專利名稱：用于地基加固的變截面砂樁的制作方法
技術領域：
本實用新型運用于海上島礁周圍軟土地基的加固，具體說涉及一種沿加固深度采取變化截面的變截面砂樁。
背景技術：
在外海工程中經常須依托島礁修筑護岸或海堤等建筑物，當島礁周圍的基巖傾斜度較大時，基巖和沉積其上的軟粘土之間的界面就形成了軟弱滑動面，將導致護岸或海堤整體失穩，造成巨大的生命財產損失。近年來，水上大直徑砂樁加固技術得到了大量應用， 在處理均質軟土或成層軟土地基方面獲得了成功，但是因其自身工藝的缺陷性，在處理軟粘土和基巖的界面時容易形成軟弱土層殘留、留下了沿軟弱面產生復式滑動的隱患。目前采用的普通砂樁技術和擠密砂樁技術都采用單一的截面，適用于處理均質軟土地基，但是在處理沿深度方向不均勻的地基或傾斜的軟土和硬巖的界面時，由于缺乏針對性，存在安全隱患，或導致浪費。普通砂樁技術處理傾斜的軟土和硬巖的界面導致的安全隱患主要是指在界面處產生了軟弱土層殘留，其原因是由于普通砂樁的成樁方式是帶活瓣樁尖的樁管打入軟土至設計底標高后，逐漸提起樁管，管內中粗砂依靠重力，沖開樁尖活瓣，逐漸落入軟土中，形成砂樁。因此，樁尖需提起一定高度后才能完全打開，樁管本身也有一定塞土效應，落砂困難， 導致在最初始的I 2m范圍內，砂樁成樁并不理想，從而形成了一層軟弱土夾層。該軟弱土夾層的存在，加之基巖面傾斜，若不妥善處理，極有可能引起沿基巖面的復式滑動，導致圍堤失穩，因此必須充分重視和解決普通砂樁加固殘留的軟弱夾層問題。針對存在軟弱夾層，為保證圍堤整體穩定，有如下解決方案(I)在堤腳設置鎮壓層，增加抗滑力；(2)改變地基加固方法，如水下混凝土攪拌樁、旋噴樁加固；(3)采用擠密砂樁技術；(4)改進普通砂樁加固技術，消除軟弱夾層。設置鎮壓層防止滑坡，因水上拋石價格較高并不經濟，采用攪拌樁或旋噴樁加固技術，不但造價高昂，且水上施工經驗不多，質量難以保證，因此并不適用。采用擠密砂樁技術將成倍增加砂樁置換率，用砂量大為增加，造價將顯著上升，因此須通過改進普通砂樁加固技術，消除軟弱夾層。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種可以針對地質斷面中不同土層和軟弱截面的截面可調的變截面樁，以加固地基，克服現有技術中存在的缺陷。本實用新型采用以下技術方案一種變截面砂樁，所述變截面砂樁建于軟弱界面上，所述軟弱界面的上層土層為軟土層，所述軟土層的上層土層為一般土層，所述變截面砂樁沿深度不同部位截面變化，至少包括兩個截面段。優選地，所述截面段分別為第一截面段和第三截面段，或第二截面段和第三截面段。優選地，所述截面段為第一、第二、和第三截面段。進一步地，所述第一截面段設于一般土層內，所述第二、第三截面段均設于軟土層內，第三截面段鄰近所述軟弱界面，第二截面段在第三截面段之上，所述第三截面段的直徑 D3大于第一截面段的直徑Dl，所述第二截面段的直徑D2大于所述第一截面段的直徑Dl。 進一步地，所述第一截面段的直徑漢=2d 所述第二截面段的直徑
D2 =，所述第三截面段的直徑P3 =其中，d為砂樁間距，分別
為一般土層、軟土層、軟弱界面的砂樁置換率。進一步地，所述軟弱界面為傾斜界面。進一步地，所述第一截面段由一次插拔管工藝成樁；所述第二、第三截面段由擠密砂樁的反復插拔管工藝成樁。本實用新型主要采用了變截面的構思，不同截面段的砂樁由不同的施工工藝成樁。這樣綜合采用了普通砂樁和擠密砂樁各自的優點，即針對軟弱界面和不同特性的土層采用加壓復打工藝，在薄弱部位擴大砂樁的截面直徑，擠壓軟土，而在一般土層中采用正常截面直徑，從而避免軟弱夾層，消除安全隱患，降低工程費用。
圖I為本實用新型涉及的變截面砂樁的一種實施例的示意圖。圖2為本實用新型涉及的變截面砂樁的另一種實施例的示意圖。圖3為本實用新型涉及的變截面砂樁的另一種實施例的示意圖。圖2為本實用新型涉及的變截面砂樁施工工藝流程圖，各步驟為2A(打入軟土層)一2B(灌砂，打至軟弱界面)一2C(加壓排砂，反復插拔管，使軟弱界面處成樁)一2D(繼續灌砂，加壓排砂，反復插拔管，使軟土層中成樁)一2E(灌砂，加壓排砂，一次拔管，使一般土層中成樁)一2F(最終成樁)其中I. 一般土層6.氣壓2.軟土層71.第一截面段3.軟弱界面72.第二截面段4.套管73.第三截面段5.砂
具體實施方式
參見圖1-3，為本實用新型涉及的變截面砂樁。在本實施例中，變截面砂樁為沿深度截面變化的砂樁。[0033]所述變截面砂樁建于軟弱界面3上，所述軟弱界面3的上層土層為軟土層2，所述軟土層2的上層土層為一般土層I。所述軟弱界面3為軟土和傾斜的硬巖的界面，該界面以下為巖層。所述軟土層2也稱軟弱夾層，是軟土層和巖體接觸是形成的層狀或帶狀的軟弱薄層，其力學強度和變形模量比較低。所述變截面砂樁至少包括兩個截面段，可以是第一截面段71和第三截面段73，或第二截面段72和第三截面段73，見圖2、3。當然，也可以是第一、第二、第三截面段71、72、73，見圖I。以圖I為例，所述第一截面段71設于一般土層I內，所述第二、第三截面段72、73 設于軟土層2內，第三截面段73鄰近所述軟弱界面3，而第二截面段72在第一、第三截面段 71、73之間，所述第三截面段73的直徑D3大于第一截面段71的直徑D1，所述第二截面段 72的直徑D2大于所述第一截面段71的直徑Dl。結合圖I、圖4，具體的施工方案如下首先根據簡單條分法等邊坡整體穩定性計算方法得到邊坡的安全系數，并計算分析，確定一般土層I、軟土層2和軟弱界面3要求的砂樁置換率，對軟弱界面3還要驗算沿軟弱界面發生復式滑動的可能。如圖1，分別得一般土層I、軟土層2和軟弱界面3的砂樁置
換率分別為Hipm2和m3,其中m2 > In1^m3 > In10根據Hi1選擇砂樁套管直徑/7 式中d為砂樁間距。則軟土層2和軟弱界面3處的砂樁直徑分別為從
D3 = 2叫，。顯然D3 > DpD2 > D1，故一般土層I可采用一次插拔管成樁工藝，軟土層2
和軟弱界面3需要采用擠密砂樁的反復插拔的成樁工藝。根據砂樁直徑可以換算得各位置的每米灌砂量。施工時，采用開口樁套管4打至軟弱界面3，然后灌砂5并提升套管4，加氣壓6排出砂5擠開軟土，反復下壓套管4、灌砂5、提升套管4排砂5，直到灌砂量滿足要求。對軟土
層2采用反復插拔管工藝使灌砂量滿足土層以擴大樁徑，直到灌砂量不小于計算灌砂量。 完成整根變截面砂樁的施工。
2的計算灌砂量，通過施加氣壓擠開周圍土體對一般土層I采用一次插拔管成樁工藝，最終
權利要求1.一種變截面砂樁，所述變截面砂樁建于軟弱界面(3)上，所述軟弱界面(3)的上層土層為軟土層(2)，所述軟土層(2)的上層土層為一般土層(I)，其特征是所述變截面砂樁沿深度不同部位截面變化，至少包括兩個截面段。
2.根據權利要求I所述的變截面砂樁，其特征是所述截面段分別為第一截面段(71) 和第三截面段(73)，或第二截面段(72)和第三截面段(73)。
3.根據權利要求I所述的變截面砂樁，其特征是所述截面段為第一、第二、和第三截面段(71、72、73)。
4.根據權利要求2或3所述的變截面砂樁，其特征是所述第一截面段(71)設于一般土層(I)內，所述第二、第三截面段(72、73)均設于軟土層(2)內，第三截面段(73)鄰近所述軟弱界面(3)，第二截面段(72)在第三截面段(71、73)之上，所述第三截面段(73)的直徑D3大于第一截面段(71)的直徑D1，所述第二截面段(72)的直徑D2大于所述第一截面段(71)的直徑Dl。
5.根據權利要求4所述的變截面砂樁，其特征是所述第一截面段(71)的直徑 D1 = 2d h-，所述第二截面段(72)的直徑/ 2 = 2d h-，所述第三截面段(73)的直徑D3 =;其中，d為砂樁間距，Hi1, m2、m3分別為一般土層⑴、軟土層⑵、軟弱界面(3)的砂樁置換率。
6.根據權利要求I所述的變截面砂樁，其特征是所述軟弱界面(3)為傾斜界面。
7.根據權利要求4所述的變截面砂樁，其特征是所述第一截面段(71)由一次插拔管工藝成樁；所述第二、第三截面段(72、73)由擠密砂樁的反復插拔管工藝成樁。
專利摘要本實用新型公開了一種用于地基加固的變截面砂樁，所述變截面砂樁建于軟弱界面上，所述軟弱界面的上層土層為軟土層，所述軟土層的上層土層為一般土層，所述變截面砂樁沿深度不同部位截面變化，至少包括兩個截面段。本實用新型主要采用了變截面的構思，不同截面段的砂樁由不同的施工工藝成樁。這樣綜合采用了普通砂樁和擠密砂樁各自的優點，從而避免軟弱夾層，消除安全隱患，降低工程費用。
文檔編號E02D5/48GK202347517SQ20112043501
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年11月7日
發明者劉家才, 程澤坤, 許增會, 黃明毅 申請人:中交第三航務工程勘察設計院有限公司