直径之比不大于4，且不小于2。\n[0015] 预制管桩除最上节TSC桩外其他桩节可根据工程地质条件替换为等规格预制管桩，若采用PHDC桩，桩径指桩身非突起部分的外径。\n[0016] 囊袋扩底刚柔组合桩的施工方法，主要包括以下步骤：\n[0017] 1）施工前准备：根据设计要求工厂预制所需管桩及接桩构件，制作囊袋；场地清平，机械行走轨道铺设，机械进场；\n[0018] 2）设置柔性桩：通过水泥深层搅拌法或高压旋喷注浆法形成柔性桩，在桩端位置根据设计要求扩大水泥土范围；\n[0019] 3）PHC桩植入：将绑扎有扩底囊袋的第一节PHC桩植入水泥土内，避免异物进入注浆孔道造成堵管，植入一定深度后临时固定，准备接桩；\n[0020] 4）接桩并连通注浆孔道：PHC桩接头注浆孔道口放置橡胶垫圈，并插入注浆管，调整插入深度；吊放下一节管桩，清理两节管桩接头处，插销定位，连通注浆孔道，采用环向锁紧卡箍接桩，辅以焊接加固；\n[0021] 5）连续接桩：采用相同方法进行后续管桩接桩，并连通注浆孔道，根据土体内承担水平荷载要求，依次植入PHC桩、PRC桩和TSC桩；\n[0022] 6）囊袋内注浆：矫正桩体高度后，向扩底囊袋内高压注浆，根据桩底扩大头设计尺寸，注入适量水泥浆；\n[0023] 7）施工完成：完成囊袋注浆，待桩体稳定后，方可拆除临时固定设施，进行后续工程施工。\n[0024] 本发明具有以下的特点和有益效果：\n[0025] 1、本发明涉及组合桩利用了等桩径PHC桩、PRC桩、TSC桩的抗弯、抗剪性能依次增强的特性，将他们合理组合植入不同土体深度内，可充分发挥各桩体的水平荷载承载性能，提高桩体利用率；最上节采用TSC桩，不仅因其水平荷载抗力为采用桩型中最高，且因其外包钢管与承台连接桩头不易损坏。\n[0026] 2、利用水泥深层搅拌法或高压旋喷注浆法制作桩周水泥土，并且端底扩大，有利于桩底囊袋注浆挤扩；在水泥土凝固前，基本可依靠预制管桩自重植入土体内，形成刚柔复合桩，挤土效应相比静压法和锤击法植桩较小；桩底囊袋在水泥土中下沉基本无磨损。\n[0027] 3、管桩侧壁内预埋注浆管，在接头处设为伸缩管，可在接桩时注浆孔道连接更可控，准确度更高，保证注浆孔道的连贯性，并且设置了橡胶垫圈，防止外侧水泥浆液渗入，造成堵管。\n[0028] 4、在桩底设置扩底囊袋，管桩预制时在桩壁设有波浪形钢垫片，通过套箍或钢绞线配合橡胶垫片固定，可防止囊袋随桩体下沉时脱落、移位；囊袋收缩叠放于桩底，高压注浆扩大后将周围水泥土向四周挤压，促使水泥浆渗透范围扩大，并且由于囊袋的包裹，桩底扩大头性状稳定。\n附图说明\n[0029] 图1是本发明一种囊袋扩底刚柔组合桩示意图；\n[0030] 图2是本发明接桩处注浆孔道示意图；\n[0031] 图3是本发明中扩底囊袋设置示意图；\n[0032] 图4是本发明一种囊袋扩底刚柔组合桩的施工流程示意图；\n[0033] 图中：1-TSC桩、2-桩周水泥土、3-PRC桩、4-PHC桩、5-桩端水泥土、6-扩底囊袋、\n7-桩底扩大头、8-表层土、9-环向锁紧卡箍、10-软弱土层、11-注浆孔道、12-管桩接头、\n13-囊袋绑扎接头、14-出浆口、15-相对持力层、16-伸缩管、17-注浆管连接头、18-橡胶垫圈、19-定位插销、20-环箍、21-橡胶垫片、22-钢垫片。\n具体实施方式\n[0034] 各类管桩预作运输、水泥土搅拌或旋喷施工技术、囊袋制作工艺、注浆管连接技术及注浆浆液配比等本实施例中不在累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。\n[0035] 图1是本发明一种囊袋扩底刚柔组合桩示意图；图2是本发明接桩处注浆孔道示意图；图3是本发明中扩底囊袋设置示意图。参照图1~3所示的囊袋扩底刚柔组合桩主要包括： TSC桩1、桩周水泥土2、PRC桩3、PHC桩4、桩端水泥土5、桩底扩大头7。\n[0036] 下面以高压旋喷注浆法形成水泥土，植入外径600mm、壁厚110mm的组合桩为例，阐述囊袋扩底刚柔组合桩的具体实施方式。\n[0037] 现场开工前应预先制作好各类所需管桩、接桩用配件，制作相应的扩底囊袋6。清理施工现场后，进行施工放线，确定桩位，管桩、施工设备及各类材料及时进场。\n[0038] 首先进行高压旋喷施工，由桩位中心点下钻至设计深度，高压旋喷冲切土体，通过调节喷射压力、旋喷头旋转速度及旋喷管提升速率在相对持力层15内形成桩端水泥土5，然后降低喷射压力后恒定旋喷上提至地表，作为桩周水泥土2，移走旋喷装置。\n[0039] 将连接了扩底囊袋6的PHC桩4吊放进入水泥土内。扩底囊袋6通过环箍20（钢套箍或钢绞线收紧）配合橡胶垫片21固定在设有钢垫片22的管桩侧壁上，扩底囊袋6尽量排挤空气、收缩，可用土工布松散缠裹，以免水泥土内尖锐物划伤，出浆口14应在囊袋包裹范围内，尽量靠近底部。\n[0040] PHC桩4下沉至一定深度后接桩。将桩体临时固定，清理管桩接头12，在接头上放置橡胶垫圈18，注浆孔道11内插入匹配的注浆管，下压调整伸缩管16，使新插入注浆管插至注浆管连接头17内；吊放下一节管桩，利用定位插销19定位，同样的顶压伸缩管16，调整注浆管插入深度，保证注浆孔道11连通；上下节管桩对接，错位偏差不宜大于2mm，合格后采用环向锁紧卡箍9对接，拧紧螺栓后，视情况辅以焊接加固。\n[0041] 采用上述方式重复沉桩、接桩及连通注浆孔道11，根据表层土8与软弱土层10土体性质，依次连接PRC桩3和TSC桩1，其中最上部管桩必定采用TSC桩1。沉桩至设计标高后，矫正垂直度和偏差并整体固定，以免后续高压注浆引起桩体移位。采用注浆泵通过注浆孔道11向扩底囊袋内高压注入水灰比0.4~0.5的水泥浆液，形成桩底扩大头7，注浆量通过设计扩底囊袋6尺寸计算（为保证充盈度，可乘以系数1.2），注浆时，囊袋内气体从囊袋上排气孔排出，注浆完成后封堵注浆孔道11，防止返浆。\n[0042] 沉桩与囊袋注浆必须在水泥土初凝前完成，囊袋注浆挤扩后，继续保持桩体固定，直至水泥土强度达到设计强度的80%。\n[0043] 采用高压旋喷注浆法进行囊袋扩底刚柔组合桩植桩，主要施工过程如下：\n[0044] 1）施工前准备：根据设计要求工厂预制所需管桩及接桩构件，制作囊袋；场地清平，机械行走轨道铺设，机械进场。\n[0045] 2）设置柔性桩：通过高压旋喷注浆法形成桩周水泥土2，在桩端位置根据设计要求加压旋喷为直径扩大的桩端水泥土5。\n[0046] 3）PHC桩植入：将绑扎有扩底囊袋6的第一节PHC桩4植入水泥土内，避免异物进入注浆孔道11造成堵管，植入一定深度后临时固定，准备接桩。\n[0047] 4）接桩并连通注浆孔道：管桩接头12上注浆孔道口放置橡胶垫圈18，并插入注浆管，调整插入深度；吊放下一节管桩，清理管桩接头12，插销定位，连通注浆孔道11，采用环向锁紧卡箍9接桩，辅以焊接加固。\n[0048] 5）连续接桩：采用相同方法进行后续管桩接桩，并连通注浆孔道11，根据土体内承担水平荷载要求，依次植入PHC桩4、PRC桩3和TSC桩1。\n[0049] 6）囊袋内注浆：矫正桩体高度后，向扩底囊袋6内高压注浆，根据桩底扩大头7设计尺寸，注入适量水泥浆。\n[0050] 7）施工完成：完成囊袋注浆，待桩体稳定后，方可拆除临时固定设施，进行后续工程施工。