抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程桩基及滑坡治理技术领域，具体涉及一种抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置及方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地形复杂，国土面积近70%为高原、丘陵或山地，存在着大量的自然土质边坡；同时，随着国家社会经济的飞速发展和人类活动范围的不断延伸，为了促进各地区发展的平衡，我国修建和改建了大量的基础设施，产生大量的工程土质边坡，如公路路堑边坡、高速公路路基边坡、岸堤等。根据国家统计局发布的中国统计年鉴中2000-2018年地质灾害防治投逐年增长，在每年发生的地质灾害中，滑坡灾害所占比重远高于其它地质灾害，治理地质灾害的投入也基本上在逐年增加。边坡发生破坏（滑坡）时，不仅造成局部环境的破坏，还危害人民生命财产的安全，并且常常导致公路、铁路等基础设施的严重破坏，给经济建设带来巨大的损失。我国又是一个地震频发的国家，地震灾害调研表明地震是诱发滑坡的关键性因素之一。地震对边坡稳定性的影响巨大，滑坡灾害的防治工作非常严峻。因此,加强滑坡灾害的预防和控制工作,积极探索滑坡灾害处治的新材料、新技术和新装备已成为当前迫切需要解决的重要课题。

滑坡病害一般指岩土体强度较低、含水较量高或在不利结构面与临空面等作用下，造成斜坡在现有坡率情况下不能保持稳定而产生的病害。对工程斜坡来说，一般指病害范围发生在边坡的某一级，小部分会延伸到相邻的上、下人工平台位置而形成两级左右边坡发生病害。病害范围多发生在松弛带以内，规模相对较小，主要包括滑塌、坍塌和小型的崩塌。

针对产生滑坡病害的主要诱因,目前常用的边坡治理措施可概括为清除滑坡体、修建排水工程、滑带土改良、减重反压、修建支挡工程等种方式。对于在一些抢险救灾情况下需要紧急加固边坡时，清除滑坡体、修建排水工程、滑带土改良、减重反压都不能及时达到加固要求，修建支挡工程是最直接有效的一种方法。采用聚氨酯聚合物微型抗滑桩的好处是在一些特殊地形、地质如高海拔地区、膨胀土质地区等，聚氨酯聚合物微型抗滑桩较锚索、普通抗滑桩等工程易于实施、桩体成型速度快、无水反应、耐久、能够抵御不良地质对桩体造成的损害，且对滑坡存在一定的预加固作用，对滑坡的扰动较小，力学性能具有高拔力、高剪力和群桩协同力等特点，采用注浆成型的方式，垂直施工方便，可快速进行现场施作，具有灵活设置和造价相对较低的优势。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置及方法，其能够应对抢险救灾情况下的边坡紧急加固，实现成型速度快、无水反应、经济耐久、工艺便捷，并能够抵御不良地质影响和加固边坡的微型抗滑桩支挡结构。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，包括：

桩基外套管；

抗滑桩模具，其匹配设置在所述桩基外套管内，所述抗滑桩模具的下端设置有钻头，所述抗滑桩模具的中部设置有注浆孔；以及

限位锁止单元，所述限位锁止单元用于使得所述桩基外套管与所述抗滑桩模具下沉过程中相对固定，且所述抗滑桩模具能够相对于所述桩基外套管向上自由拉出。

根据本发明抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，优选地，所述桩基外套管为钢筋网；或所述桩基外套管为带有网孔的钢管。

根据本发明抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，优选地，所述钻头为螺旋钻头，所述桩基外套管与所述抗滑桩模具之间设置有排料间隙。

根据本发明抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，优选地，所述抗滑桩模具上布设有3-6个注浆孔。

根据本发明抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，优选地，所述限位锁止单元包括设置在所述桩基外套管下部的锥形限位套管，所述锥形限位套管与所述钻头匹配贴合支撑。

根据本发明抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，优选地，所述限位锁止单元包括设置在所述桩基外套管上的榫头和设置在所述抗滑桩模具外壁上的卯槽，所述榫头和所述卯槽匹卡合装配。

根据本发明抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，优选地，所述钻头与所述抗滑桩模具为一体结构或分体结构，所述桩基外套管的内径大于所述抗滑桩模具和钻头的外径。

一种抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型方法，利用上述的抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置进行施工，包括以下步骤：

a、根据边坡地质环境，确定桩基分布位置和桩基尺寸，选定相应尺寸的桩基外套管和抗滑桩模具；

b、将所述桩基外套管和抗滑桩模具进行组配，并通过打桩机将组配后的桩基外套管和抗滑桩模具打入土中；

c、通过注浆管连接注浆设备与抗滑桩模具上的注浆孔，开始注浆并逐步提升所述抗滑桩模具，直至抗滑桩模具完全脱离桩基外套管，完成该桩基的施工和抗滑桩模具的回收；

d、重复步骤b和c，进行下一桩基的施工，直至完成边坡的加固。

根据本发明快速成型的高聚物微型桩成型方法，优选地，桩基分布采用梅花形布桩方式。

根据本发明快速成型的高聚物微型桩成型方法，优选地，注浆设备的注浆方式为压力注浆，注浆设备中的浆液包括至少两种聚氨酯浆液，不同的聚氨酯浆液经注浆孔注入抗滑桩模具下部后混合反应。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请能够在一些特殊地形、地质如高海拔地区、膨胀土质地区等，高聚物微型抗滑桩较锚索、普通抗滑桩等工程易于实施、桩体成型速度快、无水反应、耐久、能够抵御不良地质对桩体造成的损害，且对滑坡存在一定的预加固作用，对滑坡的扰动较小，力学性能具有高拔力、高剪力和群桩协同力等特点，采用注浆成型的方式，垂直施工方便，可快速进行现场施作，具有灵活设置和造价相对较低的优势。

本申请通过桩基外套管和抗滑桩模具的设置，能够使得其具有装配灵活，抗滑桩模具可回收，注浆过程中保障高聚物浆液反应后的，密实度和结构强度，能够充分与桩基外套管和土体进行结合，提高桩基周围的土体结构的稳定性，减少桩周土体破碎对桩体成型的影响。本申请中的桩基外套管采用钢管，钢管内部内部突出体（卯榫结构的榫头）不仅能够起到固定模具的作用，还能够起到加筋作用，提高成型之后微型桩的抗弯性能，突出体（卯榫结构）的具体尺寸大小可以根据实际工程中对抗弯性能的需求进行截面尺寸设计。

本申请施工周期短，施工设备少，能够便于进行在不利的地形环境中整体的周转运输，且成型过程中对边坡的扰动小，更便于进行灵活施工作业，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的抗滑桩模具的正视结构示意图之一。

图2为图1中的横向剖视结构示意图。

图3为根据本发明实施例的抗滑桩模具的正视结构示意图之二。

图4为图3中的横向剖视结构示意图。

图5为根据本发明实施例的抗滑桩模具和桩基外套管的装配结构示意图之一。

图6为根据本发明实施例的抗滑桩模具和桩基外套管的装配结构示意图之二。

图7为根据本发明实施例的桩基外套管的结构示意图之一。

图8为根据本发明实施例的桩基外套管的结构示意图之二。

图9为根据本发明实施例的聚氨酯聚合物微型桩成型后的结构示意图。

图10为根据本发明实施例聚氨酯聚合物微型桩加固边坡布桩的结构示意图。

图中序号：

100为桩基外套管、101为网孔、102为锥形限位套管、103为榫头；

200为抗滑桩模具、201为注浆孔、202为钻头、203为卯槽；

300为预留间隙；

400为高聚物微型桩。

具体实施方式

下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本发明，而不是所指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；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图10，本申请公开了一种抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置，包括桩基外套管100、抗滑桩模具200和限位锁止单元，抗滑桩模具匹配设置在所述桩基外套管100内，所述抗滑桩模具200的下端设置有钻头202，所述抗滑桩模具200的中部设置有注浆孔201；所述限位锁止单元用于使得所述桩基外套管100与所述抗滑桩模具200下沉过程中相对固定，且所述抗滑桩模具200能够相对于所述桩基外套管100向上自由拉出。

本实施例中的桩基外套管为钢筋网，如图6和图8所示；或所述桩基外套管为带有网孔的钢管，如图5和图7所示。

此外，为了便于钻进和排除多余的泥土，本申请的钻头为螺旋钻头，所述桩基外套管与所述抗滑桩模具之间设置有排料间隙。

进一步地，抗滑桩模具上布设有3-6个注浆孔，通过不同的注浆孔分布注浆，并提高不同的聚氨酯浆液的混合效果，提高反应的充分性和反应后的高聚物微型桩的结构强度。

本实施例中的限位锁止单元包括设置在所述桩基外套管下部的锥形限位套管，所述锥形限位套管与所述钻头匹配贴合支撑。锥形限位套管能够实现桩基外套管和抗滑桩模具的整体下沉，整体性好，且结构简单，如图6所示，其配合使用钢筋网的桩基外套管，注浆后聚氨酯能够通过钢筋网的网孔与土体紧密贴合，达到膨胀和密实的效果，实现聚氨酯微型桩、钢筋网和土体整体稳定一体的结构特征，用于稳定提升时桩周松动的土体，减少桩周土体破碎对桩体成型的影响。

对于限位锁止单元的结构，还可以采用其他形式，如图5所示，该实施例中的限位锁止单元包括设置在所述桩基外套管100上的榫头103和设置在所述抗滑桩模具200外壁上的卯槽203，所述榫头103和所述卯槽203匹卡合装配。上述结构中的榫头为呈圆周分布在桩基外套管内壁上的多道T型结构的加强筋条，卯槽为设置在抗滑桩模具外壁上的多道呈T型结构的凹槽；本申请中的桩基外套管采用钢管，钢管内部内部突出体（卯榫结构的榫头）不仅能够起到固定模具的作用，还能够起到加筋作用，提高成型之后微型桩的抗弯性能，突出体（卯榫结构）的具体尺寸大小可以根据实际工程中对抗弯性能的需求进行截面尺寸设计。

进一步地，上述结构中的卯榫结构可以是紧配合实现锁止固定，也可以通过在卯槽上部的抗滑桩模具上设置限位挡块，限制榫头的上端滑出卯槽，使得沉桩过程中能够保障抗滑桩模具和桩基外套管为一体同步动作。

所述钻头202与所述抗滑桩模具200为一体结构或分体结构，所述桩基外套管100的内径大于所述抗滑桩模具200和钻头202的外径。

基于上述结构，本申请以带有网孔的钢管作为桩基外套管、螺旋钻头、卯榫连接结构作为实施方式，进行工作原理的详细描述：抗滑桩模具外圆直径一般不大于200mm，桩体的下部为螺旋状，周围预留有类似卯榫的结构，利于沉桩同时用于固定特制的钢管。工作过程中，螺旋钻头的最大直径与钢管内径大小相同，在沉桩过程中将多余土体送出，抗滑桩模具中间预留有固定注浆管的注浆孔，抗滑桩模具周围预留有类似卯榫的结构，用于与钢管结合，注浆的浆液为一定配比的聚氨酯A液与B液注浆材料，所述钢管外表面有一定大小的网孔用于聚氨酯浆液注入后更好与周围土体接触，内部有类似卯榫结构的突出体，用于与抗滑桩模具结合，在注浆过程中支撑桩周土体稳定，防止聚氨酯聚合物微型桩成型过程中桩周土体发生大量破碎散落影响成桩，微型桩由两种聚氨酯浆液聚氨酯A液与B液按一定比例混合后反应成型，采用压力注浆的方式注入浆液，并且在注浆过程中同时提升抗滑桩模具与注浆管，更利于聚氨酯聚合物微型桩与桩间土体结合发挥抗滑加固效果。

聚氨酯浆液反应速度快，具有良好的流动性、无水反应，成型之后拥有一定的强度和弹性模量，形成微型桩桩群，桩与桩间土体之间协同抵御滑坡推力，起到加固边坡的效果。在不同浆液配比的情况下，力学性质、膨胀性以及与水是否反应均不相同，灵活的性质更能适应工程的不同需求，同时聚氨酯聚合物微型桩能够抵御不良土质对于抗滑桩的损害，如膨胀土等不良土体。

抗滑桩模具可以采用拼装式的结构，也可以采用整体结构，一般情况下，根据微型桩的桩长进行设计，预留注浆孔数根据桩径、所需浆液的体积等进行设计，同时模具也可以二次利用。钢管的网孔大小根据聚氨酯聚合物微型抗滑桩所处土体的性质进行设计，钢管网孔的大小一般不大于0.5cm2，钢管的直径需要大于模具直径，使得在打桩过程中利于土体排出。注浆方式为在注浆的同时提升抗滑桩模具，使聚氨酯浆液与桩间土体结合发挥协同抗滑加固效果。同时钢筋网或钢管则不进行提升，用于稳定提升时桩周松动的土体，减少桩周土体破碎对桩体成型的影响。

本申请还公开了一种抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型方法，利用上述的抢险救灾情况下的高聚物微型桩快速成型装置进行施工，包括以下步骤：

a、根据边坡地质环境，确定桩基分布位置和桩基尺寸，选定相应尺寸的桩基外套管和抗滑桩模具；桩基分布采用梅花形布桩方式，形成拥有一定的强度和弹性模量，能够发挥抗滑加固效果的微型桩桩群；

b、将所述桩基外套管和抗滑桩模具进行组配，并通过打桩机将组配后的桩基外套管和抗滑桩模具打入土中；

c、通过注浆管连接注浆设备与抗滑桩模具上的注浆孔，开始注浆并逐步提升所述抗滑桩模具，直至抗滑桩模具完全脱离桩基外套管，完成该桩基的施工和抗滑桩模具的回收；注浆设备的注浆方式为压力注浆，注浆设备中的浆液包括至少两种聚氨酯浆液，不同的聚氨酯浆液经注浆孔注入抗滑桩模具下部后混合反应；

d、重复步骤b和c，进行下一桩基的施工，直至完成边坡的加固。

上文已详细描述了用于实现本发明的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本发明的保护范围。