CN111980016A - 一种劲性水泥土支护桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种劲性水泥土支护桩及其施工方法，该支护桩包括设置成一排的若干根支护单桩，任意相邻的两根支护单桩部分重叠在一起，所述支护单桩内设有棉花秸秆制成的劲性骨架，所述劲性骨架为“工”字型或双“工”字型的骨架结构，该支护桩能够在保证低成本的基础上提高抗弯、抗剪强度，从而能够发挥挡水、挡土双重功效；该方法采用跳打施工方法施工，在单桩成桩施工时，采用旋挖桩施工方法，但在对第偶数根支护单桩施工进行挖孔时，在旋转入土的挖孔钻头上安装呈伞状的柔性钢丝刷，挖孔钻头的外径小于柔性钢丝刷的直径，所述柔性钢丝刷的外径即为待成桩的直径，该方法能够解决相邻两水泥土桩重叠处的水泥土钻孔入筒问题。

Description

一种劲性水泥土支护桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种劲性水泥土支护桩及其施工方法，属于基坑以及边坡支护技术领域。

背景技术

水泥土桩是介于土体和混凝土排桩之间的一种桩体，一般作为止水帷幕挡水的同时，也可承担一定的挡土作用。水泥加固土的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，它与混凝土硬化机理不同，由于水泥掺量少，水泥是在具有一定活性介质--土的围绕下进行反应，硬化速度较慢，且作用复杂，水泥水解和水化生成各种水化合物后，有的又发生离子交换和团粒化作用以及凝硬反应，使水泥土体强度大大提高。

水泥土桩法在地基处理、基坑或边坡支护工程领域有广泛的应用。在基坑工程中，水泥土桩既能发挥一定的挡土作用也能发挥挡水和止水的效果，是一种施工简便、费用低廉的支挡结构。从材料强度角度，虽然一定比例水泥的掺入可以增加原位土体的抗压强度，但是作为支挡结构而言，由于水泥土本身的抗拉强度较弱，导致成桩后的支护体系抗弯强度不能满足支护结构的工程要求，因此在实际基坑支护工程中，单纯的水泥土桩由于抗剪强度低、抗弯能力差等薄弱环节主要用作止水帷幕，其挡土作用一般不予以考虑。对此，有人提出水泥土桩的挡土能力与水泥掺入量成正比，可通过增加水泥的掺入量或者增大水泥土搅拌桩的截面面积提高水泥土桩的抗弯强度。但这个方法存在不经济、施工不便等弊端，比如增大水泥土桩截面受制于施工机械能力和场地限制等系列问题。

为了提高水泥土支护桩的抗弯刚度，也有专家及工程人员提出，在这类固化桩芯中***H型钢、工字钢、槽钢或拉森钢板等，或者在其中心***毛竹等加筋材料，以显著提高其抗弯、抗剪强度，从而使其挡土作用能充分发挥出来，这些效果已得到一些实际工程验证。这些加入筋材的措施虽然能增强水泥土搅拌桩的工程性质，但仍存在一些不足：一、在用型钢、工字钢等补强固化桩方面，这些筋材的使用过程涉及租借、进出场、打入、回拔等多个环节，使用成本较高；另外，因为成本原因，通常后期型钢需要拔出（回拔），但拔出型钢时较为困难，容易造成地面扰动。二、在用毛竹等补强固化桩方面，其不足之处包括：1）竹材为不均匀材质，不同部位对固化桩物理力学性能的影响不同，且长度有限，稍部部位太细，故竹材的利用段有限；2）竹材之间连接的可靠性和便捷性方面欠缺，且受到竹材本身长度的限制，因而竹材的加筋长度有限。

加筋材的水泥土支护桩（劲性水泥土桩）常用的施工方法为现场将水泥和软土就地搅拌，后***型钢或其他筋材，待支护工程完毕，拔出型钢等。此种施工方法存在一些缺陷：其现场水泥土搅拌机械笨重，施工不便，且当场地软土强度很低时，机械进场不便。另外，后期型钢等筋材拔出施工费时费力，还会对基坑周边土体造成扰动。对此，有人提出了劲性水泥土桩另一种施工方法：参照旋挖桩施工方法先挖孔，再打入钢护筒护壁，后清孔，再将劲性材料***到土中，最后将搅拌好的软土、水泥和添加剂等混合料灌入钢护筒中，最后拔出钢护筒。这种施工方法有个重大问题需要解决：就是挡土兼具挡水的水泥土桩，要求相邻的两水泥土桩要有重叠，而重叠处的水泥土钻孔及入筒施工困难，强行钻孔易损坏相邻已成型的重叠处水泥土，钻土施工质量难以保证，从而阻碍了此施工方法的推广应用。因此，如何解决相邻两水泥土桩重叠处的水泥土钻孔入筒，成为亟待解决的难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：一方面，提供一种能够在保证低成本的基础上提高抗弯、抗剪强度从而能够发挥挡水、挡土双重功效的的劲性水泥土支护桩；另一方面，本发明还提供一种能够解决相邻两水泥土桩重叠处的水泥土钻孔入筒难题的施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之一是：一种劲性水泥土支护桩，包括设置成一排的若干根支护单桩，任意相邻的两根支护单桩部分重叠在一起；所述支护单桩内设有棉花秸秆制成的劲性骨架，所述劲性骨架自支护单桩的顶部一直延伸至底部；所述劲性骨架为由两翼缘和一腹板构成、横截面为“工”字型的骨架结构，或者由两翼缘和两腹板构成、横截面为双“工”字型的骨架结构。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之二是：一种技术方案之一所述劲性水泥土支护桩的施工方法，包括以下步骤：

采用跳打施工方式，首先依次完成第一根支护单桩和第三根支护单桩的单桩成桩施工，再完成第二根支护单桩的单桩成桩施工；然后再依次完成第五根支护单桩和第四根支护单桩的单桩成桩施工；依次类推，直至成桩结束；

在单桩成桩施工时，采用旋挖桩施工方法，即先挖孔，再用钢护筒护壁，对钢护筒内清孔后，将所述劲性骨架***到钢护筒内，然后将搅拌好的水泥土混合料灌入钢护筒中，最后拔出钢护筒；其中，在对第偶数根支护单桩施工进行挖孔时，在旋转入土的挖孔钻头上安装呈伞状的柔性钢丝刷，所述柔性钢丝刷通过紧固器固定在钻杆上，所述柔性钢丝刷的外径即为待成桩的直径。

本发明充分利用农业废弃物棉花秸秆的良好筋材特性，将棉花秸秆预制成劲性骨架标准件作为水泥土桩劲性材料，可以弥补水泥土桩抗弯能力弱的缺陷。同时，本发明对传统的成孔钻头进行改造，在其上安装柔性钢丝刷，解决了劲性水泥土桩钻孔施工时两两水泥土桩重叠处挖孔处钻孔入筒困难问题。

本发明弥补了目前水泥土桩应用于基坑支护的一些不足：1）与传统单纯水泥土桩相比，本发明充分利用了棉花秸秆自身较高的抗拉强度以及棉花秸秆骨架空间加筋固土的特性，达到了增强水泥土桩抗弯强度和抗剪强度的目的。

2）与增加水泥土桩截面面积法相比，本发明不改变原水泥土桩的截面面积，便于传统施工机械的正常使用，成本低，且在施工场地对水泥土桩的桩径有限制时可以用较小的桩径满足施工要求。

3）与传统水泥土桩中***型钢法相比，本发明中的棉花秸秆骨架无需拔出，因此没有型钢难以拔出造成地表扰动以及对水泥土桩产生影响等问题；与传统水泥土桩中***毛竹法相比，本发明的棉花秸秆劲性骨架能确保骨架截面尺寸上下均匀一致、搭接良好便捷，且长度制度不受限制，而这些是毛竹所达不到的。另外，棉花秸秆骨架的成本费用较钢筋、毛竹等均低廉，从而节约了成本。

4）本发明避开了水泥土搅拌桩法机械笨重，进场不便等弊端，解决了两两水泥土桩重叠处水泥土钻孔沉管困难大难题，对推动钻孔沉管施工方法的推广应用有较好的促进作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是劲性水泥土支护桩的结构示意图。

图2是制作劲性骨架的模具之一的示意图。

图3是制作劲性骨架的模具之二的示意图。

图4是制作劲性骨架的模具之三的示意图。

图5是制作劲性骨架的模具组合示意图。

图6是劲性骨架的结构示意图。

图7是劲性水泥土支护桩的施工过程示意图。

图8是柔性钢丝刷和钻头的结构示意图。

附图标记：1、支护单桩；1-1、第一根支护单桩；1-3、第三根支护单桩；2、劲性骨架；2-1、竖向棉花秸秆；2-2、平铺棉花秸秆；3、重叠部分；4、凹陷；5、突起；6、钻杆；7、紧固器；8、挖孔钻头；9、柔性钢丝刷；10、泥浆循环孔；11、扎绳。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种劲性水泥土支护桩，为了简化说明，如图1所示，包括设置成一排的三根支护单桩1，其中第一、第二根支护单桩部分重叠在一起（其重叠部分3可见图1，即虚线与邻近的粗实线所围起的部分），第二、第三根支护单桩部分重叠在一起。所述支护单桩1内设有棉花秸秆制成的劲性骨架2，所述劲性骨架2自支护单桩1的顶部一直延伸至底部；所述劲性骨架为由两翼缘和一腹板构成、横截面为“工”字型的骨架结构，或者如图6和图7所示，由两翼缘和两腹板构成、横截面为双“工”字型的骨架结构。“工”字型的骨架结构或双“工”字型的骨架结构均为常用的加强结构，不再赘述。劲性骨架2可以充分利用棉花秸秆自身较高的抗拉强度以及棉花秸秆骨架空间加筋固土的特性，增强水泥土支护桩抗弯强度和抗剪强度，从而弥补水泥土支护桩抗弯能力弱的缺点，土桩劲性可应用于支护工程，兼挡土挡水双重作用。

本发明在实施时，劲性骨架2可在现场或他处通过“工”字型或双“工”字型模具中预先制作好。以双“工”字型劲性骨架2为例，用于制作劲性骨架2的模具如图2-5所示，所有的模具分为三类，其截面均为双“工”字型。其中，第一类模具如图2所示，其一端部设有沿长度方向延伸的凹陷4，第一类模具的长度为1米；第二类模具如图3所示，其一端设有沿长度方向延伸的突起5，另一端设有与突起5相匹配的凹陷4，第二类模具的长度为1米，显然凹陷4同样沿长度方向延伸；第三类模具如图4所示，其一端为设有沿长度方向延伸的突起5，第三类模具的长度可以在0-1米范围内调节。如图5所示，这三类模具通过凹陷4与突起5的配合形成可拼接的卯榫结构，在拼接处通过扎绳捆扎从而连接成所需长度的模具组合。将棉花秸秆放在其中，先放置竖向棉花秸秆2-1，再放置平铺棉花秸秆2-2，竖向棉花秸秆2-1和平铺棉花秸秆2-2交错设置，可在棉花秸秆的连接处对其进行捆扎，便可搭接成截面为双“工”字型，长度为任意长度的棉花秸秆劲性骨架2，如图6所示。

“工”字型劲性骨架的制作方法与“工”字型劲性骨架的制作方法基本类似，其区别在于选用的模具横截面为“工”字型，而不再是双“工”字型。

本实施例还涉及一种上述劲性水泥土支护桩的施工方法，包括以下步骤：

如图7所示，采用跳打施工方式，首先依次完成第一根支护单桩1-1和第三根支护单桩1-3的单桩成桩施工，再完成第二根支护单桩的单桩成桩施工。跳打施工方式为现有技术，不再赘述。

在单桩成桩施工时，采用旋挖桩施工方法，即先挖孔，再用钢护筒护壁，对钢护筒内清孔后，将所述劲性骨架***到钢护筒内，然后将搅拌好的水泥土混合料灌入钢护筒中，最后拔出钢护筒。

其中，在对第二根支护单桩施工进行挖孔时，因为第二根支护单桩的直径大于第一根支护单桩1-1和第三根支护单桩1-3的距离，因此如直接用传统钻头钻孔，此时第一根支护单桩1-1和第三根支护单桩1-3比较松软（水泥土的硬化速度较慢），传统钻头会刮掉第一根支护单桩1-1和第三根支护单桩1-3上的大量水泥土，影响施工质量。本实施例对传统钻头作了改进，如图8所示，首先保证挖孔钻头8的外径小于待成桩的直径，使挖孔钻头8在挖孔时尽量少的碰到第一根支护单桩1-1和第三根支护单桩1-3，最好使挖孔钻头8的直径与第一根支护单桩1-1、第三根支护单桩1-3桩外边缘之间的距离相等，在挖孔钻头8上安装呈伞状的柔性钢丝刷9，柔性钢丝刷9覆盖在挖孔钻头8的上方，所述柔性钢丝刷9通过紧固器7固定在钻杆6上，所述柔性钢丝刷9的外径即为待成桩的直径。

此后，如需要施工更多根支护单桩时，再依次完成第五根支护单桩和第四根支护单桩的单桩成桩施工；依次类推，直至成桩结束。

本实施例相比现有技术，具有以下有益效果：

一、本实施例的棉花秸秆支护结构的支护效果要显著优于一般水泥土桩的支护体系：（1）棉花秸秆劲性骨架截面采用“工”字型或双“工”字型，能显著提高水泥土桩的抗剪能力和抗弯强度。（2）本实施例施工方法避开了水泥土搅拌桩法机械笨重，进场不便等弊端，同时解决了相邻两水泥土桩重叠处水泥土钻孔入筒困难大难题。

二、本实施例施工效率高，生产成本低：（1）棉花秸秆材料成本低廉，来源广泛。（2）棉花秸秆劲性骨架的***无需特殊施工机械，且棉花秸秆骨架为预制标准件，具备明显的施工效率优势。（3）棉花秸秆劲性骨架一次性使用，无需拔出，节约工时的同时能避免对基坑周边土体的扰动并且保持水泥土桩的整体性，使其在发挥更好的挡土效果时仍保持优良的止水特性。

三、本实施例采用绿色、环保天然加筋材料，适应可持续发展理念。棉花秸秆骨架属于天然植物筋材，在土体中不会对地下土体、水体造成污染。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种劲性水泥土支护桩，其特征在于：包括设置成一排的若干根支护单桩，任意相邻的两根支护单桩部分重叠在一起；所述支护单桩内设有棉花秸秆制成的劲性骨架，所述劲性骨架自支护单桩的顶部一直延伸至底部；所述劲性骨架为由两翼缘和一腹板构成、横截面为“工”字型的骨架结构，或者由两翼缘和两腹板构成、横截面为双“工”字型的骨架结构。

2.一种权利要求1所述劲性水泥土支护桩的施工方法，包括以下步骤：

采用跳打施工方式，首先依次完成第一根支护单桩和第三根支护单桩的单桩成桩施工，再完成第二根支护单桩的单桩成桩施工；然后再依次完成第五根支护单桩和第四根支护单桩的单桩成桩施工；依次类推，直至成桩结束；

在单桩成桩施工时，采用旋挖桩施工方法，即先挖孔，再用钢护筒护壁，对钢护筒内清孔后，将所述劲性骨架***到钢护筒内，然后将搅拌好的水泥土混合料灌入钢护筒中，最后拔出钢护筒；其中，在对第偶数根支护单桩施工进行挖孔时，在旋转入土的挖孔钻头上安装呈伞状的柔性钢丝刷，所述挖孔钻头的外径小于柔性钢丝刷的直径，所述柔性钢丝刷通过紧固器固定在钻杆上，所述柔性钢丝刷的外径即为待成桩的直径。

3.根据权利要求1所述的劲性水泥土支护桩，其特征在于，所述劲性骨架的制作方法如下：将多个横截面为“工”字型或双“工”字型的模具拼接在一起，形成预定长度的模具组合，将棉花秸秆放在模具组合中并进行捆扎，便可得到预定长度的劲性骨架。

4.根据权利要求2或3所述劲性水泥土支护桩的施工方法，其特征在于：所述柔性钢丝刷覆盖在挖孔钻头的上方。

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