專利名稱：一種帶砂墻翼板的后注漿碎石樁及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶砂墻翼板的后注漿碎石樁及施工方法，該地基加固方法可兼顧排水固結(jié)法與復合地基法兩者之長。屬于地基工程領(lǐng)域，適宜于軟土地區(qū)公路、市政、機場及堤壩等工程的地基處理。
背景技術(shù)：
我國軟土地基種類繁多、分布廣泛，普遍具有含水率高、壓縮性大、強度低、透水性差等特點。建造在軟土地基上的建筑物常出現(xiàn)總沉降量過大、差異沉降明顯、后期沉降量超標、承載能力不足等工程問題，影響建筑物的正常使用性能和安全性能。對此，為提高軟土地基的承載能力，國內(nèi)外涌現(xiàn)出了大量的軟基處理技術(shù)，其中排水固結(jié)法和復合地基加固方法應用較為普遍。排水固結(jié)法是先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后施加預壓荷載，使土體中的孔隙水通過縱橫向排水體系排出，土體逐漸固結(jié)，地基強度逐步提高。排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩個主要部分組成。根據(jù)加壓和排水兩個系統(tǒng)的不同，派生出多種地基加固方法，如堆載預壓法、真空預壓法、真空聯(lián)合堆載預壓法、電滲法等。由于排水固結(jié)法具有造價低、施工工藝成熟等特點，在我國得到廣泛應用，但排水固結(jié)法具有工期長、地基總沉降大、地基承載能力提升幅度有限，而且若預壓期不足其工后沉降常超過規(guī)定值，這些在一定程度上限制了該法的適用范圍。復合地基加固方法一種比較理想的軟土地基處理方式，起源于20世紀60年代，由于該法能顯著改善地基的承載力，減小地基沉降，并有效抑制地基土體側(cè)向變形，在世界范圍內(nèi)都得到廣泛應用。碎石樁是復合地基處理方法中的一種，它是用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔，再將碎石壓入孔中，形成由碎石構(gòu)成的大直徑密實樁體。碎石樁最早始于1835年，20世紀50年代末，振沖法開始用于加固粘性土地基，并成為碎石樁。迄今為止，新型的碎石樁主要有以下幾種錘擊碎石樁、干振碎石樁、振擠碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁、強夯碎石樁。碎石樁具有施工簡便、造價低廉、加固周期短等優(yōu)點，已成為軟土地區(qū)土木工程建設(shè)常用的復合地基加固方法之一，但由于樁體材料為柔性散體材料，強度較低，有效加固深度通常不足20m?？紤]到排水固結(jié)法與復合地基法在實際應用中均存在一定的局限性，為完善地基加固方法體系，工程界已開始將注意力轉(zhuǎn)向排水固結(jié)法與復合地基法組合應用方面。目前，較常見的組合方法是在水泥攪拌樁、預應力管樁等樁間土中打設(shè)豎向排水體。該類設(shè)計雖可在適宜的工程背景和地質(zhì)條件下取得相對較好的工程效果，但該類加固方法涉及到復合地基、袋裝砂井或塑料排水板兩種不同類型的地基處理方法，施工組織難度大，工程造價較高；同時豎向排水體在復合地基的樁間設(shè)置，其間距較大，不滿足豎向排水通道“細而密”的設(shè)計原則，其排水加固效果較為有限。目前已有在地基中打設(shè)立體排水體的方法，該法在豎向排水管上設(shè)置側(cè)向排水管道，使地基土的排水路徑大大縮短，排水方向從傳統(tǒng)的單一性變?yōu)榱Ⅲw性，同時可實現(xiàn)地基土固結(jié)排水均勻、地基承載力均勻提高的目的，但該法僅具有加速土體固結(jié)的目的。綜上所述，現(xiàn)有的復合地基加固方法難以有效解決樁間土體的固結(jié)問題和樁體材料多次利用問題，在樁間土體中打設(shè)豎向排水體雖可在一定程度上加速樁間土體的固結(jié)，但由于其排水方向單一、排水路徑相對較長、存在涂抹或井阻效應。鑒于此，目前亟需發(fā)明一種能兼顧排水固結(jié)法與復合地基法兩者之長的新型地基處理方法，使之既有立體排水體的排水功能，又有復合地基的增強作用，還可實現(xiàn)有效改善樁體受力性能，提材料利用效率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能兼顧排水固結(jié)法與復合地基法兩者之長的帶砂墻翼板的后注漿碎石樁及施工方法，樁體中的散體材料先作為預壓期的立體排水體，后與水泥漿粘結(jié)形成剛性樁體，既可實現(xiàn)加速軟土地基的排水固結(jié)、提高樁體的強度的目的，還可實現(xiàn)在較低造價的前提下根據(jù)沉降要求對沉降變形進行動態(tài)控制。為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種帶砂墻翼板的后注漿碎石樁，其特征在于，主要由注漿碎石樁、多組砂墻翼板、預制鋼筋混凝土樁尖組成；砂墻翼板沿注漿碎石樁環(huán)向均勻分布并與其連接成一整體，樁體頂部伸入砂墊層內(nèi)部；預制鋼筋混凝土樁尖包括碎石樁樁尖和砂墻樁尖，分別設(shè)于碎石樁和砂墻的底部；注漿碎石樁樁體中間預設(shè)注漿管，注漿管底部與預制樁尖連接。本發(fā)明注漿前樁體中的散體材料可作為立體排水體加速軟土地基的排水固結(jié)，注漿后可形成帶砂墻翼板的后注漿碎石樁可提高樁體的強度，設(shè)置砂墻翼板可加大樁體的加固能力和范圍。砂墻翼板尺寸可以根據(jù)加固范圍要求確定。為了限制碎石樁的側(cè)向變形、增強樁身的整體性，所述注漿碎石樁注漿碎石樁外側(cè)裹有土工格柵或環(huán)形鋼筋網(wǎng)；土工格柵或環(huán)形鋼筋網(wǎng)的底部與預制鋼筋混凝土樁尖連接。進一步，所述預制鋼筋混凝土樁尖中的碎石樁樁尖和砂墻翼板樁尖整體澆注，其頂部設(shè)用于連接沉管的碎石樁樁尖榫頭和砂墻樁尖榫頭，以及固定注漿管的注漿管固定孔。所述注漿管為鋼管，管壁均勻開孔。本發(fā)明還提供了一種專用于上述碎石樁的沉管，其特征在于，所述沉管為鋼制沉管，由圓形碎石樁沉管和矩形砂墻沉管焊接連接而成，砂墻沉管沿碎石樁沉管外側(cè)環(huán)向等間隔分布。圓形碎石樁沉管沿縱向設(shè)注漿管限位鋼筋環(huán)，其直徑略小于圓形碎石樁沉管。帶砂墻翼板的碎石樁打設(shè)完成后再鋪設(shè)砂墊層，在地基中形成縱橫向排水通道。預壓期結(jié)束后，通過預留的注漿管向樁體內(nèi)壓入水泥漿形成帶砂墻翼板的后注漿碎石樁。后注漿可根據(jù)沉降及承載力要求，在不同時間、不同路段有選擇的進行。本發(fā)明最后提供了帶砂墻翼板的后注漿碎石樁的施工方法，包括以下施工步驟 步驟一、施工準備施工場地清理完成后，先將土工格柵或環(huán)形鋼筋網(wǎng)裹裝呈圓柱形，
并置于圓形碎石樁沉管的內(nèi)部圓腔內(nèi)；然后將注漿管穿過注漿管限位鋼筋環(huán)，與注漿管限位鋼筋環(huán)一起放入圓形碎石樁沉管的內(nèi)部圓腔內(nèi)，并與預制混凝土樁尖固定孔連接； 步驟二、沉管打設(shè)將沉管底部與混凝土預制樁尖頂面連接并固定，隨后將沉管連同樁尖一起，豎直、均勻打至設(shè)計樁底標高；
步驟三、樁體集料填充根據(jù)每一循環(huán)控制深度，用給料漏斗分別向圓形碎石樁沉管和矩形砂墻沉管內(nèi)填充碎石和中粗砂；
步驟四、樁體成型根據(jù)每一循環(huán)成樁高度振動上拔沉管，并進行振動密實，形成帶砂墻翼板的碎石樁；
步驟五、堆載預壓在樁頂鋪設(shè)砂墊層，并根據(jù)設(shè)計要求填筑預壓，使地基土排水固
結(jié)；
步驟六、樁體后注漿待預壓結(jié)束后，將樁體注漿管與路基注漿主管連接，通過注漿主管向帶砂墻翼板的碎石樁注漿，并封閉排水通道，形成后注漿帶砂墻翼板的碎石樁。在上述的施工方法中，后注漿可根據(jù)沉降及承載力要求，在不同時間、不同路段有選擇的進行。本發(fā)明具有以下特點
(I)集排水固結(jié)法與復合地基法兩者之長，砂墻翼板和碎石樁可先作為預壓期的豎向排水通道，后與水泥漿粘結(jié)形成剛性樁體。(2)預壓期，砂墻翼板和碎石樁可作為軟土地基中的排水通道，實現(xiàn)了立體排水，既縮短了排水路徑，又可實現(xiàn)地基土均勻固結(jié)。(3)通過調(diào)整注漿時間、注漿位置、注漿壓力，可實現(xiàn)對地基沉降的動態(tài)控制。(4)施工工藝簡單，無需分別進行排水固結(jié)法與復合地基法施工，降低了施工組織的難度和工程造價?？傊景l(fā)明的特點在于集排水固結(jié)與復合地基法兩者之長，提高了樁體材料的使用價值，增強了地基的承載能力，擴大了地基的加固范圍。


圖1是本發(fā)明帶砂墻翼板的后注漿碎石樁立體 圖2是本發(fā)明帶砂墻翼板的后注漿碎石樁縱向剖面 圖3是圖2沿A-A線的帶砂墻翼板的后注漿碎石樁橫斷面 圖4是圖2沿B-B線的預制樁尖頂部橫斷面 圖5是圖2預制樁尖放大 圖6是沉管橫斷面剖視 圖7是給料漏斗俯視 圖8是圖7沿C-C線的給料漏斗剖面 圖9是注漿管限位鋼筋環(huán)示意 圖10是后注漿碎石異型砂墻樁主要施工流程圖。圖中1一碎石樁、2—砂墻翼板、3—注衆(zhòng)管、4一土工格柵、5—預制鋼筋混凝土樁尖、6—砂墻樁尖、7—砂墻樁尖榫頭、8—碎石樁樁尖、9一碎石樁樁尖榫頭、10—注衆(zhòng)管固定孔、11 一異型鋼制沉管、12—給料漏斗、13—漏斗外壁、14一碎石給料口、15—漏斗內(nèi)壁、16—擋板、17—砂料給料口、18—未注衆(zhòng)的帶砂墻翼板的碎石樁、19一后注衆(zhòng)的帶砂墻翼板的碎石樁、20—注漿管限位孔、21—注漿管限位鋼筋環(huán)。具體實施例沉管的焊接技術(shù)要求、沉管打設(shè)及提升技術(shù)要求、砂墊層及上部填料設(shè)計參數(shù)及施工要求等本實施方案中不再累述，具體闡述本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)的實施方式。圖1是本發(fā)明帶砂墻翼板的后注漿碎石樁立體圖，圖2是本發(fā)明帶砂墻翼板的后注漿碎石樁縱向剖面圖，圖3是圖2沿A-A線的帶砂墻翼板的后注漿碎石樁橫斷面圖，圖4是圖2沿B-B線的預制樁尖頂部橫斷面圖，圖5是圖2預制樁尖放大圖。參照圖廣5所示，帶砂墻翼板的后注漿碎石樁主要包括碎石樁1、多組砂墻翼板2、注漿管3、土工格柵4、預制鋼筋混凝土樁尖5。預制鋼筋混凝土樁尖5外形與異型鋼制沉管11外形一致，其中圓形碎石樁樁尖8的直徑為550mm，碎石樁樁尖榫頭9外徑500mm，高為IOOmm ;砂墻樁尖6的尖部呈等邊三角形，邊長為55mm，在樁尖頂面設(shè)置高和寬均為30mm的砂墻樁尖榫頭7 ;樁尖水泥采用42. 5#普通硅酸鹽水泥，混凝土強度等級為C30，鋼筋直徑為8mm，強度等級為Q235 ;碎石樁樁尖8設(shè)有注漿管固定孔10 ;砂墻樁尖6與碎石樁樁尖8應澆筑成一整體。碎石樁I及多組砂墻翼板2的沉管采用異型鋼制沉管11，該異型鋼制沉管11由中間圓形碎石樁沉管和四個矩形砂墻沉管焊接連接，矩形砂墻沉管繞圓形碎石樁沉管環(huán)向等間隔分布。圖6是沉管橫斷面剖視圖，如圖6所示，異型鋼制沉管11中的圓形碎石樁沉管采用的熱軋無縫鋼管，壁厚為12mm,內(nèi)徑為500mm ;矩形砂墻沉管采用熱軋鋼板，內(nèi)壁寬500mm ;鋼板的強度等級均為Q235，板厚均為12_，尺寸規(guī)格應滿足現(xiàn)行規(guī)范之要求。圓形碎石樁沉管與矩形砂墻沉管應焊接連接；鋼板的強度等級均為Q235，尺寸規(guī)格應滿足現(xiàn)行規(guī)范之要求。注漿管3設(shè)于 異性鋼制沉管11的圓形沉管中心，其公稱直徑為50mm的普通鋼管注漿管，管壁上均勻開設(shè)花孔，鋼管壁厚3. 8mm，強度等級為Q235，尺寸規(guī)格應滿足現(xiàn)行規(guī)范之要求。土工格柵4采用鋼塑格柵，縱、橫向抗拉強度彡50kN/m,縱、橫向延伸率彡3%。碎石樁I和砂墻翼板2采用給料漏斗12進行給料。圖7是給料漏斗俯視圖，圖8是圖7沿C-C線的給料漏斗剖面圖，如圖1、所示，給料漏斗12包括漏斗外壁13、漏斗內(nèi)壁15和下部擋板16，形成碎石給料口 14和砂料給料口 17 ;給料漏斗12外觀呈圓臺形，外壁最大直徑為2500mm，內(nèi)孔直徑為500mm ;給料漏斗12采用鋼制材料焊接而成，
為限制注漿管3的空間位置，沿注漿管縱向設(shè)注漿管限位鋼筋環(huán)21。圖9是注漿管限位鋼筋環(huán)示意圖，如圖9所示，注漿管3穿過注漿管限位孔20，注漿管限位鋼筋環(huán)21的直徑為 400mm。異型鋼制沉管11打設(shè)至設(shè)計深度后，按每一循環(huán)控制深度同時向圓形碎石樁沉管和矩形砂墻沉管內(nèi)分別填充碎石和砂，經(jīng)循環(huán)振動后形成碎石樁I和砂墻2 ;碎石樁I，外徑為500mm,碎石米用未經(jīng)風化的扎制碎石含泥量小于5%,且最大粒徑不大于40mm ;砂墻翼板2厚為50mm，寬為500mm，填充砂采用天然級配的中砂，含泥量小于3%。圖10是后注漿碎石異型砂墻樁主要施工流程圖，如圖10所示，后注漿碎石異型砂墻樁的主要施工過程如下
步驟一、施工準備施工場地清理完成后，先將土工格柵4裹裝呈圓柱形，并置于圓形碎石樁沉管的內(nèi)部圓腔內(nèi)；然后將注漿管3穿過注漿管限位鋼筋環(huán)21的注漿管限位孔20，并與注漿管限位鋼筋環(huán)21 —起放入異型鋼制沉管11中圓形碎石樁沉管的內(nèi)部圓腔內(nèi)，并與樁尖注漿管固定孔10連接；
步驟二、沉管打設(shè)將異型鋼制沉管11底部與混凝土預制樁尖5頂面連接并固定，隨后將異型鋼制沉管11連同樁尖一起，豎直、均勻打至設(shè)計樁底標高；
步驟三、樁體集料填充根據(jù)每一循環(huán)控制深度，用給料漏斗12分別向異型鋼制沉管11中的圓形碎石樁沉管和矩形砂墻沉管內(nèi)填充碎石和中粗砂；
步驟四、樁體成型根據(jù)每一循環(huán)成樁高度振動上拔異型鋼制沉管11，并進行振動密實，形成未注漿的帶砂墻翼板的碎石樁18 ；
步驟五、堆載預壓在樁頂鋪設(shè)砂墊層，并根據(jù)設(shè)計要求填筑預壓，使地基土排水固
結(jié)；
步驟六、樁體后注漿待預壓結(jié)束后，將樁體注漿管3與路基注漿主管連接，通過注漿主管向未注漿的帶砂墻翼板的碎石樁18注漿，并封閉排水通道，形成后注漿的帶砂墻翼板的碎石樁19。
權(quán)利要求
1.一種帶砂墻翼板的后注漿碎石樁，其特征在于，主要由注漿碎石樁、多組砂墻翼板、預制鋼筋混凝土樁尖組成；砂墻翼板沿注漿碎石樁環(huán)向均勻分布并與其連接成一整體，樁體頂部伸入砂墊層內(nèi)部；預制鋼筋混凝土樁尖包括碎石樁樁尖和砂墻翼板樁尖，分別設(shè)于碎石樁和砂墻的底部；注漿碎石樁樁體中間設(shè)有注漿管，注漿管底部與預制樁尖連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶砂墻翼板的后注漿碎石樁，其特征在于，所述注漿碎石樁外側(cè)裹有土工格柵或環(huán)形鋼筋網(wǎng)；土工格柵或環(huán)形鋼筋網(wǎng)的底部與預制鋼筋混凝土樁尖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶砂墻翼板的后注漿碎石樁，其特征在于，所述預制鋼筋混凝土樁尖中的碎石樁樁尖和砂墻翼板樁尖整體澆注，其頂部設(shè)用于連接沉管的碎石樁樁尖榫頭和砂墻樁尖榫頭，以及用于固定注漿管的注漿管固定孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶砂墻翼板的后注漿碎石樁，其特征在于，所述注漿管為鋼管，管壁均勻開孔。
5.一種專用于權(quán)利要求r3之一所述碎石樁的沉管，其特征在于，所述沉管為鋼制沉管，由圓形碎石樁沉管和矩形砂墻沉管連接而成，砂墻沉管沿碎石樁沉管外側(cè)環(huán)向等間隔分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沉管，其特征在于，所述圓形碎石樁沉管沿縱向設(shè)有注漿管限位鋼筋環(huán)。
7.帶砂墻翼板的后注漿碎石樁的施工方法，其特征在于包括以下施工步驟 步驟一、施工準備施工場地清理完成后，先將土工格柵或環(huán)形鋼筋網(wǎng)裹裝呈圓柱形，并置于圓形碎石樁沉管的內(nèi)部圓腔內(nèi)；然后將注漿管穿過注漿管限位鋼筋環(huán)，與注漿管限位鋼筋環(huán)一起放入圓形碎石樁沉管的內(nèi)部圓腔內(nèi)，并與預制混凝土樁尖注漿管固定孔連接; 步驟二、沉管打設(shè)將沉管底部與混凝土預制樁尖頂面連接并固定，隨后將沉管連同樁尖一起，豎直、均勻打至設(shè)計樁底標高； 步驟三、樁體集料填充根據(jù)每一循環(huán)控制深度，用給料漏斗分別向圓形碎石樁沉管和矩形砂墻沉管內(nèi)填充碎石和中粗砂； 步驟四、樁體成型根據(jù)每一循環(huán)成樁高度振動上拔沉管，并進行振動密實，形成帶砂墻翼板的碎石樁； 步驟五、堆載預壓在樁頂鋪設(shè)砂墊層，并根據(jù)設(shè)計要求填筑預壓，使地基土排水固結(jié)； 步驟六、樁體后注漿待預壓結(jié)束后，將樁體注漿管與路基注漿主管連接，通過注漿主管向帶砂墻翼板的碎石樁注漿，并封閉排水通道，形成后注漿帶砂墻翼板的碎石樁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在于后注漿可根據(jù)沉降及承載力要求，在不同時間、不同路段有選擇的進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶砂墻翼板的后注漿碎石樁，其特征在于，主要由注漿碎石樁、多組砂墻翼板、預制鋼筋混凝土樁尖組成；砂墻翼板沿注漿碎石樁環(huán)向均勻分布并與其連接成一整體，樁體頂部伸入砂墊層內(nèi)部；預制鋼筋混凝土樁尖包括碎石樁樁尖和砂墻樁尖，分別設(shè)于碎石樁和砂墻的底部；注漿碎石樁樁體中間預設(shè)注漿管，注漿管底部與預制樁尖連接。本發(fā)明既可發(fā)揮散體材料在預壓期的排水性能，又可根據(jù)沉降情況通過注漿管向樁體內(nèi)注漿形成剛性復合樁型，提高了碎石樁地基的有效加固深度，實現(xiàn)了排水固結(jié)法與復合地基法的有效統(tǒng)一。
文檔編號E02D5/46GK103061328SQ20131003656
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者黃勝芬, 黃建光, 程千文, 楊潔, 林祖客, 朱雷, 麻建勇, 沈金樑, 林田夫, 王純, 朱永光, 李博, 金金柱, 謝忠巢, 席青善, 吳溫昊, 付連發(fā), 潘飛朋, 趙成艷, 林靜順, 李凱, 潘飛敏, 潘永策 申請人:方泰建設(shè)集團有限公司, 新宇建設(shè)有限公司