專利名稱：旋噴變截面組合灌注樁及其施工方法
技術領域：
本發明涉及固定建筑物技術領域，特別是一種用于土、木建筑工程中的樁基礎的旋噴變截面組合灌注樁及施工方法。
高壓噴射注漿法是國內外用于處理地基十分成熟的方法，在我國《建筑處理技術范》中做出了系統的規定，但是、這種技術，在此之前只適用于對軟弱地基的處理，未有人提出把它與普通灌注樁結合在一起成為一種新型樁，即還未把旋噴固結體做為灌注樁的組成進行設計、制作和應用；所謂的高壓噴射注漿，就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置后，以高壓設備使漿液或水成為20--50兆帕的高壓噴射流從噴咀中射出，沖擊破壞土體，當能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒便從土體上剝落下來，一部分細小的土粒隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力，離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合，并按照一定的漿土比例和質量大小有規律地重新排列，漿液凝固后便在土中形成一個強度很高的固結體，固結體的形狀和噴射流的移動規律有關，如噴咀一邊噴射一邊旋轉和提升，即為高壓旋噴，此種情況下其固結體可根椐工程的需要，在旋噴過程中加以控制，可呈圓柱狀，多次變截面圓柱狀，或者是截錐體形狀；高壓噴射注漿法的基本種類有單管法、二重管法和三重管法等，單管法的特點是形成的固結體強度高，但固結體直徑小當旋噴壓力為20兆帕時其旋噴直徑在0.4--0.8米之間，三重管法的直徑最大，其旋噴直徑可達2米，旋噴形成的固結體的最大抗壓強度因噴射法種類和土質種類不同有所差異，砂土類可達10--20兆帕，粘性土和黃土可達5--10兆帕，而砂礫土則可達8--20兆帕，在不同土質情況下，固結體的最大抗壓強度跨越范圍的上、下限，分別等同于C7.5和C30級混凝土的軸心抗壓強度。
本發明的目的是提供一種在同一荷載作用下樁與地基可以同時達到各自極限承載能力的新的旋噴變截面組合灌注樁及其施工方法。
本發明是這樣實現的，其特征是由樁身和高壓旋噴水泥漿液形成的樁礎組成，在樁身上可設置一個或多個旋噴形成樁腰，樁礎和樁腰的形狀可以是圓柱形的，也可以是截圓錐體。
其施工方法的特征是首先用成孔機或人工完成樁身成孔，成孔后成孔機移位；將高壓噴射注槳設備的鉆機就位，特種鉆桿的噴頭中心與樁身孔的軸心對準，再把鉆桿下降并將噴頭伸至孔底，然后鉆至樁礎底標高，停鉆；上提鉆桿時，需邊噴射、邊旋噴、邊提升，直至樁身孔底浮土的上皮，形成樁礎；特種鉆桿從樁孔中提出后，再放鋼筋和澆注混凝土；施工時在遇有地下水或孔壁塌落部位時，需低壓噴射水泥漿，直至該部位的上皮或樁孔的上端，然后放鋼筋，投入碎石，形成無砂混凝土，對于樁孔的余下部位可以澆注混凝土。
本發明的灌注樁通過一次或多次變截面可增加樁的端承面積和局部的樁側面積，以增加土對樁的支承阻力，進而調整土對樁的阻力使之與樁身材料強度的數值相等或趨近，體現等強度的設計思想，節省材料的使用，降低工程費用旋噴變截面組合灌注樁實際上是充分發揮地基與樁各自承載能力的等強度樁；用高壓旋噴注漿的施工方法，可以較準確地在樁身上制做出所需要的變截面，實現等強度樁基礎設計高壓旋噴注漿所形成的固結體有較高的抗壓強度和良好的耐久性，能滿足樁的受力要求；本發明的制品方法不僅適于在淤泥、淤泥質土、砂土、人工填土和碎石土等地基中作業成樁，并可以在有地下水的地基中進行施工。
以下結合附圖對本發明做進一步的描述，
圖1是旋噴變截面組合灌注樁的結構示意圖，實施例1圖1中的1為樁身、2為樁腰、3為鋼筋籠、4為樁礎；建筑場地表層為松散雜質土，厚2米；其下為中密細砂，厚5米；再下為中密粗砂，厚8米；再下為密實圓，無軟弱下臥層，施工期間地下水位位于地表下7米，采用灌注樁基礎，單樁樁頂軸向壓力設計值為800千牛，混凝土采用C20級，樁礎固結體軸心抗壓強度相當于C15樁身不設通長鋼筋，根椐土的物理指標與承載力參數之間的關系，樁的極限側阻力標準值依土層自上而下的次序分別為18千帕，50千帕，85千帕；持力層處樁的極限端阻力標準值=2000千帕，建筑安全等級為二極；根椐規范計算出的兩種樁型進行設計尺寸承載能力以及旋噴變截面組合灌注樁的施工方法如下；(1)首先計算出普通鉆孔灌注樁的直徑為650毫米，長度為8米單樁的豎向承載力設計值為832千牛；旋噴變截面組合灌注樁的樁身直徑為350毫米，樁身直徑為800毫米，樁礎長度為0.5米，單樁的豎向承載力設計值為866千牛。
(2)施工方法用成孔機或人工完成樁身成孔，樁孔為350毫米深度為7.5米，成孔后成孔機移位；將高壓噴射注槳設備的鉆機就位，特種鉆桿的噴頭中心與樁身孔的軸心對準，再把鉆桿下降并將噴頭伸至孔底7.5米深處，然后鉆至樁礎底標高8米處，停鉆；上提鉆桿時，需邊噴射、邊提升，直至樁身孔底浮土的上皮，噴射壓力為25兆帕，形成圓柱形樁礎，直徑為800毫米，注漿特種鉆桿從樁孔中提出后，再放鋼筋籠、澆注C20級樁身鋼筋混凝土。實施例2建筑場地表層為松散雜質土，厚15米；其下為粉土，孔隙比為092，厚4米；再下為細粉砂，厚4米；再下為粘性土，其液性指數為075米，再下為中砂，中密，厚10米，再下為卵石層，無軟弱下臥層；施工期間地下水位位于地表下12.5米，考慮普通螺旋鉆孔灌注樁和旋噴變截面組合灌注樁兩方案，作為比較，樁身混凝土為C20級，樁礎旋噴固結體軸心抗壓強度相當于C15級混凝土，樁身不設長鋼筋，單樁樁頂軸向壓力設計值為1100千牛，根椐地質條件確定以中密中砂層為持力層，根椐土的物理指標與承載力參數之間的關系，樁的極限側阻力標準值依土層自上而下的次序分別為18千帕，20千帕，40千帕，48千帕，65千帕，中砂層樁的極阻端阻力標準值為2800千帕，建筑安全等級為二極，根椐規范計算出的兩種樁型進行設計尺寸承載能力以及旋噴變截面組合灌注樁的施工方法如下；(1)首先計算出普通鉆孔灌注樁的直徑為700毫米，長度為12米，單樁的豎向承載力設計值為1149千牛；旋噴變截面組合灌注樁的樁身直徑為400毫米，樁身長度為11.5米，樁身直徑為800毫米，樁礎長度為0.5米，單樁的豎向承載力設計值為1144千牛。
(2)施工方法用成孔機或人工完成樁身成孔，樁孔為350毫米深度為7.5米，成孔后成孔機移位；將高壓噴射注槳設備的鉆機就位，特種鉆桿的噴頭中心與樁身孔的軸心對準，再把鉆桿下降并將噴頭伸至孔底7.5米深處，然后鉆至樁礎底標高8米處，停鉆；上提鉆桿時，需邊噴射、邊提升，直至樁身孔底浮土的上皮，噴射壓力為25兆帕，形成圓柱形樁礎，直徑為800毫米，注漿特種鉆桿從樁孔中提出后，再放鋼筋籠、澆注C20級樁身鋼筋混凝土。
(2)施工方法用成孔機或人工完成樁身成孔，樁孔為400毫米深度為11.5米，成孔后成孔機移位；將高壓噴射注槳設備的鉆機就位，特種鉆桿的噴頭中心與樁身孔的軸心對準，再把鉆桿下降并將噴頭伸至孔底11.5米深處，然后鉆至樁礎底標高12米處，停鉆；上提鉆桿時，需邊噴射、邊提升，直至樁身孔底浮土的上皮，噴射壓力為25兆帕，形成圓柱形樁礎，直徑為800毫米，注漿特種鉆桿從樁孔中提出后，再放鋼筋籠、澆注C20級樁身鋼筋混凝土。
實施例3建筑場地表層為粘性土，液限指數為0.6米；樁的極限側阻力標準值為48千帕，干作業鉆孔樁的極限端阻力值為1260千帕；其下仍為粘性土，液限指數為0.25米，厚20米，樁的極限側阻力標準值為78千帕，水下鉆孔樁的極限端阻值為900千帕；再下為10米厚的粗砂層，無軟弱下臥層，施工期間地下水位位于地表下8米，設計要求單樁豎向承載力設計值為1100千牛，原設計方案為直徑650毫米，度14米的普通鉆孔灌注樁，C20級，不設通長鋼筋，其單樁豎向承載力設計值為1198千牛，試設計一個長度相同的旋噴變截面組合灌注樁，以資比較；其樁身混凝土C20級，旋轉固結體強度相等于C15級混凝土。
(1)根椐《建筑樁基礎技術規范》計算結果為旋噴灌變截面注樁的直徑為400毫米，樁礎直徑800毫米，長度為0.5米，樁腰直徑700毫米，長0.5米，其下皮設在距地表7.5米，整個樁長14米，其單樁的豎向承載力設計值為1130千牛；旋噴變截面組合灌注樁的樁身直徑為350毫米，樁身直徑為800毫米，樁礎長度為0.5米，單樁的豎向承載力設計值為866千牛。
(2)施工方法用成孔機或人工完成樁身成孔，樁孔為400毫米深度為11.5米，成孔后成孔機移位；將高壓噴射注槳設備的鉆機就位，特種鉆桿的噴頭中心與樁身孔的軸心對準，再把鉆桿下降并將噴頭伸至孔底11.5米深處，然后鉆至樁礎底標高14米處，停鉆；上提鉆桿時，需邊噴射、邊提升，直至樁身孔底浮土的上皮，形成直徑為800毫米的圓柱形樁礎，其噴射壓力為25兆帕，繼續上提注漿管，噴注壓力降至1兆帕，向樁孔內注漿，直至了下水位上皮左右，注漿管上提移位，向樁孔投入碎石，形成無砂混凝土樁身下部，直至樁腰下皮，注漿管就位，噴咀置于腰下皮，上提旋噴0.5米，注漿壓力為25兆帕，形成直徑為700毫米的圓柱形樁腰，再把注漿特種鉆桿從樁孔中提出移位，放鋼筋籠、澆注余下部位的混凝土，成樁。
權利要求
1，一種旋噴變截面組合灌注樁，其特征是由樁身和高壓旋噴水泥漿液形成的樁礎組成。
2，根椐權利要求1所述的旋噴變截面組合灌注樁，其特征是在樁身上可設置一個和多個旋噴形成的樁腰。
3，根椐權利要求1所述的旋噴變截面組合灌注樁，其特征是樁礎和樁腰的形狀可以是圓柱形的，也可以是截圓錐體。
4，一種旋噴變截面組合灌注樁的施工方法，其特征是首先用成孔機或人工完成樁身成孔，成孔后成孔機移位；將高壓噴射注槳設備的鉆機就位，特種鉆桿的噴頭中心與樁身孔的軸心對準，再把鉆桿下降并將噴頭伸至孔底，然后鉆至樁礎底標高，停鉆；上提鉆桿時，需邊噴射、邊旋轉邊提升，直至樁身孔底浮土的上皮，形成樁礎；特種鉆桿從樁孔中提出后，再放鋼筋和澆注混凝土。
5，根椐權利要求4所述的旋噴變截面組合灌注樁的施工方法，施工時在遇有地下水或孔壁塌落部位時，需低壓噴射水泥漿，直至該部位的上皮或樁孔的上端，然后放鋼筋，投入碎石，形成無砂混凝土，對于樁孔的余下部位可以澆注混凝土。
全文摘要
一種旋噴變截面組合灌注樁及其施工方法,其特征是由樁身和高壓旋噴水泥漿液形成的樁礎組成,在樁身上可設置一個或多個旋噴形成樁腰,樁礎和樁腰的形狀可以是圓柱形的,也可以是截圓錐體,本發明的灌注樁通過一次或多次變截面可增加樁的端承面積和局部的樁側面積,以增加土對樁的支承阻力,進而調整土對樁的阻力使之與樁身材料強度的數值相等或趨近,體現等強度的設計思想,節省材料的使用,降低工程費用旋噴變截面組合灌注樁實際上是充分發揮地基與樁各自承載能力的等強度樁。
文檔編號E02D5/36GK1222612SQ9811444
公開日1999年7月14日 申請日期1998年11月10日 優先權日1998年11月10日
發明者牧一征, 李郢, 于鴻章, 衛爾營, 于勁前, 劉文義, 湯天鵬 申請人:牧一征