專利名稱：一種非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于擬建場地內(nèi)淺部有較厚密實砂層，尤其是樁基設(shè)計選用持力
層在砂層以下并且對預應力管樁或預制樁施工沉樁時所涉及的一種非取土引孔預應力管 樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，可用于建設(shè)的土地資源越來越少，因此房屋建筑向高 層發(fā)展，各種高層及超高層建筑成為當前建設(shè)的主導。對于高層及超高層建筑的基礎(chǔ)工程， 基礎(chǔ)承載力的要求越來越高，建筑物沉降變形要求也越來越高。為滿足承載力及變形要求， 設(shè)計往往采用深長樁基礎(chǔ)。 預制樁及高強預應力混凝土管樁因其工廠化批量生產(chǎn)供應，具有單樁承載力高， 樁身質(zhì)量易控制保證，施工質(zhì)量易控制，施工周期短，尤其靜力壓樁工藝具有施工噪聲小的 特點，得到廣泛應用。基礎(chǔ)設(shè)計時為滿足單樁承載力的要求及建筑物變形要求，樁身往往需 穿越較厚的密實砂層后至設(shè)計的樁端持力層，但由于密實砂層的存在，設(shè)計時往往考慮砂 層內(nèi)的沉樁困難，樁基選型時采用造價昂貴、施工質(zhì)量控制相對復雜的鉆孔灌注樁(鉆孔 灌注樁系是指在工程現(xiàn)場通過機械鉆孔在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注 混凝土而做成的樁)。 在擬建場地存在較厚密實砂層時，如采用預應力管樁及預制方樁，傳統(tǒng)的施工方 法有選擇大噸位壓樁機，采用預鉆孔沉樁、內(nèi)(外)射水法沉樁，同時預應力管樁及預制方 樁施工時須考慮沉樁擠土效應和對鄰近建筑物、地下管線等的影響而采取其它輔助措施。 如蘇州三香廣場大樓工程，自上而下土層為填土 (層厚1. 00 2. 90)、粘土 (層厚0. 50 1.80)、粉質(zhì)粘土 (層厚1.00 3. 00)、粉土夾粉砂(層厚1.90 4. 50)、粉砂(層厚7. 00 9. 40)、粉質(zhì)粘土 (層厚3. 50 7. 30)、粘土 (層厚1. 50 4. 00)、粉質(zhì)粘土 (層厚1. 50 4. 00)。設(shè)計試樁采用PHC500(100)-AB型管樁，樁長25米，因場地 2層為中密 密實的 粉砂厚7. 00 9. 40米，采用YZY720型靜壓樁機施工，因壓樁力較大(6根試樁壓樁力均大 于4500KN，且有二根樁因砂層內(nèi)壓樁力達4950KN產(chǎn)生爆樁，試樁時采用樁內(nèi)射水法沉樁)， 工程樁設(shè)計考慮管樁沉樁穿砂層困難及管樁的擠土因素改為鉆孔灌注樁，單樁工程造價由 管樁3250元/根變灌注樁6360元/根，整個工程樁基316根樁造價提高約98萬元。
采用大噸位的靜力壓樁機或重錘錘擊樁機，由于工程地質(zhì)的復雜性，特別是有密 實的粉細砂地層中，沉樁過程中由于砂層本身的密實度較高，且施工過程中產(chǎn)生的擠土作 用和超孔隙水壓力作用，使壓樁過程中產(chǎn)生較大的壓樁反力，反力過大時易產(chǎn)生爆樁或斷 樁現(xiàn)象(如蘇州財富中心采用YZY720靜壓樁機施工試樁時，有三根試樁未引孔，樁端進入 砂層3米時壓樁力大于4950KN，且沉樁困難，其中一根樁當壓樁力達到5300KN時，超過樁身 承載極限，出現(xiàn)爆樁現(xiàn)象停壓)；同時采用大噸位的壓樁機對擬建場地要求較高，施工壓樁 前需對場地進行加固處理，增加工程造價另外采用重錘打樁產(chǎn)生較大的噪聲及振動影響，不適宜在房屋、人口稠密地區(qū)即城市中心施工。 采用傳統(tǒng)的引孔工藝即預鉆孔沉樁，孔徑約比樁徑(或方樁對角線)小50 100 毫米，深度視樁距和土的密實度、滲透性而定，深度宜為樁長的1/3 1/2，一般要求樁機宜 具備鉆孔沉樁雙重性能。傳統(tǒng)的取土引孔主要解決施工過程中產(chǎn)生的擠土作用和超孔隙水 壓力作用，但在密實砂層取土后成孔困難，尤其是砂層固有的特性決定了取土后不成孔的 事實，不能完全解決沉樁反力大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的技術(shù)情況，本發(fā)明的目的是提出了一種在穿越密實砂層中能提 高工程質(zhì)量、降低工程造價的非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工 藝的漿液配方，其重量比為(按土重)水泥10% 12%，水灰比0.6 0.8 ;膨潤土12% 15% ;減水劑0. 2%。 0. 24%。；緩凝劑0. 2% 。
所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。
所述緩凝劑為石膏。 本發(fā)明各成分的作用為水泥，固結(jié)硬化后使樁周攪拌的土體強度超過原土體強 度，樁周摩阻力達到甚至超過原狀土的摩阻力；膨潤土，在水介質(zhì)中能分散呈有一定的粘滯 性、觸變性和潤滑性膠體懸浮液，使沉樁時產(chǎn)生較小的壓樁反力；木質(zhì)素磺酸鈣，為減水劑， 能減少拌合用水量、提高水泥土強度；石膏，為緩凝劑，延緩水泥土凝結(jié)時間而對后期強度 無明顯影響。
本發(fā)明各成分組合后的作用為將水泥與膨潤土配制的漿液通過輸漿泵壓入土
體，經(jīng)攪拌均勻后形成具有一定流塑性漿土混合體，使沉樁時產(chǎn)生較小的壓樁反力，固結(jié)硬
化后使樁周攪拌的土體強度超過原土體強度，樁周摩阻力超過原狀土的摩阻力。
本發(fā)明所用原料來源為水泥采用蘇州南新水泥廠P. 042. 5普通硅酸鹽水泥，膨
潤土為南京湯山膨潤土廠生產(chǎn)的200目鈣質(zhì)膨潤土，減水劑采用圖們市青松木素化工廠木
質(zhì)素磺酸牽丐。 本發(fā)明漿液配方在非取土弓|孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的應用為
A.樁位測放根據(jù)設(shè)計圖測放樁位，將每根樁位用竹簽打入地下做好標志；
B.引孔施工采用S麗工法機或深層攪拌機進行機械切削攪拌，同時將以P. 042. 5 普通硅鹽酸水泥及膨潤土為主要組成成份的漿液與土體強制攪拌。在鉆機施工鉆進過程 中，供漿應保持連續(xù)均勻；引孔孔徑應比管樁樁徑大100 200毫米；同時鉆機對粘性土層 下沉或提升速度控制在1. 2 1. 5米/分，對砂性土控制在0. 8米/分以內(nèi)。
C.沉樁施工引孔機械移位，壓樁機就位，起吊管樁；沉樁即將樁插入土層，插入 土層時的垂直度偏差不得超過0. 5% ;對于長樁需采用分段施工，樁接頭之間用電焊接樁。
本工藝是在室外建筑場地進行，在常溫環(huán)境下操作。上述普通硅鹽酸水泥為 P. 042. 5及以上的合格普通硅酸鹽水泥(工藝實施例采用蘇州南新水泥廠)，膨潤土為土木 工程泥漿用膨潤土 (API標準)，本工藝實施例用膨潤土為南京湯山膨潤土廠生產(chǎn)的200目 鈣質(zhì)膨潤土。引孔機械為S麗工法機或大動力的深層攪拌機械，工藝實施例采用宜興市周 鐵鎮(zhèn)聚杰基礎(chǔ)工程機械廠生產(chǎn)的SJB-II型深層攪拌機，壓樁機工藝實施例采用吳江良工機械有限公司生產(chǎn)的YZY600靜壓樁機。工藝實施例PHC管樁(或金屬樁)為蘇州市永固
管樁制造有限公司的產(chǎn)品。 本發(fā)明的優(yōu)點 1 、在引孔施工中按一定比例加入水泥、膨潤土，利用膨潤土和水、泥或砂等的摻合 物有粘結(jié)性和可塑性；水泥作為一種固化劑，經(jīng)攪拌后與土體經(jīng)一系列的物理-化學反應， 硬結(jié)后形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的復合土體。引孔范圍內(nèi)的土體，因水泥及膨潤 土組成的漿液摻入，具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，使壓樁時的壓樁反力明顯減小， 從而解決較厚密實砂層內(nèi)的沉樁問題。 2、引孔直徑只要根據(jù)管樁直徑進行控制比管樁大100 200mm，因為砂層中如施 工樁徑較管樁小，效果同一般的取土引孔工藝，管樁壓入時由于砂層一般搖震反應明顯，擠 壓后仍有較大的超孔隙水壓力產(chǎn)生；樁徑過大，存在管樁施工時易產(chǎn)生樁身傾斜或樁位偏 差較大的質(zhì)量問題。 3、為了確保引孔施工時樁土經(jīng)切割攪拌的均勻性，只要控制施工時提升或下沉速 度，鉆機對粘性土層下沉或提升速度控制在1. 2 1. 5米/分，對砂性土控制在0. 8米/分 以內(nèi)。固化劑的控制是樁周土體在固結(jié)后的強度，確保管樁樁側(cè)摩阻力大于等于原土體提 供的摩阻力。 4、采用本發(fā)明漿液配方在非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝中進行壓 樁施工，同時可解決擠土問題；對樁基施工場地周邊存在對變形要求較高的建(構(gòu))筑物 時，施工開口管樁跟土長度達管樁的三分之二以上，可以明顯減小或不產(chǎn)生擠土效應。
5、采用本發(fā)明漿液配方在非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝中進行壓 樁施工，可以加大單樁承載力，在承載力要求不變的情況下可減小樁長，節(jié)約造價；同時還 可替代鉆孔灌注樁穿越密實砂層，降低了工程造價。
具體實施方式

實施例一 —種非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其配比為(按土
重)水泥按10%摻入，水灰比0. 65，膨潤土按12%摻入，引孔時根據(jù)工程特點加入減水劑
木質(zhì)素磺酸鈣0. 20;，緩凝劑石膏2%。該工藝使用本發(fā)明漿液配方施工后，在水泥未硬化
前，漿液為均勻的流態(tài)狀混合體，壓樁時的壓樁反力明顯減小，從而解決較厚密實砂層內(nèi)的
沉樁問題。
實施例二 —種非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其配比為(按土
重)水泥按12%摻入，水灰比0. 7，膨潤土按15%摻入；施工時為夏季，加入0. 2%。減水劑
木質(zhì)素磺酸鈣，0.2%的緩凝劑石膏，該工藝使用本發(fā)明漿液配方施工后，待漿液中的水泥
固結(jié)硬化后，經(jīng)過攪拌的樁周土顆粒與水泥顆粒結(jié)合后的強度大大超過原狀土體的強度，
同時樁周摩阻力也成倍提高，樁周土體在固結(jié)后的強度大于原土體的強度，確保管樁樁側(cè)
摩阻力滿足設(shè)計要求。
實施例三 —種非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其配比為(按土重)水泥按12%摻入，水灰比0. 65，膨潤土用不小于200目的鈣質(zhì)膨潤土，按15%摻入，減 水劑木質(zhì)素磺酸鈣按0. 24%。摻入，的緩凝劑石膏按0. 2%摻入。該工藝使用本發(fā)明漿液配 方施工后，在水泥未硬化前，漿液為均勻的流態(tài)狀混合體，此時的壓樁反力小于原狀土的壓 樁反力，待漿液中的水泥固結(jié)硬化后，經(jīng)過攪拌的樁周土體強度大大超過原狀土體的強度， 同時樁周摩阻力也成倍提高，不但使壓樁反力明顯減小，還增大了單樁承載力。
實施例四 蘇州金河雅苑在擬建場地內(nèi)主要有4幢擬建建筑物，為18 32層的高層住宅 樓，另有一層商業(yè)用房和2層會所，還設(shè)置一座大型的地下車庫，總建筑面積約106170平方 米。
場地工程地質(zhì)情況 ①素填土，以黃色素填土為主，局部夾三合土較多，因受回填及開挖影響，擬建場 地內(nèi)填土均較深，土質(zhì)不均勻。層厚O. 80 3. 80，層面標高4. 41 3. 11。
b粉質(zhì)粘土，褐黃 青色，硬塑 可塑，含氧化鐵斑點，局部夾粘土， 土質(zhì)尚均 勻。層厚2. 80 6. 90，層面標高2. 71 -0. 04。 ④c粉土，草黃色，很濕，中密，含云母屑及氧化鐵斑點，局部夾粉砂，土質(zhì)尚均勻。 層厚1. 00 3. 30，層面標高-2. 39 -4. 46。 ⑤b粉砂，灰色，飽和，中密 密實，含云母屑、石英等礦物，局部夾粉土， 土質(zhì)尚均 勻。層厚9. 90 15. 00，層面標高-4. 69 -6. 79。
bl粉土夾粉質(zhì)粘土，灰色，濕，稍密 中密，含云母屑，局部夾粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘 土呈可塑狀，土質(zhì)不均勻。層厚3. 10 24. 50，層面標高-15. 44 -20. 89。
b2粉質(zhì)粘土夾粉土，灰色，濕，軟塑 可塑，夾薄層狀粉土，局部呈粘土， 土質(zhì)不 均勻。層厚3. 00 22. 00，層面標高-20. 44 -41. 69。
b3粉土，灰色，濕，中密 密實，含云母屑、石英等礦物，局部為粉砂，夾薄層粘 性土，土質(zhì)不均勻。該層呈透鏡體狀出現(xiàn)。層厚4. 00 17. 00，層面標高-27. 67 -37. 64。
⑨al粉質(zhì)粘土夾粉土，灰色，濕，軟塑 可塑，局部夾薄層粉土，局部呈粘土， 土質(zhì) 不均勻。層厚3. 00 20. 00，層面標高-35. 34 -49. 41。 ⑨a2粉質(zhì)粘土，灰綠色，稍濕，可塑，夾少量薄層粉性土， 土質(zhì)尚均勻。層厚2. 70 11. 70，層面標高-50. 25 -57. 69 ⑨b粉砂，灰色，飽和，密實，含云母屑、石英等礦物，局部夾細砂，土質(zhì)尚均勻。層 厚3. 00 9. 40，層面標高-57. 09 -62. 33。 ⑩粉質(zhì)粘土，灰色，濕，可塑，夾少量粉性土， 土質(zhì)尚均勻。層厚6. 50 9. 30，層面 標高-64. 39 -67. 79。 (12)粉質(zhì)粘土，灰綠色，稍濕，可塑 硬塑，夾少量粉性土，土質(zhì)尚均勻。層厚 4. OO，層面標高-72. 49 -73. 76。 因場地內(nèi)土質(zhì)截面中有一層厚在9.9 15.00米的中密-密實的灰色粉砂層，其 頂板埋深黃海標高4. 69 6. 79。原設(shè)計考慮粉砂層沉樁困難，擬采用傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁為 基礎(chǔ)，工程造價約3400萬元，我公司經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計協(xié)商后采用本發(fā)明漿液配方施工，漿液 配比為(按土重)水泥11%，水灰比0.6，水灰比0.65，膨潤土 12%，減水劑木質(zhì)素磺酸鈣 0. 2%。，緩凝劑石膏0. 2%。
樁基施工完畢后，經(jīng)蘇州質(zhì)量檢測中心及南京紫金科技檢測中心分別進行靜載荷 試驗，單樁承載力特征值均滿足設(shè)計要求， 一共完成947根工程樁的施工，工程造價約為 1400萬元，節(jié)約工程造價約2000萬元。
實施例五 蘇州財富中心擬建建筑物包括1幢18層住宅樓，1幢18層辦公樓，及1幢4層 裙樓，并設(shè)有二層地下室和半地下車庫。
場地工程地質(zhì)情況 ①1雜填土 黃褐 灰褐，色雜，松散，以粘性土為主，局部地段上部含較多的碎 石、碎磚等垃圾，土質(zhì)不均，屬近代人工堆積物。層厚0. 6 2. 3m，層底標高0. 46 2. 09m。 該層壓縮性高，場地內(nèi)均有分布，工程性能差。 ①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 灰色，流塑，含腐植物和少量有機質(zhì)，夾少量碎石。該土層場 地內(nèi)均有分布，層厚0. 4 2. 8m，層底標高-1. 04 1. 07m，系高壓縮性、低強度土層，工程 性能差。 ③1粘土 黃褐色 灰黃色，硬塑，均質(zhì)致密，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，夾青灰色條紋。無搖
振反應，刀切面具油脂光澤，干強度高，韌性高。該土層場地內(nèi)均有分布，層厚1. 9 3. 8m，
層底標高-3. 14 1.93m，系中等壓縮性、中等強度土層，工程性能良好。 ③2粉質(zhì)粘土 可塑，底部粉粒含量較高呈流塑狀，含鐵錳質(zhì)斑點，局部夾灰綠色
條帶，中下部夾有薄層粉土。無搖振反應，刀切面稍有光澤，干強度中等，系中等壓縮性、中
等強度土層，工程性能中等。
1粉土 灰黃 灰色，稍密，很濕，夾較多層薄層粉質(zhì)粘土，底部夾粉砂，搖振反 應迅速，刀切面無光澤，干強度低，韌性低。該土層場地內(nèi)均有分布，厚度2. 4 4. 8m，層底 標高-9. 47 -7. 75m，系中等壓縮性、中等強度土層，工程性能中等。
2粉砂灰色，密實，飽和，偶夾薄層粉質(zhì)粘土，礦物成份以石英、長石為主，云母
次之。顆粒大小較均勻，分選性好，級配差。該土層場地內(nèi)均有分布，層厚5.0 7. 7m，層底
標高-15. 58 -14. 47m，系中低壓縮性、中等強度土層，工程性能良好。 ⑤粉質(zhì)粘土 灰色，軟塑，局部流塑，少見腐植質(zhì)及淺灰色泥質(zhì)結(jié)核，含少量貝殼碎
片，本層下部夾薄層粉土。無搖振反應，刀切面稍有光澤，干強度、韌性中等。該土層場地內(nèi)
均有分布，層厚5. 0 6. 0m，層底標高-20. 71 -19. 87m，系中等壓縮性、中等強度土層，工
程性能一般。 本工程所采用的漿液配比為(按土重)水泥12%，水灰比0. 6，膨潤土 14%，減水 劑木質(zhì)素磺酸鈣0. 2°;，緩凝劑石膏0. 2% 。 根據(jù)建筑物荷載情況，可以采用的樁型為鉆孔灌注樁和預應力管樁二種，在樁長、 樁數(shù)相同、承載力相等的情況下，按有效樁長17. 5米計算，鉆孔灌注樁單樁的造價約6800 元，預應力管樁單樁的造價約3600元。按總樁數(shù)300根計算樁基工程預應力管樁比鉆孔灌 注樁節(jié)省約96萬元。 試樁施工結(jié)束后，經(jīng)蘇州新新土木檢測有限責任公司進行靜載荷試驗，單樁承載 力極限值大于4800KN。
權(quán)利要求
一種非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，含有水泥、膨潤土、木質(zhì)素磺酸鈣、石膏，其特征是所述漿液配方(按土重)為，水泥10％～12％，膨潤土12％～15％，減水劑0.2‰～0.24‰，緩凝劑0.2％，漿液制作時水灰比0.6～0.8。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其 特征是所述減水劑為木質(zhì)素磺酸牽丐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其 特征是所述緩凝劑為石膏。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其特征是所述水泥按土重量的11%摻入量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其特征是所述膨潤土按土重量的13. 5%摻入量。
全文摘要
本發(fā)明向人們公開了一種確保工程質(zhì)量、降低工程造價的非取土引孔預應力管樁或預制方樁沉樁工藝的漿液配方，其特征在于由水泥、膨潤土、木質(zhì)素磺酸鈣、石膏按一定的配比組成(按土重)水泥10％～12％，膨潤土12％～15％，減水劑0.2‰～0.24‰，緩凝劑0.2％，漿液制作時水灰比0.6～0.8；應用膨潤土在水介質(zhì)中能分散呈有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性膠體懸浮液，使沉樁時產(chǎn)生較小的壓樁反力；隨著漿液中水泥的固結(jié)硬化，樁周攪拌的土體強度超過原土體強度，樁周摩阻力達到甚至超過原狀土的摩阻力，確保樁基承載力滿足設(shè)計要求；本發(fā)明應用于擬建場地內(nèi)淺部有較厚密實砂層，樁基持力層在砂層以下，對預應力管樁或預制樁施工需沉樁時。
文檔編號C04B28/00GK101704649SQ200910212689
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者周建明 申請人:蘇州市能工基礎(chǔ)工程有限責任公司