專利名稱：粘結力增強式剛柔組合樁及施工方法
技術領域：
本發明涉及一種粘結カ增強式剛柔組合樁，特別涉及ー種由水泥攪拌樁與帶擴擠支盤混凝土灌注樁同心組合而成的粘結カ增強式剛柔組合樁，可用于公路、市政、機場及堤壩等工程中等深厚軟基處理。
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中等深厚軟土地基。我國樁基技術的大量開發始于20世紀80年代，樁 基礎以其承載カ高、穩定性好、隨地質條件變化適應性強等特點得到日益廣泛的應用。沉管灌注樁又稱套管成孔灌注樁，按其成孔方法不同可以分為振動沉管灌注樁、錘擊沉管灌注樁和振動沖擊沉管灌注樁。沉管灌注樁以其施工設備簡單、施工方便、造價低、施工速度快、エ期短等優點，在我國得到廣泛的應用；我國巖土工程界的前輩們對沉管灌注樁的設計、施工、檢測等進行了不懈的努力和探索，自引入我國以來也獲得了長足的發展。由于沉管灌注樁為擠土樁，在實際工程應用中受擠土效應及上部施工機械碾壓荷載影響易出現斷樁，嚴重影響沉管灌注樁的承載性能，且從目前工程經驗來看，斷樁位置多為位于樁身上部。目前實際工程應用中，剛性樁樁頂多設置方形或圓形蓋板，蓋板的設置可有效減少墊層加筋材料的拉力，改善加筋墊層的受カ性能，同時可調整樁土荷載分擔比、協調樁土共同作用、減小樁頂面的應カ集中。蓋板常采用現澆和預制兩種，目前樁與蓋板連接強度低及同心度偏差大等為常見問題，在路堤、堤壩工程中帶蓋板樁在首層土攤鋪及碾壓過程中，施工機械的偏心受壓易導致蓋板與樁脫離，導致帶蓋板樁承載カ明顯降低，蓋板作用也明顯降低。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；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、施工エ藝成熟、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。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，但難于應用于中等深厚軟基處理。雙向水泥攪拌樁通過固定葉片和可伸展葉片的設置，在地基內通過正向和反向旋轉，根據設計要求形成釘型樁或局部直徑擴大樁體的方式，已在工程實踐中得到驗證。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(素混凝土樁、預應力管樁、CFG樁等)的ー種軟土地基處理技木。BU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増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カ層，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。目前，剛柔組合樁技術以其優越的承載性能、性價比高及較大的應用范圍等優點在聞速公路、聞速鐵路、市政、機場、堤現等軟基處通工程中得到了越來越廣泛的應用。目前工程中采用的剛柔組合樁，由于剛性樁與柔性樁接觸面抗剪強度不足，導致在某些地質條件下柔性樁與剛性樁在承受較大荷載時
接觸面易發生剪切破壞，而此時樁側摩阻力及端阻力尚未完全發揮。目前已有將剛性樁設置成錐形的方式，提高剛性樁與柔性樁的協同承載性能，提高其承載カ的技木，但在設置有錐形剛性樁的剛柔組合樁中，某些截面柔性樁將承擔較大的壓力，易導致柔性樁因強度不足而過早破壞，近而引起整個剛柔組合樁體的破壞。總上所述，根據目前的實際情況和技術條件，亟需發明一種在エ期、工程投資、エ程質量之間能夠合理平衡，有效克服沉管灌注樁樁身混凝土灌注質量差及上部易斷樁、蓋板與剛性樁連接強度差及易脫離、剛性樁與柔性樁接觸面抗剪強度低等問題，充分發揮柔性樁與剛性狀的特點，將其組合使用加固中等深厚軟基的粘結カ增強式剛柔組合樁及施工方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種粘結カ增強式剛柔組合樁，將混凝土沉管灌注樁與水泥攪拌樁組合應用，充分發揮兩種樁型的優點。克服沉管灌注樁樁身混凝土灌注質量差及上部易斷樁、蓋板與剛性樁連接強度差及易脫離、剛性樁與柔性樁接觸面抗剪強度低等問題。本發明的另ー個目的在于提供一種粘結カ增強式剛柔組合樁施工方法。為了實現上述的目的，本發明采用了以下技術方案
一種粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于包括水泥攪拌樁樁體以及同心設置的混凝土沉管灌注樁勁芯，兩者的頂部設有現澆鋼筋混凝土蓋板；混凝土沉管灌注樁勁芯的長度大于水泥攪拌樁樁體，且在混凝土沉管灌注樁勁芯的底部設置預制樁尖，在混凝土沉管灌注樁勁芯上與水泥攪拌樁樁體重合的部位設置ー個以上擴擠混凝土支盤；擴擠混凝土支盤是由設置在沉管灌注樁鋼沉管中的支盤擠擴裝置擴擠后混凝土灌入而形成。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在干支盤擠擴裝置包括動カ系統、傳動軸、葉片、小型振搗棒，葉片由固定葉片和可伸展葉片組成，固定葉片固定在傳動軸上，可伸展葉片通過聯動軸連接在固定葉片的另一端；固定葉片的內外側均開有刃ロ，可伸展葉片呈半圓形且內側開有切削刃ロ，傳動軸正向旋轉時可伸展葉片閉合，傳動軸反向旋轉時可伸展葉片伸開；小型振搗棒連接至傳動軸的底部，振動棒軟管由傳動軸內部引出。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于混凝土沉管灌注樁勁芯與現澆鋼筋混凝土蓋板一次施工完成；混凝土沉管灌注樁勁芯樁頂插設蓋板連接鋼筋。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于水泥攪拌樁樁體為采用兩攪兩噴エ藝制成的濕法 雙向水泥攪拌樁。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于預制樁尖采用鋼板樁尖或鋼筋混凝土預制樁尖。粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于步驟如下
步驟一、根據設計樁長首先進行水泥攪拌樁施工；
步驟ニ、水泥攪拌樁施工完成后，立即進行混凝土沉管灌注樁施工，鋼沉管底部由預制樁尖封閉，在水泥土中靜壓輔助振動打設至混凝土樁樁底標高；
步驟三、向鋼沉管內灌入混凝土，振動上提拔管，開動小型振搗棒振搗；
步驟四、拔管至擴擠混凝土支盤位置，使沉管底部略高于擴擠裝置葉片，開動擴擠裝置，反向旋轉，可伸展葉片伸開，切削擴擠水泥土，混凝土灌入形成擴擠混凝土支盤；
步驟五、開動擴擠裝置，正向旋轉，將伸展葉片閉合，繼續上提拔管，根據需要向鋼沉管內補加混凝土，至下一支盤設計位置，重復步驟四，完成混凝土沉管灌注樁及擴擠混凝土支盤施工；
步驟六、在混凝土灌注樁頂部插設蓋板連接鋼筋，安裝蓋板澆筑模板及蓋板配筋，澆筑形成鋼筋混凝土蓋板。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在干支盤擠擴裝置包括動カ系統、傳動軸、葉片、小型振搗棒，葉片由固定葉片和可伸展葉片組成，固定葉片固定在傳動軸上，可伸展葉片通過聯動軸連接在固定葉片的另一端；固定葉片的內外側均開有刃ロ，可伸展葉片呈半圓形且內側開有切削刃ロ，傳動軸正向旋轉時可伸展葉片閉合，傳動軸反向旋轉時可伸展葉片伸開；小型振搗棒連接至傳動軸的底部，振動棒軟管由傳動軸內部引出。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于混凝土沉管灌注樁勁芯與現澆鋼筋混凝土蓋板一次施工完成；混凝土沉管灌注樁勁芯樁頂插設蓋板連接鋼筋。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于水泥攪拌樁樁體為采用兩攪兩噴エ藝制成的濕法雙向水泥攪拌樁。前述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于預制樁尖采用鋼板樁尖或鋼筋混凝土預制樁尖。本發明具有以下特點
(O首先施工水泥攪拌樁，有利于混凝土沉管灌注樁的施工及減小其擠土效應，同時通過傳動軸底部設置小型振搗棒，有效避免了沉管灌注樁樁身混凝土灌注質量差及上部易斷樁等問題；
(2)首先進行水泥攪拌樁施工，有利于擴擠裝置擴擠，形成擴擠混凝土支盤的灌入空
間；
(3)擴擠混凝土支盤的設置，有效避免了剛性樁與柔性樁接觸面抗剪強度低等問題，提高了剛柔組合樁的協同承載性能；
(4)蓋板設置可有效避免柔性樁樁頂被壓碎，蓋板與混凝土沉管灌注設置連接鋼筋及一次澆筑完成，及大直徑水泥攪拌樁的設置有效增大了蓋板底與樁的接觸面積，可有效克服蓋板與剛性樁連接強度差及易脫離等問題。總之，本發明的特點在于有效克服了沉管灌注樁樁身混凝土灌注質量差及上部易斷樁、蓋板與剛性樁連接強度差及易脫離、剛性樁與柔性樁接觸面抗剪強度低等問題，將混凝土沉管灌注樁與水泥攪拌樁組合應用，充分發揮了兩種樁型的優點。
圖I是本發明粘結カ增強式剛柔組合樁剖面示意 圖2是本發明支盤擴擠裝置葉片示意 圖3是本發明粘結カ增強式剛柔組合樁施工エ藝示意 圖中1一現澆鋼筋混凝土蓋板、2-蓋板配筋、3-連接鋼筋、4-水泥攪拌樁樁體、5-混凝土沉管灌注樁勁芯、6-混凝土擴擠支盤、7-預制樁尖、8-傳動軸、9-固定葉片、10-可伸展葉片、11-小型振搗棒、12-鋼沉管。
具體實施例圖I是本發明粘結カ增強式剛柔組合樁剖面示意圖，參照圖I所示，ー種粘結カ增強式剛柔組合樁，包括水泥攪拌樁樁體4以及同心設置的混凝土沉管灌注樁勁芯5，兩者的頂部位于同一水平且設有現澆鋼筋混凝土蓋板I ;混凝土沉管灌注樁勁芯5的長度大于水泥攪拌樁樁體4，且在混凝土沉管灌注樁勁芯5的底部設置預制樁尖7，在混凝土沉管灌注樁勁芯5上與水泥攪拌樁樁體4復合的部位每隔2m設置I個擴擠混凝土支盤6。現澆鋼筋混凝土蓋板I，直徑為I. 2m,外觀呈圓形，厚度為O. 3m,由C25混凝土澆筑。混凝土蓋板內布置配筋2，蓋板與樁體4通過連接鋼筋3加固。連接鋼筋3采用直徑為12mm的螺紋鋼筋，均勻設置4根，插入樁頂深度為O. 5m。混凝土沉管灌注樁5與現澆鋼筋混凝土蓋板I 一次施工完成。水泥攪拌樁樁體4，選用直徑為O. 9m的濕法雙向水泥攪拌樁，樁長10m，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，采用兩攪兩噴エ藝。混凝土沉管灌注樁勁芯5，采用直徑為377_的混凝土沉管灌注樁，樁長18m。鋼沉管12采用直徑為377mm、壁厚為IOmm的無縫鋼管；混凝土采用C25，配合比應通過試驗確定，碎石粗骨料粒徑宜為20 40mm，細骨料宜采用干凈的中粗砂，根據軟土參數確定坍落度值，需具備良好的流動性和和易性。預制樁尖7，采用壁厚為12mm的圓形鋼板樁尖，直徑為O. 4m。擴擠混凝土支盤6,橫截面呈現橢圓形,豎向最大厚度為O. Im,橫向長度為O. lm。是由設置在沉管灌注樁5鋼沉管12中的支盤擠擴裝置擴擠后混凝土灌入而形成。支盤擠擴裝置由可正反旋轉的動カ系統、傳動軸8、葉片、小型振搗棒11組成，井置于鋼沉管12內部，圖2是本發明支盤擴擠裝置葉片示意圖，參照圖2所示，葉片由固定葉片9和可伸展葉片10組成，固定葉片9與傳動軸固定，可伸展葉片10連接在固定葉片9的另一端，傳動軸正向旋轉時可伸展葉片10閉合，傳動軸反向旋轉時可伸展葉片10伸開，切削擴擠水泥土。傳動軸8采用外徑為80mm、壁厚為8mm的無縫鋼管，固定葉片9焊接于傳動軸8上，采用厚度為12mm、寬度為60mm、長度為120mm的鋼板制成,鋼板兩側開有刃ロ ；可伸展葉片10呈半圓形,采用厚度為12mm、寬度為60mm的鋼板、內側開有切削刃ロ，半圓形的直徑為120mm。固定葉片9和可伸展葉片10通過聯動軸連接,連接便于傳動軸正向旋轉時可伸展葉片10閉合，傳動軸反向旋轉時可伸展葉片10伸開，可伸展葉片10閉合后可置于鋼沉管12內部。傳動軸8的底部連接小型振搗棒11，小型振搗棒11可采用棒頭直徑為25_的電動振動棒，振動棒軟管由傳動軸8內部引出圖3是本發明粘結カ增強式剛柔組合樁施工エ藝示意圖，參照圖3所示，粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，包括以下步驟
(1)根據設計樁長首先進行水泥攪拌樁4施工；
(2)水泥攪拌樁4施工完成后，立即進行混凝土沉管灌注樁5施工，鋼沉管12底部由預制樁尖11封閉，在水泥土中靜壓輔助振動打設至混凝土樁5樁底標高；
(3)向鋼沉管12內灌入混凝土，振動上提拔管，開動小型振搗棒11振搗；
(4)拔管至擴擠混凝土支盤6位置，使沉管12底部略高于擴擠裝置葉片，開動擴擠裝置，反向旋轉，可伸展葉片10伸開，切削擴擠水泥土，混凝土灌入形成擴擠混凝土支盤6 ;
(5)開動擴擠裝置，正向旋轉，將伸展葉片10閉合，繼續上提拔管，根據需要向鋼沉管12內補加混凝土，至下一支盤設計位置，重復步驟(4)，完成混凝土沉管灌注樁5及擴擠混凝土支盤6施工。(6)在混凝土灌注樁5頂部插設蓋板連接鋼筋3，安裝蓋板澆筑模板及蓋板配筋2，澆筑形成鋼筋混凝土蓋板I。
權利要求
1.粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于包括水泥攪拌樁樁體(4)以及同心設置的混凝土沉管灌注樁勁芯(5)，兩者的頂部位于同一水平且設有現澆鋼筋混凝土蓋板(I);混凝土沉管灌注樁勁芯(5)的長度大于水泥攪拌樁樁體(4)，且在混凝土沉管灌注樁勁芯(5)的底部設置預制樁尖(7)，在混凝土沉管灌注樁勁芯(5)上與水泥攪拌樁樁體(4)重合的部位設置ー個以上擴擠混凝土支盤(6);擴擠混凝土支盤(6)是由設置在沉管灌注樁(5)鋼沉管(12)中的支盤擠擴裝置擴擠后混凝土灌入而形成。
2.根據權利要求I所述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在干支盤擠擴裝置包括動力系統、傳動軸(8)、葉片、小型振搗棒(11)，葉片由固定葉片(9)和可伸展葉片(10)組成，固定葉片(9)固定在傳動軸(8)上，可伸展葉片(10)通過聯動軸連接在固定葉片(9)的另一端；固定葉片(9)的內外側均開有刃ロ，可伸展葉片(10)呈半圓形且內側開有切削刃ロ，傳動軸正向旋轉時可伸展葉片(10)閉合，傳動軸反向旋轉時可伸展葉片(10)伸開；小型振搗棒(11)連接至傳動軸8的底部，振動棒軟管由傳動軸(8)內部引出。
3.根據權利要求I所述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于混凝土沉管灌注樁勁芯(5)與現澆鋼筋混凝土蓋板(I)一次施工完成；混凝土沉管灌注樁勁芯(5)樁頂插設蓋板連接鋼筋(3)。
4.根據權利要求I所述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于水泥攪拌樁樁體(4)為采用兩攪兩噴エ藝制成的濕法雙向水泥攪拌樁。
5.5、根據權利要求I所述的粘結カ增強式剛柔組合樁，其特征在于預制樁尖(7)采用鋼板樁尖或鋼筋混凝土預制樁尖。
6.權利要求I所述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于步驟如下 步驟一、根據設計樁長首先進行水泥攪拌樁(4)施工； 步驟ニ、水泥攪拌樁(4)施工完成后，立即進行混凝土沉管灌注樁(5)施工，鋼沉管(12)底部由預制樁尖(7)封閉，在水泥土中靜壓輔助振動打設至混凝土樁(5)樁底標高； 步驟三、向鋼沉管(12)內灌入混凝土，振動上提拔管，開動小型振搗棒(11)振搗； 步驟四、拔管至擴擠混凝土支盤(6)位置，使沉管(12)底部略高于擴擠裝置葉片，開動擴擠裝置，反向旋轉，可伸展葉片(10)伸開，切削擴擠水泥土，混凝土灌入形成擴擠混凝土支盤(6)； 步驟五、開動擴擠裝置，正向旋轉，將伸展葉片(10)閉合，繼續上提拔管，根據需要向鋼沉管(12)內補加混凝土，至下一支盤設計位置，重復步驟四，完成混凝土沉管灌注樁5及擴擠混凝土支盤6施工； 步驟六、在混凝土灌注樁5頂部插設蓋板連接鋼筋3，安裝蓋板澆筑模板及蓋板配筋2，澆筑形成鋼筋混凝土蓋板I。
7.根據權利要求6所述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在干支盤擠擴裝直包括動カ系統、傳動軸(8)、葉片、小型振掲棒(11)，葉片由固定葉片(9)和可伸展葉片(10)組成，固定葉片(9)固定在傳動軸(8)上，可伸展葉片(10)通過聯動軸連接在固定葉片(9)的另一端；固定葉片(9)的內外側均開有刃ロ，可伸展葉片(10)呈半圓形且內側開有切削刃ロ，傳動軸正向旋轉時可伸展葉片(10)閉合，傳動軸反向旋轉時可伸展葉片(10)伸開；小型振搗棒(11)連接至傳動軸8的底部，振動棒軟管由傳動軸(8)內部引出。
8.根據權利要求6所述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于混凝土沉管灌注樁勁芯(5 )與現澆鋼筋混凝土蓋板(1) 一次施工完成；混凝土沉管灌注樁勁芯(5 )樁頂插設蓋板連接鋼筋(3)。
9.根據權利要求6所述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于水泥攪拌樁樁體(4)為采用兩攪兩噴エ藝制成的濕法雙向水泥攪拌樁。
10.根據權利要求6所述的粘結カ增強式剛柔組合樁的施工方法，其特征在于預制樁尖(7)采用鋼板樁尖或鋼筋混凝土預制樁尖。
全文摘要
本發明涉及一種粘結力增強式剛柔組合樁及其施工方法，組合樁包括水泥攪拌樁樁體以及同心的混凝土沉管灌注樁勁芯，后者深于前者；兩者的重合部位設置一個以上擴擠混凝土支盤。首先施工水泥攪拌樁樁體，然后在水泥土中施工混凝土沉管灌注樁，沉管打設至設計樁底標高后，向沉管內灌入混凝土，上拔鋼沉管，啟動支盤擠擴裝置，形成向外擴張的擴擠混凝土支盤，沉管灌注樁施工完成后，在樁頂插設蓋板連接鋼筋，澆筑鋼筋混凝土蓋板。本發明可有效解決沉管灌注樁樁體上部易出現斷樁等問題，設置擴擠支盤增強了水泥攪拌樁與混凝土灌注樁的粘結作用，提高了其協同承載效果，有效避免了蓋板與樁連接強度低、同心度偏差大及施工機械易導致樁帽與樁脫離等問題。
文檔編號E02D5/46GK102619223SQ20121010071
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者余堯天, 劉波, 曹建建, 李永偉, 王新泉, 譚彩云, 陸琦, 陳春來 申請人:博坤建設集團有限公司, 浙江大學城市學院