一種擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管及施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管及施工方法，其中擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管，包括樁管上部的直管投料部分和下部的擴(kuò)底部分，其中擴(kuò)底部分包括擴(kuò)大頭型活瓣樁尖、擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置、樁管側(cè)壁固定鏈接的固定軸以及推壓鋼板，所述的推壓鋼板為偶數(shù)個(gè)，且對稱布置在樁管的外側(cè)，所述的擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置設(shè)置在所述的固定軸內(nèi)并與所述的推壓鋼板連接。通過本發(fā)明的成樁鋼管施工可以解決碎石樁由于下部土體自重應(yīng)力過大，形成下小上大的倒梯形狀，提高的了樁體自身的承載性能的同時(shí)加強(qiáng)了對下部土體的擠密作用，使得復(fù)合地基固結(jié)沉降減小，并較大程度的提高了承載力。
【專利說明】一種擴(kuò)底碎石粧成粧鋼管及施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程中特殊地基處理領(lǐng)域，涉及一種擴(kuò)底碎石樁及其施工方法，具體是一種用于碎石樁擴(kuò)底成樁的擴(kuò)底樁管，及擴(kuò)底碎石樁的施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碎石樁加固軟弱地基起于1935年，開始用來加固砂土地基，后來才用來加固粘性土。據(jù)Hughes和Withers的資料介紹,在法國Bayonne地區(qū)建造兵工廠時(shí)使用過,兵工廠坐落在海灣沉積的軟土上，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)樁徑為0.2m,樁長2m，每根樁承擔(dān)的荷載為10kN。加固后的實(shí)際沉降量只有未加固前的四份之一。此后直至1936年，由德國S.Steuerman提出用振動(dòng)水沖法(簡稱振沖法)擠密砂土地基。50年代初，振沖法開始用于加固粘性土地基，并成為碎石樁。從此，一般認(rèn)為以振沖法在粘性土中形成的密實(shí)碎石柱為碎石樁。
[0003]隨著時(shí)間的推移，各種不同的施工工藝相應(yīng)產(chǎn)生，如沉管法、振動(dòng)氣沖法、袋裝碎石樁法、強(qiáng)夯置換法等。它們雖然施工工藝不同于振沖法，但同樣可形成密實(shí)的碎石樁，因此碎石樁的內(nèi)涵擴(kuò)大了，Juran認(rèn)為“碎石樁代表施工過程的最后結(jié)果”。1937年德國凱勒公司(Keller)按斯圖門(Steyerman)設(shè)計(jì)制造出具有現(xiàn)代振沖器雛形的機(jī)具,并用于柏林市郊的一棟建筑物地基，處理深度7.5m,處理后砂基相對密度由原來的45%提高到80%，承載力提高1.0倍。斯圖門到美國后，1944年成功地加固了安德斯壩基，并得出振沖法可以有效地提高砂基相對密度的結(jié)論。1950年后，該法在美國得到了普遍推廣，振沖法加密砂基的有效性和經(jīng)濟(jì)性越來越為人們所承認(rèn)。
[0004]50年代末和60年代初，德國和英國相繼把振沖法用來加固粘性土地基，如在德國紐倫堡有個(gè)工程，地基中有一層軟粘土，施工時(shí)先在地基中利用振沖器造2.0m深的孔，填入碎石再用振沖器將碎石振搗密實(shí)。1957年，振沖法被引入英國。英國的工程師把電動(dòng)振沖器改為水力驅(qū)動(dòng)，并用它加固垃圾、碎磚瓦和粉煤灰。軟粘土地基經(jīng)過這樣處理后承載力顯著提高。目前國內(nèi)外已廣泛采用振沖后碎石加固軟粘土，并取得良好效果。
[0005]日本是多地震國家，1957年引入振沖法，用它來加固油罐的松砂地基，目的是提高砂基的抗液化能力。日本十勝?zèng)_地區(qū)于1968年發(fā)生7.8級(jí)強(qiáng)震，震害調(diào)查結(jié)果表明，經(jīng)振沖法加固的砂基液化現(xiàn)象大為減弱，建筑物基本保持完好，而未經(jīng)處理的砂基的上建筑物則受到嚴(yán)重破壞。從此振沖法作為砂基抗震防止液化的有效處理措施被廣泛選用。目前國外許多大型地基工程，如美國箱峽水電站、斯本索火電廠、卡爾隆原子能電站，埃及的阿斯旺大壩體水下吹填砂的加密，尼日利亞杰巴電站壩基，加拿大依斯曼壩壩體水下礫石加密，額麥隆共和國拉格都水電站回填砂礫加密等均采用了振沖法處理。振沖碎石樁處理的軟粘土地基，如英國底斯港料罐、漢敦港料罐(直徑16-66m)、美國龐德雷湖公路以及大批工業(yè)與民用建筑。
[0006]我國于上世紀(jì)70年代引進(jìn)振沖法加固技術(shù)，目前除個(gè)別省外，該法在全國范圍內(nèi)已全面推廣使用。當(dāng)前我國振沖設(shè)備也在不斷改進(jìn)。75KW大功率振沖器已經(jīng)問世。二十多年來中國在大壩、道路、橋涵、大型廠房及工業(yè)與民用建筑地基上廣泛采用振沖法加固。如在十字板強(qiáng)度低于20kPa的軟粘土地基，在含水量達(dá)206%的淤泥、泥炭地基采用振沖法加固都有成功的實(shí)例。為了克服振沖法加固地基時(shí)要排出大量泥漿的弊病，河北省建筑科學(xué)研究院采用干振法加固地基，在石家莊和承德等地區(qū)取得了效果。
[0007]上述的多種施工工藝使得碎石樁得到了長足的發(fā)展，并使碎石樁法的使用范圍更加廣泛。但是由于土體自重應(yīng)力的作用使得碎石樁樁體經(jīng)常成倒梯形成樁，可能會(huì)引起樁體側(cè)向膨脹破壞，目前尚未出現(xiàn)較好的處理方法和成樁工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題:我國采用碎石樁復(fù)合地基處理場地時(shí)，由于下部土體的自重應(yīng)力較大，使得碎石樁成樁時(shí)形成下部小上部大的倒梯形，當(dāng)上部施加載荷時(shí)，容易引起樁體產(chǎn)生膨脹破壞。但處理和解決的方法單一落后，尚未有很好的解決倒梯形成樁的方法出現(xiàn)，本發(fā)明針對這一現(xiàn)象提供了一種擴(kuò)底碎石樁擴(kuò)底樁管及擴(kuò)底碎石樁施工方法，通過擴(kuò)底樁管對下部土體進(jìn)行擴(kuò)底，可以很好地解決碎石樁倒梯形成樁問題，同時(shí)加大對土體的擠壓、擠密作用提高土體的側(cè)向約束力防止樁體側(cè)向膨脹破壞。并且經(jīng)過擴(kuò)底處理后可以一定程度提高復(fù)合地基的承載能力，減小固結(jié)沉降。
[0009]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種擴(kuò)底碎石樁成樁，包括樁管上部的直管投料部分和下部的擴(kuò)底部分，其中擴(kuò)底部分包括擴(kuò)大頭型活瓣樁尖、擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置、樁管側(cè)壁固定鏈接的固定軸以及推壓鋼板，所述的推壓鋼板為偶數(shù)個(gè)，且對稱布置在樁管的外側(cè)，所述的擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置設(shè)置在所述的固定軸內(nèi)并與所述的推壓鋼板連接。
[0010]所述的擴(kuò)底部分還包括一樁尖擴(kuò)展段，該樁尖擴(kuò)展段位于所述擴(kuò)大頭型活瓣樁尖上端且擴(kuò)大頭型活瓣樁尖的外徑大于直管投料部分樁管的外徑，所述的推壓鋼板設(shè)置在樁尖擴(kuò)展段的上端且不突出于所述樁尖擴(kuò)展段的外表面。
[0011]所述的液壓推進(jìn)裝置包括缸體以及設(shè)置在缸體內(nèi)的活塞桿，所述的推壓鋼板連接在活塞桿的輸出端。
[0012]所述的推壓鋼板為半圓柱環(huán)，推壓鋼板共有兩塊，每塊內(nèi)角180°，形成一圈圓環(huán)形鋼板圍在樁管外側(cè)。
[0013]本發(fā)明提供的擴(kuò)底碎石樁施工方法的具體步驟如下:
I)移動(dòng)裝機(jī)及向?qū)Ъ埽褬豆芎蜆都獯怪睂?zhǔn)樁位后啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將樁管振動(dòng)沉入土中，當(dāng)樁尖進(jìn)入設(shè)計(jì)擴(kuò)底區(qū)標(biāo)高時(shí)，停止振動(dòng)，啟動(dòng)擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置將半圓柱環(huán)推壓鋼板向土體擠壓，形成擴(kuò)大的底部樁徑；
①樁機(jī)按設(shè)計(jì)樁位就為，保證樁位的水平偏差不大于0.5倍套管外徑，套管垂直度偏差不大于1% ；
②下部擴(kuò)底區(qū)樁徑為上部成樁樁徑的1.5-2倍；
③擴(kuò)地區(qū)高度應(yīng)為碎石樁有效樁長的1/3-1/4。
[0014]2)擴(kuò)展到達(dá)預(yù)定樁徑時(shí)收回半圓柱環(huán)推壓鋼板，繼續(xù)向下振動(dòng)沉管，通過液壓推進(jìn)裝置不斷地進(jìn)行擴(kuò)底，直至加固區(qū)深度；
①在一次液壓擴(kuò)底之后，應(yīng)將擴(kuò)底鋼管旋轉(zhuǎn)90°后再次進(jìn)行液壓推進(jìn)裝置推動(dòng)半圓柱環(huán)推壓鋼板進(jìn)行擴(kuò)底； ②在一次推進(jìn)擴(kuò)底完成后，應(yīng)將半圓柱環(huán)推壓鋼板保持?jǐn)D壓狀態(tài)10-20S。
[0015]3)收回半圓柱環(huán)推壓鋼板，從樁管上端的投料漏斗中加入配置好的碎石料后，邊振動(dòng)邊拔出樁管，每拔管1-1.5m后即停止拔管，振動(dòng)20-30S后繼續(xù)拔管，直到鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止；
①從樁管上端的投料漏斗中加入配置好的碎石料，碎石料的配置應(yīng)保證級(jí)配良好，其碎石和塊石的直徑應(yīng)為20-40mm,并且加水至飽和狀態(tài)以利于投料；
②保證碎石樁樁體充盈系數(shù)在1.3-1.5之間；
③在接近地表l-2m處由于土的自重壓力小，樁周土對樁的徑向約束力小，易造成樁體密實(shí)度差，應(yīng)進(jìn)行碾壓、夯實(shí)或挖出等處理。
[0016]4)碎石樁成樁后應(yīng)靜置7-28天再進(jìn)行碎石樁成樁檢驗(yàn)和其他現(xiàn)場試驗(yàn)。
[0017]①對于飽和粘性土地基，碎石樁施工后的靜置時(shí)間不應(yīng)少于28天；
②對于砂土、粉土和雜填土地基，施工后的靜置時(shí)間為7-14天；
③在非飽和土地基中，靜置時(shí)間不少于7天。
[0018]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管采用擴(kuò)大頭型活瓣樁尖，下部在經(jīng)過擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置擴(kuò)大，使得整體成孔較大，利于投料時(shí)活瓣樁尖的打開，石料的投放順暢方便，減少了鋼管的反復(fù)振動(dòng)和插填投料次數(shù)，保障了樁體自身的均勻性和充盈系數(shù)。擴(kuò)大的樁徑使得在相通的激振力下，土體收到的振密、擠密效果更好，進(jìn)一步降低土體內(nèi)的天然含水率、孔隙比、液性指數(shù)和壓縮系數(shù)，并提高了樁周土的壓縮模量和承載力。通過擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管下部的擴(kuò)底部分可以有效的解決碎石樁應(yīng)樁周土體自重應(yīng)力過大引起的下部縮孔情況，是的樁身密實(shí)度和均勻性得到了進(jìn)一步提高，可以有效的將上部載荷傳遞到下臥持力層當(dāng)中。擴(kuò)底后的碎石樁比普通碎石樁單樁承載力提高30%-40%，復(fù)合地基承載力提高15%-20%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的碎石樁擴(kuò)底樁管剖面圖；
圖2是本發(fā)明的擴(kuò)底碎石樁施工示意圖。
[0020]圖中有:1_直管投料部分、2-樁管側(cè)壁固定鏈接的固定軸、3-推壓鋼板、4-樁尖擴(kuò)展段、5-擴(kuò)大頭型活瓣樁尖、6-擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置、7-振動(dòng)沉管階段、8-擴(kuò)底階段、9-收回?cái)U(kuò)底裝置并投料階段、10-振動(dòng)拔出鋼管成樁階段。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管及其施工方法如圖1、2所示。擴(kuò)底碎石樁在碎石樁的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了碎石樁的擠密能力，提高了樁體自身的承載能力，施工工藝較碎石樁相比僅略微復(fù)雜。
[0022]本發(fā)明的擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管，包括:樁管上部的直管投料部分(I)和下部的擴(kuò)底部分，其中擴(kuò)底部分包括擴(kuò)大頭型活瓣樁尖(5)、擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置(6)、樁管側(cè)壁固定鏈接的固定軸(2)以及推壓鋼板(3)，其中推壓鋼板(3)可以為半圓柱環(huán)形或其他形狀，當(dāng)為半圓環(huán)形時(shí)，推壓鋼板用兩塊即可，每塊內(nèi)角180°，形成一圈圓環(huán)形鋼板圍在直樁管外偵牝也可以采用平板形狀的推壓鋼板擠壓成方形的大孔。[0023]擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置安放在樁管側(cè)壁固定鏈接的固定軸內(nèi)，通過在樁管上開孔連接至樁管外側(cè)的半圓柱環(huán)推壓鋼板。使用擴(kuò)大頭型活瓣樁尖，樁尖擴(kuò)展段對上部的半圓柱環(huán)推壓鋼板起到保護(hù)作用，避免振動(dòng)擠壓受損。
[0024]本發(fā)明提供的擴(kuò)底碎石樁施工方法的具體步驟如下:
1)移動(dòng)裝機(jī)及向?qū)Ъ?，把樁管和樁尖垂直對?zhǔn)樁位后啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將樁管振動(dòng)沉入土中，當(dāng)樁尖進(jìn)入設(shè)計(jì)擴(kuò)底區(qū)標(biāo)高時(shí)，停止振動(dòng)，啟動(dòng)擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置將半圓柱環(huán)推壓鋼板向土體擠壓，形成擴(kuò)大的底部樁徑；下部擴(kuò)底區(qū)樁徑為上部成樁樁徑的1.5-2倍；擴(kuò)地區(qū)高度應(yīng)為碎石樁有效樁長的1/3-1/4 ；
2)擴(kuò)展到達(dá)預(yù)定樁徑時(shí)收回半圓柱環(huán)推壓鋼板，繼續(xù)向下振動(dòng)沉管，通過液壓推進(jìn)裝置不斷地進(jìn)行擴(kuò)底，直至加固區(qū)深度；在一次液壓擴(kuò)底之后，應(yīng)將擴(kuò)底鋼管旋轉(zhuǎn)90°后再次進(jìn)行液壓推進(jìn)裝置推動(dòng)半圓柱環(huán)推壓鋼板進(jìn)行擴(kuò)底；在一次推進(jìn)擴(kuò)底完成后，應(yīng)將半圓柱環(huán)推壓鋼板保持?jǐn)D壓狀態(tài)10-20s ；
3)收回半圓柱環(huán)推壓鋼板，從樁管上端的投料漏斗中加入配置好的碎石料后，邊振動(dòng)邊拔出樁管，每拔管1-1.5m后即停止拔管，振動(dòng)20-30S后繼續(xù)拔管，直到鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止；從樁管上端的投料漏斗中加入配置好的碎石料，碎石料的配置應(yīng)保證級(jí)配良好；保證碎石樁樁體充盈系數(shù)在1.3-1.5之間；
4)碎石樁成樁后應(yīng)靜置7-28天再進(jìn)行碎石樁成樁檢驗(yàn)和其他現(xiàn)場試驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管，其特征在于，包括樁管上部的直管投料部分(I)和下部的擴(kuò)底部分，其中擴(kuò)底部分包括擴(kuò)大頭型活瓣樁尖(5)、擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置(6)、樁管側(cè)壁固定鏈接的固定軸(2)以及推壓鋼板(3)，所述的推壓鋼板(3)為偶數(shù)個(gè)，且對稱布置在樁管的外側(cè)，所述的擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置(6)設(shè)置在所述的固定軸(2)內(nèi)并與所述的推壓鋼板(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管，其特征在于，所述的擴(kuò)底部分還包括一樁尖擴(kuò)展段(4 )，該樁尖擴(kuò)展段(4 )位于所述擴(kuò)大頭型活瓣樁尖(5 )上端且擴(kuò)大頭型活瓣樁尖(5)的外徑大于直管投料部分樁管的外徑，所述的推壓鋼板(3)設(shè)置在樁尖擴(kuò)展段(4)的上端且不突出于所述樁尖擴(kuò)展段(4)的外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管，其特征在于，所述的液壓推進(jìn)裝置(6)包括缸體以及設(shè)置在缸體內(nèi)的活塞桿，所述的推壓鋼板(3)連接在活塞桿的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管，其特征在于，所述的推壓鋼板為半圓柱環(huán)，推壓鋼板(3)共有兩塊，每塊內(nèi)角180°，形成一圈圓環(huán)形鋼板圍在樁管外側(cè)。
5.一種基于權(quán)利要求1所述擴(kuò)底碎石樁成樁鋼管的施工方法，其特征在于，方法是: 1)移動(dòng)樁機(jī)及向?qū)Ъ?，把樁管和樁尖垂直對?zhǔn)樁位后啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將樁管振動(dòng)沉入土中，當(dāng)樁尖進(jìn)入設(shè)計(jì)擴(kuò)底區(qū)標(biāo)高時(shí)，停止振動(dòng)，啟動(dòng)擴(kuò)底液壓推進(jìn)裝置(6)將半圓柱環(huán)推壓鋼板(3)向土體擠壓，形成擴(kuò)大的底部樁徑； 2)擴(kuò)展到達(dá)預(yù)定樁徑時(shí)收回半圓柱環(huán)推壓鋼板(3)，繼續(xù)向下振動(dòng)沉管，通過液壓推進(jìn)裝置(6)不斷地進(jìn)行擴(kuò)底，直至加固區(qū)深度； 3)收回半圓柱環(huán)推壓鋼板(3)，從樁管上端的投料漏斗中加入配置好的碎石料后，邊振動(dòng)邊拔出樁管，每拔管50-80cm后即停止拔管，振動(dòng)20-30S后繼續(xù)拔管，直到鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)聞為止； 4)碎石樁成樁后應(yīng)靜置7-28天成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的施工方法，其特征在于，下部擴(kuò)底區(qū)樁徑為上部成樁樁徑的1.5-2倍；下部擴(kuò)底區(qū)高度為碎石樁有效樁長的1/3-1/4。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的施工方法，其特征在于，在一次液壓擴(kuò)底之后，應(yīng)將擴(kuò)底鋼管旋轉(zhuǎn)90°后再次進(jìn)行液壓推進(jìn)裝置推動(dòng)半圓柱環(huán)推壓鋼板進(jìn)行擴(kuò)底；在一次推進(jìn)擴(kuò)底完成后，應(yīng)將半圓柱環(huán)推壓鋼板保持?jǐn)D壓狀態(tài)10-20S。
【文檔編號(hào)】E02D5/48GK103615002SQ201310655372
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】儲(chǔ)亞, 蔡國軍 申請人:東南大學(xué)