适应于珊瑚礁地质的钢管桩及其注浆方法

摘要

本发明公开了一种适用于珊瑚礁地质的钢管桩及其注浆方法，钢管桩包括：钢管桩本体；以及多个压浆管路，其环设在钢管桩本体内壁，压浆管路包括沿钢管装本体的轴向设置在钢管桩本体内壁上的高压软管以及覆盖在高压软管外且两端固定在钢管桩本体内壁上的角钢；其中，钢管桩本体上还具有多个与高压软管相对设置且连通的出浆口、以及多个设置在外侧壁上的外护板，所述外护板上开设有多个与所述出浆口贯通的通孔，所述出浆口处设置有磁封以使所述出浆口在不注浆时处于密封状态，注浆方法包括钻孔、在钢管桩本体上布置压浆管路、下放钢管桩、注浆。本发明的钢管桩和注浆法法应用于桩基施工能明显提高桥梁桩基在珊瑚礁地质环境的承载能力和稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁桩基领域。更具体地说，本发明涉及一种适用于珊瑚礁地质的钢管桩及其注浆方法。

背景技术

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体，是一种特殊的岩土介质类型，有着独特的工程环境特性和工程地质性质。随着土木工程领域的不断发展，在珊瑚礁地质环境上的工程结构越来越多。珊瑚礁地质呈现出准礁灰岩、礁灰岩均具有密度低、孔隙大、结构性强、脆性大、强度各向异性显著的特点，显示出极为复杂的岩土工程特性，主要体现在如下方面：空间上，物质颗粒组构的极其复杂性和不均匀性；各组构孔隙、孔洞的不均匀性；各组构胶结程度的不均匀性；颗粒易碎性，低围压下颗粒也有破碎；骨架性结构，具有很强的结构性强度。总之，松散砂砾屑地层，软硬互层，孔洞发育、级配不均、颗粒破碎；半成岩的准礁灰岩和礁灰岩具有典型的硬脆性，其岩土性能指标，如饱和单轴抗压强度，地基承载力基本允许值，钻孔桩桩侧摩阻力标准值等都相比于岩石性能指标较低，因此使得桥梁桩基在珊瑚礁地质环境施工显得尤为的恶劣。同时桥梁的桩基是桥梁的很重要的组成部分，桥梁上部结构的安全会对桥梁的桩基提出更高的要求。注浆技术是提高桩基承载能力的一种很重要的手段。注浆技术就是利用送压设备将能够固化的浆液材料通过一定的手段注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或者是岩层裂隙内，使其扩张、胶结、固化，以降低地层的渗透性，增强地层强度，防止地基沉降、变形的处理技术。正是因为珊瑚礁特性，因此需要寻找出适合在珊瑚礁地质环境中使用，并且可以明显提高桩基在珊瑚礁地质环境的承载能力注浆用钢管桩及其注浆方法。

发明内容

本发明的一个目的是针对桥梁桩基在珊瑚礁地质环境施工的恶劣性，提供一种能明显提高桩基在珊瑚礁地质环境的承载能力的注浆用钢管桩。

一种适用于珊瑚礁地质的钢管桩，包括：

钢管桩本体；以及

多个压浆管路，其环设在所述钢管桩本体内壁，所述压浆管路包括沿所述钢管装本体 的轴向设置在钢管桩本体内壁上的高压软管以及覆盖在所述高压软管外且两端固定在所述钢管桩本体内壁上的角钢；

其中，所述钢管桩本体上还具有多个与所述高压软管相对设置且连通的出浆口、以及多个设置在外侧壁上的外护板，所述外护板上开设有多个所述出浆口贯通的通孔，出浆口处设置有磁封以使所述出浆口在不注浆时处于密封状态。

优选的是，其中，所述高压软管通过弯头与所述出浆口连通，所述弯头上沿注浆时浆液的流动方向设有一逆止阀。

优选的是，其中，在所述钢管桩本体内壁沿长度方向间隔设置有多个压浆管路组，多个压浆管路组的上端齐平、下端不在同一高度上，且两两压浆管路组下端的高度差为10～20m。

优选的是，其中，所述多个压浆管路组包括一个第一压浆管路组和多个第二压浆管路组，所述第一压浆管路组包括等间距分布的三个第一压浆管路，三个第一压浆管路的下端齐平且靠近所述钢管桩本体的下端，所述第二压浆管路组包括对称分布的两个第二压浆管路，两个第二压浆管路的下端齐平。

优选的是，其中，所述高压软管焊接在所述钢管桩本体内壁上。

优选的是，其中，所述外护板上至少有一个通孔与所述出浆口同轴设置。

优选的是，其中，所述角钢两端还设置有与所述钢管桩本体相连的厚钢板封头和加劲板。

本发明还有一个目的是提供一种适用于珊瑚礁地质的钢管桩的注浆方法，包括如下步骤：

1)根据桩基设计要求布置桩位，用钻具钻取桩孔，检测桩孔是否处于正常可施工状态；

2)选取长度与桩孔深度相等的钢管桩本体和多个水密性良好的高压软管，在钢管桩本体内壁上沿其轴向布置多条压浆管路，先等间隔设置三条压浆管路，且下端靠近钢管桩本体的下端，再向上依次每隔10-20m对称地设置两条压浆管路，多条压浆管路的上端平齐，每条压浆管路中的高压软管下端与一个出浆口连通，出浆口所在处的钢管桩本体外壁上固定一外护板；

3)向施工好的桩孔中内插入上述布置好压浆管路的钢管桩本体；

4)将水泥和水搅拌成浆液，过滤后开启注浆设备向高压软管中注入浆液，注浆时依照高压软管下端的高度从上至下的顺序依次向压浆管路的高压软管中注浆；

5)观察注浆压力和注浆量，当注浆压力达到设计值时，稳压5min后，完成该桩孔注浆；

6)转移至下一桩孔注浆，直至结束所有桩孔施工完毕。

优选的是，其中，所述浆液的水胶比为0.26-0.28，且注浆时，三条靠近钢管桩本体下端的压浆管路中的浆液水胶大于其他各压浆管路的水胶比。

优选的是，其中，浆液出机流动度为15-17s，60min后浆液的流动度小于25s。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)在钢管桩本体的内壁上设置多个压浆管路可以从各个方向对钢管桩注浆，且高压软管与出浆口连通，这样在注浆时通过高压软管向钢管桩本体中注浆，浆液从出浆口流出，经过外护板上的通孔流至骨架型结构的珊瑚礁地质中，填补珊瑚礁地质中的孔洞，加固珊瑚礁地质结构，使得桩基与珊瑚礁地质形成一体的稳定结构，大大加强了桩基的稳定性和承载能力；

(2)磁封搁置在钢管桩本体上的出浆口处，其目的是暂时保护出浆口，防止在下放钢管桩本体至桩孔中时出浆口被桩孔壁上泥土等堵死，而在注浆时，高压软管中的浆液通过自身的压力将磁封冲开对岩层注浆，外护板上的作用是在下放钢管桩时保护钢管桩的外壁；

(3)在注浆时，先从高压软管下端的高度较高的桩侧开始注浆，浆液从高压软管流出经过出浆口进入到上层的珊瑚礁岩层中，最后再对桩底注浆，填充钢管桩本体，即先从上到下填充珊瑚礁岩层，再对桩底注浆填充钢管桩，这样的注浆方法使得每一层岩层的孔隙都能被浆液填充，且桩基本身的断面也全部被注浆材料分布，大大提升了桩基的稳定性和承载能力；

(4)注浆时，三条靠近钢管桩本体下端的压浆管路中的浆液水胶大于其他各压浆管路的水胶比，增大桩底注浆的水胶是为了增强桩身的承载能力。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的一个横断面结构示意图；

图3为图2中A大样细节图；

图4为本发明的一个纵断面的局部结构示意图；

图5为本发明的注浆方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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。

如图1，图2，图3，所示，本发明提供一种适用于珊瑚礁地质的钢管桩，包括：

钢管桩本体1；以及

多个压浆管路2，其环设在钢管桩本体1内壁，压浆管路2包括沿钢管装本体1的轴向设置在钢管桩本体1内壁上的高压软管20以及覆盖在高压软管20外且两端固定在钢管桩本体1内壁上的角钢21；

其中，钢管桩本体1上还具有多个与高压软管20相对设置且连通的出浆口10、以及多个设置在外侧壁上的外护板11，外护板11上开设有多个与出浆口贯通的通孔110，出浆口10处设置有磁封12，磁封12通过磁性吸附在钢管桩本体1的出浆口10处以使出浆口10在不注浆时处于密封状态。

在上述技术方案中，出浆口10的直径一般值控制在1cm左右，外护板11上与出浆口10相连通的通孔110直径一般控制在6mm。在钢管桩本体1的内壁上设置多个压浆管路2可以从各个方向对钢管桩进行注浆，且高压软管20与出浆口10连通，这样在注浆时通过高压软管20向钢管桩本体1中注浆，浆液注入到钢管桩本体1的出浆口10桩侧的附近，增加钢管桩在珊瑚礁地质中的承载能力。磁封12搁置在钢管桩本体1上的出浆口10处， 其目的是暂时保护出浆口10，防止在下放钢管桩本体1至桩孔中时出浆口10被桩孔壁上泥土等堵死，而在注浆时，高压软管20中的浆液通过自身的压力将磁封冲开，浆液从出浆口10流出，经过外护板11上的通孔110流至骨架型结构的珊瑚礁地质中，填补珊瑚礁地质中的孔洞，使得桩基与珊瑚礁地质形成一体结构，大大加强了桩基的稳定性和承载能力。外护板11作用是在下放钢管桩时保护钢管桩的外壁。

在另一种技术方案中，如图4所示，高压软管20通过弯头22与出浆口10连通，弯头22上沿注浆时浆液的流动方向设有一逆止阀23，由于高压软管20底端与出浆口10所在水平线成90°，因此需要通过弯头22连接高压软管20和出浆口10，逆止阀23的设置是为了使得注浆时浆液只能沿一个方向流动，防止逆流从而造成注浆失败。

在另一种技术方案中，在钢管桩本体1内壁沿长度方向间隔设置有多个压浆管路组(图中未标出)，多个压浆管路组的上端齐平、下端不在同一高度上，且两两压浆管路组下端的高度差为10～20m，在钢管桩上设置多个压浆管路组，且每组压浆管路组的下端不在同一高度，这样可以使得每个岩层都能被浆液填充，提高了桩基的稳定性和承载能力。

进一步的，多个压浆管路组包括一个第一压浆管路组和多个第二压浆管路组(图中未标出)，第一压浆管路组包括等间距分布的三个第一压浆管路，三个第一压浆管路的下端齐平且靠近所述钢管桩本体的下端，第二压浆管路组包括对称分布的两个第二压浆管路，两个第二压浆管路的下端齐平。在上述技术方案中，即在桩底等间距布置3个压浆管路进行注浆，而在每一层的桩侧对称地布置2个压浆管路，这是由于桩底的注浆量较大，这种布置结构可以尽可能地保证桩底的断面范围内全部被注浆材料分布，保证了桩基的承载能力。

在另一种技术方案中，高压软管20焊接在钢管桩本体1内壁上，将高压软管20固定在钢管桩内壁上，防止在注浆时，高压软管发生晃动或移位，影响注浆效果。

在另一种技术方案中，外护板11上至少有一个通孔110与出浆口10同轴设置，这样的结构方便浆液从出浆口流出经过该通孔直接进入到珊瑚礁地质中。

在另一种技术方案中，角钢21两端还设置有与钢管桩本体相连的厚钢板封头210和加劲板211，这样可以提高角钢21的稳定性。

本发明还提供一种适用于珊瑚礁地质的钢管桩的注浆方法，见图5，包括如下步骤：

(1)根据桩基设计要求布置桩位，用钻具钻取桩孔，检测桩孔是否处于正常可施工 状态；

(2)选取长度与桩孔深度相等的钢管桩本体1和多个水密性良好的高压软管20，在钢管桩本体1内壁上沿其轴向布置多条压浆管路2，先等间隔设置三条压浆管路2，且三条压浆管路2下端靠近钢管桩本体1的下端，再向上依次每隔10-20m对称地设置两条压浆管路2，多条压浆管路2的上端平齐，每条压浆管路2中的高压软管20下端与一个出浆口10连通；

(3)向施工好的桩孔中内插入上述布置好压浆管路的钢管桩本体1；

(4)将水泥和水搅拌成浆液，过滤后开启注浆设备向高压软管中注入浆液，注浆时依照高压软管下端的高度从上至下的顺序依次向压浆管路的高压软管中注浆；

(5)根据桩基设计要求确定没根高压软管的注浆量，观察注浆压力和注浆量，当注浆压力达到设计值时，稳压5min后，完成该桩孔注浆；

(6)转移至下一桩孔注浆，直至结束所有桩孔施工完毕。

在上述技术方案中，根据珊瑚礁的特殊地质，布置桩孔和钻取相应深度的桩孔，且预制注浆所需的钢管桩，钢管桩本体上出浆口选取在取芯率较低的岩层上，这样在注浆时，浆液可以填充至松散砂砾屑地层中加固地下基础，注浆效果较好，桩基稳定性高。同时根据设计要求确定好桩底和每层桩侧的注浆位置，由于桩底注浆量较大，因此在钢管桩桩底等间距布置三个压浆管路，这样可以保证桩底的断面范围内尽可能全部被注浆材料分布，提高了桩基的承载能力，再每隔10-20m布置一层桩侧压浆管路，每层桩侧压浆管路包括两根对称设置的压浆管路，使得每个岩层被注浆材料分布，桩基结构稳定。在注浆时，先从高压软管下端的高度较高的桩侧开始注浆，浆液从高压软管流出经过出浆口进入到上层的珊瑚礁岩层中，最后再对桩底注浆，填充钢管桩本体，即先从上到下填充珊瑚礁岩层，再对桩底注浆填充钢管桩。这样的注浆方法使得每一层岩层的孔隙都能被浆液填充，且桩基本身的断面也全部被注浆材料分布，大大提升了桩基的稳定性和承载能力。

在另一种技术方案中，浆液的水胶比为0.26-0.28，由于珊瑚礁呈现出礁灰岩地质的性状，故以礁灰岩的注浆要求设计珊瑚礁注浆时的水胶比，且注浆时，三条靠近钢管桩本体下端的压浆管路中的混凝土浆液水胶大于其他各压浆管路的水胶比，增大桩底注浆的水胶是为了增强桩身的承载能力，桩侧的注浆则是为了填充珊瑚礁岩层的孔隙，因此各桩侧注浆浆液的水胶比一致，桩底注浆时，需增大水胶比。

在另一种技术方案中，浆液出机流动度为15-17s，60min后浆液的流动度小于25s。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。