一种水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法：步骤1：根据设计桩位布置进行放线定位；步骤2：钻孔；步骤3：将喷管插入孔中至地层预定深度；步骤4：旋喷注浆；步骤5：拔管冲洗，旋喷桩施工完成；步骤6：旋喷桩施工完成3～5天后，在每个旋喷桩桩顶部的上方土体进行混凝土灌注桩成孔；步骤7：在每个旋喷桩桩顶部位开凿榫眼；步骤8：将素混凝土灌注至桩顶设计标高处，振捣密实，水泥土和混凝土组合材料桩施工完成。本发明的组合材料桩体连接可靠，整体性强，竖向承载力及水平抗剪力均较高，桩身受压不易破坏；地层适应性强，同时施工简便、对环境污染小且成本低等优点。
【专利说明】一种水泥土和混凝土组合材料粧及其施工方法【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程中的地基处理【技术领域】，具体涉及一种水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法。
【背景技术】
[0002]目前，旋喷桩和混凝土灌注桩均广泛应用于各种地基处理和基础工程中。旋喷桩通过高压喷射流切割搅碎土体成为散颗粒状，使其和水泥浆液混合，凝固后形成具有一定强度的圆柱状固结体，起到加固土体的作用，具有受地层土质条件影响较小，宜于成桩等优点。但是，由于旋喷桩桩身材料为水泥和地基土的拌合物，桩身强度较低，在建筑物荷载作用下，桩身浅部易产生局部受压破坏，使单桩或复合地基的承载力降低；而混凝土灌注桩桩身强度较高，但其施工过程受场地土质条件影响较大，特别在地下水位以下，当土质较软或者遇到砂砾石层时，成孔困难，易产生塌孔，形成桩身缩颈或断桩，影响桩的质量，同时灌注桩的造价相对较高。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法，该方法将旋喷桩和混凝土灌注桩组合形成水泥土和混凝土组合材料桩。解决了现有技术中:(1)旋喷桩桩身强度较低，受荷载后易在桩身浅部发生破坏的问题； (2)灌注桩在地层条件复杂，尤其在地下水位以下，存在软弱土层或砂砾石层，难以成孔，施工过程中易于塌孔而形成桩身缩颈和断桩等质量问题；(3)由于旋喷桩注浆不需要返浆至地面，灌注桩也不需要采用泥浆护壁，因而解决了施工过程中对环境造成的污染问题。(4)利用榫接把旋喷桩和灌注桩两种不同材料的桩体连接在一起，接头部位连接可靠，整体性强，竖向承载力及水平抗剪力均较高。(5)避免了材料浪费，降低了工程造价。
[0004]为了实现上述任务，本发明所采用的技术方案是:
[0005]一种水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法，具体包括以下步骤:
[0006]步骤1:根据设计桩位布置进行放线定位；
[0007]步骤2:钻孔；
[0008]步骤3:将喷管插入孔中至地层预定深度；
[0009]步骤4:旋喷注浆；
[0010]步骤5:拔管冲洗，旋喷桩施工完成；
[0011]步骤6:旋喷桩施工完成3~5天后，在每个旋喷桩桩顶部的上方土体进行混凝土灌注桩成孔；
[0012]步骤7:在每个旋喷桩桩顶部位开凿榫眼；
[0013]步骤8:将素混凝土灌注至桩顶设计标高处，振捣密实，水泥土和混凝土组合材料桩施工完成。[0014]进一步的，所述步骤(4)的旋喷注浆是指将预拌好的水泥浆通过高压注浆管注入到地基土中，注浆时注浆管边旋转边提升；注浆压力为20?22MPa，提升速度20?25cm/min,旋转速度20?22r/min。
[0015]进一步的，所述水泥浆中的水泥采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥。
[0016]进一步的，所述步骤5的拔管冲洗是指待旋喷桩桩顶端施工到距离停机面1.5?2倍的旋喷桩桩径时停止注浆，立即拔出注浆管并冲洗干净，旋喷桩施工完成。
[0017]进一步的，所述步骤6中的灌注桩的孔径不小于旋喷桩的直径，灌注桩与旋喷桩的轴心重合。
[0018]进一步的，所述步骤7中，开凿的榫眼轴心与旋喷桩中心重合，榫眼直径350?400mm,深 300 ?350mm。
[0019]进一步的，所述步骤8中的所述素混凝土采用强度等级为C15级的细石混凝土。
[0020]应用上述方法得到的水泥土和混凝土组合材料桩，包括同轴的旋喷桩和灌注桩，其中，所述旋喷桩顶部开有榫眼，所述灌注桩位于旋喷桩的上方且两者之间通过榫接方式连接。
[0021]进一步的，所述榫眼的轴心与旋喷桩的轴心重合，榫眼直径350?400mm,深300?350mmo
[0022]进一步的，所述旋喷桩顶部距上方地面的距离为1.5?2倍旋喷桩桩径。
[0023]与现有的旋喷桩和混凝土灌注桩相比，本发明具有如下优点:
[0024](I)地基加固施工中本方法对地层的适应性强，桩长易于控制。对于均匀的粘性土地基，高压喷射流可切割搅碎土体，成为分散颗粒状，使其和水泥浆液混合，凝固后形成具有一定强度的圆柱状固结体，起到加固土体的作用。对于砂砾石层，虽然喷射流一般不能将大漂石切削和使其重新排列，但喷射流能通过空隙，使空隙被浆液填充，提高漂石层的整体性，由于喷射压力可使浆液向四周挤压，其加固机理类似于渗透注浆，形成一定范围的加固体。
[0025](2)施工简便。由于灌注桩施工在地基土层浅部进行，施工中受地下水位和地层影响较小，避免了当土质较软或者遇到砂砾石层时，成孔必须采用泥浆护壁，容易产生塌孔而造成桩身缩颈或断桩等质量问题。
[0026](3)施工过程对周围环境污染小。由于旋喷桩施工中注浆无需返浆至地面，这样不但节约了材料，同时减少了对周围环境的污染。
[0027](4)缩短了地基处理施工工期。正常情况下，旋喷桩施工完28天后，方可进行下道工序施工。采用组合材料桩，由于灌注桩桩身强度较高，在灌注桩施工完7?10天，即可进行下道工序施工。
[0028](5)利用榫接把旋喷桩和灌注桩两种不同材料的桩体连接在一起形成组合材料桩，可以充分发挥二者的优点、避免各自的缺点。接头部位连接可靠，整体性强，竖向承载力及水平抗剪力均较高。
[0029](6)水泥土和混凝土组合材料桩承载力。能够有效地将荷载传递给其下的旋喷桩，再通过旋喷桩传到地基深部持力层。
[0030]( 7 )本发明经济效果明显，可显著节约地基处理费用。【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是水泥土一混凝土组合材料桩结构示意图。
[0032]图2是图1的A-A向视图。
[0033]图3是本发明的实施例1中单桩静载荷试验Q?s曲线。
[0034]图4是本发明的实施例2中单桩静载荷试验Q?s曲线。
[0035]图中各标号含义:1-地基土、2-灌注桩、3-旋喷桩、4-桩端标高。
[0036]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0037]参见图1、图2，本发明的水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法，具体包括以下步骤:
[0038]( I)根据设计的桩位布置对水泥土和混凝土组合材料桩进行放线定位；
[0039](2)钻孔。采用旋转振动钻机或地质钻机在桩位处进行钻孔，保证钻孔位置与设计位置的偏差不大于50mm ；
[0040](3)插管。钻孔完成后，将喷管插入到地层预定深度；
[0041](4)旋喷注浆。将预拌好的水泥浆通过高压注浆管注入到地基土中，注浆时注浆管边旋转、边提升；水泥采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥。注浆压力为20?22MPa，提升速度20?25cm/min,旋转速度20?22r/min ；
[0042](5)拔管冲洗。待旋喷桩桩顶端施工到距离停机面1.5?2倍的旋喷桩桩径时停止注浆，立即拔出注浆管并冲洗干净，旋喷桩施工完成；
[0043](6)旋喷桩施工完3?5天后，在每个旋喷桩桩顶部上方土体进行混凝土灌注桩成孔，成孔方式视地层情况不同可采用机械或人工开挖成孔。灌注桩孔径不小于旋喷桩的直径，灌注桩与旋喷桩的轴心应重合；
[0044](7)在每个旋喷桩桩顶部位通过机械或人工洛阳铲开凿榫眼，榫眼轴心与旋喷桩中心重合，榫眼直径350?400mm，深300?350mm ;将榫眼及孔内沉渣清理干净；
[0045](8)灌注素混凝土。素混凝土强度等级为C15级的细石混凝土，将素混凝土灌注至桩顶设计标高处，然后振捣密实，灌注桩施工完成。
[0046]第二部分:
[0047]实施例1:
[0048]某住宅楼长45.1m,宽17.7m,地面以上为7层，砖混结构，钢筋混凝土筏板基础，基础埋深为-2.5m。地基处理采用本发明的水泥土和混凝土组合材料桩，设计桩径700mm，桩距1.7m，呈正方形布置，单桩设计长度为6.5m。水泥土和混凝土组合材料桩施工完成后，在其上铺设500mm厚自然级配砂石垫层。设计要求单桩承载力特征值Rk=300kN。
[0049]根据该场地工程勘察报告，地层结构如下:①素填土(Q4ml+Pd):褐黄色，很湿，可塑，主要为粉质粘土。层厚0.90?1.5mο②碌砂层(Q4al):灰色,很湿?饱和,松散。层厚1.80?
2.80m,层顶埋深1.40?2.0Om0地基承载力特征值fk=100kPa。③粉土层(Q4al):灰色，饱和，软塑。层厚0.20?0.40m，层顶埋深3.80?4.30m。④角砾层(Q4al):灰色?杂色，饱和，松散。层厚1.30?3.20m，层顶埋深3.80?4.50m。地基承载力特征值fk=180kPa。⑤中细砂层(Q4al):杂色，饱和，松散。层厚0.20?0.60m，层顶埋深5.60?7.30m。地基承载力特征值fk=60kPa。⑥角砾砂层(Q4al):杂色，饱和，松散~稍密。层厚1.40~3.50m，层顶埋深6.00~7.70m。地基承载力特征值fk=180kPa。⑦泥质砂岩(E):为第三系沉积岩，棕红色，很湿。本层未穿透，层顶埋深8.20~9.80m。地基承载力特征值fk=300kPa。地下水位埋深 1.20 ~2.45m。
[0050]具体施工过程如下:
[0051 ] (I)根据设计的桩位布置进行放线定位；
[0052](2)钻孔。采用2台XPZ-50型地质钻机进行钻孔，钻孔位置与设计位置的偏差不大于50mm ；
[0053](3)插管。将喷管插入地层预定深度。本实施例中，插管和钻孔两道工序合二为
[0054](4)旋喷注浆。将预拌好的水泥浆通过高压注浆管注入到地基土中，注浆时注浆管边旋转、边提升；水泥采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，每米水泥用量为262kg，水泥浆液的水灰比为1.0，注浆压力为20MPa，提升速度22cm/min，旋转速度22r/min ；
[0055](5)拔管冲洗。待旋喷桩桩顶施工到距离停机面1.2m时停止注浆，立即拔出注浆管等机具设备并冲洗干净，至此，旋喷桩施工完成。
[0056](6)旋喷桩施工完成3天后，在每个旋喷桩的上方土体进行混凝土灌注桩成孔，成孔方式采用人工开挖，孔径大小为700mm，孔深1.5m ;旋喷桩与灌注桩的轴心重合，以保证水泥土和灌注桩组合材料桩垂直受力。
[0057](7)在每个旋喷桩的桩顶部位开凿榫眼，榫眼轴心与旋喷桩中心重合，榫眼直径350mm,深300mm，然后将榫眼及孔内沉渣清理干净。
[0058](8)灌注灌注桩。采用强度等级为C15级的细石混凝土，灌注至桩顶设计标高处，然后采用插入式混凝土振捣器振捣密实。灌注桩施工完成。
[0059]利用本发明的施工方法进行水泥土和混凝土组合材料桩施工完成28天后，抽取3根工程桩进行了单桩静载荷试验，荷载一沉降(Q~s)曲线见图3。在终止荷载600kN压力下，沉降量分别为5.611mm、9.042mm和7.157mm，单桩承载力特征值Rk≥300kN，满足设计要求，加固效果良好。
[0060]实施例2:
[0061]某住宅小区拟建住宅楼场地，地貌单元属渭河I级阶地，地层自上而下依次为:O~5.5m为黄土状土, 5.5~9.3m为游泥质土, 9.3~12.0m为卵石层,场地地基土为非湿陷性黄土。拟建住宅楼地基处理采用旋喷桩，旋喷桩设计桩长为12.0111，桩径为600_。工程桩施工前，在场地内进行了 3根旋喷桩单桩试验，试桩编号分别为DpD2和D3,实测桩径分别为670mm、480mm和600mm,桩长均为12.0m。试验均加载至桩体破坏,测得极限荷载分别为720kN、450kN和400kN，荷载一沉降(Q~s)曲线见图4。
[0062]试验结束后，通过对试桩开挖检验，发现旋喷桩3的破坏发生在浅层，破坏特征为:桩顶面呈多道环向及径向裂纹，桩侧面呈多道竖向裂缝，其裂缝实测深度为2d(d为旋喷桩的直径)。其桩身轴向应力自上而下逐渐减小，最大轴应力位于桩顶下2~3倍桩径范围。
【权利要求】
1.一种水泥土和混凝土组合材料桩及其施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤1:根据设计桩位布置进行放线定位； 步骤2:钻孔； 步骤3:将喷管插入孔中至地层预定深度； 步骤4:旋喷注衆； 步骤5:拔管冲洗，旋喷桩施工完成； 步骤6:旋喷桩施工完成3?5天后，在每个旋喷桩桩顶部的上方土体进行混凝土灌注桩成孔； 步骤7:在每个旋喷桩桩顶部位开凿榫眼； 步骤8:将素混凝土灌注至桩顶设计标高处，振捣密实，水泥土和混凝土组合材料桩施工完成。
2.如权利要求1所述的水泥土和混凝土组合材料桩的施工方法，其特征在于，所述步骤(4)的旋喷注浆是指将预拌好的水泥浆通过高压注浆管注入到地基土中，注浆时注浆管边旋转边提升；注浆压力为20?22MPa，提升速度20?25cm/min，旋转速度20?22r/min。
3.如权利要求2所述的水泥土和混凝土组合材料桩的施工方法，其特征在于，所述水泥浆中的水泥采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的水泥土和混凝土组合材料桩的施工方法，其特征在于，所述步骤5的拔管冲洗是指待旋喷桩桩顶端施工到距离停机面1.5?2倍的旋喷桩桩径时停止注浆，立即拔出注浆管并冲洗干净，旋喷桩施工完成。
5.如权利要求1所述的水泥土和混凝土组合材料桩的施工方法，其特征在于，所述步骤6中的灌注桩的孔径不小于旋喷桩的直径，灌注桩与旋喷桩的轴心重合。
6.如权利要求1所述的水泥土和混凝土组合材料桩的施工方法，其特征在于，所述步骤7中，开凿的榫眼轴心与旋喷桩中心重合，榫眼直径350?400mm，深300?350mm。
7.如权利要求1所述的水泥土和混凝土组合材料桩的施工方法，其特征在于，所述步骤8中的所述素混凝土采用强度等级为C15级的细石混凝土。
8.应用权利要求1-7任一所述的方法得到的水泥土和混凝土组合材料桩，其特征在于，包括同轴的旋喷桩(3)和灌注桩(2)，其中，所述旋喷桩(3)顶部开有榫眼，所述灌注桩(2)位于旋喷桩(3)的上方且两者之间通过榫接方式连接。
9.如权利要求8所述的水泥土和混凝土组合材料桩，其特征在于，所述榫眼的轴心与旋喷桩(3)的轴心重合，榫眼直径350?400_，深300?350_。
10.如权利要求8所述的水泥土和混凝土组合材料桩，其特征在于，所述旋喷桩(3)顶部距上方地面的距离为1.5?2倍旋喷桩桩径。
【文档编号】E02D5/46GK103774645SQ201410018279
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】王建平, 范力, 姚修文, 樊胜军, 孙淮, 刘佳伟 申请人:西安建筑科技大学