专利名称：一种空心劲芯浆固散体材料桩及其施工方法
技术领域：
本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种空心劲芯浆固散体材料桩及其施工方法。
背景技术：
在道路、港口、桥梁等工程施工中，桩基应用广泛。桩基础竖向承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成，在深厚软土地基中桩侧摩阻力的发挥显得尤为重要。如何提高单位材料强度利用率、在节省建筑材料用量的同时提高桩基承载力，是研究人员长期关注的重要课题之一。此外，随着我国城市建设进程的加快，产生很多废弃砖块、石块、混凝土块、钢渣等建筑垃圾，如何将这些建筑垃圾变废为宝加以利用，是值得研究的课题。目前碎石桩、砂桩等散体材料桩是工程中常用的一种桩基类型，但散体材料桩本身的强度较低，只能承担较小的荷载。有很多种方法可提高桩体强度，例如在桩体内增加强度较高的“劲芯”来增强桩体强度，达到刚性桩的效果。在本发明之前，中国申请专利(申请号200310112791.9)公开了一种劲芯复合桩及施工方法，桩体的外周为散粒体桩，散粒体桩的中心设置高粘结强度桩芯形成组合桩，以提高桩体强度。但该桩型外周散体材料的强度低，难以提高较大的摩擦力，桩体在较大外荷载作用下容易使得散体材料与高粘结强度桩芯分离而降低承载力。同时中心设置的高粘结强度桩芯为实心桩体，实心桩体混凝土用量较大，且与散体材料刚度相差很大，不易发挥其材料的承载能力。如要提高桩体强度，可采用水泥浆液将桩周散体材料凝固起来，但该劲心复合桩体的桩芯为实体桩，没有注浆的通道，因此不能进行注浆加固。在散体材料中用振动沉管法施打桩芯，振动本身对周围环境有较大影响，且散体材料为碎石等较硬的材料时，沉管不易打入进去，即使能打入，也需要很大的能量，因此浪费了能源。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种空心劲芯浆固散体材料桩及其施工方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种空心劲芯浆固散体材料桩， 桩体外周为浆固散体材料桩，桩体中心为小直径预制混凝土管桩，预制空心混凝土管桩桩壁每隔一定距离开有注浆孔，浆液通过空心混凝土桩中间的孔洞及注浆孔进入散体材料; 外周散体材料采用水泥浆胶结凝固成整体；浆液在注浆压力作用下渗入桩周土体，改善桩周土强度；浆液同时填满混凝土桩中间的孔洞；所述预制混凝土管桩外径为200 300 mm, 壁厚为50 100 m，桩壁纵截面上每隔0.2、. 5 m留有注浆孔，注浆孔呈梅花形交错分布； 所述预制混凝土管桩顶部安装密封盖；所述桩体填充的散体材料可以是碎石、砂，也可以是建筑砖瓦垃圾或者废弃的钢渣。当桩长较长时，预制管桩可由多段连接而成，连接方式优选螺栓连接。
本发明一种空心劲芯浆固散体材料桩的施工方法采用以下技术步骤实现
(1)钻机进入地基至设计深度成桩孔，桩孔周边采用泥浆护壁；
(2)在桩孔内放入小直径预制混凝土管桩，当管桩为多段时，采用螺栓连接后一段一段放入；
(3)在管桩顶部安装密封盖，密封盖通过软管与注浆泵连接；
(4)通过管桩桩壁的孔洞注入清水洗孔；
(5)向桩孔内投入散体材料；
(6)由注浆泵通过管桩桩壁的孔洞向桩孔内注入浆液；
(7)浆液与骨料固结后成桩并渗入到桩周土体中，同时充满管桩内部的空腔。本发明的优点和效果在于
混凝土管桩可采用预应力高强混凝土管桩，桩体强度可达到C80、甚至更高，因此成桩后桩基承载能力高，可作为建筑桩基础；空心劲芯浆固散体材料桩成桩后，散体材料采用水泥浆液胶结后，与原来的散体材料相比强度大大提高；浆液除在桩孔内与骨料固结成桩外， 还部分渗入土体，改善桩周土体的性质，因此大大提高了桩基的侧摩阻力；桩体材料可以为碎石、砖块或钢渣等废物作为骨料(散体材料)，可以有效保护环境，降低施工成本；散体材料经浆液胶结凝固后，强度得到显著提高，形成刚性桩体；巧妙地采用管桩作为灌浆通道， 灌浆后管桩留在浆固体中，不需要拔出，因此施工工艺更加简单高效；施工无振动、无噪音。 本发明是一种采用混凝土管桩作为注浆管道并引入注浆技术加固散体材料的软基处理方法，成桩直径为500 700 mm，桩长可达30 m以上。总之，本发明施工工艺清晰，施工速度快，成桩效果好，承载力高，造价低，且充分利用资源、保护环境，达到节能环保的效果。下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式
为限，而是由权利要求加以限定。
图1本发明空心劲芯浆固散体材料桩示意图； 图2本发明图1中A-A位置俯视图3本发明施工方法示意图，图中(a)为成孔；(b)为放入管桩；(c)为安装密封盖并连接注浆泵后清水洗孔；(d)为投入散体材料；(e)为注浆；(f )为拆除密封盖成桩； 图4本发明管桩螺栓接头示意图。图中1为预制管桩，2为浆固散体材料，3为浆液扩散区，4为浆液，5为注浆孔，6 为螺栓接头。
具体实施例方式如图1、2和3所示，一种空心劲芯浆固散体材料桩，由预制管桩(1)、浆固散体材料 (2)和浆液扩散区(3)组成，预制管桩(1)内部充满浆液(4)，预制管桩(1)桩壁留有注浆孔 (5)。本发明形成桩体直径在500-700 mm，采用预制管桩(1)直径为200-300 mm。一种空心劲芯浆固散体材料桩的施工方法，其施工步骤为第一步，成孔。浆固桩的成孔与一般钻孔灌注桩的成孔过程要求基本一致。一般用钻机成孔，自然造浆护壁，在孔壁不易保持的情况下，采用人工造浆护壁。在工程应用中采用澎润土加碱进行人工造浆护壁，泥浆的比重控制在一定的范围内。第二步，下放预制管桩(1)。预制管桩(1) 一般为预应力混凝土管桩，在其桩壁上每相隔0. 2^0. 5 m的间距设置一组注浆孔(5)，并交错布置，从桩壁侧面看呈梅花形布置， 每个横断面设置2个或2个以上注浆孔(5)，各注浆孔(5)在横截面上均勻布置，如若布置两个，则对称布置，若布置三个，则每孔相距120°圆心角，依次类推。注浆孔(5)的直径为 0. 5^2 cm。预制管桩(1)可以为1根，也可以多根，视桩长而定，若为多根，两根桩之间的连接接头优选采用由公、母口组成的螺栓接头(6)连接(如图4)，也可采用焊接连接方式固定。多段预制管桩(1)可一段一段连接后放入。第三步，安装密封盖并连接注浆机。密封盖可采用钢材制作，其直径与预制管桩 (1)外直径相等，密封盖下部与预制管桩(1)顶部的接触面设置橡胶圈，橡胶圈固定黏在密封盖上。在预制管桩(1)顶部钢箍上设置带螺纹的螺栓孔，在密封盖相应位置也设置螺栓孔，采用螺栓将密封盖固定在预制管桩(1)顶面。密封盖中间开有孔洞，并且连接软管与注浆泵连通。第四步，清水洗孔。借助注浆泵的压力将清水注入孔洞中清洗孔洞。第五步，投放散体材料。将碎石、砖块等建筑垃圾、钢渣等直接投入桩孔中。在投放骨料过程中进行即边投放骨料边洗孔。在投放骨料的过程中，为防止骨料碰撞孔壁引起塌孔，设置专用投料导向器来引导骨料，其作用是防止其它杂物落入钻孔中并使骨料垂直落入孔底。第六步，注浆。开启注浆泵，则浆液经软管进入预制管桩(1)中间的腔体，并经过注浆孔(5)进入到散体材料中，使散体材料固结形成浆固散体材料(2)。同时浆液渗入桩周土体形成浆液扩散区(3)，同时预制管桩(1)内部充满浆液(4)。浆液参数主要包括浆液的配合比，水灰比。浆固桩的注浆首先要使浆液充满于孔内骨料的空隙，以便固结成桩。其次一部分浆液向周围土体扩散，对桩周土体进行注浆加固，提高天然地基土的强度。可以以注浆量来控制注浆过程。第七步，拆除密封盖成桩。
权利要求
1.一种空心劲芯浆固散体材料桩，其技术特征在于桩体外周为浆固散体材料桩，桩体中心为小直径预制混凝土管桩，预制混凝土管桩桩壁留有注浆孔，浆液通过空心混凝土桩中间的孔洞及注浆孔进入散体材料；外周散体材料通过水泥浆胶结凝固成整体；浆液在注浆压力作用下渗入桩周土体，改善桩周土强度；浆液同时填满混凝土桩中间的孔洞； 所述的预制混凝土管桩外径为200 300 mm，壁厚为50 100 mm，桩壁纵截面上每隔 0. 2^0. 5 m留有注浆孔，注浆孔采用梅花形交错分布；当桩长较长时，预制管桩采用多段连接而成，连接方式优选螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种空心劲芯浆固散体材料桩，其特征在于预制混凝土管桩顶部安装密封盖。
3.根据权利要求1所述的一种空心劲芯浆固散体材料桩，其特征在于桩体填充的散体材料可以是碎石、砂，也可以是建筑砖瓦垃圾或者废弃的钢渣。
4.根据权利要求1所述的一种空心劲芯浆固散体材料桩的施工方法，包括以下技术步骤(1)钻机进入地基至设计深度成桩孔，桩孔中采用泥浆护壁；(2)在桩孔内放入桩壁留有注浆孔的小直径预制混凝土管桩，当管桩为多段时，采用螺栓连接后一段一段放入；(3)在管桩顶部安装密封盖，密封盖通过软管与注浆泵连接；(4)通过管桩桩壁的孔洞注入清水洗孔；(5)向桩孔内投入散体材料；(6)由注浆泵通过管桩桩壁的孔洞向桩孔内注入浆液；(7)浆液与骨料固结后成桩并渗入到桩周土体中，同时充满管桩内部的空腔。
全文摘要
本发明公开了一种空心劲芯浆固散体材料桩及其施工方法。桩体外周为浆固散体材料桩，桩体中心为小直径预制混凝土管桩，预制混凝土管桩桩壁每隔一定距离留有注浆孔，浆液通过混凝土管桩中间的孔洞及注浆孔进入散体材料；外周散体材料通过水泥浆胶结凝固成整体；浆液同时在注浆压力作用下渗入桩周土体，改善桩周土强度；浆液同时填满混凝土管桩中间的孔洞；预制管桩可采用多段通过螺栓连接。其施工方法包括成孔、放入管桩、安装密封盖和注浆泵、清水洗孔、投散体材料、注浆固结成桩等技术步骤。本发明施工工艺清晰，施工速度快，成桩效果好，承载力高，造价低，且充分利用资源、保护环境，节能环保。
文档编号E02D5/50GK102505684SQ20111034120
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者丁选明, 刘汉龙, 孔纲强, 陈育民 申请人:河海大学