專利名稱：預(yù)旋噴輔助沉樁工法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地基處理施工方法，特別是一種在預(yù)制樁基工程施工中沉樁困難時(shí)，所采用的預(yù)旋噴輔助沉樁工法。
背景技術(shù)：
在預(yù)制樁基工程施工中，普遍采用錘擊沉樁法、靜壓沉樁法沉樁。在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，特別是要穿透堅(jiān)硬土夾層、粉質(zhì)土、沙層、卵石層的樁(其中有鋼筋砼預(yù)制方樁，PHC預(yù)應(yīng)力管樁，鋼管樁等)，無論是錘擊沉樁法還是靜壓沉樁法，沉樁時(shí)都很困難，尤其是近年來設(shè)計(jì)樁徑越來越大，沉樁設(shè)備也隨之越來越龐大。
用錘擊沉樁法沉樁，如果遇到沉樁阻力大，主要表現(xiàn)在錘擊次數(shù)多，打樁錘反彈力大，增加了沖擊力，使樁體受損。同時(shí)也縮短打樁錘使用期，甚至損壞打樁錘。有的樁在沉樁過程中錘擊總數(shù)已超過JGJ94-94《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，有的樁已達(dá)到或超過《規(guī)范》規(guī)定的貫入度而無法再沉樁。
用靜壓沉樁法沉樁往往由于靜壓樁機(jī)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沉樁阻力，下壓力不夠使的沉樁時(shí)穿不過地下堅(jiān)硬阻力層，沉樁不到位。如在太原鋼鐵集團(tuán)150萬噸不銹鋼項(xiàng)目樁基工程試樁過程中采用了YZY500T靜壓樁機(jī)試樁；PHC600管樁在太鋼不銹鋼區(qū)沉樁中穿過地層第3～4層的沙層與進(jìn)入第7層密實(shí)中沙層時(shí)的樁阻力在9000KN以上，而靜壓機(jī)下壓力最大才5000KN，顯然下壓力是不夠大的。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)最大的靜壓機(jī)的最大下壓力為6000KN-8000KN，由于靜壓機(jī)的拼裝、運(yùn)輸、下壓力及工作效率遠(yuǎn)不如柴油打樁錘，所以普及率不高。
為了解決上述預(yù)制樁基工程施工中沉樁困難問題，傳統(tǒng)的輔助沉樁法有預(yù)鉆孔輔助沉樁法、沖水輔助沉樁法。這兩種輔助沉樁法雖然對(duì)沉樁有效果，但是存在以下問題(1)施工費(fèi)用高，工序復(fù)雜。(2)影響沉樁的施工進(jìn)度。(3)降低樁的側(cè)向摩擦力，影響樁的承載能力。
預(yù)鉆孔輔助沉樁法是在預(yù)制樁沉樁之前在樁位點(diǎn)用螺旋鉆機(jī)鉆孔排土后再進(jìn)行沉樁的工藝。由于減少了地下土層對(duì)預(yù)制樁沉樁時(shí)的擠壓力，所以能使樁沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高要求。目前大多數(shù)使用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆孔；螺旋鉆機(jī)設(shè)備復(fù)雜，鉆出的泥土需外運(yùn)，施工費(fèi)用增大15％～25％。由于排土成孔的原因，使沉樁后樁側(cè)摩擦阻力顯著下降；施工時(shí)排、運(yùn)土?xí)r間長(zhǎng)，不能形成流水作業(yè)工序，影響沉樁的施工進(jìn)度。
沖水輔助沉樁法的基本原理是在樁尖處設(shè)置沖射管噴出高壓水來沖刷樁尖處的土體以破壞土的結(jié)構(gòu)，并使泥土沿樁上涌從而減小了樁尖處的土體阻力和樁表面與地基土體間的摩擦阻力，使樁在錘擊、振動(dòng)、靜壓等作用下沉入土中。沖水輔助沉樁法施工時(shí)所用的射水沉樁設(shè)備是有高壓水泵、壓力管、橡皮軟管、射水管及噴嘴等組成射水系統(tǒng)。
射水沉樁可分為內(nèi)沖內(nèi)排、內(nèi)沖外排、外沖外排等施工方法。
(1)內(nèi)沖內(nèi)排法將射水管安置在空心樁的中心，噴嘴不露出樁尖、位于樁身內(nèi)1m左右處，并通入壓縮空氣輔助向上排除泥渣漿。
(2)內(nèi)沖外排法將射水管安置在空心樁的中心，噴嘴伸出20cm～30cm，沖水?dāng)噥y的泥渣漿將沿著樁周外壁向上排出。
(3)外沖外排法將兩根以上的射水管對(duì)稱地設(shè)置于樁側(cè)面，有時(shí)也可預(yù)埋在樁內(nèi)，噴嘴宜超過樁尖約20cm，泥渣漿將沿著樁周外壁向上排出。此法操作對(duì)樁周土破壞較大，樁在下沉?xí)r易發(fā)生偏斜。由于樁周和樁尖處的土體排出使沉樁后樁側(cè)摩擦阻力顯著下降，嚴(yán)重降低樁的承載力。且施工工序復(fù)雜，消耗大量的水，產(chǎn)生泥漿污染公害，只宜在特殊條件下使用。
以上兩種輔助沉樁法均是利用排土來降低沉樁阻力，而且都是從自然地平面開始自上而下取土，不能夠有選擇地在地下某阻力層取土。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是在預(yù)制樁基工程施工過程中，在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，特別是要穿透沉樁阻力層的地下粉土層、砂層、卵石層，無論是錘擊沉樁法還是靜壓沉樁法，沉樁時(shí)貫入難的問題，其目的是降低沉樁阻力、提高沉樁速度、保護(hù)樁體，并在沉樁后又能增加樁側(cè)向摩擦阻力，由此而提供一種在地下阻力層區(qū)域內(nèi)的預(yù)旋噴輔助沉樁工法。
本發(fā)明基于上述存在的問題和所要實(shí)現(xiàn)的目的。所采取的技術(shù)實(shí)施方案是在預(yù)制樁沉樁前，確定地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度，并在沉樁樁點(diǎn)上用旋噴鉆機(jī)鉆至沉樁阻力層，然后用高壓注漿泵將漿液通過鉆桿端頭的噴嘴，以噴射壓力為30Mpa以上的高壓水平射流噴入沉樁阻力層，同時(shí)鉆桿以15～30r/min旋轉(zhuǎn)，以15～30cm/min提升速度，對(duì)地下沉樁阻力層進(jìn)行旋噴擾動(dòng)，然后用沉樁設(shè)備進(jìn)行沉樁。
其中所述的確定地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度是沉樁前地質(zhì)勘探或是沉樁前試樁或是旋噴鉆機(jī)鉆入地層時(shí)鉆桿進(jìn)尺速度快慢確定的地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度；所述的沉樁阻力層是沉樁難以穿透的地下粉土層、砂層、卵石層；所述的漿液是水或膨潤(rùn)土漿或水泥漿。
在上述方法的施工過程中注意以下要點(diǎn)
(1)旋噴數(shù)個(gè)樁點(diǎn)后，馬上進(jìn)行沉樁，旋噴漿液為膨潤(rùn)土漿或水時(shí)，旋噴后沉樁時(shí)間最好不要超過24小時(shí)。旋噴漿液為水泥漿液時(shí)，旋噴后沉樁時(shí)間應(yīng)當(dāng)小于水泥漿的初凝期，也可在水泥漿液中添加緩凝劑，以延長(zhǎng)沉樁時(shí)間。
(2)施工機(jī)具旋噴地基單管法施工所用的機(jī)具或其它地質(zhì)勘探鉆機(jī)設(shè)備均可。
(3)旋噴漿液比為水與膨潤(rùn)土比或水與水泥的比為1∶1。
(4)噴漿量為Q＝d2/4×Л×h×25％Q——噴漿量d——沉樁直徑Л——3.14h——噴射厚度(5)不同旋噴設(shè)備可根據(jù)以下公式計(jì)算未知量V＝H/Q×qV——旋噴管提升速度(m/min)H——旋噴厚度(m)Q——噴漿量(L)q——泵的排漿量(L/min)本發(fā)明通過實(shí)施上述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)與積極效果是在預(yù)制樁沉樁時(shí)難以穿透的地下阻力層區(qū)域內(nèi)，利用旋噴鉆機(jī)設(shè)備將漿液(如水、膨潤(rùn)土、水泥漿等介質(zhì))旋噴至此后，再進(jìn)行沉樁，使難以沉樁的地下區(qū)域土質(zhì)增加流動(dòng)性與潤(rùn)滑性，從而達(dá)到了順利沉樁的目的；其機(jī)理是借高壓漿液的水平射流不斷切削地層土質(zhì)并與切削物混合，對(duì)地下土質(zhì)進(jìn)行局部擾動(dòng)，增加土質(zhì)流動(dòng)性與潤(rùn)滑性，沉樁時(shí)具有流動(dòng)性與潤(rùn)滑性的土質(zhì)或被擠壓側(cè)移，或被上擠或被下推下拖，使土體抗剪切強(qiáng)度顯著降低，減少沉樁阻力。沉樁后由于樁體對(duì)土質(zhì)的擠壓，所旋噴漿液中的水份同土質(zhì)中的孔隙水慢慢消散，在樁體表面形成一種粘結(jié)物，使沙土、碎石類土層增加了粘聚性、從而使得樁體側(cè)向摩擦阻力提高。
本發(fā)明預(yù)旋噴輔助沉樁工法沉樁與未旋噴錘擊沉樁比較如下，在同一地質(zhì)條件下，使用同一種型號(hào)的沉樁設(shè)備沉樁，選同一型號(hào)的1號(hào)樁和2號(hào)樁進(jìn)行試驗(yàn)比較，1號(hào)樁不進(jìn)行預(yù)旋噴沉樁，2號(hào)樁在地下阻力層實(shí)施預(yù)旋噴輔助沉樁工法，對(duì)兩套樁沉樁過程的指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，并對(duì)沉樁后的兩套樁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，測(cè)定樁的承載能力等有關(guān)指標(biāo)，最后對(duì)比荷載試驗(yàn)結(jié)果如下一.與沉樁過程中錘擊數(shù)的試驗(yàn)對(duì)比1號(hào)樁沉樁過程錘擊數(shù)試驗(yàn)見附表1(未進(jìn)行預(yù)旋噴)2號(hào)樁沉樁過程錘擊數(shù)試驗(yàn)見附表2(進(jìn)行預(yù)旋噴)由以上1號(hào)樁和2號(hào)樁沉樁過程錘擊數(shù)試驗(yàn)表可以看出，沉樁到旋噴區(qū)時(shí)錘擊數(shù)比未旋噴時(shí)錘擊數(shù)明顯減少約1/2。而且在沉樁過程中，樁進(jìn)入地下1～9米的錘擊數(shù)1號(hào)樁與2號(hào)樁基本一致，1號(hào)樁沉到9米以下時(shí)每米沉樁錘擊數(shù)增多，等沉到22米時(shí)每米沉樁錘擊數(shù)急劇提高，貫入度增大。2號(hào)樁沉到9米以下也就是到達(dá)預(yù)旋噴區(qū)域后每米沉樁錘擊數(shù)沒有明顯增多，直到23米時(shí)每米沉樁錘擊數(shù)才陡然上升。
二.與靜載荷的試驗(yàn)對(duì)比沉樁15日后再進(jìn)行試樁。對(duì)1號(hào)樁(未旋噴)和2號(hào)樁(旋噴)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定單樁的軸向受壓承載力。荷載作用于樁頂，樁將產(chǎn)生位移(沉降)，可得到每根試樁的Q-s曲線(略)。本次試驗(yàn)加載方式為快速維持荷載法，每隔一小時(shí)加一級(jí)荷載，每級(jí)加載為1000KM。
以下是兩樁靜荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表。
1.靜荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表(預(yù)旋噴后沉樁)見附表32.靜荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表(旋噴后沉樁)見附表4由以上1號(hào)樁和2號(hào)樁兩樁靜荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表沉降數(shù)據(jù)表明，采用預(yù)旋噴輔助沉樁工法所沉的樁與未采用預(yù)旋噴輔助沉樁工法所沉的樁，靜荷載結(jié)果基本一樣，每級(jí)荷載增量下的沉降數(shù)基本一致，沒有因采用預(yù)旋噴輔助沉樁工法而使單樁載荷受到影響。
三.與預(yù)鉆孔輔助沉樁法、沖水輔助沉樁法對(duì)比本發(fā)明預(yù)旋噴輔助沉樁工法與現(xiàn)有預(yù)鉆孔輔助沉樁法、沖水輔助沉樁法對(duì)比，后兩種輔助沉樁法雖然對(duì)沉樁有效果，但是施工費(fèi)用高，工序復(fù)雜，而且影響沉樁的施工進(jìn)度，降低成樁后的側(cè)向摩擦力，降低樁的承載能力。尤其是沖水輔助沉樁法對(duì)樁周土破壞較大，樁在下沉?xí)r易發(fā)生偏斜。且施工時(shí)消耗大量的水，產(chǎn)生泥漿污染公害，只宜在特殊條件下使用。本發(fā)明預(yù)旋噴輔助沉樁工法避免了從自然地平開始自上而下取土，降低了沉樁阻力，提高了沉樁速度及保護(hù)了樁體，成樁后增加了樁側(cè)向摩擦阻力。


圖1是旋噴鉆機(jī)穿透沉樁阻力層鉆至預(yù)定深度示意2是高壓注漿泵把漿液通過鉆桿端頭噴嘴，以高壓水平噴入土層示意3是沉樁時(shí)樁體進(jìn)入被旋噴的土質(zhì)中的示意4是預(yù)選噴沉樁工藝流程圖中1旋噴鉆機(jī) 2是鉆機(jī)鉆桿 3是高壓聯(lián)接管 4是高壓注漿泵 5是地下預(yù)旋噴區(qū)域 6為預(yù)制樁附表1

附表2

附表3靜荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表(預(yù)旋噴后沉樁)

附表4靜荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表(未旋噴沉樁)

具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明一.山西省太鋼廠區(qū)沉樁場(chǎng)地。
二.采用PHC600混凝土管樁12m+12m，兩節(jié)總長(zhǎng)24m。
三.對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)勘探來確定地下區(qū)域旋噴標(biāo)高及旋噴厚度根據(jù)勘察結(jié)果，場(chǎng)地地表主要分布有人工填土(Qml)，其下為第四系中積層(Qal)粉土，粉質(zhì)粘土，細(xì)砂，中砂。地層巖性主要特征見下表。

分層編號(hào)(3)-1細(xì)砂層標(biāo)貫擊數(shù)最大值35擊。分層編號(hào)(6)中砂層標(biāo)貫擊數(shù)最大值50擊，屬于密實(shí)層，鉆孔深26.5M。
四.根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告制定出旋噴地下區(qū)域標(biāo)高及旋噴厚度，以穿透阻力層為宜。也可根據(jù)旋噴鉆機(jī)鉆孔時(shí)鉆桿進(jìn)尺速度快慢的經(jīng)驗(yàn)確定旋噴的地下區(qū)域標(biāo)高及旋噴厚度。本次實(shí)施確定地下區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)勘探分層編號(hào)(3)-1至(4)間自然地平9.4米下的細(xì)砂層與粉質(zhì)粘土層，旋噴厚度4米。確定沉樁樁點(diǎn)，利用旋噴鉆機(jī)鉆至自然地平9.4+4米處，然后用高壓泵把漿液通過鉆桿端頭的旋噴鉆頭，以高壓水平噴入土層，噴嘴在噴射漿液時(shí)，一面緩慢旋轉(zhuǎn)(20r/min)，一面徐徐提升(為25cm/min)，借高壓漿液的水平射流不斷切削土層并與切削下來的土充分混合，對(duì)地下土質(zhì)進(jìn)行局部擾動(dòng)。旋噴厚度達(dá)到4米時(shí)停止旋噴，并提鉆出地面。旋噴完畢旋噴鉆機(jī)撤走。
本次實(shí)施采用AF-700型工程鉆機(jī)、700型羅馬高壓注漿泵，4米噴漿量200公斤，旋噴漿液為膨潤(rùn)土漿，水與膨潤(rùn)土比為1∶1。如果用水泥漿時(shí)，水與水泥比仍為1∶1，也可用水直接處理。
五.預(yù)旋噴后沉樁過程(選用錘擊沉樁法)施工機(jī)具的準(zhǔn)備選擇沉樁機(jī)械打樁主機(jī)為DH508型，打樁柴油錘D80沉樁沉樁前，應(yīng)根據(jù)樁長(zhǎng)在樁身上劃出以米為單位的長(zhǎng)度標(biāo)記，并按從下至上的順序標(biāo)明樁的長(zhǎng)度，以便觀察樁入土深度及記錄每米沉樁錘擊數(shù)作為記錄。
樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)安裝調(diào)試后移至起點(diǎn)位置處就位，利用導(dǎo)桿垂直儀，使導(dǎo)桿調(diào)至初步垂直，而后進(jìn)行第一節(jié)樁起吊，且對(duì)準(zhǔn)地面已放好的樁位，使樁尖緩緩地插入土中30～50cm，并處于穩(wěn)定狀況，然后用兩臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行雙向垂直校正，直至樁身垂直度符合要求(注樁端入土3m后不得校正垂直度，若發(fā)現(xiàn)有偏差，應(yīng)起拔回填后重新插入)，將錘油門調(diào)整為中檔，啟動(dòng)樁錘進(jìn)行錘擊；在沉樁過程中，必須始終保持樁錘、樁帽、樁身中心三者在同一垂直線上，不得偏心錘擊，施工過程要求連續(xù)，中途不得停錘，樁沉到樁頂離自然地平+100mm即可。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)旋噴輔助沉樁工法，其特征在于該方法是在預(yù)制樁沉樁前，確定地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度，并在沉樁樁點(diǎn)上用旋噴鉆機(jī)鉆至沉樁阻力層，然后用高壓注漿泵將漿液通過鉆桿端頭的噴嘴，以噴射壓力為50Mpa以下的高壓水平射流噴入沉樁阻力層，同時(shí)鉆桿以15～30r/min旋轉(zhuǎn)，以15～30cm/min提升速度，對(duì)地下沉樁阻力層進(jìn)行旋噴擾動(dòng)，然后用沉樁設(shè)備進(jìn)行沉樁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋噴輔助沉樁工法，其特征在于所述的確定地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度是沉樁前地質(zhì)勘探或是試樁或是旋噴鉆機(jī)鉆孔時(shí)鉆桿進(jìn)尺速度快慢確定的地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋噴輔助沉樁工法，其特征在于所述的沉樁阻力層是沉樁難以穿透的地下粉土層、砂層、卵石層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)旋噴輔助沉樁工法，其特征在于所述的漿液是水或膨潤(rùn)土漿或水泥漿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)旋噴輔助沉樁工法，該方法是在預(yù)沉樁前，確定地下旋噴標(biāo)高及旋噴厚度，并在沉樁點(diǎn)上用旋噴鉆機(jī)鉆至沉樁阻力層，然后用高壓注漿泵將漿液通過鉆桿端頭的噴嘴，以噴射壓力為30MPa以上的高壓水平射流噴入沉樁阻力層，同時(shí)鉆桿以15～30r/min旋轉(zhuǎn)，以15～30cm/min速度提升，對(duì)地下沉樁阻力層進(jìn)行旋噴擾動(dòng)，然后用沉樁設(shè)備進(jìn)行沉樁。本發(fā)明預(yù)旋噴輔助沉樁工法避免了從自然地平開始自上而下取土，降低了沉樁阻力，提高了沉樁速度及保護(hù)了樁體，成樁后增加了樁側(cè)向摩擦阻力。本發(fā)明適用于處理預(yù)制樁基工程施工中地下沉樁阻力層使用。
文檔編號(hào)E02D7/26GK1641113SQ20041009241
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者曹進(jìn)元 申請(qǐng)人:曹進(jìn)元