专利名称：后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩及其成桩方法
技术领域：
本发明涉及铁路、公路、水利及民用建筑的地基加固技术领域，具体涉及一种后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩及其成桩方法。
背景技术：
高速铁路路基工程对沉降尤其是不均匀沉降要求高，对于斜坡地基、半填半挖地基及淤泥、淤泥质土等软弱地基由于易产生较大的水平力而采用钻孔灌注桩、管桩等处理技术，处理成本高。水泥粉煤灰碎石桩作为一种常规的复合地基处理手段，因其施工简便、质量易控、成本较低而在铁路工程中广泛运用，但受多种因素的影响在处理淤泥、淤泥质土等软弱地基时经常发生质量问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩及其成桩方法，该方法在对斜坡地基、淤泥、淤泥质土等软弱地基进行加固处理时能保持其加固强度，且成本相对较低。为实现此目的，本发明所设计的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，包括水泥粉煤灰碎石混合料填充层，其特征在于它还包括主要由若干主筋和箍筋固定连接构成的笼形框架，所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层密实填充在笼形框架内部并延伸覆盖在笼形框架外周。所述笼形框架的长度> 6m，所述笼形框架的底部为锥形架，所述笼形框架内设有若干径向加强钢筋，所述若干径向加强钢筋在笼形框架内形成径向钢筋内部预留空间，所述径向钢筋内部预留空间位于笼形框架的中心。所述笼形框架的长度> 12m，所述笼形框架的中部固定连接有定位器。所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层中碎石的最大粒径< 2cm。上述后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，它包括如下步骤步骤I)在高速铁路斜坡地基或软弱地基待加固位置钻出桩孔；步骤2)在所述桩孔中灌入水泥粉煤灰碎石混合料，形成水泥粉煤灰碎石混合料填充层；步骤3)在所述桩孔内的水泥粉煤灰碎石混合料填充层尚未凝固时插入笼形框架，整个笼形框架的插入时间不超过30分钟；步骤4)待桩孔内的水泥粉煤灰碎石混合料强度达到龄期强度的80%后，凿除桩头至设计标高，即形成所需后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩。所述步骤3中，当笼形框架的长度< 4m时，采用1300 1600KN的压力下压笼形框架，并保证笼形框架的垂直度，当笼形框架插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层内超过3m后，来回将笼形框架提放30cm左右，再调整好垂直度下放笼形框架。所述步骤3中，当笼形框架的长度为4 6m时，在笼形框架的顶部固定木板，采用4000 6000KN的压力下压木板，使笼形框架插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层内，下压过程中控制好笼形框架的垂直度。所述步骤3中，当笼形框架的长度大于6m时，通过平板振动插入器将笼形框架插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层内，所述平板振动插入器包括平板振动器、顶板、卡梢和钢管，其中，顶板上固定连接平板振动器，所述钢管的一端与顶板固定连接；钢管置于笼形框架内，并通过卡梢与笼形框架固定连接，所述顶板置于笼形框架的顶部，所述钢管的另一端为锥形结构，钢管的另一端与笼形框架的底部固定连接。所述水泥粉煤灰碎石混合料 填充层中水泥粉煤灰砂碎石外加剂水的比例为 190 118 823 1091 3.08 178。所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层中水泥粉煤灰碎石混合料的坍落度为180mm 200mm。本发明通过在水泥粉煤灰碎石混合料填充层中设置笼形框架，使得本发明可用于斜坡地基、半填半挖地基及淤泥、淤泥质土层等易产生较大的水平力而工后沉降又控制十分严格的高速铁路地基的加固处理，大大增强了水泥粉煤灰碎石桩复合地基水平抗剪强度，确保高速铁路路基的沉降及稳定满足要求。另外，本发明具有明显的社会效益和经济效益。相同条件下，后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩与小钻孔桩(直径60cm)相比，成本节约近1/3。总体来说本发明相对普通水泥粉煤灰碎石桩具有如下优势(I)桩体上部整体强度增加。后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩相对普通水泥粉煤灰碎石桩而言，因上部插有钢筋笼，桩的强度大大改观，整体性更好。(2)桩体水平抗剪能力增强后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩桩在插入钢筋笼以后，桩体上部水平抗剪能力增强，更适合于斜坡地基等水平剪力较大的地基处理中。
图I为本发明的结构示意图；图2为图I的I-I向剖视图；图3为本发明中当笼形框架4的长度> 6m时的结构示意图；图4为图3的A-A向剖视图；图5为本发明中当笼形框架4的长度> 12m时的结构示意图；图6为本发明中平板振动插入器插入笼形框架的结构示意图；其中，I -主筋、2-箍筋、3-水泥粉煤灰碎石混合料填充层、4-笼形框架、5-定位器、6-平板振动插入器、6. I-平板振动器、6. 2-顶板、6. 3-卡梢、6. 4-钢管、7-径向加强钢筋、8-锥形架、9-径向钢筋内部预留空间。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如图所示的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，包括水泥粉煤灰碎石混合料填充层3，它还包括主要由若干主筋I和箍筋2固定连接构成的笼形框架4，水泥粉煤灰碎石混合料填充层3密实填充在笼形框架4内部并延伸覆盖在笼形框架4外周。上述笼形框架4为钢筋笼。
上述技术方案中，当笼形框架4的长度> 6m，该笼形框架4的底部设计为锥形架8，所述笼形框架4内设有若干径向加强钢筋7，若干径向加强钢筋7在笼形框架4内形成径向钢筋内部预留空间9，所述径向钢筋内部预留空间9位于笼形框架4的中心。通过改进钢筋笼构造可使下放过程中钢筋笼笼体顶部、底部受力均匀，下放顺利，且笼体及桩体无破坏。所述径向钢筋内部预留空间9方便平板振动插入器6的钢管插入6. 4并对中。上述技术方案中，当笼形框架4的长度> 12m时，桩下放过程中的对中控制较为困难，采用在笼形框架4中部外侧加焊耳状定向支架即定位器5。上述定位器5采用2根Φ 16钢筋弯曲后并排焊接，弯曲高度为5cm。环向每组均匀焊接4个，每3m焊接一组。上述技术方案中，所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层3中碎石的最大粒径< 2cm。上述碎石的最大粒径太小不能满足水泥粉煤灰碎石桩的桩体结构要求，太大则容易导致笼形框架4下放困难。另外在笼形框架4的下放过程中因碎石粒径太大而互相挤压后易破坏桩体材料的均匀性，粗细骨料离析严重。上述后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，它包括如下步骤步骤I)在高速铁路斜坡地基或软弱地基待加固位置钻出桩孔；步骤2)在所述桩孔中灌入水泥粉煤灰碎石混合料，形成水泥粉煤灰碎石混合料填充层3 ；步骤3)在所述桩孔内的水泥粉煤灰碎石混合料填充层3尚未凝固时插入笼形框架4，一般控制在水泥粉煤灰碎石混合料填充层3送入孔后5分钟内开始插入笼形框架4，整个笼形框架4的插入时间不超过30分钟；笼形框架4插入完毕后，移动长螺旋钻机至下一孔位施工。在处理软弱地层时，容易发生窜孔现象，应隔孔施工。步骤4)待桩孔内的水泥粉煤灰碎石混合料强度达到龄期强度的80%后，凿除桩头至设计标高，即形成所需后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩。和灌注桩类似，为了确保桩上部的强度，一般都会比设计桩长要长O. 2 O. 5m，称为虚桩，成桩后需要采用人工或机械设备凿除。步骤5)成桩后进行施工质量检测。施工完成28天后，按O. 2%的频次进行单桩载荷试验及钻孔取芯检测，对加固质量进行评价。同时按10%的频次进行低应变动力试验检测桩的完整性。 上述技术方案中，水泥粉煤灰碎石混合料填充层3在标准养护条件下28天龄期立方体(I50mmX 150mmX 150mm)强度应达到C20标准。所述步骤3中，当笼形框架4的长度< 4m时,使用人工下压的方式采用1300 1600KN的压力下压笼形框架4，并保证笼形框架4的垂直度，当笼形框架4插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层3内超过3m后，来回将笼形框架4提放30cm左右，再调整好垂直度下放笼形框架4。所述步骤3中，当笼形框架4的长度为4 6m时，在笼形框架4的顶部固定木板，使用机器下压的方式采用4000 6000KN的压力下压木板，使笼形框架4插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层3内，下压过程中控制好笼形框架4的垂直度。下压中控制下压力确保钢筋笼不变形。
上述下压力过小会使得钢筋笼无法下压到位，下压力过大会导致钢筋笼变形。上述步骤3中，当笼形框架4的长度大于6m时，通过平板振动插入器6将笼形框架4插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层3内，平板振动插入器6包括平板振动器6. I、顶板
6.2、卡梢6. 3和钢管6. 4，其中，顶板6. 2上固定连接平板振动器6. 1，钢管6. 4的一端与顶板6. 2固定连接；钢管6. 4置于笼形框架4内，并通过卡梢6. 3与笼形框架4固定连接，顶板6. 2置于笼形框架4的顶部，钢管6. 4的另一端为锥形结构，钢管6. 4的另一端与笼形框架4的底部固定连接。利用平板振动插入器6的激震力下放笼形框架4至设计深度。根据现场试验推荐激振力9-16KN ;空载振幅O. 4-1. O (MMM);振频50-100 (HZ)。上述技术方案中，后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩由于其后插钢筋笼的特殊性，对桩体材料拌和物的配合比要求高，为保证桩体强度达到C20标准，同时为了后续钢筋笼的顺利插入，需要选定合理的CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)桩体材料配合比。水泥粉煤灰碎石混合料填充层3中水泥粉煤灰砂碎石外加剂水的比例最好为190 118 823 1091 3.08 178。 上述技术方案中，由于混合料灌注孔内之后还要插入钢筋笼，为保证钢筋笼的顺利插入，必须控制好混凝土的和易性。所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层3中水泥粉煤灰碎石混合料的坍落度为180mm 200mm。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，包括水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)，其特征在于它还包括主要由若干主筋(I)和箍筋(2)固定连接构成的笼形框架(4)，所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)密实填充在笼形框架(4)内部并延伸覆盖在笼形框架(4)外周。
2.根据权利要求I所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，其特征在于所述笼形框架(4)的长度> 6m，所述笼形框架(4)的底部为锥形架(8)，所述笼形框架(4)内设有若干径向加强钢筋(7)，所述若干径向加强钢筋(7)在笼形框架(4)内形成径向钢筋内部预留空间(9)，所述径向钢筋内部预留空间(9)位于笼形框架⑷的中心。
3.根据权利要求I或2所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，其特征在于所述笼形框架(4)的长度> 12m，所述笼形框架(4)的中部固定连接有定位器(5)。
4.根据权利要求3所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，其特征在于所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)中碎石的最大粒径< 2cm。
5.一种如权利要求4所述后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，它包括如下步骤 步骤I)在高速铁路斜坡地基或软弱地基待加固位置钻出桩孔； 步骤2)在所述桩孔中灌入水泥粉煤灰碎石混合料，形成水泥粉煤灰碎石混合料填充层⑶； 步骤3)在所述桩孔内的水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)尚未凝固时插入笼形框架(4)，整个笼形框架(4)的插入时间不超过30分钟； 步骤4)待桩孔内的水泥粉煤灰碎石混合料强度达到龄期强度的80%后，凿除桩头至设计标高，即形成所需后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩。
6.根据权利要求5所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，其特征在于所述步骤3中，当笼形框架(4)的长度< 4m时，采用1300 1600KN的压力下压笼形框架(4)，并保证笼形框架(4)的垂直度，当笼形框架(4)插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)内超过3m后，来回将笼形框架(4)提放30cm左右，再调整好垂直度下放笼形框架(4)。
7.根据权利要求5所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，其特征在于所述步骤3中，当笼形框架(4)的长度为4 6m时，在笼形框架(4)的顶部固定木板，采用4000 6000KN的压力下压木板，使笼形框架(4)插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)内，下压过程中控制好笼形框架(4)的垂直度。
8.根据权利要求5所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，其特征在于所述步骤3中，当笼形框架(4)的长度大于6m时，通过平板振动插入器(6)将笼形框架(4)插入水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)内，所述平板振动插入器(6)包括平板振动器(6. I)、顶板(6. 2)、卡梢(6. 3)和钢管(6. 4)，其中，顶板(6. 2)上固定连接平板振动器(6. 1)，所述钢管(6. 4)的一端与顶板(6. 2)固定连接；钢管(6. 4)置于笼形框架(4)内，并通过卡梢(6. 3)与笼形框架(4)固定连接，所述顶板(6. 2)置于笼形框架(4)的顶部，所述钢管(6. 4)的另一端为锥形结构，钢管(6.4)的另一端与笼形框架(4)的底部固定连接。
9.根据权利要求5所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，其特征在于所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)中水泥粉煤灰砂碎石外加剂水的比例为190 118 823 1091 3.08 178。
10.根据权利要求5所述的后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩的成桩方法，其特征在于所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层(3)中水泥粉煤灰碎石混合料的坍落度为180_ 200_。
全文摘要
本发明公开了一种后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩，包括水泥粉煤灰碎石混合料填充层，其特征在于它还包括主要由若干主筋和箍筋固定连接构成的笼形框架，所述水泥粉煤灰碎石混合料填充层密实填充在笼形框架内部并延伸覆盖在笼形框架外周。本发明通过在水泥粉煤灰碎石混合料填充层中设置笼形框架，使得本发明可用于斜坡地基、半填半挖地基及淤泥、淤泥质土层等易产生较大的水平力而工后沉降又控制十分严格的高速铁路地基的加固处理，大大增强了水泥粉煤灰碎石桩复合地基水平抗剪强度，确保高速铁路路基的沉降及稳定满足要求。另外，本发明具有明显的社会效益和经济效益。相同条件下，后插钢筋笼水泥粉煤灰碎石桩与小钻孔桩(直径60cm)相比，成本节约近1/3。
文档编号E02D5/34GK102619218SQ20121011628
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者代云山, 何文春, 刘勇, 叶春林, 周革, 李传宝, 王亚飞, 袁建国, 黄太武 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司