專利名稱：一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁及成樁方法
技術領域：
本發明涉及一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁及成樁方法，適用于公路、堤壩、 房屋建筑等工程的深厚軟基處理，屬于地基處理領域。
背景技術：
我國幅員遼闊，地質條件復雜且各地差別較大，軟弱地基類別多、分布廣；特別是在沿海地區及內地湖河沉積相地區存在著眾多復雜的深厚軟土地基，我國“十二五”規劃綱要提出推進海洋經濟發展，并將其作為轉型升級、提高產業核心競爭力的重要內容。隨著海洋經濟的進一步發展，對臨海陸域面積要求必然提升，也使得灘涂圍墾工程數量及規模不斷擴大，灘涂圍墾造地形成的建設用地中也存在眾多深厚軟土地基。探求技術先進、經濟合理、施工方便、質量穩定、承載力高、材料省、環保性強的深厚軟基處理方式成為巖土工程界亟待解決的問題。水泥攪拌樁是通過特制的深層攪拌機械在地層深部就地將軟土和水泥強制拌和， 使軟土硬結而提高地基強度。水泥攪拌樁按材料噴射狀態可分為濕法和干法兩種，濕法以水泥漿為主，攪拌均勻，易于復攪，水泥土硬化時間較長；干法以水泥干粉為主，水泥土硬化時間較短，能提高樁間的強度，但攪拌均勻性欠佳，很難全程復攪，在適宜的條件下目前濕法應用更為普及。由于水泥攪拌樁具有施工場地要求較低、施工工藝成熟、造價相對較低等特點，在我國得到了廣泛應用。但水泥攪拌樁的處理深度淺，采用普通的施工設備國內一般認為僅適用于處理深度小于10 12m的軟基。且其施工質量參差不齊、不易控制，容易出現質量事故。近些年發展起來的雙向水泥攪拌樁，通過正反不同速度旋轉葉片同時雙向攪拌，以及上層葉片的同時更快速的反向攪拌，阻斷漿液上冒途徑，使水泥漿液就地與土體進行充分的攪拌，保證了成樁質量，特別是深層樁體質量。雙向水泥攪拌樁雖較普通水泥攪拌樁，在成樁質量方面有所提高，處理深度有所加大，但從類似工程經驗來看，一般僅適用于處理深度小于16nTl8m的軟基，難于應用于深厚軟基處理。預應力管樁、預制方樁等剛性樁由于施工速度快、質量便于檢測、加固效果好，能有效地控制工后沉降，處理深度深，質量易保證，工期短，綜合效益明顯等優點，目前在軟基處理中也得到了廣泛應用，但其缺點在于預制樁由于吊裝及運輸需要往往配制大量鋼筋等，導致造價昂貴。預制樁沉樁方法有多種，在我國國內應用過的方法有錘擊法、靜壓法、 震動法、射水法、預鉆孔法等，而以靜壓法用得最多。由于柴油錘打樁時震動劇烈、噪音大， 為減少施工對環境的影響，近幾年來我國各地開發了大噸位的靜力壓樁機施壓預制樁的工藝，靜力壓樁機又可分為頂壓式和抱壓式，抱壓式是樁機的夾板夾緊樁身，依靠持板的磨擦力大于入土阻力的原理工作，靜力壓樁機最大壓樁力可達5000-6000kN，可將直徑500、600 的預應力管樁壓到設計要求的持力層，從而大大推動了預應力管樁的應用和發展。目前對穩定變形要求較高的工程，常采用剛性樁、剛柔組合樁、長短樁等處理深厚軟基；剛柔組合樁是柔性樁(水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等)內插剛性樁(預應力管樁、素混凝土樁、CFG樁、Y形樁等)的一種軟土地基處理技術。剛柔組合樁的加固機理是打設完柔性樁同心插入長度較大的剛性樁，形成剛柔組合樁。利用打設深度較淺、直徑較大的柔性樁加大樁身上部的側表面積和橫截面積來增加樁側摩阻力和獲得較大的置換率來提高單樁及復合地基的承載力。剛性樁將部分荷載傳遞至下部強度較好的持力層，控制復合地基的沉降和差異沉降，克服了柔性樁處理深度有限、樁體下部質量難于保障的難題，同時有效節約了剛性樁的打設數量，降低了工程造價。但目前采用的剛柔組合樁中，剛性樁在柔性樁體區段也一并設置，在柔性樁體內設置的剛性樁不能發揮較好的經濟效益，造成一定程度的浪費。總上所述，根據目前的實際情況和技術條件，亟需發明一種在工期、工程投資、工程質量之間能夠合理平衡，充分發揮柔性樁與剛性狀的特點，將其組合使用加固深厚軟基的剛柔組合樁及成樁方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，組合使用柔性樁與剛性樁，充分發揮兩者的優點，克服水泥攪拌樁處理深度有限的缺點，同時避免目前常用的剛柔組合樁等在柔性樁部分一并設置剛性樁，而導致的剛柔組合樁性價比低、存在浪費的問題，進而大幅降低工程造價。為了實現上述的目的，本發明采用了以下技術方案
一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于包括柔性樁和剛性樁，其中柔性樁在上部，剛性樁在下部，兩者同心設置，且柔性樁直徑大于剛性樁，剛性樁嵌入柔性樁底部， 且剛性樁樁頂封閉。前述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在，在剛性樁的頂部從下至上依次設置樁頂混凝土封閉段、帶孔及槽口鋼板、沉管銜接段；帶孔及槽口鋼板上設有貫通性圓孔，圓孔內穿插樁頂插筋，在沉管銜接段外圍設置混凝土加強段。前述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于在柔性樁的頂部設有加筋水泥土回填樁體，在剛性樁的底部設有預制樁尖。前述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于嵌入柔性樁的剛性樁樁頂， 嵌入部分樁周開有槽口。前述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于樁頂插筋高于剛性樁樁頂且部分保留在剛性樁內。前述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于帶孔及槽口鋼板遠離圓心的周向設有開口向上的槽口 ；沉管插口銜接段呈圓臺形，采用鋼筋混凝土或鋼管為材質。柔性樁與剛性樁上下同體組合樁的施工方法，其特征在于包括以下步驟
1)樁位放樣，樁機就位后，根據柔性樁設計樁長，采用柔性樁設備不噴漿攪拌鉆進至距柔性樁樁底O. 8m-l. Om,再噴漿攪拌鉆進至柔性樁樁底設計標高，該區段形成長度為
O.8m-l. Om的水泥土，不噴漿攪拌提升鉆桿至地表，將柔性樁設備移出樁位；
2)將剛性樁壓樁設備移動至樁位后，將剛性樁吊起，將沉管插口銜接段插入沉管內，壓樁至沉管底至地表附近時，校正沉管對準剛性樁樁頂鋼板槽口，將剛性樁壓至設計樁底標高，剛性樁頂部高出柔性樁樁底O. 5m-l. Om ；
3)向沉管內灌入略大于混凝土加強段體積的混凝土，振動上拔沉管，形成剛性樁樁頂混凝土加強段；4)將柔性樁設備移至樁位，進行柔性樁噴漿攪拌施工，柔性樁鉆進至其鉆桿底至剛性樁樁頂混凝土加強段頂標高時，攪拌噴漿上拔鉆桿，并根據柔性樁工藝要求確定攪拌及噴漿次數；
5)在現場按批次拌合一定量水泥土，柔性樁施工完成后，采用預先拌合好的水泥土，分層填補柔性樁攪拌下陷部分至設計樁頂標高，并根據設計在水泥土中添加纖維或分層填補時鋪設土工加筋材料，壓實后形成加筋水泥土回填樁體。本發明具有以下特點
(I)對剛性樁樁頂進行處理，并嵌入柔性樁樁底一定深度，實現了剛性樁與柔性樁的有效連接、提高了兩樁型的連接強度，保障了柔性樁與剛性樁協同受力；
(2 )成樁過程實現了柔性樁與剛性樁緊湊銜接交替施工。先進行柔性樁鉆進攪拌施工， 在攪拌后地基內壓樁，有效降低了剛性樁的壓樁力及設備要求；
(3)成樁過程導致的柔性樁攪拌下陷部分，采用加筋水泥土或分層填補時鋪設土工布、 土工格柵等加筋材料，形成了加筋水泥土回填樁體，有效提高了柔性樁頂部的抗壓、抗剪強度，避免樁頭因強度不足而發生破壞，也有效提高了柔性樁的承載性能。總之，本發明的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，可用于處理深厚軟基，克服了柔性樁處理深度有限難于用于深厚軟基處理的難題，避免了剛柔組合樁在柔性樁部分設置剛性樁存在浪費的問題，同時有效解決了柔性樁易出現的樁頂強度偏低的問題，可大幅節約工程造價。
圖I是本發明柔性樁與剛性樁上下同體組合樁剖面示意圖2是剛性樁樁頂局部放大圖3是本發明柔性樁與剛性樁上下同體組合樁施工工藝示意圖。圖中I一加筋水泥土回填樁體、2—柔性樁，3—混凝土加強段，4一樁頂插筋，5— 沉管銜接段，6—帶孔及槽口鋼板，7—槽口，8—樁頂混凝土封閉段，9一剛性樁槽口(螺紋)， 10—剛性樁，11一預制樁尖，12—攪拌葉片，13—樁鉆桿，14一壓樁沉管，15—攪拌噴漿形成的水泥土，16—橡膠墊，17—樁頂回填水泥土。具體實施實例
圖I是本發明柔性樁與剛性樁上下同體組合樁剖面示意，圖2是剛性樁樁頂局部放大圖，參照圖1、2所示，一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，包括加筋水泥土回填樁體I、 柔性樁2、混凝土加強段3、樁頂插筋4、沉管銜接段5、帶孔及槽口鋼板6、樁頂混凝土封閉段
8、剛性樁10、預制樁尖11。其中柔性樁在上部，剛性樁在下部，兩者同心設置，且柔性樁直徑大于剛性樁，剛性樁嵌入柔性樁內，嵌入部分的剛性樁樁周開有槽口 9 ;在柔性樁的頂部設有加筋水泥土回填樁體1，在剛性樁的底部設有預制樁尖11 ;剛性樁樁頂封閉，在剛性樁的頂部從下至上依次設置樁頂混凝土封閉段8 (實心樁則不需要)、帶孔及槽口鋼板6、沉管銜接段5，帶孔及槽口鋼板6的圓孔內穿插樁頂插筋4，在沉管銜接段5外圍設置混凝土加強段3，帶孔及槽口鋼板6遠離圓心的周向設有開口向上的槽口 7。實施例I
柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，柔性樁2和剛性樁10同心設置，可處理厚度達28 m的深厚軟基，剛性樁10嵌入柔性樁2樁底O. 5m-0. 8m。樁身上部的柔性樁2為濕法雙向水泥攪拌樁，樁長12m，直徑為O. 9m，水泥采用32. 5號普通硅酸鹽水泥，水灰比采用O. 55，攪拌樁的水泥摻量為180kg/m，采用兩攪兩噴工藝；下部的剛性樁10選用預應力管樁，樁長16. 5m, 直徑為400_，管壁厚為60_，具體規格和技術指標滿足現行“先張法預應力混凝土管樁結構設計通用圖集”A型的要求，剛性樁10底部的預制樁尖11采用鋼筋混凝土閉口樁尖。剛性樁10為空心樁，需在樁頂澆注長度為O. 6m的樁頂混凝土封閉段8 (如果為實心樁，則不需要澆注封閉段8)，然后將帶孔及槽口鋼板6鋪設于預應力管樁10樁頂，安放沉管插口銜接段5的模板，澆注C25混凝土，形成圓臺形鋼筋混凝土沉管插口銜接段5，高度
O.Sm。沉管插口銜接段5尺寸與剛性樁10壓樁設備中壓樁沉管14尺寸相協調，并略小，便于施工時插入壓樁沉管14內，壓樁沉管14采用直徑為299 mm,壁厚為30 mm的無縫鋼管。 剛性樁10樁底設置鋼筋混凝土預制樁尖11，可采用預制鋼筋混凝土樁尖、鋼板樁尖或橡膠樁尖。帶孔及槽口鋼板6直徑為40cm，壁厚1cm，表面均勻設置4個直徑為15_的貫通圓孔，底部均勻焊接多根直徑為6. 5mm，長度為3. O cm的鋼筋，以增強與樁頂混凝土封閉段8 的連接。圓孔內均穿插插筋4，插筋為直徑為12mm (與帶孔及槽口鋼板6的圓孔直徑相同) 的螺紋鋼，長度1.0m。插筋4高于剛性樁10樁頂O. 5m。帶孔及槽口鋼板6上設置便于壓樁沉管14壓樁的槽口 7，槽口 7寬度35mm，深度5 mm。柔性樁2的設備與剛性樁10的壓樁設備設置在同一臺樁機上，剛性樁10的設備采用靜壓輔助振動式，兩設備安裝在樁機滑桿上，在滑桿上往復移動，實現柔性樁2與剛性樁10的緊湊銜接交替施工，雙向水泥攪拌樁鉆桿14底部設置橡膠墊16，避免鉆桿14在施工過程中對混凝土加強段3的破壞，橡膠墊16厚度為30mm。圖2是本發明柔性樁與剛性樁上下同體組合樁施工工藝示意圖，參照圖2所示，柔性樁與剛性樁上下同體組合樁的成樁方法，包括以下步驟
1)樁位放樣，樁機就位后，根據雙向水泥攪拌樁設計樁長，采用雙向水泥攪拌樁設備不噴漿攪拌鉆進至距雙向水泥攪拌樁樁底O. Sm，再噴漿攪拌鉆進至雙向水泥攪拌樁樁底設計標高，該區段形成長度為O. Sm的攪拌噴漿形成的水泥土 15，不噴漿攪拌提升鉆桿至地表，將雙向水泥攪拌樁設備移出樁位；
2)將預應力管樁壓樁設備移動至樁位后，將預應力管樁吊起，將沉管插口銜接段5插入壓樁沉管14內，壓樁至沉管14底至地表附近時，校正沉管14對準預應力管樁樁頂鋼板槽口 7，將預應力管樁壓至設計樁底標高，預應力管樁頂部高出雙向水泥攪拌樁樁底
O.5m ；
3)向壓樁沉管14內灌入略大于混凝土加強段體積的混凝土，振動上拔沉管 14，形成剛性樁樁頂混凝土加強段3 ；
4)將雙向水泥攪拌樁設備移至樁位，進行雙向水泥攪拌樁噴漿攪拌施工，雙向水泥攪拌樁鉆進直至鉆桿13底至剛性樁樁頂混凝土加強段3頂標高時，攪拌噴漿上拔鉆桿 13，雙向水泥攪拌樁采用的是兩攪兩噴工藝；
在現場按批次拌合一定量纖維水泥土，雙向水泥攪拌樁施工完成后，采用預先拌合好的纖維水泥土 17，分層填補雙向水泥攪拌樁攪拌下陷部分至設計樁頂標高，壓實后形成加筋水泥土回填樁體I。水泥土中可添加纖維，形成加筋水泥土，也可分層填補時鋪設土工布、土工格柵等加筋材料，分層填補壓實整平后形成加筋水泥土回填樁體I。如表I所示，本實施例，以某地港臨海港區疏港公路深厚軟基處理工程柔性樁2及剛性樁10的實際施工單價及材料報價進行分析，本發明剛柔組合樁與實際采用的剛柔組合樁相比可節約造價20%左右。表I普通剛柔組合樁與本發明剛柔組合樁經濟比較表
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權利要求
1.一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于包括柔性樁和剛性樁，其中柔性樁在上部，剛性樁在下部，兩者同心設置，剛性樁嵌入柔性樁底部，柔性樁直徑大于剛性樁， 且剛性樁樁頂封閉。
2.根據權利要求I所述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于在剛性樁的頂部從下至上依次設置帶孔及槽口鋼板、沉管銜接段；帶孔及槽口鋼板上設有貫通性圓孔，圓孔內穿插樁頂插筋，在沉管銜接段外圍設置混凝土加強段；帶孔及槽口鋼板遠離圓心的周向設有開口向上的槽口。
3.根據權利要求2所述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于剛性樁為空心樁時，在剛性樁樁頂先增設混凝土封閉段。
4.根據權利要求I所述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于在柔性樁的頂部設有加筋水泥土回填樁體，在剛性樁的底部設有預制樁尖，預制樁尖為預制鋼筋混凝土樁尖、鋼板樁尖或橡膠樁尖。
5.根據權利要求I所述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于嵌入柔性樁的剛性樁樁周開有槽口。
6.根據權利要求2所述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于樁頂插筋高于剛性樁樁頂且部分保留在剛性樁內。
7.根據權利要求2所述的柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于沉管插口銜接段呈圓臺形，采用鋼筋混凝土或鋼管為材質。
8.權利要求2所述柔性樁與剛性樁上下同體組合樁的施工方法，其特征在于包括以下步驟樁位放樣，樁機就位后，根據柔性樁設計樁長，采用柔性樁設備不噴漿攪拌鉆進至距柔性樁樁底O. 8m-l. Om,再噴漿攪拌鉆進至柔性樁樁底設計標高，該區段形成長度為O.8m-l. Om的水泥土，不噴漿攪拌提升鉆桿至地表，將柔性樁設備移出樁位；將剛性樁壓樁設備移動至樁位后，將剛性樁吊起，將沉管插口銜接段插入沉管內，壓樁至沉管底至地表附近時，校正沉管對準剛性樁樁頂鋼板槽口，將剛性樁壓至設計樁底標高， 剛性樁頂部高出柔性樁樁底O. 5m-l. Om ；向沉管內灌入略大于混凝土加強段體積的混凝土，振動上拔沉管，形成剛性樁樁頂混凝土加強段；將柔性樁設備移至樁位，進行柔性樁噴漿攪拌施工，柔性樁鉆進至其鉆桿底至剛性樁樁頂混凝土加強段頂標高時,攪拌噴漿上拔鉆桿,并根據柔性樁工藝要求確定攪拌及噴漿次數；在現場按批次拌合水泥土，柔性樁施工完成后，采用預先拌合好的水泥土，分層填補柔性樁攪拌下陷部分至設計樁頂標高，并根據設計在水泥土中添加纖維或分層填補時鋪設土工加筋材料，壓實后形成加筋水泥土回填樁體。
全文摘要
一種柔性樁與剛性樁上下同體組合樁，其特征在于包括上下布置、同圓心的柔性樁和剛性樁，剛性樁嵌入柔性樁內，柔性樁直徑大于剛性樁，且剛性樁樁頂封閉。施工時，先按照設計樁長采用柔性樁設備不噴漿攪拌鉆進，至距柔性樁底0.8m-1.0m時噴漿攪拌鉆進，后采用鋼沉管將剛性樁壓至設計樁底標高，然后向沉管內灌入一定混凝土，振動上拔沉管，形成剛性樁樁頂混凝土加強段；再移機進行柔性樁噴漿攪拌施工，柔性樁施工完畢后，采用加筋水泥土填補柔性樁攪拌下陷部分至設計樁頂標高。本發明克服水泥攪拌樁等柔性樁處理深度有限難于用于深厚軟基處理，同時避免剛柔組合樁在柔性樁部分設置剛性樁存在浪費的問題，可大幅節約工程造價。
文檔編號E02D5/50GK102605775SQ20121005883
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者劉琳, 厲立強, 姜虹, 張偉堯, 殷中華, 毛森琛, 王新泉, 陳春來 申請人:杭州中豪建設工程有限公司, 浙江大學城市學院