一种静压成孔振冲击实砂卵石扩径注浆与静压桩技术

技术领域

本发明属地基处理技术领域，具体涉及一种静压成孔振冲击实卵石扩径注浆与静压桩技术。

背景技术

黄土等疏松土地基具有显著的低承载力与欠压密特性。近年来，黄土等疏松土地区开展了大量的工程建设项目，为该类地基处理技术积攒了诸多经验，总结了诸如换土垫层法、灰土挤密桩法、强夯法、灌注桩法、预浸水法等地基处理技术。随着上述方法被广泛应用至黄土等疏松土工程场地，各种方法的局限性也相继显现。例如换土垫层法处理深度有限，对下卧层土体承载力要求较高；灰土挤密桩法易引起土地碱性化，且不适用于地下水位以下黄土地基处理；强夯法施工噪音大，对周围环境影响较大；灌注桩法桩径通常较小且单桩承载力较低；预浸水法施工工期长、施工成本高，造成浅层土体强度降低。

静压预制桩法是我国东南沿海处理软弱地基的常用地基处理技术之一，该方法具有加固效果显著、桩身质量可控、缩短施工工期、提高施工工效等优势，得到了广泛应用。但受制于黄土等疏松土地基干硬特点，预制桩在打设过程中桩周摩阻力较大，致使预制桩打设难度较大且打设深度受限，造成预制桩难以在疏松干硬土场地得到广泛应用。

鉴于以上背景，现有单一黄土场地地基处理方式难以适宜当前施工与设计要求，亟待提出一种合理、有效的地基综合治理新方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种静压成孔振冲击实砂卵石扩径注浆与静压桩技术解决了现有黄土疏松干硬土地基的高压缩性与低承载力的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种静压成孔振冲击实砂卵石扩径注浆与静压桩技术，包括以下步骤：步骤1，施工准备；步骤2，桩点定位；步骤3，静压引孔，在桩点位置打设静压桩孔；步骤4，振冲粗粒土挤密扩孔，往静压桩孔中加入粗粒土填料，在深层地基振冲形成卵石扩孔结构，挤密地基土；步骤5，分层击实卵石回填，将砂石料分层回填至静压桩孔，形成砂石挤密桩，砂石挤密桩分层局部扩大；步骤6，卵石回填分层注浆；步骤7，静压沉桩。

本发明的有益效果为：施工准备和桩点定位确保在施工过程中可以进行严密的控制和监测，保证施工的准确性和可控性；通过进行静压成孔和振冲粗粒土挤密扩孔的处理，可以显著提高地基的密实度和承载力，增加地基的稳定性和承载能力；通过卵石的回填和注浆可以填充地下空隙，增加土体的密实度和阻尼能力，降低地基的液化风险；卵石填料在地基中形成的扩孔结构可以增加地基土体的内摩擦角，提高地基的稳定性和抗滑移性能，降低地基变形和沉降的风险；在施工过程中实施振冲夯击，形成孔洞和扩孔结构，减少了传统钻孔灌注桩的施工步骤，提高了工程建设的效率和施工进度；静压沉桩可以有效地提高地基的抗倾覆能力和抗侧移能力，增加土体与桩身之间的摩擦力和阻力。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，施工准备包括划定施工范围、清除障碍物并平整场地、控制网测设和设置坐标及高程控制点。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过施工准备的方案，可以减少施工过程中不必要的阻碍和调整；施工人员在具备清晰的施工范围、安全的工作环境和可靠的控制点的情况下，能够更加高效地进行施工作业，节约时间成本。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，桩点定位包括依据坐标及高程控制点进行轴线放样、桩基轴线测设、标定桩点位置和对桩点位置进行复核。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过精确的施工区轴线放样，可以使得桩点的位置准确无误地确定在设计要求的位置上，确保整个施工过程的准确性和稳定性；桩基轴线的测设则可以检验施工区轴线放样的精确度，及时发现和纠正偏差；记录桩点位置和复核可以为施工质量的验收提供依据，方便对施工过程进行评估和追溯，提高质量验收的可靠性。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，静压桩孔的直径小于空心预制管桩的直径50mm至100mm，静压桩孔的深度等于空心预制管桩的设计深度。

采用上述进一步方案的有益效果是：使用静压引孔方法可以在疏松土质场地内形成孔道，通过将桩孔内的土壤挤入孔壁，使得土壤与桩身之间形成摩擦力以及土壤与孔壁之间的侧阻力，有效提高土壤的密实度，减少孔隙率，增加土颗粒间的接触面积，从而提高整体强度和稳定性。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，通过控制挤密实度或锤击数控制砂石挤密桩扩径，使砂石挤密桩分层局部扩大。

采用上述进一步方案的有益效果是：砂石挤密桩的形成可以使原本疏松的土质变得紧密，并且由于分层回填的方式，局部扩大的挤密桩能够承担更大的荷载，使整个地基系统的承载能力得到提升。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，卵石回填分层注浆包括灌注水泥砂浆，重复步骤5与步骤6，直到砂石料回填至静压预制桩设计深度。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过逐层回填卵石并注浆，能够使地基土层之间形成均匀的连接，同时注浆能够充实土层孔隙，提高土壤的抗剪强度，从而降低地基的沉降和变形程度。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，静压沉桩包括起吊空心预制管桩至对应桩位，桩尖距离桩位点在10mm误差范围内，将空心预制管桩一次性连续压入静压桩孔，打入速度小于2m/min，打设深度是底部注浆卵石挤密桩50cm以上，实时监测桩身垂直度，桩身整体垂直度偏差不大于1％。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制桩尖与桩位点的距离误差在10mm范围内，可以确保桩体能够牢固地嵌入地下，提高桩基的承载能力和稳定性；采用一次性连续压入预制桩的方法，可以提高施工效率，减少了拆卸和重新安装的过程，节省了施工时间和人力成本；控制打入速度在2m/min以内，可以避免过快的打入速度引发的震动和振动，减少了对周围土层的影响，同样也降低了施工过程中产生的噪声和对周围环境的干扰；通过实时监测桩身垂直度，可以及时发现和纠正可能存在的偏差，确保桩身整体垂直度在合理范围内。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，空心预制管桩为空心圆柱形结构，空心预制管桩的端部设置钢结构部件预制桩桩头，预制桩桩头的底部设置凹槽，凹槽与注浆卵石桩顶连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：空心预制管桩采用空心圆柱形结构，在保持较大截面积的同时减少自重，提高了桩体的整体稳定性；空心预制管桩的首节进行尖处理，可以减小桩尖与地层之间的阻力，减少施工时的振动和噪音，降低了施工难度和风险；钢结构部件的加入，进一步增强了桩头的强度和刚性，提高了整个桩体的承载力和抗震性能。

进一步地，上述适用于疏松土质场地地基桩基础或复合地基处理方法，空心预制桩静压结束之后，移动设备至下一个桩位点，重复步骤3-步骤7，逐次完成剩余点位施工。

采用上述进一步方案的有益效果是：在该方案下，移动设备可以直接移至下一个桩位点，无需等待混凝土养护时间，从而节约了大量的施工时间。

本发明的有益效果为：

1.预制桩桩身较为光滑，桩身摩阻力较小，桩身抗压强度往往不能得到充分发挥，新研发的复合桩基在提升桩基承载力的同时也能显著提高桩基的抗拉拔性能。

2.黄土地基具有低含水率和强结构性特点，传统预制桩静压法打设深度受限，利用该新型复合桩基，能够在保证地基处理深度的前提下，加快施工进度，减少施工成本。

3.振冲成孔与击实扩孔能够在黄土场地内部形成挤密效果，破坏黄土原生大孔隙结构从而消除场地的湿陷特性。

4.本发明集预制管桩、回填挤密桩优势于一体，能够在黄土等疏松土场地形成一种下部为卵石挤密注浆桩，上部为空心预制管桩，桩径呈局部扩径，上细下粗的桩基结构；当预制桩长大于5m时为桩基础，当预制桩长小于5m时为复合地基；能够有效的解决疏松土地基的低承载力与欠压密问题。

附图说明

图1为复合桩施工流程图；

图2为地基结构横断面示意图；

图3为复合桩基现场施工流程图；

图4为空心预制桩结构示意图；

其中：1、静压桩孔，2、卵石扩孔结构，3、砂石料，4、水泥砂浆，5、空心预制管桩，6、砂石挤密桩，7、预制桩桩头。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本实施例提供了一种适用于黄土等疏松土场地桩基础或复合桩基地基施工方法，具体包括以下步骤：

步骤1，施工准备，划定施工范围，清除施工区域内障碍物并平整场地。进行施工控制网测设工作，设置施工区坐标及高程控制点。

在施工前进行充分的准备工作，可以发现并及时清除施工区域内的障碍物和潜在安全隐患，减少施工过程中的意外事件发生的可能性；通过进行施工控制网测设工作，可以建立一个精确的坐标和高程系统，为后续的施工提供准确的位置和高度信息。

步骤2，桩点定位，依据施工区坐标与高程控制点进行施工区轴线放样，完成桩基轴线测设工作，标定桩点位置，在桩基打设前应对桩点位置进行复核。

通过依据施工区坐标与高程控制点进行施工区轴线放样，可以确保轴线的位置和方向准确无误，减少因不必要的误差而导致的二次施工和修复工作，降低施工成本；通过进行复核，可以验证桩点位置的准确性，并且及时发现和修正可能存在的问题，有助于避免桩基施工过程中可能出现的偏差和错误，保证桩基的稳定性和安全性。

步骤3，静压引孔，利用压桩机在桩点位置打设直径略小于预制桩直径的静压桩孔1，引孔桩径小于预制桩桩径50mm至100mm。

静压引孔可以使预制桩的桩底直接置于土层中，通过增加桩与土壤的接触面积，提高桩基的承载力；由于引孔桩径较小，相对于土壤的容易变形部分，可以获得更多的强固土层，从而提高桩基的稳定性和承载能力；引孔桩径小于预制桩径，可以减少桩与周围土层之间的间隙，这个间隙会导致土层的松散和沉降，从而影响桩的承载能力和工程的安全性，静压引孔能够减少间隙的产生，并将桩与土层紧密连接在一起，提高整体的桩土系数。

步骤4，振冲粗粒土挤密扩孔，自引孔中加入卵石填料，利用振冲器在深层地基形成卵石扩孔结构2。

通过振冲器将卵石填料注入土体中，可以改善土体的力学性质，增加土体的密实度和整体承载力，卵石填料具有较好的抗压性能，能够有效提高地基的承载能力，减小地基沉降和变形的风险；填充卵石填料后，卵石之间会形成稳定的内摩擦力，使土体的整体强度增加，减少地基的滑动和变形可能性。

步骤5，分层击实卵石回填，将砂石料3分层回填至桩孔，形成砂石挤密桩6，通过控制挤密压力或锤击数控制挤密桩桩径，实现挤密桩局部扩大效果；砂石料3应级配均匀，保证砂石料3处于最优含水率的条件下即拌即用。

分层击实卵石回填技术可以有效增加桩基的侧阻力和摩擦阻力，提高桩基的承载能力；砂石料3的分层回填可以有效改善土体的排水性能，减少因水分变化引起的沉降和不均匀沉降现象。同时，砂石料3的挤密作用可以减小土体的孔隙度，提高土体的强度特性和抗液化能力，从而有效减少桩基的沉降和变形。

步骤6，卵石回填分层注浆，每层砂石料3回填挤密后灌注水泥砂浆4，增强桩基强度的同时提升砂石挤密桩6的整体稳定性，重复步骤5与步骤6过程，直至砂石料3回填至设计深度。

注浆和灌注水泥砂浆4会填充桩周土壤中的空隙，增加土壤的密实度，从而使桩身与土壤之间形成较好的结合，增加了桩的荷载传递面积和抗震性能；挤密过程中，砂石料3会填充土壤中的孔隙，增加土壤的密实度和摩擦力，从而提高了挤密桩的抗沉降性能和抗侧移能力；此外，灌注水泥砂浆4可以进一步加固桩身，提升挤密桩的整体刚性和稳定性。

步骤7，静压沉桩，起吊空心预制管桩5至桩点对中，将预制桩一次性连续压入桩孔；预制桩打设深度应至少打入底部砂石挤密桩6内50cm以上，以增强桩基的整体性；在软弱地基上施工时，静压沉桩可以有效地减少地基沉降，通过将预制桩压入地下，可以增加地基的稳定性和承载能力，减少地基的沉降量，从而保证工程的安全性和稳定性。

控制桩尖距离桩点在10mm误差范围内，可以减小桩身与桩点之间的空隙，提高桩的稳定性，确保承载力和抗震性能满足设计要求；预制桩应一次性连续压入，可以提高施工效率，减少了拆卸和重新安装的过程，节省了施工时间和人力成本；打入速度小于2m/min，避免过快的打入速度引发的震动和振动，减少了对周围土层的影响，同样也降低了施工过程中产生的噪声和对周围环境的干扰；压入过程中应对桩身垂直度进行实时监测，确保桩身整体垂直度偏差不大于1％，实时监测桩身垂直度可以及时发现和调整不垂直的情况，避免桩身倾斜或沉降等问题，提高桩基的稳定性和安全性。

预制桩为空心圆柱形结构，如图4所示，预制桩桩尖做削薄处理，以便与预制桩连接，预制桩桩尖为钢结构部件，底部带有凹槽，与卵石注浆桩桩顶连接；

预制桩的空心设计可以减轻整个桩的重量，降低局部的应力集中，提高整体结构的抗弯承载能力；预制桩底部带有凹槽，可以与卵石注浆桩的桩顶连接，通过凹槽的咬合和卵石注浆的固结作用，可以有效增强两者之间的连接可靠性，具有较好的抗拔承载能力和侧向稳定性，能够有效地传递荷载；预制桩的使用可以实现工程的标准化、模块化生产，提高施工效率；预制桩在生产过程中可以进行质量控制，确保每根桩的质量稳定；并且预制桩可以提前生产，减少现场施工时间和不确定性因素，从而缩短工期，降低施工风险。

步骤8，施工结束，预制桩沉桩结束之后，移动设备至下一打桩点位，重复上述步骤3-步骤7施工步骤，逐次完成剩余点位桩基施工，形成复合桩基地基结构横断面如图2所示，复合桩基现场施工流程图如图3所示。

采用预制桩和移动设备辅助施工，使得施工过程更加高效和快速。通过在一处完成多个点位的桩基施工后移动至下一打桩点位，减少了设备的闲置时间，节约了施工周期；采用预制桩进行施工，可以减少现场噪音和尘土污染，降低对周边环境的影响；同时，移动设备的使用也减少了施工现场的占地面积和破坏性，减轻了对自然环境的破坏。

上述实施例，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。