专利名称：施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法
技术领域：
本发明涉及一种新型抗拔抗浮桩及其成桩方法，具体是一种施工部分粘结预应力 抗拔抗浮桩的新方法，属于建筑地基基础施工中的成桩方法，可用于抗拔抗浮桩的施工，也 可用于抗压桩或护坡桩的施工。尤其应用在密实的砂层及砂卵石地层中更显优势。
背景技术：
现有技术的部分粘结预应力抗拔抗浮桩的优点是改变了混凝土受力性状，使混 凝土受力更合理，可按一级抗裂缝进行抗拔抗浮桩设计；节省大量钢筋；长螺旋成孔压灌 混凝土后插钢筋_钢绞线笼实现了快速施工，效率高，比传统反循环钻机施工快5 10倍； 不用泥浆护壁，没有泥浆污染，实现了干作业，利于安全文明施工，尤其在市内施工，更显其 优势。由本人申请并已授权的ZL200710065368. 6“部分粘接预应力抗拔抗浮桩及其施工 方法”及ZL200720104256. 2 “部分粘接预应力抗拔抗浮桩的钢绞线笼”专利技术以其明显 的优越性正在迅速推广。其施工工艺是采用长螺旋钻机成孔，管内泵压大坍落度细砾混凝 土，后插钢筋-钢绞线笼成桩。但遇到密实砂卵石地层或厚砂层时，便会出现灌注混凝土困 难，甚至后插钢筋_钢绞线笼十分困难，某工程抗浮桩设计桩径600mm，桩长20m，其中桩长 范围内下部砂层厚17 18m，致密，后插笼极其困难，一天只能施工2 3根桩，且笼子只能 插到13 15m，效率低，质量也不能保证。采用了更大重量更大功率的振动锤也不能下到设 计深度，施工人员极其困惑。采用了更大坍落度细砾混凝土也无济于事，混凝土供应商也很 有意见。建设单位对这样的施工进度和质量也强烈不满。据有关文献介绍，搅拌或旋喷水泥土桩与土的界面不明显，从而使得其侧摩阻等 于钢筋混凝土桩与土的侧摩阻的5倍！这一特点决定了搅拌水泥土桩、旋喷水泥土桩或旋 喷搅拌水泥土桩如能将其侧摩阻发挥出来，其承载力将大大提高。桩就可缩短，便于施工， 可保证质量和进度。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述遇到砂层及砂卵石地层灌注混凝土难，后插钢 筋-钢绞线笼更难的问题，同时为了发挥搅拌法、旋喷法或旋喷搅拌法形成的桩巨大侧摩 阻力的潜力，本发明运用了“复合组合思维法”，提供一种施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩 的新方法。本发明的技术方案是一种施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在 于，在砂层或砂卵石地层，采用专用钻具下钻提钻，并同时用高压泵压入水泥浆，反复喷旋、 定喷至设计标高，形成水泥土桩；然后在形成的该水泥土桩内插入钢筋钢绞线笼到设计标 高，之后用锚具将钢筋钢绞线笼的钢绞线锁定在预留位置；所述的水泥土桩凝结后即为水 泥砂浆或素混凝土，与钢筋钢绞线笼构成成桩；所述的专用钻具包括大功率搅拌桩机用于 搅拌成圆柱形水泥土桩，或大功率旋喷桩机旋喷成圆柱形水泥土桩，或采用长螺旋旋喷、定喷钻机搅拌成带有凸耳的水泥土桩。所述的采用长螺旋旋喷、定喷搅拌成带有凸耳的水泥土桩中，在进行定喷形成凸 耳的过程中，钻具不转动，形成的桩体的截面形状在轴线的各处都相同。所述的采用长螺旋旋喷、定喷搅拌成带有凸耳的水泥土桩中，在进行定喷形成凸 耳的过程中，钻具每间隔一定距离就转动一个角度，形成的桩体的截面形状在轴线上的各 段不相同，相差所述的角度。所述的大功率搅拌桩机为长螺旋搅拌桩机。采用所述的大功率搅拌桩机将合格的水泥浆与地基土或引孔后松动的地基土搅 拌成水泥土桩，凝结后即为水泥砂浆或素混凝土。采用大功率旋喷桩机将合格的水泥浆与地基土或引孔后松动的地基土施工成水 泥土旋喷桩，凝结后即为水泥砂浆或素混凝土。采用大功率长螺旋旋喷搅拌桩机将合格的水泥浆与地基土或引孔后松动的地基 土搅喷或定喷成水泥土桩，凝结后即为水泥砂浆或素混凝土。所述的成桩能实现施工抗拔抗浮桩的目的，还可实现施工抗压桩及护坡桩的目 的。本发明的有益效果是由于是水泥浆与原地基土搅拌或引孔后的地基土搅拌喷射 形成“水泥土”桩体，后插钢筋笼或钢筋-钢绞线笼便很容易实施。能广泛适用于密实的砂 层及砂卵石等常规方法不能适用的地层，解决了长螺旋成孔管内灌注混凝土难后插钢筋或 钢筋_钢绞线笼更难的难题，使施工变得容易，施工速度大大提高，质量达到保证；且其承 载力较传统成桩方法形成的桩将大大提高，成本大大下降。与现有技术相比显示了其极大 的优越性。
图1是本发明的工艺流程图2是本发明施工形成的桩体第一实施例的总体结构示意图3是图2的D-D剖面图4是本发明施工形成的桩体第二实施例的总体结构示意图5是图4的E-E剖面图6是图4的F-F剖面图7是图4的G-G剖面图8是本发明施工形成的桩体的第三实施例的总体结构示意图
图9是图8的A-A剖面图10是图8的B-B剖面图11是图9的C-C剖面图。
具体实施例方式
参见图2 图11，采用本发明的工艺方法施工形成的桩体的基本结构是由旋喷形 成的圆柱形的桩芯1和由定喷形成的凸耳2，凸耳2 —般为两个或四个沿桩芯1的外周面均布。
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图2和图3所示的第一实施例是整个桩体的四个凸耳2都在各自的直线(与轴线 平行)上，也就是在形成桩体的凸耳2过程中钻头没有转动，始终在一个方向定喷(定向喷 射水泥浆)。图4 图7所示的第二实施例的桩体(四个凸耳2)由三段组成，图4 图6分别 表示了上、中、下三段桩体的截面结构，上下两段的桩体的凸耳2相对应(在同一直线上)， 中段的桩体的凸耳2与上下两段的桩体的凸耳2相差45°角，也就是在形成上、中、下三段 桩体的凸耳2过程中，每形成一段桩体钻头就转动45°角。图8 图11所示的第三实施例的桩体(两个凸耳2)也由三段组成，形成过程与 第二实施例相同。除了上述的桩体形状外，“水泥土”桩体形状也可不设凸耳，即为圆柱形。在施工形成上述的“水泥土”桩体后，插入钢筋笼或钢筋-钢绞线笼，凝固后形成 成桩桩体。下面以云南省某市文化中心科技馆、文化馆、民族大剧院、博物馆、美术馆的施工 为例，并结合图1对本发明工艺进行详细说明。施工现场原为菜地、鱼塘，局部地段，已填 平。1. 1场地地层拟建场地地表覆盖人工填土层，主要为素填土局部夹有少量杂填土和耕土，厚度 为0. 0 2. 4米，其下为第四系坡洪积，冲、湖积和坡残积层的粘性土，厚度变化较大，厚度 约为2. 4 17. 2米，底部由白垩系曼岗组(K1Hi)的泥岩组成。在33. 4米钻探深度范围内，根据揭露地层的成因类型、岩土名称、物理力学性质， 将地基土分为五个大层，数个亚层及透镜体，自上而下分述如下1、人工填土层(Qml)①工填土 红褐、棕红、黄褐色，稍湿、松散，以粉质粘土为主，孔隙较大，局部夹 01-3cm泥岩、粉砂岩碎石，偶见Φ > 5cm泥岩、粉砂岩碎石。厚度0. 0_2. 4米，变化较大， 局部地段夹薄层耕土和少量杂填土。①2耕土 棕褐、棕红色，稍湿，孔隙较大，结构松散，夹大量植物根茎，该层分布范 围较小，仅鱼塘边缘附近有所分布，厚度也较小，为IOcm 50cm不等，在鱼塘内缺失。2、坡洪积层(Qdl+Pl)②工粘土 红褐、黄绿、黄夹红、黄绿夹红、黄夹红灰色，稍湿、硬塑，局部为硬-可塑 状态，中等压缩性土，无摇振反应，切面较光滑，干强度大，夹薄层状粉质粘土、粉土，偶见夹 有强风化泥岩颗粒，平均标贯锤击数9. 0击 ②2粉土 褐红、褐红夹黄、灰色，稍湿，稍密状态，局部为松散状态，中等压缩性，无 光泽，稍具摇振反应，干强度、韧性较低，夹同色粉砂和粉质粘土薄层，平均标贯锤击数11. 4 击，该层在场地内分布极为不均，局部地段缺失。3、冲、湖积层(Qal+1)③工粉质粘土 灰白、浅兰灰、灰、灰黑、黑灰色，湿、软塑_可塑，局部为可塑，中压 缩性，夹有条带状黑色有机质，该层分布不均，变化较大，局部夹10 15cm厚的流塑状态的 泥炭土、淤泥质土透镜体，平均标贯锤击数5. 6击。③1有机质粘土 黑色，很湿，流塑状态，高压缩性，孔隙比较大，有机质含量为6. 0%左右，局部地段存在泥炭质土，为③工层的透镜体。③2粉质粘土 黄夹灰红、褐红夹黄灰，褐红灰色，稍湿 湿，可塑，局部为硬塑，中 等压缩性，干强度较大，夹少量中密状态的粉土及可塑状态的粘性土，偶见大块腐木及少量 炭屑，平均标贯锤击数10. 2击。夹有③i层透镜体。③i粉土 黄红、黄灰、深灰色，湿，稍密状态，无光泽，稍具摇振反应，韧性差，分布 极为不均。粉土 褐红、褐红夹灰、深灰色，很湿 饱和，中密状态，局部为稍密状态，中等 压缩性，无光泽，稍具摇振反应，干强度、韧性较低，局部夹少许同色中密 密实状态的粉砂 及可塑状态的粉质粘土，偶见夹黑灰色有机质和大块腐木，厚度变化较大，平均标贯锤击数 14. 2击，层间夹有③13层透镜体。③丨粉质粘土 褐红、褐红夹黄，褐红夹灰，可塑 硬塑状态，干强度较大，韧性相对 较差，厚度变化较大，为0. 5 2. 5米，呈透镜体分布。 4粉砂灰、浅灰、浅黄夹灰、黄灰，局部夹白灰色，很湿 饱和，中密 密实，中等 压缩性，13.0米和18.0米左右处局部地段夹约5% Φ Icm圆砾及Φ0. 5cm石英颗粒，局部 夹薄层状细砂、中砂，偶夹有大块腐木，该层厚度较大，物理力学性质较好，平均标贯锤击数 29. 5击。夹有③14、③丨、③丨层透镜体。③丨粉质粘土 浅黄夹灰、浅灰夹黄、灰白色，稍湿，可塑，局部为硬塑，中等压缩性， 韧性稍差，干强度较大，局部夹薄层同色粘土，呈透镜体分布。③丨粘土 黄灰、浅灰夹黄色，稍湿，软塑 可塑，中 高压缩性，韧性较好，干强度 大，局部偶夹有薄层软塑状态的泥炭土，呈透镜体分布。③1粉土 浅灰、浅黄夹灰色，湿，稍密状态，局部为松散状态，中等压缩性，无光泽， 稍具摇振反应，夹薄层同色粉砂、粉质粘土，呈透镜体分布，该层分布不均，物理力学状态差 异较大，平均标贯锤击数7. 5击。4、残积层(Qel)④工粘土 灰黄色、灰白，红褐夹黄色，稍湿，硬塑状态，低压缩性，切面光滑有光泽， 干强度大。④2全风化泥岩红褐色，稍湿，呈粉质粘土状态，低压缩性，切面有光泽，2068号， 2074号孔和2094号孔揭露。5、基岩(K1Hi)⑤工强风化泥岩红褐色，稍湿，结构大部分破坏，岩芯破碎呈碎块状、底部为大块 状，节理裂隙较为发育。中风化泥岩红褐色，稍湿，岩芯呈短柱状，节理裂隙发育。30m深度内一典型剖面数据列表如下土层序号土层名称土层厚度(m)累计厚度(m)①素填土4. 64. 6②！粉质粘土1. 25. 8粉土1. 26. 7②！粉质粘土0. 47. 1有机质粘土0. 57. 6粉质粘土0. 98. 5粉质粘土3. 612. 1②；粉土1. 713. 8②21粉土0. 514. 3②彳粉砂·(饱和、密 实)15. 730. 01.2地下水本次勘察期间正值该地区的秋雨季节。据调查在拟建场地内鱼塘遍布，场区东侧 紧邻河。地表水主要补给方式为人工灌溉补给、径流补给和大气降水补给。勘探深度范围内，均有稳定地下水存在，初见水位埋深0. 4-1. 8米，稳定水位为 0. 8-1. 4米，场地地下水属潜水，具微承压性，地下水主要赋存于颗粒相对较大的粉土、粉砂 层。据水试验结果表明，水化学类型为HCO3- SO2-, - Ca2+型水，水的PH值为6. 7，水的侵 蚀性CO2为8. 80 (mg/1)，水对砼结构及砼结构中的钢筋不具腐蚀性，但对外露的钢结构具有 弱腐蚀性。以大剧院为例原设计采用长螺旋成孔压灌混凝土后插钢筋笼工艺，一天只能做 2 3根桩，而且钢筋笼下放很困难，反复调整细砾混凝土坍落度，更换大功率振动锤仍不 能奏效。抗压桩修改设计，将钢筋笼长度改为原长的1/2。抗拔桩(尤其桩型5)施工同样 下不到位。所以采用本发明进行施工。本发明施工的基本方法是采用“长螺旋的搅拌与旋喷复合的方法进行施工”，即采 用现有的大功率搅拌桩机(如长螺旋搅拌桩机)搅拌成“水泥土”桩(凝结后即为水泥砂 浆或素混凝土)，或用现有的大功率旋喷桩机施工成“水泥土”旋喷桩(同样凝结后即为水 泥砂浆或素混凝土)，还可采用现有的长螺旋旋定喷搅拌施工成“水泥土”(同样凝结后即 为水泥砂浆或素混凝土)桩。尤其是采用定喷后可形成如图2和图3所示的一个截面形式 的桩体(即各处的截面形状相同)，或采用分段转角度定喷后可形成图4 图11所示的多 个不同截面的桩体(即各段桩体的截面形状转动一定角度)。具体的施工工艺是首先对现场进行三通一平，然后按照常规工艺依次进行定桩
7位，钻机安装调试，钻机定位，钻孔(钻至桩底标高)，对终孔验收；与此同时进行高压泵安 装调试，连接水泥浆输送泵管，将钻机软管与泵管连通，采用上述的专用钻具反复喷旋、定 喷至设计标高，形成了“水泥土”桩；然后采用输送装置在形成的“水泥土”桩内插入钢筋钢 绞线笼到设计标高，构成成桩，对成桩验收，并将钢绞线锁定在预留位置；与上述工艺配合 的备料包括水泥、钢筋钢绞线等进场，做浆料配合比及材料复试，搅拌站准备，水泥浆搅拌 (做水泥试块)，钢筋钢绞线笼制作，搅拌好的水泥浆供给水泥浆输送泵。使用的主材有钢筋、钢绞线、预应力锁定锚头、水泥、粉煤灰、速凝剂、早强剂等。使用的水泥可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、或粉煤灰水泥等；粉煤灰有 低标号水泥作用，同时提高浆料的可泵性；速凝剂作用是促进水泥浆快速凝固，并提高其早 期强度。必要时加入早强剂，以提高其早期强度，缩短凝结时间。
权利要求
一种施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于，在砂层或砂卵石地层，采用专用钻具下钻提钻，并同时用高压泵压入水泥浆，反复喷旋、定喷至设计标高，形成水泥土桩；然后在形成的该水泥土桩内插入钢筋钢绞线笼到设计标高，之后用锚具将钢筋钢绞线笼的钢绞线锁定在预留位置；所述的水泥土桩凝结后即为水泥砂浆或素混凝土，与钢筋钢绞线笼构成成桩；所述的专用钻具包括大功率搅拌桩机用于搅拌成圆柱形水泥土桩，或大功率旋喷桩机旋喷成圆柱形水泥土桩，或采用长螺旋旋喷、定喷钻机搅拌成带有凸耳的水泥土桩。
2.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于，所 述的采用长螺旋旋喷、定喷搅拌成带有凸耳的水泥土桩中，在进行定喷形成凸耳的过程中， 钻具不转动，形成的桩体的截面形状在轴线的各处都相同。
3.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于，所 述的采用长螺旋旋喷、定喷搅拌成带有凸耳的水泥土桩中，在进行定喷形成凸耳的过程中， 钻具每间隔一定距离就转动一个角度，形成的桩体的截面形状在轴线上的各段不相同，相 差所述的角度。
4.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于，所 述的大功率搅拌桩机为长螺旋搅拌桩机。
5.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于采 用所述的大功率搅拌桩机将合格的水泥浆与地基土或引孔后松动的地基土搅拌成水泥土 桩，凝结后即为水泥砂浆或素混凝土。
6.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于采 用大功率旋喷桩机将合格的水泥浆与地基土或引孔后松动的地基土施工成水泥土旋喷桩， 凝结后即为水泥砂浆或素混凝土。
7.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于采 用大功率长螺旋旋喷搅拌桩机将合格的水泥浆与地基土或引孔后松动的地基土搅喷或定 喷成水泥土桩，凝结后即为水泥砂浆或素混凝土。
8.根据权利要求1所述的施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，其特征在于所 述的成桩能实现施工抗拔抗浮桩的目的，还可实现施工抗压桩及护坡桩的目的。
全文摘要
一种施工部分粘结预应力抗拔抗浮桩的新方法，采用专用钻具下钻提钻，并同时用高压泵压入水泥浆，反复喷旋、定喷至设计标高，形成水泥土桩；然后在形成的该水泥土桩内插入钢筋钢绞线笼到设计标高；所述的水泥土桩凝结后即为水泥砂浆或素混凝土，与钢筋钢绞线笼构成成桩；所述的专用钻具包括大功率搅拌桩机、大功率旋喷桩机或采用长螺旋旋喷、定喷钻机。本发明的有益效果是由于是水泥浆与原地基土搅拌或引孔后的地基土搅拌喷射形成“水泥土”桩体，后插钢筋笼或钢筋-钢绞线笼便很容易实施。适用于密实的砂层及砂卵石等常规方法不能适用的地层，解决了长螺旋成孔管内灌注混凝土难后插钢筋或钢筋-钢绞线笼更难的难题。
文档编号E02D5/58GK101962953SQ201010282550
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者何世鸣, 司呈庆, 周与诚, 张明中, 李江, 李长生, 杨敏, 洪伟, 王之军, 王建明, 田震远, 程金霞, 翟宇翔, 贾城, 陈辉, 黄鑫峰 申请人:北京建材地质工程公司;中材地质工程勘查研究院;北京城建科技促进会