CN108411889B - 一种结构化胶结碎石桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构化胶结碎石桩及其施工方法，所述结构化胶结碎石桩包括胶结碎石料桩身和碎石料桩身，所述结构化胶结碎石桩的施工方法包括如下步骤：S1：根据设计要求进行现场原位试验，确定碎石料密实堆积的孔隙比及用于形成胶结碎石料的自密实水泥基材料的扩展度和粘度；S2：在地面上施工形成桩孔；S3：向桩孔回填碎石料形成碎石料桩身并采用振冲器振捣，直至碎石料的孔隙比达到预设值；S4：向桩孔内灌注自密实水泥基材料以将部分碎石料桩身的碎石料粘接形成胶结碎石料桩身。根据本发明的结构化胶结碎石桩，保持了碎石桩的透水性，增加了结构化胶结碎石桩的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩抵抗水平荷载的能力。

Description

一种结构化胶结碎石桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及地基工程加固领域，尤其涉及一种结构化胶结碎石桩及其施工方法。

背景技术

碎石桩是一种传统的地基处理方法，首先采用振动沉管、锤击沉管或冲击成空的方法施工桩孔，然后向桩孔内回填碎石料并振动密实，最终形成碎石桩桩体。碎石桩通常采用桩群的形式布置，碎石桩和桩间土体相互作用形成复合承载体系，进而提高地基承载力和降低地基压缩变形的目的。振冲密实的碎石料仍连通的孔隙结构，具有良好的渗水性，桩周土体固结时，碎石桩起到排水通道的作用，能加速地基土体的固结。但碎石桩的承载力和沉降量很大程度上取决于桩间土体对碎石桩的约束力，较软弱的土体对碎石桩的约束能力差，制约桩竖向承载能力的发挥；同时碎石桩桩体由散粒材料组成，材料颗粒间几乎不存在内聚力，水平荷载会导致碎石桩体被剪短而失效。

填海造地是沿海地区增加土地供应的重要手段，稳定的地基结构制约着填海工程建设。海泥是一种极软和软弱粉质粘土，自身承载能力难以满足工程要求，通常采用碎石桩等技术加固。工程实践表明固结荷载会造成碎石桩基础的大幅侧向移位，给工程的稳定性带来隐患。基于上述情况，迫切需要一种结构化胶结碎石桩，通过胶结碎石料层即能提高碎石桩的强度和刚度，又能保持高透水性和适应大变形能力。现有提高碎石桩的强度的技术主要包括采用透水性混凝土制桩或埋设注浆管向碎石桩孔隙中注入水泥浆，形成的完整的半刚性桩体。半刚性桩体无法满足地基变形的要求，同时注浆碎石桩是在土体固结完成后注浆加固碎石，不仅施工进度慢，且注入的水泥浆会污染海水。

在本发明之前，“发明专利：一种水下不分散水泥基自密实材料施工方法(专利权人：清华大学等；专利号：ZL 201310465710.7)”公开了水下不分散水泥基自密实材料施工方法。“发明专利：胶结堆石坝(专利权人：清华大学等；申请号：201710671580.0)”公开了一种自密实水泥基材料浇筑堆石料而成的胶结堆石料。根据清华大学的多年研究表明通过控制自密实水泥基材料的流动性、粘度和灌注量可实现不同的颗粒胶结形式，当孔隙饱和度(密实堆积颗粒材料孔隙中浇筑后浆体体积与原始颗粒材料孔隙体积之比) 小于25-35％时，可形成接触胶结形式的胶结颗粒材料，形成的胶结颗粒材料通过水泥浆的水化作用，可明显提高材料的抗压强度、抗剪强度和、弹性模量和变形模量，同时保持原有孔隙结构的连通性，确定透水性。对下水下工程，清华大学通过试验研究表明采用水下不分散水泥基自密实材料浇筑颗粒材料，浆体在重力作用下沿着颗粒孔隙向下流动，在颗粒接触点(面)能形成接触胶结形式。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种结构化胶结碎石桩的施工方法，所述施工方法可以提高地基土体的结构强度，降低胶凝材料对环境的污染。

本发明还旨在一种采用所述结构化胶结碎石桩的施工方法施工的结构化胶结碎石桩。

根据本发明实施例的结构化胶结碎石桩的施工方法，所述结构化胶结碎石桩成型于桩孔内，在所述桩孔的深度方向上，所述结构化胶结碎石桩包括胶结碎石料桩身和碎石料桩身，所述结构化胶结碎石桩的施工方法包括如下步骤：

S1：根据设计要求进行现场原位试验，确定碎石料密实堆积的孔隙比及用于形成所述胶结碎石料的自密实水泥基材料的扩展度和粘度；

S2：在地面上施工形成所述桩孔；

S3：向桩孔回填碎石料形成所述碎石料桩身并采用振冲器振捣，直至所述碎石料的孔隙比达到预设值；

S4：向所述桩孔内灌注所述自密实水泥基材料，所述自密实水泥基材料在重力作用下沿着所述碎石料的孔隙流动，以将部分所述碎石料桩身的所述碎石料粘接形成所述胶结碎石料桩身。

根据本发实施例的结构化胶结碎石桩的施工方法，由于胶结碎石料桩身通过采用自密实水泥基材料浇筑碎石料桩身中得到，这样胶结碎石料桩身和碎石料桩身的复合结构增加了结构化胶结碎石桩的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩抵抗水平荷载的能力，还能保持碎石料的高透水性。此外，由于自密实水泥基材料在重力作用下沿着碎石料孔隙流动粘结相邻碎石形成胶结碎石料桩身，对环境的污染较小。

在一些实施例中，在所述桩孔的深度方向上，所述结构化胶结碎石桩包括至少一节所述胶结碎石料桩身，所述胶结碎石料桩身可通过一次或多次灌注所述自密实水泥基材料形成。

在一些实施例中，所述自密实水泥基材料可以为自密实水泥砂浆、自密实水泥净浆、水下自护型自密实水泥砂浆、水下自护型自密实水泥净浆中的其中一种。

具体地，当所述桩孔内渗有地下水时，所述自密实水泥基材料采用所述水下自护型自密实砂浆或所述水下自护型自密实净浆。

具体地，所述自密实水泥砂浆及水下自护型自密实水泥净浆的扩展度为 220mm-300mm，V型漏斗时间为1.5s-2.5s，所述自密实水泥砂浆和所述水下自护型水泥砂浆的扩展度为250mm-330mm，V型漏斗时间为6s-12s。

根据本发明实施例的结构化胶结碎石桩，所述结构化胶结碎石桩成型于桩孔内，其特征在于，所述结构化胶结碎石桩包括：碎石料桩身；胶结碎石料桩身，所述胶结碎石料桩身由所述自密实水泥基材料粘接部分所述碎料桩身形成。

根据本发明实施例的一种结构化胶结碎石桩，由于胶结碎石料桩身通过采用自密实水泥基材料浇筑碎石料桩身得到，这样胶结碎石料桩身和碎石料桩身的复合结构增加了结构化胶结碎石桩的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩抵抗水平荷载的能力，还能保持碎石料的高透水性。此外，由于自密实水泥基材料在重力作用下沿着碎石料孔隙流动粘结相邻碎石，保持碎石料原有孔隙结构，对环境的污染较小。

在一些实施例中，所述结构化胶结碎石桩沿深度方向包括一段或多段所述胶结碎石料桩身。

在一些实施例中，所述结构化胶结碎石桩可以构筑施工地基。

在一些实施例中，所述施工地基设置在陆地地面上或者设置在海泥上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的一种结构化胶结碎石桩的施工示意图。

图2是本发明实施例的一种结构化胶结碎石桩结构示意图。

图3是本发明另一实施例的一种结构化胶结碎石桩结构示意图。

图4是本发明另一实施例的一种结构化胶结碎石桩群结构的俯视结构示意图附图标记：

结构化胶结碎石桩100、胶结碎石料桩身1、碎石料桩身2、自密实水泥基材料 3、碎石料4、桩孔5、振冲器200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的结构化胶结碎石桩的施工方法。

根据本发明实施例的一种结构化胶结碎石桩的施工方法，如图2-图3所示，结构化胶结碎石桩100成型于桩孔5内，在桩孔5的深度方向上，结构化胶结碎石桩100包括胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2，所述结构化胶结碎石桩的施工方法包括如下步骤：

S1：根据设计要求进行现场原位试验，确定碎石料密实堆积的孔隙比及用于形成胶结碎石料的自密实水泥基材料的扩展度和粘度；

S2：在地面上施工形成桩孔；

S3：向桩孔回填碎石料形成碎石料桩身并采用振冲器振捣，直至碎石料的孔隙比达到预设值；

S4：向桩孔内灌注自密实水泥基材料，自密实水泥基材料在重力作用下沿着碎石料的孔隙流动，以将部分碎石料桩身的碎石料粘接形成胶结碎石料桩身。

可以理解的是，利用本实施例的施工方法施工完成的结构化胶结碎石桩100，胶结碎石料桩身1通过采用自密实水泥基材料3浇筑碎石料桩身2中得到，这样胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2的复合结构增加了结构化胶结碎石桩100的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩100抵抗水平荷载的能力。于此同时，自密实水泥基材料3浇筑过程无需振捣，进而实现浇筑过程和碎石料4振冲过程的同步施工，提高工程进度。

根据本发实施例的结构化胶结碎石桩的施工方法，由于胶结碎石料桩身1通过采用自密实水泥基材料3浇筑碎石料桩身2中得到，这样胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2的复合结构增加了结构化胶结碎石桩100的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩100抵抗水平荷载的能力，还能保持碎石料4的高透水性。此外，由于自密实水泥基材料3在重力作用下沿着碎石料孔隙流动粘结相邻碎石形成胶结碎石料桩身1，对环境的污染较小。

在一些实施例中，如图3所示，在底部的胶结碎石料桩身1成型后，再重复步骤S3-步骤S4的过程，使结构化胶结碎石桩100沿深度方向包括多段胶结碎石料桩身1。可以理解的是，根据实际施工状况，可以调整胶结碎石料桩身1的空间分布，使得结构化胶结碎石桩100具有最好的性能。

在一些实施例中，自密实水泥基材料3可以为自密实水泥砂浆、自密实水泥净浆、水下自护型自密实水泥砂浆、水下自护型自密实水泥净浆中的其中一种。有利地，当桩孔5内渗有地下水时，自密实水泥基材料3采用水下自护型自密实砂浆或水下自护型自密实净浆。可以理解的是，在实际施工中，根据桩孔5的实际状态选择自密实水泥基材料3的类型，使得自密实水泥基材料3的类型能够较好适应实际工况，使得自密实水泥基材料3能够更好沿着碎石料桩身2孔隙流动以形成胶结碎石料桩身1。

具体地，自密实水泥砂浆及水下自护型自密实水泥净浆的扩展度为220mm-300mm，V 型漏斗时间为1.5s-2.5s，自密实水泥砂浆和水下自护型水泥砂浆的扩展度为 250mm-330mm，V型漏斗时间为6s-12s。可以理解的是，通过调节自密实水泥3的扩展度、粘度和浇筑量，实现胶结碎石料桩身1长度的可控性，极大限度地提高了结构化胶结碎石桩100的强度、刚度和地质条件适应性。

下面参考描述本发明三个具体实施例的结构化胶结碎石桩的施工方法。

实施例1：

如图2所示，本实施例的施工结果是一种单段胶结碎石料桩身1的结构化胶结碎石桩100，桩身直径为500mm，胶结碎石料桩身1位于桩顶部位，胶结碎石料桩身1长度为2m，碎石料4的粒径30-80mm，自密实水泥基材料3采用自密实水泥净浆，自密实水泥净浆的扩展度260mm，V型漏斗时间为2.57s。

具体施工步骤如下所示：

S1：根据设计要求进行现场原位试验，确定碎石料4密实堆积的孔隙比为0.3，用于形成胶结碎石料桩身1的自密实水泥基材料3的扩展度为260mm，V型漏斗通过时间为2.57s；

S2：施工形成桩孔5；

S3：向桩孔5回填碎石料4并采用振冲器200振捣，直至碎石料桩身2的孔隙比达到0.3且桩身长度达到设计要求；

S4：在桩顶部位碎石料4的表面灌注18升自密实水泥净浆，自密实水泥净浆在重力作用下沿着碎石料孔隙向下流动粘结相邻碎石，形成高度约为2m的胶结碎石料桩身1。

实施例2：

如图3所示，本实施例的施工结果是一种多段胶结碎石料桩身1的结构化胶结碎石桩100，该结构化胶结碎石桩100应用于填海工程，多节胶结碎石料桩身1位于桩顶部位和桩身底部，桩身直径为500mm，桩顶部位胶结碎石料桩身1长度为2m，桩身底部胶结碎石料桩身1长度为2.5m，碎石料4的粒径30-50mm，自密实水泥基材料3采用水下自护型自密实水泥净浆，水下自护型自密实水泥净浆的扩展度280mm，V型漏斗时间为 2.0s。

具体施工步骤如下所示：

S1：根据设计要求进行现场原位试验，确定碎石料4密实堆积的孔隙比为0.3，用于形成胶结碎石料桩身1的自密实水泥基材料3的扩展度为280mm，V型漏斗通过时间为2.0s；

S2：施工形成桩孔5；

S3：向桩孔5回填碎石料4并采用振冲器200振捣，直至碎石料桩身2的孔隙比达到0.3且碎石料堆积高度达到灌浆设计要求；

S4：向桩孔5内碎石料表面灌注18升水下自护型自密实水泥净浆，水下自护型自密实水泥净浆在重力作用下沿着碎石料孔隙向下流动粘结相邻碎石，形成高度约为2.5m 的胶结碎石料桩身1。

S5：浇筑水下自护型自密实水泥净浆后，同步进行碎石料4回填和振冲，直至碎石料4密实堆积高度至桩孔顶部；

S6：在桩顶部位碎石料4的表面灌注自密实水泥净浆16升，自密实水泥净浆在重力作用下沿着碎石料孔隙向下流动粘结相邻碎石，形成高度约为2m的胶结碎石料桩身1。

实施3：

如图4所示，本实施例的施工结果一种结构化胶结碎石桩群，根据工程结构计算，结构化胶结碎石桩群中包括多种结构化胶结碎石桩100，部分桩的桩顶部位浇筑形成胶结碎石料桩身1，部分桩的桩身中部浇筑形成胶结碎石料桩身1，部分桩身的桩顶部位浇筑形成胶结碎石料桩身1，部分桩的桩身包括多段胶结碎石料桩身1。

本实施例的结构化胶结碎石桩100成群布置，桩群中每根桩的胶结碎石料桩身1位置通过结构计算实现结构性能的最优化设计，进而提高整个加固基础的稳定性。

根据本发明实施例的一种结构化胶结碎石桩100，结构化胶结碎石桩100成型于桩孔5内，结构化胶结碎石桩100包括胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2，胶结碎石料桩身1由向桩孔5内碎石料桩身2灌注的自密实水泥基材料3形成。可以理解的是，由于胶结碎石料桩身1通过采用自密实水泥基材料3浇筑部分碎石料桩身2得到，这样胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2的复合结构增加了结构化胶结碎石桩100的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩100抵抗水平荷载的能力。于此同时，自密实水泥基材料3不需要注浆管注入，进而实现浇筑过程和碎石料4振冲过程的同步施工，提高工程进度。

根据本发明实施例的一种结构化胶结碎石桩100，由于胶结碎石料桩身1通过采用自密实水泥基材料3浇筑碎石料桩身2得到，这样胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2的复合结构增加了结构化胶结碎石桩100的强度和刚度，提高结构化胶结碎石桩100抵抗水平荷载的能力，还能保持碎石料4的高透水性。此外，由于自密实水泥基材料3在重力作用下沿着碎石料孔隙流动粘结相邻碎石，保持碎石料原有孔隙结构，对环境的污染较小。

在一些实施例中，结构化胶结碎石桩100包括多段胶结碎石料桩身1，多段胶结碎石料桩身1沿深度方向分布。可以理解的是，根据实际施工状况，可以调整胶结碎石料桩身1和碎石料桩身2的分空间布，使得结构化胶结碎石桩100具有最好的性能。

在一些实施例中，结构化胶结碎石桩100可以构筑施工地基。由此可以调高施工地基的结构稳定性。

在一些实施例中，施工地基设置在陆地地面上或者设置在海泥上。可以理解的是，采用结构化胶结碎石桩100加固海泥等软弱地基，一方面能保持碎石桩高透水性，加速地基土体固结，另一方面可实现提高碎石桩的强度，保持工程结构的稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种结构化胶结碎石桩的施工方法，所述结构化胶结碎石桩成型于桩孔内，在所述桩孔的深度方向上，所述结构化胶结碎石桩包括胶结碎石料桩身和碎石料桩身，其特征在于，所述结构化胶结碎石桩用于填海工程，在所述桩孔的深度方向上，所述结构化胶结碎石桩包括多节所述胶结碎石料桩身，所述胶结碎石料桩身通过多次灌注水下自护型自密实水泥净浆形成，用于形成所述胶结碎石料桩身的碎石料的粒径为30-50mm，所述水下自护型自密实水泥净浆的扩展度为220mm-300mm，V型漏斗时间为1.5s-2.5s，所述结构化胶结碎石桩的施工方法包括如下步骤：

S1：根据设计要求进行现场原位试验，确定所述碎石料密实堆积的孔隙比，用于形成所述胶结碎石料桩身的所述水下自护型自密实水泥净浆的扩展度和V型漏斗时间；

S2：在海泥上施工形成所述桩孔；

S3：向桩孔回填所述碎石料形成所述碎石料桩身并采用振冲器振捣所述碎石料，直至所述碎石料的孔隙比达到预设值且所述碎石料堆积高度达到灌浆设计要求；

S4：向所述桩孔内灌注所述水下自护型自密实水泥净浆，所述水下自护型自密实水泥净浆在重力作用下沿着所述碎石料的孔隙流动，以将部分所述碎石料桩身的所述碎石料粘接形成所述胶结碎石料桩身，所述水下自护型自密实水泥净浆粘结在相邻碎石之间以保持所述碎石料原有的孔隙结构；

在底部的所述胶结碎石料桩身成型后，再重复步骤S3-步骤S4的过程，使所述结构化胶结碎石桩沿深度方向包括多段所述胶结碎石料桩身。

2.一种如权利要求1所述的施工方法得到的结构化胶结碎石桩，所述结构化胶结碎石桩成型于桩孔内，其特征在于，所述结构化胶结碎石桩包括：

碎石料桩身；

胶结碎石料桩身，所述胶结碎石料桩身由水下自护型自密实水泥净浆粘接部分所述碎石料桩身形成，所述水下自护型自密实水泥净浆粘结在相邻碎石之间以保持碎石料原有的孔隙结构；

所述结构化胶结碎石桩沿深度方向包括多段所述胶结碎石料桩身，用于形成所述胶结碎石料桩身的碎石料的粒径为30-50mm，所述水下自护型自密实水泥净浆的扩展度为220mm-300mm，V型漏斗时间为1.5s-2.5s；所述结构化胶结碎石桩用于填海工程。

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