专利名称：高聚物碎石桩注浆方法
技术领域：
本发明属于地基处理技术领域，具体涉及软弱地基和特殊土地基加固的高聚物碎石桩注浆方法。
背景技术：
自上世纪90年代以来，伴随着国民经济建设的稳步健康发展，我国高速公路、高速铁路等大型基础工程设施建设步入了一个快速发展期，取得了举世瞩目的成就。由于我国幅员辽阔，地质条件复杂多变，高速公路、高速铁路大量穿越软土、湿陷性黄土等不良地质地带，面临的工程地质问题十分突出。由于软土具有含水量大、压缩性高、强度低、渗透系数小等物理力学特征，在此类地区修建路基时，由于地基固结周期长、工后沉降变形量大，严重影响路基的长期稳定性。在湿陷性黄土地区，浸水情况下天然黄土地基强度会急剧降低，并产生显著的附加沉降，对路基稳定构成严重威胁。因此，如何对软弱地基和特殊土地基进行有效处理，使其能够满足工程结构安全和正常使用的要求，已成为高速交通基础设施建设中必须解决的首要问题。近30年来，工程技术人员结合我国工程地质特点，提出了数十种地基处理方法，并广泛应用于土木工程建设中。根据加固机理的不同，现行地基处理方法总体上可分为换填法、排水固结法、化学加固法、加筋法和密实法5大类。换填法通过开挖地表软弱土层，回填硬质粗粒材料并夯实来提高地基的承载能力，主要适用于处理深度为2 3m的浅层软弱地基及不均匀地基；排水固结法采用堆载或真空预压等方式使土体中的孔隙水排出，达到提高土体强度、部分或全部消除地基沉降的目的，对低含水量地基土不适用；化学加固法采用灌注压入、高压喷射或机械搅拌等方式使水泥或化学浆液与土颗粒胶结起来，达到改善地基土物理力学性质的目的，施工工艺复杂，污染环境，成本较高；加筋法通过逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层作为地基持力层，利用筋材与土体之间的摩擦作用改善土体抗拉、抗剪性能，不适用于处理大范围的深层软弱地基；密实法可分为两类，一类是借助碾压、强夯等方式 来降低土体孔隙比，提高其承载能力，主要适用于处理浅层地基；另一类是复合地基方法，通过挤土成孔、填充散粒材料形成具有较高强度的柔性桩体，与周围土体形成复合型地基共同承受上部荷载，根据充填材料的不同可分为砂桩、碎石桩、水泥土桩等，适用于不同类型深、浅层软弱地基的处理。近年来，基于挤密、填充原理的复合地基加固方法在高速公路、高速铁路软弱地基和特殊土地基处理中得到广泛应用。尤其是碎石桩方法凭借其用料经济、施工工艺相对简单等优点受到了工程技术人员的青睐。现行的碎石桩加固技术通常采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔方法形成桩孔，然后边填入碎石边振实，最终形成桩体。由于碎石桩体压缩性小于软土，基础传递给地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩身上，同时桩身产生侧向变形压迫桩间土，将应力传递给桩间土，通过两者的相互作用形成一个复合受力体系，从而达到提高地基承载力和减少沉降的目的。
尽管碎石桩加固方法优点突出，应用日趋广泛，但相对于地基处理工程的需求而言，仍然存在着一些不足，主要表现在:(1)振冲过程采用高压水冲切制桩工艺，不适用于对水敏感性较高的地基处理工程；(2)施工工艺较为复杂，施工质量不易控制；(3)施工过程对地基扰动较大，并产生大量废液，污染环境；(4)施工设备庞大，能耗高，适用性差，对施工场地要求高；(5)碎石桩的竖向承载力和沉降量很大程度上取决于周围土体对碎石桩的约束力，如果周围土体较为软弱，对碎石桩的约束能力就差，制约桩体竖向承载能力的发挥；(6)桩体由散粒体材料组成，材料颗粒间几乎不存在粘聚力，使得桩体水平承载力较弱，特殊情况下承受水平荷载作用时会导致复合地基因碎石桩体被剪断而失效。综上所述，我国交通基础设施建设过程中的面临大量的地基处理问题，如何针对现有地基处理技术的不足，研发地基处理新材料、新技术和新装备，对于提升我国地基处理技术水平，保障交通基础设施建设质量和运营安全具有重要意义。高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。该技术通过向地基中注射高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到填充孔隙、挤密土体的目的。目前，高聚物注浆技术主要应用于工业与民用建筑的地基加固和道路维修，国内还未见高聚物碎石桩注浆方法的相关报道
发明内容
本发明的目的是针对现有地基处理技术的不足，特别是遇到湿陷性黄土或遇水膨胀土层有水注浆技术不适应时，提出了一种快速、安全、高强、环保的高聚物碎石桩注浆方法。利用该发明可以实现对软弱地基和特殊土地基的快速加固，为软弱地基和特殊土地基加固提供了先进、高效、安全、实用的新方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
一种高聚物碎石桩注浆方法，具体实施步骤如下:
(1)桩位成孔:根据设计要求，利用钻具在桩位施工桩孔，深度达到设计深度；
(2)安装注浆管:在桩孔中安装注浆管，注浆管位于桩孔中央，注浆管出浆口深入桩孔底部；
(3)投放级配石料:根据不同地质条件，在桩孔中投入级配石料；
(4)高聚物提升注浆:将高聚物提升注浆控制装备放置到注浆管的孔上方；将注浆管放置入高聚物提升注浆控制装备的导管固定装置中；采用高聚物注浆系统通过注浆管向桩孔内注射双组份膨胀性高聚物材料，同时开启提升注浆控制装备；
(5 )成桩:按设定速率向上提升注浆管，注射的双组份膨胀性高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并与级配石料固化在一起，自下而上填满桩孔，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚物碎石桩。本发明根据地基处理要求，通过在被加固场地桩位成孔、投放级配碎石、高聚物提升注浆等步骤，使桩体及桩周土体进一步密实，由此形成以高聚物注浆碎石桩、改性的桩周土体及桩间土构成的复合地基。与传统地基处理方法相比，本发明具备以下特点:
(I)该发明形成的高聚物碎石桩与桩周围的土形成复合地基，具有置换、竖向增强、排水、排气、胶结、压密、充填等多种作用机理；(2)无水反应，适用性强。无水反应高聚物材料不干缩，具有较强的抗拉性能和抗振抗裂性能，体积膨胀率大，桩体形态饱满，能完全填充桩孔，不仅适用于一般岩土环境，而且适用于水泥基材料不适宜的湿陷性黄土或遇水膨胀土层的软基加固；
(3)强度高。高聚物注浆材料与周围岩土充分结合，形成的根系状胶结结构，具有极强的粘结力。与同等情况下的水泥材料相比，锚固力提高近I倍；
(5)施工快捷，不需养生。钻孔、提升注浆连续作业，施工快捷。材料反应后15分钟即形成90%左右的强度，不需养生；
(6)施工方便。高聚物注浆系列化装备适应于不同场地，进场方便，施工用电量小；
(7)耐久性好。高聚物注浆材料性能稳定，无污染，柔韧性好，与岩土体紧密粘合，协
调变形，渗透系数小，长期埋入地下具有良好的抵抗化学溶剂腐蚀和抗渗性能。因此，本 发明研发的高聚物碎石桩注浆方法在软弱地基修复工程中具有诸多优势。与现行的地基处理技术相比，高聚物碎石桩注浆方法又是一套全新的技术，主要表现在:
(I)在成桩材料和成桩理念方面:高聚物碎石桩注浆方法从柔性成桩理念出发，采用的是无水反应类高分子聚合物新型注浆材料，具有安全环保、轻质耐久、膨胀率高、抗渗性好、早强等特点。构建的高聚物碎石桩是柔性体，与土体紧密胶结，变形协调，抗渗抗裂性能好。(2)在加固机理方面:高聚物碎石桩注浆方法利用高聚物材料反应后的膨胀力将桩孔填充并膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，高聚物材料在膨胀过程中将石料固化在一起与周围土体形成复合地基，实现了对软弱地基的快速加固。(3)在施工方式方面:通过钻孔、投入石料、高聚物注浆的方式成桩，施工方便快捷，使用高聚物提升注浆技术，实现了对软弱地基的快速稳定加固。综上所述，本发明无论从成桩材料、成桩理念、加固机理还是施工方式等方面都和现行的地基处理方法明显不同，具有适用性强、快捷、高韧、耐久等优点，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。
图1为高聚物碎石桩桩位成孔示意图。图2为在桩孔中安装注浆管。图3为向桩孔中投放级配石料。图4为高聚物提升注浆示意图。图5为高聚物碎石桩剖面图。图6为高聚物碎石桩俯视图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作进一步说明。一种高聚物碎石桩注浆方法，具体实施步骤如下:
(1)桩位成孔:根据设计要求，利用钻具I在桩位施工桩孔，深度达到设计深度，如图1所示；
(2)安装注浆管:在桩孔2中安装注浆管3，注浆管3位于桩孔中央，注浆管3出浆口深入粧孔2底部，如图2所不；
(3)投放级配石料:根据不同地质条件，在桩孔中投入级配石料4，如图3所示；
(4)高聚物提升注浆:将高聚物提升注浆控制装备5放置到注浆管3的孔上方；将注浆管3放置入高聚物提升注浆控制装备5的导管固定装置中；采用高聚物注浆系统通过注浆管向桩孔内注射双组份膨胀性高聚物材料6，同时开启提升注浆控制装备5，如图4所示；
(5)成桩:按设定速率向上提升注浆管，注射的双组份膨胀性高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并与级配石料固化在一起，自下而上填满桩孔，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚 物碎石桩7,如图5、图6所不。
权利要求
1.一种高聚物碎石桩注浆方法，其特征在于:具体实施步骤如下: (1)桩位成孔:根据设计要求，利用钻具在桩位施工桩孔，深度达到设计深度； (2)安装注浆管:在桩孔中安装注浆管，注浆管位于桩孔中央，注浆管出浆口深入桩孔底部； (3)投放级配石料:根据不同地质条件，在桩孔中投入级配石料； (4)高聚物提升注浆:将高聚物提升注浆控制装备放置到注浆管的孔上方；将注浆管放置入高聚物提升注浆控制装备的导管固定装置中；采用高聚物注浆系统通过注浆管向桩孔内注射双组份膨胀性高聚物材料，同时开启提升注浆控制装备； (5 )成桩:按设定速率向上提升注浆管，注射的双组份膨胀性高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并与级配石料固化在一起，自下而上填满桩孔，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚物碎 石桩。
全文摘要
本发明涉及一种软弱地基和特殊土地基加固的高聚物碎石桩注浆方法，具体实施步骤如下(1)桩位成孔；(2)安装注浆管；(3)投放级配石料；(4)高聚物提升注浆；(5)成桩。本发明通过在被加固场地桩位成孔、投放级配碎石、高聚物提升注浆等步骤，注射的双组份膨胀性高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并与级配石料固化在一起，自下而上填满桩孔，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚物碎石桩。利用本发明可以实现对软弱地基和特殊土地基的快速加固，为软弱地基和特殊土地基加固提供了先进、高效、安全、实用的新方法。本发明具有适用性强、强度高、快捷、高韧、耐久等优点，具有巨大的经济社会效益和广阔的发展应用前景。
文档编号E02D5/46GK103233468SQ20131013491
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者王复明, 钟燕辉, 石明生, 张蓓, 李晓龙, 赵海洲, 董亮 申请人:河南博特工程防护有限公司