專利名稱：一種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁及其施工方法
技術領域：
本發明涉及一種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁及施工方法，特別涉及一種由水泥攪拌樁與注漿后散體材料漿固勁芯同心組合而成的勁芯水泥攪拌樁樁，采取排水固結法與復合地基加固法并用的原則處理軟基，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：
我國軟土地基類別多、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。軟土具有含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差等特點，在軟土地基上直接建造建筑物或進行填土時，地基將由于固結和剪切變形會產生很大的沉降和沉降差異，而且沉降的延續時間長，因此有可能影響建筑物的正常使用。另外，由于其強度低，地基承載力和穩定性往往不能滿足工程要求而產生地基土破壞，所以軟土地基通常需要采取適宜措施加固處理，
排水固結法是對天然地基，或先在地基中設置砂井、袋裝砂井或塑料排水帶等豎向排水體，然后利用建(構)筑物、堤壩等本身重量分級逐漸加載，或在建(構)筑物造前在場地上先行加載預壓，使軟土中的孔隙水排出，軟土逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法。排水固結法主要用于解決地基的沉降和穩定問題，為了加速軟土固結，最有效的辦法是在天然土層中增加排水通道，縮短排水距離，以加速軟基的固結，縮短工程的預壓期，使其在短時期內達到較好的固結效果，使沉降提前完成；并加速地基土抗剪強度的增長，使地基承載力提高的速率大于施工荷載增長的速率，以保證地基的穩定性。排水固結法是由排水系統和加壓系統兩個主要部分組成。根據加壓和排水兩個系統的不同，派生出多種固結加固地基的方法，如堆載預壓法、真空預壓法、真空聯合堆載預壓法、電滲法等。由于排水固結法具有造價低、施工工藝成熟等特點，在我國得到廣泛應用，但排水固結法具有工期長，地基總沉降大，若預壓期不足工后沉降大等缺點。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、施工工藝成熟、造價相對較低等特點，在我國得到了廣泛應用。目前已有在水泥攪拌樁、預應力管樁等樁間土中打設砂井、塑料排水板等組合應用排水固結法與復合地基法的方法，如排水粉噴樁(2D工法)等，在適宜的工程背景和地質條件下也取得了相對較好的工程效果，但該類方法及單獨采取排水固結法均具有在預壓期結束后豎向排水體仍具有排水、誘使軟土固結、軟基沉降的效果，易導致建構筑施工完成 后，廣生過大的工后沉降。同時在實際工程建設中由于設計變化造成施工方案的修改、氣候、土地不能按期交付等社會因素、環境因素、資金因素、管理因素的影響，在總工期控制不便的情況下，往往導致需要壓縮預壓期，進而需要采取地基補強加固或采用輕質材料減輕上部荷載等措施，類似工況下往往導致建設資金的大幅增加。總上所述，目前對軟土地基的處理措施主要有兩種一類為排水固結預壓法，另一類為復合地基方法。在公路工程中，往往考慮造價因素的影響，在一般路段會采用排水預壓方法進行軟基處理，該工法工期長，需要充分的預壓和排水時間，且施工期與工后沉降大，沉降補方量較大。往往在橋頭路段采用復合地基方法進行處理，如水泥攪拌樁、預應力管樁、剛柔組合樁等，該方式造價較高，特別當橋頭軟基深厚時造價尤其昂貴。為了使軟土地基處理的方式更加多元化，適合不同地區不同工況下的選擇，因此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，將排水固結法與復合地基加固法組合應用，集預壓固結、復合地基法兩者之長，造價低廉的排水體先后起到排水固結和容納漿液后形成剛性勁芯的作用，構筑物及路堤施工后仍可動態對軟基進行加固的地基處理方法。
發明內容
本發明的目的在于將排水固結法與復合地基法組合應用，集排水固結與復合地基法兩者之長，使造價低廉的排水體先后起到排水固結和容納漿液后形成剛性勁芯的作用，并實現在較低造價的前提下根據工期和沉降要求對地基進行動態加固。研制一種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁及施工方法。為了實現上述的目的，本發明采用了以下技術方案
一種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，包括水泥攪拌樁、設置在水泥攪拌樁內的豎向排水注漿管和間隔設置在豎向排水注漿管上數量為一個以上的水平排水注漿管，在水泥攪拌樁內設置散體材料勁芯樁，豎向排水注漿管的底部設置預制樁尖。樁尖頂部中心位置設置便于豎向排水注漿管與樁尖連接的豎向注漿管預埋接頭。散體材料勁芯樁的散體材料可選取碎石、中粗砂或粉煤灰。前述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，所述的水平排水注漿管由可伸縮的內外雙層注漿管套接構成，壓縮后兩者兩端等長度，伸展后外層水平排水注漿管長度小于內層水平排水注漿管。內層排水注漿管頂部設置滑動鋼板，滑動鋼板外側焊接滾輪。前述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，內層排水注漿管由內而外依次由高強彈簧、透水層、過濾層、被覆層組成；外層注漿管由內而外依次由高強彈簧和被覆層組成。所述的透水層采用無紡土工布、過濾層采用滌綸過濾布、被覆層為丙綸絲濾布，各層間采用高強丙綸絲縫合；內層排水注漿管的高強鋼絲彈簧包覆PVC塑料軟管。且外層高強彈簧鋼的彈性系數大于內層高強彈簧鋼絲。先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的施工方法，包括以下步驟
步驟一、首先由置于水泥攪拌樁傳動軸上的攪拌葉片采取兩攪兩噴工藝施工水泥攪拌
樁；
步驟二、在引繩的牽引下，將與水平排水注漿管連接后的豎向排水注漿管，逐段連接置于鋼沉管內，人工微調鋼沉管和預制樁尖的位置，對準水泥攪拌樁的中心； 步驟三、在水泥土初凝前，將鋼沉管打設至設計樁底標高，灌入散體材料，振動上拔鋼沉管，水平排水注漿管脫離鋼沉管后依次伸展，形成橫向排水體，完成散體材料勁芯樁的施工；
步驟四、待處理區水泥攪拌樁及散體材料勁芯樁施工完成后，將豎向排水注漿管與墊層水平排水注漿主管連接，并將水平排水注漿主管引至堤壩坡腳或空闊處；
步驟五、待水泥攪拌樁樁身強度達到設計要求后，鋪設路堤水平排水墊層及堤壩填料，并根據軟土排水固結情況，在水平排水注漿主管端部根據設計要求抽水，加速土體固結；步驟六、根據堤壩沉降情況及工期要求，通過水平排水注漿主管全部或間隔注漿，完成先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁施工。
本發明具有以下特點
(I)首先進行水泥攪拌樁施工，利于鋼沉管的下沉及上拔施工，并減小了其擠土效應，保障了散體材料勁芯樁的成樁質量；
(2 )水平排水注漿管設置為雙層，外層水平排水注漿管設置了外層外被覆層，且通過外層高強彈簧鋼絲、內層高強彈簧鋼絲不同彈性系數的選用，使的外層水平排水注漿管先于內層水平排水注漿管伸展。可有效克服水泥土漿液滲透并粘覆在內層水平排水注漿管的外被覆層上，影響其排水效果。(3)將排水固結法與復合地基法組合應用，集排水固結與復合地基法兩者之長，使造價低廉的排水體先后起到排水固結和容納漿液后形成剛性勁芯的作用，可實現在較低造價的前提下根據工期和沉降要求對地基進行動態加固。(4)注漿后散體材料勁芯樁可極大提高水泥攪拌樁的承載性能，并有效擴大了水泥攪拌樁加固軟基的深度。總之，本發明的特點在于集排水固結與復合地基法兩者之長，提高水泥攪拌樁承載性能、擴大了其處理深度的同時，實現在較低造價的前提下根據工期和沉降要求對地基進行動態加固。
圖I是本發明先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的剖面 圖2是雙層水平排水注漿管壓縮狀態示意 圖3是雙層水平排水注漿管伸展狀態示意 圖4是外層水平排水注漿管橫斷面 圖5是內層水平排水注漿管橫斷面 圖6是先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁施工工藝 圖7是先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁用于堤壩示意 圖中1 一豎向排水注漿管、2-散體材料勁芯樁、3-水泥攪拌樁、4-雙層水平排水注漿管、5-預制樁尖、6-預埋接頭、7-外層水平排水注漿管、8-內層排水注漿管、9-焊接點、10-滾輪、11-滑動鋼板、12、16-高強鋼絲彈簧、13-透水層、14-過濾層、15、17-被覆層、18-水泥攪拌樁傳動軸、19-攪拌葉片、20-壓縮后雙層水平排水注漿管、22-鋼沉管、24-伸展后雙層水平排水注漿管、25-引繩、26-堤壩水平排水墊層、27-堤壩填料、28-墊層中水平排水注漿主管。具體實施例
圖I是本發明先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁剖面示意圖，參照圖I所示，一種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，包括水泥攪拌樁3、設置在水泥攪拌樁3內的豎向排水注漿管I和間隔設置在豎向排水注漿管I上的、一個以上的雙層水平排水注漿管4，在水泥攪拌樁3內設置散體材料勁芯樁2，豎向排水注漿管I的底部設置預制樁尖5。豎向排水注漿管1，采用外徑為30_，壁厚為2_的無縫鋼管，管身均勻設置排水注漿孔。水泥攪拌樁3選用直徑為O. 6m的濕法雙向水泥攪拌樁，樁長15m，水泥采用32. 5號普通娃酸鹽水泥,水灰比采用O. 55,攪拌樁的水泥摻量為80kg/m,采用兩攪兩噴工藝。預制樁尖5采用直徑為O. 265m的圓形鋼板樁尖，并在樁尖頂部中心位置焊接便于豎向排水注漿管I與樁尖連接的預埋接頭6。圖2是雙層水平排水注漿管壓縮后示意圖，圖3是雙層水平排水注漿管伸展后示意圖，圖4是外層水平排水注漿管橫斷面圖，圖5是內層水平排水注漿管橫斷面圖；參照圖2至5所示，雙層水平排水注漿管4由可伸縮的內外雙層注漿管套接構成，外層排水注漿管7伸展狀態下的長度為O. 45m,內層排水注漿管8長度為O. 6m。內層排水注漿管8的內徑為40mm，外層排水注漿管7的內徑為50mm。其中，內層排水注漿管8由內而外依次由高強鋼絲彈簧12、透水層13、過濾層14、被覆層15組成；透水層13采用無紡土工布、過濾層14采用滌綸過濾布、被覆層15為丙綸絲濾布，各層間采用高強丙綸絲縫合；高強鋼絲彈簧12包覆PVC塑料軟管；內層排水注漿管8頂部設置滑動鋼板11，是直徑為80mm，壁厚為IOmm的圓形鋼板，高強鋼絲彈簧12的一端通過焊接點9與滑動鋼板11內側焊接；滑動鋼板11外側焊接滾輪10，為橡膠材質。外層排水注漿管7由內而外依次由高強彈簧16和被覆層17組成。高強鋼絲彈簧16由直徑為6. 5mm的高強鋼絲，根據場地土體的抗剪指標等專門定做制成，被覆層17的材料為丙綸絲濾布。鋼沉管22采用外徑為O. 245，壁厚為12mm的熱軋無縫鋼管。鋼絲彈簧12、16壓縮后可置于鋼沉管22內，且雙層水平排水注漿管4露出鋼沉管22后彈簧伸展，鋼絲彈簧12、16在軟土中可分別伸展到最大長度O. 45m和O. 6m，且鋼絲彈簧16先于彈簧鋼絲12在地基土內伸展。為便于置于鋼沉管22內，需預先將雙層水平排水注漿管I的內外雙層注漿管壓縮，且用鋼絲作為壓縮固定繩綁扎，引入鋼沉管后解除壓縮固定繩，將鋼沉管22提升一定高度，在引繩25的牽引下，逐段連接置于鋼沉管22內。圖6是本發明先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁施工工藝示意圖，圖7是本發明先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁用于堤壩示意圖，參照圖6、7，先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的施工方法，包括以下步驟
步驟一、首先由置于水泥攪拌樁傳動軸18上的攪拌葉片19采取兩攪兩噴工藝施工直徑為O. 6m的水泥攪拌樁3 ；
步驟二、將雙層水平排水注漿管4與豎向排水注漿管連接，將鋼沉管22提升一定高度，在引繩25的牽引下將豎向排水注漿管I逐段連接置于鋼沉管22內，人工微調鋼沉管22和預制樁尖5的位置，對準水泥攪拌樁3的中心；步驟三、在水泥土初凝前，將鋼沉管22打設至設計樁底標高，灌入散體材料，振動上拔鋼沉管，雙層水平排水注漿管露出鋼沉管后依次伸展，形成橫向排水體，完成散體材料勁芯樁2的施工；
步驟四、待處理區水泥攪拌樁3及散體材料勁芯樁2施工完成后，將豎向排水注漿管I與墊層水平排水注漿主管27連接，并將水平排水注漿主管27引至堤壩坡腳或空闊處；
步驟五、待水泥攪拌樁3樁身強度達到設計要求后，鋪設路堤水平排水墊層25及堤壩填料26，并根據軟土排水固結情況，在水平排水注漿主管27端部根據設計要求抽水，加速土體固結；
步驟六、根據堤壩沉降情況及工期要求， 通過水平排水注漿主管27全部或間隔注漿，漿液采用砂漿，并按照注漿后散體材料勁芯樁2設計強度配置，散體材料勁芯樁2形成注漿后散體材料漿固勁芯，完成先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁施工。
權利要求
1.ー種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，其特征在于包括水泥攪拌樁、設置在水泥攪拌樁內的豎向排水注漿管和間隔設置在豎向排水注漿管上數量為ー個以上的水平排水注漿管，在水泥攪拌樁內設置散體材料勁芯樁，豎向排水注漿管的底部設置預制樁尖；水平排水注漿管由可伸縮的內外雙層注漿管套接構成，壓縮后兩者兩端等長度，伸展后外層水平排水注漿管長度小于內層水平排水注漿管。
2.根據權利要求I所述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，其特征在于所述的內層排水注漿管由內而外依次由高強鋼絲彈簧、透水層、過濾層、被覆層組成，且內層排水注漿管頂部設置滑動鋼板，滑動鋼板外側焊接滾輪；外層排水注漿管由內而外依次由高強鋼絲彈簧和被覆層組成；且外層高強彈簧鋼的彈性系數大于內層高強彈簧鋼絲；散體材料勁芯樁的散體材料為碎石、中粗砂或粉煤灰。
3.根據權利要求2所述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，其特征在于所述的透水層采用無紡土工布、過濾層采用滌綸過濾布、被覆層為丙綸絲濾布，各層間采用高強丙綸絲縫合；內層排水注漿管的高強鋼絲彈簧包覆PVC塑料軟管。
4.根據權利要求I所述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁，其特征在于所述的樁尖頂部中心位置設置預埋接頭。
5.先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的施工方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、首先由置于水泥攪拌樁傳動軸上的攪拌葉片采取兩攪兩噴エ藝施工水泥攪拌樁； 步驟ニ、在引繩的牽引下，將與水平排水注漿管連接后的豎向排水注漿管，逐段連接置于鋼沉管內，人工微調鋼沉管和預制樁尖的位置，對準水泥攪拌樁的中心； 步驟三、在水泥土初凝前，將鋼沉管打設至設計樁底標高，灌入散體材料，振動上拔鋼沉管，水平排水注漿管脫離鋼沉管后依次伸展，形成橫向排水體，完成散體材料勁芯樁的施ェ； 步驟四、待處理區水泥攪拌樁及散體材料勁芯樁施工完成后，將豎向排水注漿管與墊層水平排水注漿主管連接，并將水平排水注漿主管引至堤壩坡腳或空闊處； 步驟五、待水泥攪拌樁樁身強度達到設計要求后，鋪設路堤水平排水墊層及堤壩填料，井根據軟土排水固結情況，在水平排水注漿主管端部根據設計要求抽水，加速土體固結； 步驟六、根據堤壩沉降情況及エ期要求，通過水平排水注漿主管全部或間隔注漿，完成先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁施工。
6.根據權利要求5所述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的施工方法，其特征在于所述的內層排水注漿管由內而外依次由高強彈簧、透水層、過濾層、被覆層組成，且內層排水注漿管頂部設置滑動鋼板，滑動鋼板外側焊接滾輪；外層排水注漿管由內而外依次由高強彈簧和被覆層組成；且外層高強彈簧鋼的彈性系數大于內層高強彈簧鋼絲；散體材料勁芯樁的散體材料為碎石、中粗砂或粉煤灰。
7.根據權利要求6所述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的施工方法，其特征在于所述的透水層采用無紡土工布、過濾層采用滌綸過濾布、被覆層為丙綸絲濾布，各層間采用高強丙綸絲縫合；內層排水注漿管的高強鋼絲彈簧包覆PVC。
8.根據權利要求5所述的先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁的施工方法，其特征在于所述的樁尖頂部中心位置設置預埋接頭。
全文摘要
本發明涉及一種先排水預壓后注漿勁芯水泥攪拌樁及施工方法，水泥攪拌樁包括設置在水泥攪拌樁內的豎向排水注漿管和間隔設置在豎向排水注漿管上數量為一個以上的雙層可伸縮的水平排水注漿管，在水泥攪拌樁內設置散體材料勁芯樁，水平排水注漿管伸展狀態外層水平排水注漿管長度小于內層水平排水注漿管。施工過程中振動上拔鋼沉管，水平排水注漿管脫離鋼沉管后伸展，形成橫向排水體。本發明集排水固結與復合地基法兩者之長，提高水泥攪拌樁承載性能、擴大了其處理深度的同時，實現在較低造價的前提下根據工期和沉降要求對地基進行動態加固。
文檔編號E02D3/10GK102650128SQ20121012664
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者伊本興, 傅翼, 孟國潮, 李強, 王新泉, 虞和定, 虞和登, 陳春來 申請人:華恒建設集團有限公司, 浙江大學城市學院