本发明涉及建筑基础施工，尤其是一种环肋状预应力管桩组合式后压浆装置及其施工方法。
背景技术：
1、随着建筑技术的飞速发展，桩基础施工领域日新月异。常见的预应力管桩是目前广泛采用的一种桩基形式。与传统的沉管灌注桩和钻孔灌注桩相比，预制管桩具有生产工厂化、成桩质量高、施工工艺简单、工期短、造价低和监理方便等优点，因而在高层建筑、桥梁、电力设施和码头等基础工程中得到广泛应用。但预应力管桩在深层软土地基中作为基础使用时，其桩侧阻力较低，且受挤土效应引起的超静孔隙水压力影响较大，对于以摩擦桩设计为主的预应力管桩极不合理，受经济成本等方面影响，也不宜通过加大桩长、桩径与增加桩数来提高承载力。
2、后压浆技术是一种综合桩基技术和压浆技术的常用桩加固技术。一般将浆液通过高压泵经过压浆管压入桩体，对桩端和桩侧土层进行固化，从而提高桩基础承载力，并减轻桩基沉降。目前常用的后压浆方式分别为开式压浆和闭式压浆。这两种压浆方式都有其优劣势，其中，开式压浆是指浆液通过压浆管直接压入土层的压浆方法，该方法压浆区域可控性低、浆液离散分布，同时压浆压力和压浆量无法有效控制且压浆效果较差；闭式压浆是指浆液通过压浆管压入预先设计好的可扩充胶囊内，约束所压浆液以扩充胶囊，形成扩大头的压浆方法，但闭式压浆无法固化桩周土层。可见，单一的开式或者闭式压浆在后压浆施工中尚有明显不足，桩基承载力仍有很大的提升空间。
3、综上，在目前的预制管桩施工中，单一的压浆方式在面对复杂的地层情况时已不能有效达到减小预制管桩桩长、桩径和降低桩基沉降变形，提高经济效益和工程质量的目的。
技术实现思路
1、本发明目的就是为了解决传统闭式压浆加固范围小、传统开式压浆加固区域难以掌控与局部软弱土层压浆效果差、沉桩挤土效应带来的不良影响以及对地下存在硬夹层或密实砂土层而造成沉桩困难等问题，提供了一种环肋状预应力管桩组合式后压浆装置，可以提高预应力管桩压浆施工质量稳定性，更好地控制压浆区域、压浆压力及压浆量，实现桩侧和桩端共同压浆，进一步提高预应力管桩承载能力。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种环肋状预应力管桩组合式后压浆装置，包括相互配合的环肋状预应力管桩桩身、钢制桩帽、桩侧闭式压浆装置、铸铁质圆锥型桩尖、压浆外管和压浆内管，钢制桩帽套合于环肋状预应力管桩桩身的上端，铸铁质圆锥型桩尖连于环肋状预应力管桩桩身的下端，且桩身内预制有桩侧闭式压浆装置、以及贯穿整个桩身布置的压浆外管。
4、所述钢制桩帽内设有固定套管，固定套管与压浆外管的上端套合连接，且固定套管的四周连有侧向支撑件，以用于限定套管位置并稳固压浆外管在沉桩过程中不会发生水平向转动；
5、每个桩侧闭式压浆装置均设有三个橡胶胶囊包裹的中空闭式压浆室，中空闭式压浆室在桩侧闭式压浆装置中呈飞镖形等角度均匀布设，上下相邻两个桩侧闭式压浆装置的中空闭式压浆室呈交叉错角分布；
6、所述压浆外管还包括桩侧横向压浆管和球形压力腔，压浆外管通过球形压力腔与桩侧横向压浆管相连，桩侧横向压浆管包括开式压浆管和闭式压浆管，同一桩侧压浆断面上的开式压浆管和闭式压浆管沿着环肋状预应力管桩桩身的径向呈辐条状交错均布，且不同桩侧压浆断面上的开式压浆管呈交叉错角分布；
7、开式压浆管连通至桩身侧面处设有开式出浆口，且圆片状的透水石侧面裹住填充棉嵌于开式出浆口处，透水石和开式出浆口的直径尺寸相适配，以用于在预制管桩运输及沉桩过程中对开式出浆口起到很好的保护作用；
8、所述压浆内管设于压浆外管内，其包括依次相连的顶管、中管和底管，顶管与中管的连接处、以及中管与底管的连接处均设有内管出浆口，内管出浆口的上下处分别设有一个充气膨胀气囊，与充气膨胀气囊相连的输气管紧贴在压浆内管的外壁布置，膨胀后的充气膨胀气囊紧贴着压浆外管的内壁设置，使压浆外管内部形成闭式压力腔，且内管出浆口的出浆范围覆盖球形压力腔的空间大小。
9、进一步地，所述铸铁质圆锥型桩尖包括锥体本体，其通过桩尖连接件与环肋状预应力管桩桩身相连，锥体内设有桩端压浆环管和一组桩端横向压浆管，桩端横向压浆管与压浆外管的球形压力腔相连，桩端横向压浆管与桩端压浆环管的连接处设有水平的压浆环管出浆口，桩端压浆环管的下方连有一组倾斜的桩端压浆侧管，每个桩端压浆侧管上均设有一组压浆侧管出浆口，压浆环管出浆口的口径小于压浆侧管出浆口的口径，以用于保证压浆过程中的出浆量相同，桩端压浆侧管的轴线与桩端压浆环管水平面呈60°角倾斜设置，且相邻两个桩端压浆侧管的间距相同，桩端压浆侧管的下方设有对应的导土分隔肋，其固定在铸铁质圆锥型桩尖上，导土分隔肋环向绕体范围大于桩端压浆侧管的直径长度，以用于对侧管起到较好的保护作用。
10、进一步地，所述环肋状预应力管桩的桩身上设有一组凸型环肋，凸型环肋沿着桩体外壁每隔1～3m处水平设置，且压浆内管的顶管与中管之间、中管与底管之间分别通过螺栓连接组合，且螺栓的位置与桩侧横向压浆管的位置交错分布，以用于保证在压浆时不会阻碍出浆。
11、进一步地，所述桩侧闭式压浆装置的内径和外径分别与环肋状预应力管桩桩身的直径内、外径相同，以用于防止在沉桩过程中桩侧闭式压浆装置因凸出在外而被压坏。
12、为了进一步实现本发明的目的，还提供了一种环肋状预应力管桩组合式后压浆装置的施工方法，具体步骤如下，包括：
13、（1）环肋状预应力管桩桩身采用先张法预应力工艺和离心成型法制成，桩身内预制桩侧闭式压浆装置、以及贯穿整个桩身布置的压浆外管，压浆外管内布置压浆内管；
14、（2）将钢制桩帽套合安装在环肋状预应力管桩桩身的上端，保护环肋状预应力管桩在受到锤击沉桩时桩头不被破坏，铸铁质圆锥型桩尖通过桩尖连接件与环肋状预应力管桩桩身焊接相连；
15、（3）压浆内管通过螺纹连接件堆叠紧密连接，压浆内管的直径小于压浆外管的直径尺寸，压浆内管根据所设桩侧出浆布设位置不同可在压浆外管内灵活的上下移动，在进行压浆施工时，内管出浆口移动至所要压浆位置，充气膨胀气囊通过布设在压浆内管外壁的输气管充气膨胀，使其在压浆外管内形成一个闭式压力腔，从而对指定位置进行压浆；
16、（4）待预应力管桩送至设计深度土层后，通过地面的高压泵将水泥浆液泵入压浆内管中，传输至由压浆内管、充气膨胀气囊和压浆外管组成的闭式压力腔中，经预制的桩侧和桩端压浆管送至出浆口喷射而出。
17、进一步地，所述步骤（3）中，若对桩侧和桩端同时进行开式压浆，选取合适长度的压浆内管的中管，通过螺栓与顶管堆叠连接，达到可注浆管道长度；若仅对桩端进行开式压浆，只需选取合适长度的顶管送至桩身端部处的球形压力腔即可；若仅对桩侧指定位置进行压浆，通过螺栓将顶管、中管与底管堆叠连接，达到可注浆管道长度。
18、进一步地，在管桩施工过程中，若管桩被锤击入土时遇到坚硬土层，先暂时停止沉桩工序，选用仅对桩端压浆的压浆内管，从桩体顶部压浆内管的进浆口压入高压水源，使高压水源从水平向的压浆环管出浆口和侧向的压浆侧管出浆口射出，实现对桩端土层的软化，从而使管桩在遇到坚硬夹层时顺利通过，待注水压力值出现骤降现象，且水压压力值持续维持数分钟后再次对预制管桩进行沉桩操作。
19、进一步地，在闭式压浆过程中，通过压浆压力和压浆量控制桩侧闭式压浆装置的中空闭式压浆室，防止其膨胀过度破裂或者没有充分压密桩侧土体，待压浆量或压浆压力满足设计要求后，停止压浆，待中空闭式压浆室的水泥固化后，即可在预应力管桩桩侧形成永久性的飞镖形水泥体，从而增强预应力管桩的承载能力。
20、进一步地，桩侧横向开式出浆口兼做预制管桩排水口使用，在深厚软土地基静压沉桩过程中，由于受到沉桩挤土效应，桩周软黏土在挤压扰动作用下会产生较高的孔隙水压力，桩周土层孔隙水通过透水石滤入压浆外管中，再由地面水泵将压浆外管中的孔隙水抽出，减小沉桩过程产生的应力增量、超孔隙水压力，从而有效减小挤土效应对工程的危害。
21、进一步地，所述步骤（4）中，在后压浆过程中，首先对环肋状预应力管桩桩身进行桩侧和桩端开式压浆，当桩顶处有浆液从地面冒出时，停止压浆；重新组合压浆内管组合连接方式，对桩端和桩侧局部软弱土层单独压浆；接着再对桩侧闭式压浆装置中的中空闭式压浆室压浆，形成飞镖形的膨胀节圈；最后再进行桩侧开式压浆，填充由闭式压浆装置压浆挤密土层造成的中空部分。
22、与现有技术相比，本发明的技术方案的具体优点在于：
23、（1）本发明通过预制方式，将桩侧闭式压浆装置集成到预应力管桩中，闭式压浆装置内设有“飞镖形”的中空闭式压浆室，可降低传统环形胶囊设置而成的闭式压浆装置对桩身整体的局部削弱，在提升预制管桩的承载力的基础上，进一步优化缩小桩基尺寸，降低工程成本；
24、（2）本发明利用压浆内管的拆卸安装组合，结合一根桩内压浆外管，实现了对桩端、桩侧同时压浆以及对桩身局部夹带软弱土层位置单独压浆，避免了传统后压浆装置压浆效果的不均匀性与单一性、压浆施工质量不稳定以及后压浆预应力管桩承载力不达标的问题；
25、（3）本发明扩大了压浆加固范围，便于掌控压浆浆液加固区域，提高压浆效果，通过组合式后压浆装置将压浆的压密、渗透和劈裂三种压浆加固机理集中在桩侧和桩端共同发挥作用，极大地增强了预应力管桩的桩侧阻力、桩端承载力，从而有效保证压浆施工质量和增强后压浆预应力管桩承载力，进一步扩大预应力管桩的使用范围；
26、（5）本发明可实现在沉桩过程中射水软化土层，辅助沉桩，避免了传统预制管桩在当地土层出现局部坚硬夹层时沉桩效果差、甚至在重压下出现桩头和桩身开裂等缺陷；
27、（6）本发明实现了在面对深厚软土地基沉桩过程中，将桩周孔隙水通过桩侧横向开式出浆口滤入压浆外管中并排出地面，加速了桩周软黏土在挤压扰动作用下产生超静孔隙水压力的消散，使沉桩过程产生的应力增量、超静孔隙水压力大大减小，从而有效减小挤土效应对工程的危害。