一種水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法：步驟1：根據(jù)設計樁位布置進行放線定位；步驟2：鉆孔；步驟3：將噴管插入孔中至地層預定深度；步驟4：旋噴注漿；步驟5：拔管沖洗，旋噴樁施工完成；步驟6：旋噴樁施工完成3～5天后，在每個旋噴樁樁頂部的上方土體進行混凝土灌注樁成孔；步驟7：在每個旋噴樁樁頂部位開鑿榫眼；步驟8：將素混凝土灌注至樁頂設計標高處，振搗密實，水泥土和混凝土組合材料樁施工完成。本發(fā)明的組合材料樁體連接可靠，整體性強，豎向承載力及水平抗剪力均較高，樁身受壓不易破壞；地層適應性強，同時施工簡便、對環(huán)境污染小且成本低等優(yōu)點。
【專利說明】一種水泥土和混凝土組合材料粧及其施工方法【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程中的地基處理【技術(shù)領域】，具體涉及一種水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，旋噴樁和混凝土灌注樁均廣泛應用于各種地基處理和基礎工程中。旋噴樁通過高壓噴射流切割攪碎土體成為散顆粒狀，使其和水泥漿液混合，凝固后形成具有一定強度的圓柱狀固結(jié)體，起到加固土體的作用，具有受地層土質(zhì)條件影響較小，宜于成樁等優(yōu)點。但是，由于旋噴樁樁身材料為水泥和地基土的拌合物，樁身強度較低，在建筑物荷載作用下，樁身淺部易產(chǎn)生局部受壓破壞，使單樁或復合地基的承載力降低；而混凝土灌注樁樁身強度較高，但其施工過程受場地土質(zhì)條件影響較大，特別在地下水位以下，當土質(zhì)較軟或者遇到砂礫石層時，成孔困難，易產(chǎn)生塌孔，形成樁身縮頸或斷樁，影響樁的質(zhì)量，同時灌注樁的造價相對較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法，該方法將旋噴樁和混凝土灌注樁組合形成水泥土和混凝土組合材料樁。解決了現(xiàn)有技術(shù)中:(1)旋噴樁樁身強度較低，受荷載后易在樁身淺部發(fā)生破壞的問題； (2)灌注樁在地層條件復雜，尤其在地下水位以下，存在軟弱土層或砂礫石層，難以成孔，施工過程中易于塌孔而形成樁身縮頸和斷樁等質(zhì)量問題；(3)由于旋噴樁注漿不需要返漿至地面，灌注樁也不需要采用泥漿護壁，因而解決了施工過程中對環(huán)境造成的污染問題。(4)利用榫接把旋噴樁和灌注樁兩種不同材料的樁體連接在一起，接頭部位連接可靠，整體性強，豎向承載力及水平抗剪力均較高。(5)避免了材料浪費，降低了工程造價。
[0004]為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法，具體包括以下步驟:
[0006]步驟1:根據(jù)設計樁位布置進行放線定位；
[0007]步驟2:鉆孔；
[0008]步驟3:將噴管插入孔中至地層預定深度；
[0009]步驟4:旋噴注漿；
[0010]步驟5:拔管沖洗，旋噴樁施工完成；
[0011]步驟6:旋噴樁施工完成3~5天后，在每個旋噴樁樁頂部的上方土體進行混凝土灌注樁成孔；
[0012]步驟7:在每個旋噴樁樁頂部位開鑿榫眼；
[0013]步驟8:將素混凝土灌注至樁頂設計標高處，振搗密實，水泥土和混凝土組合材料樁施工完成。[0014]進一步的，所述步驟(4)的旋噴注漿是指將預拌好的水泥漿通過高壓注漿管注入到地基土中，注漿時注漿管邊旋轉(zhuǎn)邊提升；注漿壓力為20?22MPa，提升速度20?25cm/min,旋轉(zhuǎn)速度20?22r/min。
[0015]進一步的，所述水泥漿中的水泥采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥。
[0016]進一步的，所述步驟5的拔管沖洗是指待旋噴樁樁頂端施工到距離停機面1.5?2倍的旋噴樁樁徑時停止注漿，立即拔出注漿管并沖洗干凈，旋噴樁施工完成。
[0017]進一步的，所述步驟6中的灌注樁的孔徑不小于旋噴樁的直徑，灌注樁與旋噴樁的軸心重合。
[0018]進一步的，所述步驟7中，開鑿的榫眼軸心與旋噴樁中心重合，榫眼直徑350?400mm,深 300 ?350mm。
[0019]進一步的，所述步驟8中的所述素混凝土采用強度等級為C15級的細石混凝土。
[0020]應用上述方法得到的水泥土和混凝土組合材料樁，包括同軸的旋噴樁和灌注樁，其中，所述旋噴樁頂部開有榫眼，所述灌注樁位于旋噴樁的上方且兩者之間通過榫接方式連接。
[0021]進一步的，所述榫眼的軸心與旋噴樁的軸心重合，榫眼直徑350?400mm,深300?350mmo
[0022]進一步的，所述旋噴樁頂部距上方地面的距離為1.5?2倍旋噴樁樁徑。
[0023]與現(xiàn)有的旋噴樁和混凝土灌注樁相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0024](I)地基加固施工中本方法對地層的適應性強，樁長易于控制。對于均勻的粘性土地基，高壓噴射流可切割攪碎土體，成為分散顆粒狀，使其和水泥漿液混合，凝固后形成具有一定強度的圓柱狀固結(jié)體，起到加固土體的作用。對于砂礫石層，雖然噴射流一般不能將大漂石切削和使其重新排列，但噴射流能通過空隙，使空隙被漿液填充，提高漂石層的整體性，由于噴射壓力可使?jié){液向四周擠壓，其加固機理類似于滲透注漿，形成一定范圍的加固體。
[0025](2)施工簡便。由于灌注樁施工在地基土層淺部進行，施工中受地下水位和地層影響較小，避免了當土質(zhì)較軟或者遇到砂礫石層時，成孔必須采用泥漿護壁，容易產(chǎn)生塌孔而造成樁身縮頸或斷樁等質(zhì)量問題。
[0026](3)施工過程對周圍環(huán)境污染小。由于旋噴樁施工中注漿無需返漿至地面，這樣不但節(jié)約了材料，同時減少了對周圍環(huán)境的污染。
[0027](4)縮短了地基處理施工工期。正常情況下，旋噴樁施工完28天后，方可進行下道工序施工。采用組合材料樁，由于灌注樁樁身強度較高，在灌注樁施工完7?10天，即可進行下道工序施工。
[0028](5)利用榫接把旋噴樁和灌注樁兩種不同材料的樁體連接在一起形成組合材料樁，可以充分發(fā)揮二者的優(yōu)點、避免各自的缺點。接頭部位連接可靠，整體性強，豎向承載力及水平抗剪力均較高。
[0029](6)水泥土和混凝土組合材料樁承載力。能夠有效地將荷載傳遞給其下的旋噴樁，再通過旋噴樁傳到地基深部持力層。
[0030]( 7 )本發(fā)明經(jīng)濟效果明顯，可顯著節(jié)約地基處理費用?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0031]圖1是水泥土一混凝土組合材料樁結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是圖1的A-A向視圖。
[0033]圖3是本發(fā)明的實施例1中單樁靜載荷試驗Q?s曲線。
[0034]圖4是本發(fā)明的實施例2中單樁靜載荷試驗Q?s曲線。
[0035]圖中各標號含義:1-地基土、2-灌注樁、3-旋噴樁、4-樁端標高。
[0036]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0037]參見圖1、圖2，本發(fā)明的水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法，具體包括以下步驟:
[0038]( I)根據(jù)設計的樁位布置對水泥土和混凝土組合材料樁進行放線定位；
[0039](2)鉆孔。采用旋轉(zhuǎn)振動鉆機或地質(zhì)鉆機在樁位處進行鉆孔，保證鉆孔位置與設計位置的偏差不大于50mm ；
[0040](3)插管。鉆孔完成后，將噴管插入到地層預定深度；
[0041](4)旋噴注漿。將預拌好的水泥漿通過高壓注漿管注入到地基土中，注漿時注漿管邊旋轉(zhuǎn)、邊提升；水泥采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥。注漿壓力為20?22MPa，提升速度20?25cm/min,旋轉(zhuǎn)速度20?22r/min ；
[0042](5)拔管沖洗。待旋噴樁樁頂端施工到距離停機面1.5?2倍的旋噴樁樁徑時停止注漿，立即拔出注漿管并沖洗干凈，旋噴樁施工完成；
[0043](6)旋噴樁施工完3?5天后，在每個旋噴樁樁頂部上方土體進行混凝土灌注樁成孔，成孔方式視地層情況不同可采用機械或人工開挖成孔。灌注樁孔徑不小于旋噴樁的直徑，灌注樁與旋噴樁的軸心應重合；
[0044](7)在每個旋噴樁樁頂部位通過機械或人工洛陽鏟開鑿榫眼，榫眼軸心與旋噴樁中心重合，榫眼直徑350?400mm，深300?350mm ;將榫眼及孔內(nèi)沉渣清理干凈；
[0045](8)灌注素混凝土。素混凝土強度等級為C15級的細石混凝土，將素混凝土灌注至樁頂設計標高處，然后振搗密實，灌注樁施工完成。
[0046]第二部分:
[0047]實施例1:
[0048]某住宅樓長45.1m,寬17.7m,地面以上為7層，磚混結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土筏板基礎，基礎埋深為-2.5m。地基處理采用本發(fā)明的水泥土和混凝土組合材料樁，設計樁徑700mm，樁距1.7m，呈正方形布置，單樁設計長度為6.5m。水泥土和混凝土組合材料樁施工完成后，在其上鋪設500mm厚自然級配砂石墊層。設計要求單樁承載力特征值Rk=300kN。
[0049]根據(jù)該場地工程勘察報告，地層結(jié)構(gòu)如下:①素填土(Q4ml+Pd):褐黃色，很濕，可塑，主要為粉質(zhì)粘土。層厚0.90?1.5mο②碌砂層(Q4al):灰色,很濕?飽和,松散。層厚1.80?
2.80m,層頂埋深1.40?2.0Om0地基承載力特征值fk=100kPa。③粉土層(Q4al):灰色，飽和，軟塑。層厚0.20?0.40m，層頂埋深3.80?4.30m。④角礫層(Q4al):灰色?雜色，飽和，松散。層厚1.30?3.20m，層頂埋深3.80?4.50m。地基承載力特征值fk=180kPa。⑤中細砂層(Q4al):雜色，飽和，松散。層厚0.20?0.60m，層頂埋深5.60?7.30m。地基承載力特征值fk=60kPa。⑥角礫砂層(Q4al):雜色，飽和，松散~稍密。層厚1.40~3.50m，層頂埋深6.00~7.70m。地基承載力特征值fk=180kPa。⑦泥質(zhì)砂巖(E):為第三系沉積巖，棕紅色，很濕。本層未穿透，層頂埋深8.20~9.80m。地基承載力特征值fk=300kPa。地下水位埋深 1.20 ~2.45m。
[0050]具體施工過程如下:
[0051 ] (I)根據(jù)設計的樁位布置進行放線定位；
[0052](2)鉆孔。采用2臺XPZ-50型地質(zhì)鉆機進行鉆孔，鉆孔位置與設計位置的偏差不大于50mm ；
[0053](3)插管。將噴管插入地層預定深度。本實施例中，插管和鉆孔兩道工序合二為
[0054](4)旋噴注漿。將預拌好的水泥漿通過高壓注漿管注入到地基土中，注漿時注漿管邊旋轉(zhuǎn)、邊提升；水泥采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥，每米水泥用量為262kg，水泥漿液的水灰比為1.0，注漿壓力為20MPa，提升速度22cm/min，旋轉(zhuǎn)速度22r/min ；
[0055](5)拔管沖洗。待旋噴樁樁頂施工到距離停機面1.2m時停止注漿，立即拔出注漿管等機具設備并沖洗干凈，至此，旋噴樁施工完成。
[0056](6)旋噴樁施工完成3天后，在每個旋噴樁的上方土體進行混凝土灌注樁成孔，成孔方式采用人工開挖，孔徑大小為700mm，孔深1.5m ;旋噴樁與灌注樁的軸心重合，以保證水泥土和灌注樁組合材料樁垂直受力。
[0057](7)在每個旋噴樁的樁頂部位開鑿榫眼，榫眼軸心與旋噴樁中心重合，榫眼直徑350mm,深300mm，然后將榫眼及孔內(nèi)沉渣清理干凈。
[0058](8)灌注灌注樁。采用強度等級為C15級的細石混凝土，灌注至樁頂設計標高處，然后采用插入式混凝土振搗器振搗密實。灌注樁施工完成。
[0059]利用本發(fā)明的施工方法進行水泥土和混凝土組合材料樁施工完成28天后，抽取3根工程樁進行了單樁靜載荷試驗，荷載一沉降(Q~s)曲線見圖3。在終止荷載600kN壓力下，沉降量分別為5.611mm、9.042mm和7.157mm，單樁承載力特征值Rk≥300kN，滿足設計要求，加固效果良好。
[0060]實施例2:
[0061]某住宅小區(qū)擬建住宅樓場地，地貌單元屬渭河I級階地，地層自上而下依次為:O~5.5m為黃土狀土, 5.5~9.3m為游泥質(zhì)土, 9.3~12.0m為卵石層,場地地基土為非濕陷性黃土。擬建住宅樓地基處理采用旋噴樁，旋噴樁設計樁長為12.0111，樁徑為600_。工程樁施工前，在場地內(nèi)進行了 3根旋噴樁單樁試驗，試樁編號分別為DpD2和D3,實測樁徑分別為670mm、480mm和600mm,樁長均為12.0m。試驗均加載至樁體破壞,測得極限荷載分別為720kN、450kN和400kN，荷載一沉降(Q~s)曲線見圖4。
[0062]試驗結(jié)束后，通過對試樁開挖檢驗，發(fā)現(xiàn)旋噴樁3的破壞發(fā)生在淺層，破壞特征為:樁頂面呈多道環(huán)向及徑向裂紋，樁側(cè)面呈多道豎向裂縫，其裂縫實測深度為2d(d為旋噴樁的直徑)。其樁身軸向應力自上而下逐漸減小，最大軸應力位于樁頂下2~3倍樁徑范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水泥土和混凝土組合材料樁及其施工方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)設計樁位布置進行放線定位； 步驟2:鉆孔； 步驟3:將噴管插入孔中至地層預定深度； 步驟4:旋噴注衆(zhòng)； 步驟5:拔管沖洗，旋噴樁施工完成； 步驟6:旋噴樁施工完成3?5天后，在每個旋噴樁樁頂部的上方土體進行混凝土灌注樁成孔； 步驟7:在每個旋噴樁樁頂部位開鑿榫眼； 步驟8:將素混凝土灌注至樁頂設計標高處，振搗密實，水泥土和混凝土組合材料樁施工完成。
2.如權(quán)利要求1所述的水泥土和混凝土組合材料樁的施工方法，其特征在于，所述步驟(4)的旋噴注漿是指將預拌好的水泥漿通過高壓注漿管注入到地基土中，注漿時注漿管邊旋轉(zhuǎn)邊提升；注漿壓力為20?22MPa，提升速度20?25cm/min，旋轉(zhuǎn)速度20?22r/min。
3.如權(quán)利要求2所述的水泥土和混凝土組合材料樁的施工方法，其特征在于，所述水泥漿中的水泥采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥。
4.如權(quán)利要求1所述的水泥土和混凝土組合材料樁的施工方法，其特征在于，所述步驟5的拔管沖洗是指待旋噴樁樁頂端施工到距離停機面1.5?2倍的旋噴樁樁徑時停止注漿，立即拔出注漿管并沖洗干凈，旋噴樁施工完成。
5.如權(quán)利要求1所述的水泥土和混凝土組合材料樁的施工方法，其特征在于，所述步驟6中的灌注樁的孔徑不小于旋噴樁的直徑，灌注樁與旋噴樁的軸心重合。
6.如權(quán)利要求1所述的水泥土和混凝土組合材料樁的施工方法，其特征在于，所述步驟7中，開鑿的榫眼軸心與旋噴樁中心重合，榫眼直徑350?400mm，深300?350mm。
7.如權(quán)利要求1所述的水泥土和混凝土組合材料樁的施工方法，其特征在于，所述步驟8中的所述素混凝土采用強度等級為C15級的細石混凝土。
8.應用權(quán)利要求1-7任一所述的方法得到的水泥土和混凝土組合材料樁，其特征在于，包括同軸的旋噴樁(3)和灌注樁(2)，其中，所述旋噴樁(3)頂部開有榫眼，所述灌注樁(2)位于旋噴樁(3)的上方且兩者之間通過榫接方式連接。
9.如權(quán)利要求8所述的水泥土和混凝土組合材料樁，其特征在于，所述榫眼的軸心與旋噴樁(3)的軸心重合，榫眼直徑350?400_，深300?350_。
10.如權(quán)利要求8所述的水泥土和混凝土組合材料樁，其特征在于，所述旋噴樁(3)頂部距上方地面的距離為1.5?2倍旋噴樁樁徑。
【文檔編號】E02D5/46GK103774645SQ201410018279
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王建平, 范力, 姚修文, 樊勝軍, 孫淮, 劉佳偉 申請人:西安建筑科技大學