專利名稱：一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟土地基處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基及其施工方法。主要適用于沿海、沿江高速公路、高速鐵路等軟土地基處理等工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉆孔灌注樁的樁側(cè)泥皮影響樁側(cè)摩阻力，樁端沉渣問題 影響樁端阻力；后注漿技術(shù)可以在一定程度上改善這兩個(gè)問題。在本發(fā)明之前，中國發(fā)明專利“灌注樁樁側(cè)后注漿工藝”(ZL 00100760. 2)、中國發(fā)明專利“鉆孔灌注樁樁側(cè)、樁底后壓漿施工工藝”(ZL200310102269. 2)和中國發(fā)明專利“鉆孔灌注樁端后注漿施工工藝”(ZL 200710044791. 8)等公開了一種通過在灌注樁鋼筋籠上綁扎預(yù)埋注漿管，等澆注灌注樁混凝土初凝后，通過注漿管對(duì)樁側(cè)、樁端或者樁側(cè)聯(lián)合樁端灌注普通硅酸鹽水泥漿液，以改善樁側(cè)壁樁-土接觸面性狀和粧端持力層承載力性狀的技術(shù)方案。該法可以有效提聞基粧的整體承載力；但是，水泥漿液注漿效果受地層土體滲透性和地下水的影響顯著，同時(shí)后注漿混凝土漿液灌注樁也存在漏漿、注漿管容易堵塞等技術(shù)問題。同時(shí)，傳統(tǒng)后注漿灌注樁注漿管通常設(shè)置在鋼筋籠上，由于后注漿的不確定性，容易在壓力注漿的過程中破壞鋼筋籠外側(cè)混凝土保護(hù)層，從而導(dǎo)致鋼筋在地下水等外部環(huán)境影響下銹蝕。中國專利“砼芯水泥土攪拌樁機(jī)及其施工工藝方法”(ZL 200510041006. 4)和中國專利“水泥土插芯復(fù)合樁施工機(jī)械”(ZL200410093838. 6)等公開了一種水泥土插芯復(fù)合樁的施工方法及施工機(jī)械，在水泥土攪拌樁或者高壓旋噴樁完成施工的基礎(chǔ)上，靜壓同心預(yù)制混凝土樁或者鋼管樁，形成插芯水泥土攪拌組合樁。該法增高了預(yù)制樁或者鋼管樁周圍土體強(qiáng)度，從而提高組合樁整體承載力，但是預(yù)制樁插芯施工中往往不容易達(dá)到完全與攪拌樁或者高壓旋噴樁同心，從而影響其整體承載力；預(yù)制樁插芯對(duì)周圍土體具有明顯的擠土效應(yīng)，導(dǎo)致該樁型不適用于土體位移控制嚴(yán)格區(qū)域。中國發(fā)明專利“一種樁土互動(dòng)漿固散體材料樁復(fù)合地基施工工法”(ZL200510038903)公開了一種采用鉆機(jī)成孔、泥漿護(hù)壁，并在樁孔內(nèi)注入水泥漿液和骨料，兩者固結(jié)形成樁體，漿液滲入樁周土體中，對(duì)樁周土體起到一定的加固作用，在樁頂鋪設(shè)褥墊層形成復(fù)合地基的技術(shù)。該法提高了散體材料樁的整體剛度，克服了散體材料樁側(cè)向鼓出明顯、臨界樁長較短等缺陷，但是散體材料樁與周圍土體的接觸面?zhèn)饶ψ枇Πl(fā)揮與傳統(tǒng)灌注樁類似，水泥漿液在常規(guī)壓力壓漿下在土體中的滲透并不顯著，尤其是在滲透系數(shù)比較低的黏性土層中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，綜合考慮灌注樁后注漿技術(shù)和高聚物材料技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在填筑完成振動(dòng)沉管施工散體材料樁的基礎(chǔ)上，采用高壓噴射高聚物材料對(duì)散體材料樁及樁周土進(jìn)行注漿施工，高聚物材料漿液充填散體材料樁空隙、填充擠密樁間土、適當(dāng)排出部分樁間水；然后在樁頂澆注條形樁帽、鋪設(shè)褥墊層，形成高聚物材料漿固散體材料粧復(fù)合地基。一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基，由高聚物材料漿固散體材料樁體、高聚物材料漿固土體，樁間土，條形樁帽和褥墊層等部分組成；其技術(shù)特征在于利用振動(dòng)沉管在軟弱土地基中填筑散體材料樁；在散體材料樁中間預(yù)先埋設(shè)剛性注漿管，與柔性注漿管和注漿泵組成注漿系統(tǒng)；在散體材料樁頂部埋設(shè)直徑大于樁徑的筒形蓋板，防止高壓噴射注漿時(shí)漿液從散體材料樁頂部冒出；振動(dòng)拔管，通過 注漿系統(tǒng)向散體材料樁中高壓噴射高聚物材料漿液。高聚物材料漿液填充散體材料樁空隙、劈裂滲透樁間土中，且劈裂滲透在樁間土中高聚物材料與散體材料樁空隙內(nèi)的高聚物材料連在一體，樁體與樁周土形成咬合接觸，有效提高樁-土接觸面摩擦系數(shù)；在高聚物材料漿固散體材料樁體、高聚物材料漿固土體和樁間土組成的頂部，澆注條形樁帽，以協(xié)調(diào)樁、土共同作用，一起承擔(dān)上部荷載；高聚物材料系非水溶性材料且具有一定的膨脹性，在高壓噴射過程中，部分土體中的水隨散體材料樁通道被排出，提高土體有效應(yīng)力。所述的散體材料樁，樁身直徑為300-700 mm,樁間距為0. 9-3. 0 m,樁長可以達(dá)到20 m以上；采用振動(dòng)沉管、拔管施工方法形成散體材料樁；填筑樁體的散體材料可以是級(jí)配碎石、砂，經(jīng)過級(jí)配處理的混凝土塊、磚塊等建筑垃圾，以及礦渣等材料。所述的沉管，為鋼制套筒，其長度為5-25 m,內(nèi)徑為300-700 mm,壁厚為5-10 mm,
沉管鋼筒下部連接活瓣樁尖；沉管上部通過法蘭盤與振動(dòng)錘連接；沉管和拔管方式為振動(dòng)沉管和振動(dòng)拔管模式。所述的剛性注漿管，為外直徑為10-20 mm、壁厚3-5 mm的鋼管，剛性注漿管上部通過接頭和柔性注漿管與注漿泵連接；剛性注漿管及接頭的抗壓力能力大于40 MPa。所述的柔性注漿管，為外直徑為10-20 mm、壁厚3-5 mm的耐壓力橡皮管，柔性注漿管上部通過接頭與注漿泵連接，下部通過接頭與剛性注漿管連接；柔性注漿管及接頭的抗壓力能力大于40 MPa。所述的筒形蓋板，為頂部封閉的鋼制套筒，其長度為0.5-2 m，內(nèi)徑為400-1000mm，壁厚為5-10 mm，套筒頂部密封板預(yù)留注漿管穿越的孔口，其孔口直徑為10-20 mm。所述的壓力表量程和注漿泵壓力，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，一般為20-40 MPa。所述的高聚物注漿材料，又稱為有機(jī)高分子材料，為雙組份發(fā)泡聚氨酯為代表的非水反應(yīng)類高聚物材料。一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基技術(shù)方案的施工方法，其主要技術(shù)步驟為
(1)制作帶活瓣樁尖的沉管裝置，制作由剛性注漿管、柔性注漿管和注漿泵組成的高聚物材料注漿系統(tǒng)，制作帶預(yù)留注漿管穿越孔口的筒形蓋板；
(2)場地平整，測量放線，并將帶活瓣樁尖的沉管在指定的打樁位置就位，保證起重設(shè)備平穩(wěn)，導(dǎo)向架與地面垂直偏角、成孔中心與設(shè)計(jì)樁位偏差符合規(guī)范要求；
(3)啟動(dòng)振動(dòng)機(jī)，把帶活瓣樁尖的沉管沉入土中并將沉管沉至設(shè)計(jì)深度，且每下沉0.5米留振I分鐘；
(4)移開振動(dòng)頭，往沉管空腔內(nèi)依次下放鋼筋籠和剛性注漿管，并填充散體材料,直至填滿；
(5)填完散體材料后，連接并啟動(dòng)振動(dòng)頭，邊振動(dòng)邊上拔沉管，上拔速率為O.5-1. 4米/分鐘，且每拔管I米留振I分鐘；每振動(dòng)上拔5米高度，停振3分鐘，并往沉管空腔內(nèi)補(bǔ)充散體填料，填補(bǔ)因振動(dòng)壓密而引起的樁頂標(biāo)高下沉；直至完成整體振動(dòng)拔管，形成散體材料樁；
(6)振動(dòng)拔管完成后，在散體材料樁頂部埋設(shè)筒形蓋板，并讓剛性注漿管穿越筒形蓋板預(yù)留的孔口；
(7)埋設(shè)完成筒形蓋板后，連接剛性注漿管、柔性注漿管及注漿泵形成高壓噴射注漿系統(tǒng)，通過高壓噴射注漿系統(tǒng)，邊上拔注漿管邊注漿的形式，向散體材料樁及周圍土體內(nèi)噴射雙組份發(fā)泡聚氨酯為代表的非水反應(yīng)類高聚物材料漿液，注漿壓力為20-40 Mpa，上拔注漿管的速率為O. 5-1.4米/分鐘；
(8)上拔注漿管完成后，吊出筒形蓋板,完成振動(dòng)擠密散體材料樁和高聚物材料后注漿散體材料樁施工，完成基樁的施工；
(9)完成基樁施工后，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在樁頂澆注條形樁帽，樁帽為適當(dāng)配筋的混凝土
板；
(10)待鋼筋混凝土樁帽初凝完成后，在頂部鋪設(shè)褥墊層，最終完成高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基的整體施工。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于通過振動(dòng)擠密散體材料樁沉管和高聚物材料漿液高壓噴射后注漿施工，使高聚物材料漿液充填散體材料樁空隙、填充擠密樁間土、適當(dāng)排出部分樁間水，然后樁頂澆注條形樁帽、鋪設(shè)褥墊層，形成高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基。與常規(guī)水泥漿漿固碎石樁和后注水泥漿灌注樁相比，本發(fā)明的高聚物材料注漿可以避免傳統(tǒng)水泥漿液后注漿灌注樁水泥漿凝固齡期長、漿液擴(kuò)散、水泥漿液凝結(jié)注漿管和成型可控性差等問題；同時(shí)高聚物注漿技術(shù)可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)和工期，有利于保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源，且質(zhì)量更容易控制。高聚物材料后注漿散體材料樁，優(yōu)化了樁-土接觸面摩擦系數(shù)，提高了樁側(cè)摩阻力；高聚物材料具有一定的膨脹性，對(duì)散體材料樁及樁周土均有一定的擠密作用。該方法施工工藝簡單、可操作性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制，經(jīng)濟(jì)效益明顯，治理軟土地基效果顯著。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的復(fù)合地基縱斷面結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明的復(fù)合地基橫斷面布置結(jié)構(gòu)示意 其中，I為振動(dòng)打樁機(jī)，2為振動(dòng)頭，3為法蘭盤，4為沉管，5為活瓣樁尖，6為剛性注漿管，7為柔性注漿管，8為注漿壓力表，9為注漿泵，10為注漿管接頭，11為筒形蓋板，12為鋼筋籠，13為高聚物材料漿固散體材料，14為高聚物材料漿固土體，15為樁間土，16為鋼筋混凝土樁帽，17為土工織物，18為碎石墊層。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實(shí)施方式的描述。當(dāng)注漿漿液用普通硅酸鹽水泥漿液替代時(shí)，本發(fā)明方法同樣適用。如圖I和圖2所示，首先，制作帶活瓣樁尖5的沉管4，制作由剛性注漿管6、柔性注漿管7、注漿壓力表8和注漿泵9組成的高聚物材料注漿系統(tǒng)，剛性注漿管6和柔性注漿管7通過接頭10連接；柔性注漿管7通過注漿壓力表8與注漿泵9連接；剛性注漿管6穿越筒形蓋板11頂部的預(yù)留孔口。實(shí)施時(shí)，平整場地，測量放線，并將帶活瓣樁尖5的沉管4在指定的打樁位置就位，保證起重設(shè)備平穩(wěn)，導(dǎo)向架與地面垂直偏角、成孔中心與設(shè)計(jì)樁位偏差符合規(guī)范要求；啟動(dòng)振動(dòng)機(jī)1，把帶活瓣樁尖5的沉管4沉入土 中并將沉管4沉至設(shè)計(jì)深度，且每下沉O. 5米留振I分鐘；移開振動(dòng)頭2，往沉管4空腔內(nèi)依次下放鋼筋籠12及剛性注漿管6，并填充散體材料,直至填滿；填完散體材料后,連接并啟動(dòng)振動(dòng)頭2，邊振動(dòng)邊上拔沉管4，上拔速率為O. 5-1. 4米/分鐘，且每拔管I米留振I分鐘,每振動(dòng)上拔5米高度，停振3分鐘，并往沉管4空腔內(nèi)補(bǔ)充散體填料，填補(bǔ)因振動(dòng)壓密而引起的樁頂標(biāo)高下沉，直至完成整體振動(dòng)拔管，形成散體材料樁；振動(dòng)拔管4完成后，在散體材料樁頂部埋設(shè)筒形蓋板11，并讓剛性注漿管6穿越筒形蓋板11預(yù)留的孔口 ；埋設(shè)完成筒形蓋板11后，連接剛性注漿管6、柔性注漿管7及注漿泵9形成高壓噴射注漿系統(tǒng)，通過高壓噴射注漿系統(tǒng)，邊上拔注漿管邊注漿的形式，向散體材料樁及周圍土體內(nèi)噴射高聚物材料漿液，上拔注漿管的速率為O. 5-1. 4米/分鐘；上拔注漿管完成后，吊出筒形蓋板11,完成振動(dòng)擠密散體材料樁和高聚物材料后注漿散體材料樁施工，完成基樁的施工；完成基樁施工后，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在樁頂澆注條形鋼筋混凝土樁帽16，樁帽16為適當(dāng)配筋的混凝土板；待鋼筋混凝土樁帽16初凝完成后，在頂部鋪設(shè)土工織物17和碎石墊層18形成加筋褥墊層，最終完成高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基的整體施工。當(dāng)作為復(fù)合地基時(shí)，一般不需要很高的樁體強(qiáng)度，因此也可以不放置鋼筋籠12而直接形成高聚物材料漿固散體材料樁體。本發(fā)明的技術(shù)施工方案，利用水泥漿液替代高聚物材料漿液也同樣適用，形成水泥漿液漿固散體材料樁體。
權(quán)利要求
1.一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基，由高聚物材料漿固散體材料樁體、高聚物材料漿固土體、樁間土、條形樁帽和褥墊層等部分組成，其技術(shù)特征在于利用振動(dòng)沉管在軟弱土地基中填筑散體材料樁；在散體材料樁中間預(yù)先埋設(shè)剛性注漿管，與柔性注漿管和注漿泵組成注漿系統(tǒng)；在散體材料樁頂部埋設(shè)直徑大于樁徑的筒形蓋板；通過注漿系統(tǒng)向散體材料樁中高壓噴射高聚物材料漿液，高聚物材料漿液填充散體材料樁空隙、劈裂滲透樁間土中，且劈裂滲透在樁間土中高聚物材料與散體材料樁空隙內(nèi)的高聚物材料連在一體，樁體與樁周土形成咬合接觸；在高聚物材料漿固散體材料樁體、高聚物材料漿固土體和樁間土組成的頂部，澆注條形樁帽，以協(xié)調(diào)樁、土共同作用，一起承擔(dān)上部荷載；在高聚物材料高壓噴射過程中，部分土體中的水隨散體材料樁通道被排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基的施工方法，其特征在于 (1)制作帶活瓣樁尖的沉管裝置，制作由剛性注漿管、柔性注漿管和注漿泵組成的高聚物材料注漿系統(tǒng)，制作帶預(yù)留注漿管穿越孔口的筒形蓋板； (2)場地平整，測量放線，并將帶活瓣樁尖的沉管在指定的打樁位置就位，保證起重設(shè)備平穩(wěn)，導(dǎo)向架與地面垂直偏角、成孔中心與設(shè)計(jì)樁位偏差符合規(guī)范要求； (3)啟動(dòng)振動(dòng)機(jī)，把帶活瓣樁尖的沉管沉入土中并將沉管沉至設(shè)計(jì)深度，且每下沉O.5米留振I分鐘； (4)移開振動(dòng)頭，往沉管空腔內(nèi)依次下放鋼筋籠和剛性注漿管，并填充散體材料,直至填滿； (5)填完散體材料后，連接并啟動(dòng)振動(dòng)頭，邊振動(dòng)邊上拔沉管，上拔速率為O.5-1. 4米/分鐘，且每拔管I米留振I分鐘；每振動(dòng)上拔5米高度，停振3分鐘，并往沉管空腔內(nèi)補(bǔ)充散體填料，填補(bǔ)因振動(dòng)壓密而引起的樁頂標(biāo)高下沉；直至完成整體振動(dòng)拔管，形成散體材料樁； (6)振動(dòng)拔管完成后，在散體材料樁頂部埋設(shè)筒形蓋板，并讓剛性注漿管穿越筒形蓋板預(yù)留的孔口； (7)埋設(shè)完成筒形蓋板后，連接剛性注漿管、柔性注漿管及注漿泵形成高壓噴射注漿系統(tǒng)，通過高壓噴射注漿系統(tǒng)，邊上拔注漿管邊注漿的形式，向散體材料樁及周圍土體內(nèi)噴射雙組份發(fā)泡聚氨酯為代表的非水反應(yīng)類高聚物材料漿液，注漿壓力為20-40 Mpa，上拔注漿管的速率為O. 5-1.4米/分鐘； (8)上拔注漿管完成后，吊出筒形蓋板,完成振動(dòng)擠密散體材料樁和高聚物材料后注漿散體材料樁施工，完成基樁的施工； (9)完成基樁施工后，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在樁頂澆注條形樁帽，樁帽為適當(dāng)配筋的混凝土板； (10)待鋼筋混凝土樁帽初凝完成后，在頂部鋪設(shè)褥墊層，最終完成高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基的整體施工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高聚物材料漿固散體材料樁復(fù)合地基及其施工方法，利用振動(dòng)沉管在軟弱土地基中填筑散體材料樁，在散體材料樁中間預(yù)先埋設(shè)剛性注漿管、頂部埋設(shè)筒形蓋板，通過注漿系統(tǒng)向散體材料樁中高壓噴射高聚物材料漿液。高聚物材料漿液填充散體材料樁空隙、劈裂滲透樁間土中，樁體與樁周土形成咬合接觸，有效提高樁-土接觸面摩擦系數(shù)；在高聚物材料漿固散體材料樁體、高聚物材料漿固土體和樁間土組成的頂部，澆注條形樁帽；高聚物材料系非水溶性材料且具有一定的膨脹性，在高壓噴射過程中，部分土體中的水隨散體材料樁通道被排出。本發(fā)明施工工藝簡單、可操作性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制，樁-土接觸面咬合效果好，經(jīng)濟(jì)效益明顯，加固軟土地基效果顯著。
文檔編號(hào)E02D3/12GK102767173SQ201210234390
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者丁選明, 劉漢龍, 劉璐, 孔綱強(qiáng) 申請(qǐng)人:河海大學(xué)