CN102943466B - 微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，属于工程建设技术领域，解决传统软基处理方式不能满足工程建设对地基强度的要求，施工无法进行的问题。包括以下步骤：潜孔锤偏心钻机跟管作业；地质钻机成孔；液压振动锤沉管；拔除护筒套管；预埋注浆管道；安放钢筋笼；灌注高强度混合材料成桩；桩周注浆形成复合地基。本发明施工方便，设备小而灵活，对施工场地要求小，安全可靠，穿透能力强，施工周期短。

Description

微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法

技术领域

本发明属于工程建设技术领域，涉及一种在路基本体填筑完毕、且下覆混凝土层条件下的微型钢管混凝土桩加固软弱地基施工工法。

背景技术

随着我国工程建设的不断发展，软弱地基加固处理在工程项目中大量出现，并且成为工程项目中必须解决的重大问题。传统的深层软基处理有高压旋喷桩、搅拌桩、CFG桩、打入桩等。

但是，在各种工程建设项目软弱地基的加固处理，尤其是地质情况复杂、紧邻既有构筑物、路基本体填筑完成且下覆混凝土层时，受施工条件及施工空间制约的地方，传统软基处理方式会受到制约，使得施工无法进行。所以，为了克服由于施工现场地质、场地及设计方面的制约，满足工程建设对地基强度的要求，急需研发新型的软基处理方式。

发明内容

本发明是为了解决传统软基处理方式不能满足工程建设对地基强度的要求，施工无法进行的问题，而提供了一种微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，包括以下步骤：

（1）潜孔锤偏心钻机跟管作业：在路基本体上，利用偏心钻头边下钻边跟进护筒套管，直至穿透路基本体及基底回填混凝土层；所述的潜孔锤偏心钻机的钻具由气动潜孔锤、偏心钻头、套管和套管靴组成，钻进时偏心钻头在套管靴前钻出比套管直径略大的钻孔，气动潜孔锤同时锤击套管靴使套管同步跟进，当套管穿透混凝土层时，将偏心钻头反转回缩，使之从套管中提出，套管形成导向护筒；

（2）地质钻机成孔：在护筒套管上架设地质钻机，保证地质钻机底座水平，钻杆垂直，钻进过程中对钻杆进行测量，保证钻杆倾角在1%以内，钻进时，低速推进，其冲击压力为10～12MPa，推进压力为2.0～4.0MPa，当第一节钻杆推进孔内，孔外剩余30～40cm时，开动钻机反转，使连接套与钻杆脱离，人工装上第二节钻杆，重新对准，钻机缓慢低速连接孔内钢管，这样依次接长顶进，直到设计深度；

（3）液压振动锤沉管：使用液压振动锤将钢管打入孔内至设计标高，钢管底端加工锥形桩尖，沉管过程中保证钢管桩垂直度小于1%；

（4）拔除护筒套管：利用潜孔锤钻机边旋转边拔除护筒套管，护筒套管拔出后经整理循环使用；

（5）预埋注浆管道: 在打入钢管内预埋注浆管道，注浆管道采用直径20mm镀锌钢管，套丝连接接长，管端封闭，管端30cm范围内钻直径2mm孔形成花管，花管段伸入钢管桩桩底以下；

（6）安放钢筋笼：钢筋笼的接头采用绑扎或焊接，钢筋笼下放后固定于钢管孔口，保护层为1.5～2.0cm；

（7）灌注高强度混合材料成桩：采用灌注高强度混合材料成桩，混合材料采用孔道压浆剂作为早强材料；

（8）桩周注浆形成复合地基：钢管混凝土桩体凝固后，通过预埋的注浆管对桩周土体进行注浆，使桩壁与桩周土之间的空隙被水泥浆填充，形成刚性复合地基。

进一步地，在用地质钻机成孔时，当遇到较硬土层时，换上水力扩孔钻头，可以达到扩孔目的。

所述的混合材料采用孔道压浆剂作为早强材料，水泥、孔道压浆剂、水，水胶质量比为0.33，优选水泥：孔道压浆剂：水的质量比为1:0.11:0.367，现场拌制混合材料可以按早强材料生产厂家及所需的早强时间由试验室试配确定配比。

所述的灌注高强度混合材料成桩时，采用水下混凝土灌注工艺灌注高强度混合材料成桩，灌注前二次清孔，将孔内泥土、杂物清理干净，孔内置换为清水，高强度混合材料由地质钻机钻杆内灌至桩底，自下而上灌注，注浆压力控制在1.5～2.0MPa，直至将孔内清水全部冒出，并持续冒浆1min。

 具体施工时，根据设计图纸及要求准确测量定位，保证桩位偏差及桩顶高程满足设计要求，将潜孔锤跟管钻机安放在设计的桩位上，并保持垂直，施工时采用用水平尺进行检查，允许倾斜度不得大于1.0%。

由于路基本体已填筑完毕，且路基本体下有一定厚度的混凝土层，需要利用偏心钻头边下钻边跟进护筒套管，直至穿透路基本体及基底回填混凝土层，保证地质钻机成孔作业时无须再穿透混凝土层，同时利用护筒套管保护路基本体不受施工影响及防止路基本体发生塌孔现象，潜孔锤偏心钻机钻具由气动潜孔锤、偏心钻头、套管和套管靴组成，钻进时偏心钻头在套管靴前钻出比套管直径略大的钻孔，潜孔锤同时锤击套管靴使套管同步跟进，起到保护钻孔的目的，当套管跟进穿透混凝土层以下时，偏心钻头反转回缩，使之从套管中提出。

然后在护筒套管上架设钻机，保证钻机底座水平，钻杆垂直，钻进过程中对钻杆进行测量，保证钻杆倾角在1%以内，成孔时，转速不宜过大，同时钻机安放稳固，以防过大颤动，使钻杆偏离轴线，钻进中钻杆倾斜度控制在1%范围内，同时根据工程地质条件，选择合适的成孔工艺，诸如干成孔或泥浆护壁成孔等成孔工艺，钻进施工中，先将钻杆安放在钻机的吊架上，钻机要对准已标好的孔位，低速推进，其冲击压力控制在10～12MPa，推进压力控制在2.0～4.0MPa，当第一节钻杆推进孔内，孔外剩余30～40cm时，开动钻机反转，使连接套与钻杆脱离，人工装上第二节钻杆，重新对准，钻机缓慢低速连接孔内钢管，这样依次接长顶进，直到设计深度，钻机深钻时要注意，由于计划施工长度25m，钻杆必须几次搭接，随孔深的增长，旋转推进需要对回转扭矩、冲击力及推力进行控制和协调，尤其是推力要严格控制，不能过大。

为了保证钢管与桩周土有良好的接触，地质钻机成孔孔径略小于钢管直径，且地质钻机在软弱地基中成孔后会略有缩孔，需使用液压振动锤将钢管打入孔内至设计标高。钢管底端加工锥形桩尖，防止沉管过程中地下泥土、砂等进入钢管内；沉管过程中利用锤球随时检查钢管垂直度，并随时调整，保证钢管桩垂直度小于1%。根据设计桩长配备钢管，严格控制钢管顶标高，保证钢管桩设计桩长。

利用潜孔锤钻机边旋转边拔除护筒套管，护筒套管拔出后经整理循环使用。

在打入钢管内预埋注浆管道，注浆管道采用直径20mm镀锌钢管，套丝连接接长，管端封闭，管端30cm范围内钻直径2mm孔形成花管，花管段伸入钢管桩桩底以下。

钢筋笼的制作根据设计要求制作，每段钢筋笼的长度可以视现场条件和机具的吊放能力而定，钢筋笼的接头可采用绑扎或焊接，其搭接长度应合乎规范要求，由于微管桩的直径均较小，故保护层取1.5～2.0cm，对于特殊要求另作处理，钢筋笼下放后固定于钢管孔口，防止孔内注浆时钢筋笼上浮。

由于微型钢管桩孔径较小，普通的混凝土在浇筑过程中会产生离析现象，不能满足强度要求，因此微管桩内采用灌注高强度混合材料成桩，混合材料采用孔道压浆剂作为早强材料，水泥、孔道压浆机、水按照水胶比0.33搅拌，灌注时，采用水下混凝土灌注工艺灌注高强度混合材料成桩，灌注前二次清孔，将孔内泥土、杂物清理干净，孔内置换为清水；高强度混合材料由地质钻机钻杆内灌至桩底，自下而上灌注，注浆压力控制在1.5～2.0MPa，直至将孔内清水全部冒出，并持续冒浆1min，灌注施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

钢管混凝土桩体凝固后，通过预埋的注浆管对桩周土体进行注浆，这样桩壁与桩周土之间的空隙会被水泥浆填充，从而使桩侧与桩周土接触良好，钢管混凝土桩与桩周***同受力，形成“刚性复合地基”，同时在水泥浆的水解、水化作用，粘土颗粒与水泥水化物的作用、碳酸化作用下，更增强了微型钢管桩与其桩周土之间胶结力，从而提高了微型钢管桩桩周土的摩阻力。

与现有技术相比，本发明工法操作简单，易于掌握，可在特定的施工条件下快速完成地基加固处理，潜孔锤跟管作业每2小时完成1根护管跟进作业，地质钻机每4小时成孔1根，挖掘机液压振动锤1小时沉管1根，完成每根微型钢管混凝土桩总用时8小时，具体来讲具有以下优点：

（1）施工方便，所需施工设备小而灵活，对施工场地要求较小，尤其适用于施工条件及空间受限制的地方；

（2）安全可靠，对既有构筑物影响小，施工时桩孔孔径小，因而对基础和地基土几乎都不产生附加应力，施工时对既有桥台构筑物的稳定影响小；

（3）穿透能力强，能在地质条件相当复杂的环境中施工，能穿透各种障碍物，适用于各种不同的地质条件；

（4）布桩形式灵活，根据实际情况的需要可以采用垂直、斜布、成排布置、交叉成网状的多种布置型式。其中网状布置体系由于具有良好的承载能力，单桩也能够承受较大的拉、压、剪及弯曲应力；

（5）桩体体积小，结构合理，造价低廉，施工周期短。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

某特大桥桥台与路基过渡段在线路铺设完毕进入联调联试后，经沉降观测发现工后沉降不能满足设计要求，需对桥台与路基过渡段进行加固补强处理。因桥台基础附近存在一定厚度的混凝土，且施工场地狭小，预应力管桩加固措施无法按设计施工到位。决定采用微型钢管混凝土桩进行加固处理，沿路基面横向布置16排微型钢管混凝土桩，横向间距0.7m，纵向布置2排微型钢管混凝土桩，纵向间距0.7m；采用内径120mm钢管，壁厚不小于2mm，本工程32根微型钢管桩采用本工法施工，6天全部完成，经检测施工质量合格，因本工程对工期要求十分紧迫，充分体现了本工法在加快施工进度，缩短施工周期方面的特点。

操作流程框图如图1所示，具体操作时，包括以下步骤：

（1）潜孔锤偏心钻机跟管作业：在路基本体上，利用偏心钻头边下钻边跟进护筒套管，直至穿透路基本体及基底回填混凝土层；所述的潜孔锤偏心钻机的钻具由气动潜孔锤、偏心钻头、套管和套管靴组成，钻进时偏心钻头在套管靴前钻出比套管直径略大的钻孔，气动潜孔锤同时锤击套管靴使套管同步跟进，当套管穿透混凝土层时，将偏心钻头反转回缩，使之从套管中提出，套管形成导向护筒；

（2）地质钻机成孔：在护筒套管上架设地质钻机，保证地质钻机底座水平，钻杆垂直，钻进过程中对钻杆进行测量，保证钻杆倾角在1%以内，钻进时，低速推进，其冲击压力为10～12MPa，推进压力为2.0～4.0MPa，当第一节钻杆推进孔内，孔外剩余30～40cm时，开动钻机反转，使连接套与钻杆脱离，人工装上第二节钻杆，重新对准，钻机缓慢低速连接孔内钢管，这样依次接长顶进，直到设计深度；

（3）液压振动锤沉管：使用液压振动锤将钢管打入孔内至设计标高，钢管底端加工锥形桩尖，沉管过程中保证钢管桩垂直度小于1%；

（4）拔除护筒套管：利用潜孔锤钻机边旋转边拔除护筒套管，护筒套管拔出后经整理循环使用；

(5) 预埋注浆管道: 在打入钢管内预埋注浆管道，注浆管道采用直径20mm镀锌钢管，套丝连接接长，管端封闭，管端30cm范围内钻直径2mm孔形成花管，花管段伸入钢管桩桩底以下；

（6）安放钢筋笼：钢筋笼的接头采用绑扎或焊接，钢筋笼下放后固定于钢管孔口，保护层为1.5～2.0cm；

（7）灌注高强度混合材料成桩：采用灌注高强度混合材料成桩，混合材料采用孔道压浆剂作为早强材料；

（8）桩周注浆形成复合地基：钢管混凝土桩体凝固后，通过预埋的注浆管对桩周土体进行注浆，使桩壁与桩周土之间的空隙被水泥浆填充，形成刚性复合地基。

在用地质钻机成孔时，当遇到较硬土层时，换上水力扩孔钻头。

混合材料的水胶质量比为0.33，优选水泥：孔道压浆剂：水的质量比为1:0.11:0.367。

灌注高强度混合材料成桩时，采用水下混凝土灌注工艺灌注高强度混合材料成桩，灌注前二次清孔，将孔内泥土、杂物清理干净，孔内置换为清水，高强度混合材料由地质钻机钻杆内灌至桩底，自下而上灌注，注浆压力控制在1.5～2.0MPa，直至将孔内清水全部冒出，并持续冒浆1min。

Claims (5)

1.一种微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，其特征是包括以下步骤：

（1）潜孔锤偏心钻机跟管作业：在路基本体上，利用偏心钻头边下钻边跟进护筒套管，直至穿透路基本体及基底回填混凝土层；所述的潜孔锤偏心钻机的钻具由气动潜孔锤、偏心钻头、套管和套管靴组成，钻进时偏心钻头在套管靴前钻出比套管直径略大的钻孔，气动潜孔锤同时锤击套管靴使套管同步跟进，当套管穿透混凝土层时，将偏心钻头反转回缩，使之从套管中提出，套管形成导向护筒；

（2）地质钻机成孔：在护筒套管上架设地质钻机，保证地质钻机底座水平，钻杆垂直，钻进过程中对钻杆进行测量，保证钻杆倾角在1% 以内，钻进时，低速推进，其冲击压力为10 ～12MPa，推进压力为2.0 ～ 4.0MPa，当第一节钻杆推进孔内，孔外剩余30 ～ 40cm 时，开动钻机反转，使连接套与钻杆脱离，人工装上第二节钻杆，重新对准，钻机缓慢低速连接孔内钢管，这样依次接长顶进，直到设计深度；

（3）液压振动锤沉管：使用液压振动锤将钢管打入孔内至设计标高，钢管底端加工锥形桩尖，沉管过程中保证钢管桩垂直度小于1% ；

（4）拔除护筒套管：利用潜孔锤偏心钻机边旋转边拔除护筒套管，护筒套管拔出后经整理循环使用；

（5）预埋注浆管道: 在打入钢管内预埋注浆管道，注浆管道采用直径20mm 镀锌钢管，套丝连接接长，管端封闭，管端30cm 范围内钻直径2mm 孔形成花管，花管段伸入钢管桩桩底以下；

（6）安放钢筋笼：钢筋笼的接头采用绑扎或焊接，钢筋笼下放后固定于钢管孔口，保护层为1.5 ～ 2.0cm ；

（7）灌注高强度混合材料成桩：采用灌注高强度混合材料成桩，混合材料采用孔道压浆剂作为早强材料；

（8）桩周注浆形成复合地基：钢管混凝土桩体凝固后，通过预埋的注浆管对桩周土体进行注浆，使桩壁与桩周土之间的空隙被水泥浆填充，形成刚性复合地基。

2.根据权利要求1 所述的微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，其特征是在用地质钻机成孔时，当遇到较硬土层时，使用水力扩孔钻头。

3.根据权利要求1 所述的微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，其特征是所述的混合材料采用孔道压浆剂作为早强材料，水泥、孔道压浆剂、水按照水胶质量比为0.33搅拌。

4.根据权利要求3 所述的微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，其特征是所述的水泥：孔道压浆剂：水的质量比为1:0.11:0.367。

5.根据权利要求1 所述的微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，其特征是所述的灌注高强度混合材料成桩时，采用水下混凝土灌注工艺灌注高强度混合材料成桩，灌注前二次清孔，将孔内泥土、杂物清理干净，孔内置换为清水，高强度混合材料由地质钻机钻杆内灌至桩底，自下而上灌注，注浆压力控制在1.5 ～ 2.0MPa，直至将孔内清水全部冒出，并持续冒浆1min。