本發(fā)明屬于巖土工程中地基處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可排水異形截面竹節(jié)管樁及其根植式施工方法。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)樁基主要為灌注樁和預(yù)制樁兩種，兩種樁都存在一定的不足。灌注樁采用泥漿護(hù)壁，存在側(cè)摩阻力下降、樁端沉渣和泥漿排放污染等缺點(diǎn)，而預(yù)制管樁則存在側(cè)摩阻力發(fā)揮不足、易脆性破壞、施工中擠土嚴(yán)重和噪聲大等缺點(diǎn)。預(yù)制管樁多采用“錘擊法”和“靜壓法”，這兩種技術(shù)存在擠土嚴(yán)重、易損傷樁身等缺陷。

公開號(hào)為CN103556555A的中國專利公開了一種加固路堤軟基的釘形鉆孔樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)及其施工方法，本專利在出現(xiàn)病害的公路軟基中設(shè)置釘形鉆孔樁，與樁間土形成復(fù)合地基。每個(gè)樁孔從路堤穿過硬殼層、軟土層貫穿至硬土層，樁孔從路堤下端開始向下的一定深度直徑比上下直徑大。以地平面為分界線，分界線以上樁孔內(nèi)為中粗砂,分界線以下樁孔內(nèi)為凝固的水泥漿或水泥砂漿。該發(fā)明能增強(qiáng)路基穩(wěn)定性、減少路基沉降，但是該釘形鉆孔樁屬于鉆孔灌注樁，采用泥漿護(hù)壁，會(huì)產(chǎn)生樁側(cè)摩阻力下降、樁端沉渣和泥漿排放污染等缺點(diǎn)。

楊淼、張忠苗、劉念武、施茂飛和張日紅應(yīng)用ABAQUS有限元軟件對(duì)新型螺旋成孔根植注漿竹節(jié)管樁進(jìn)行抗壓數(shù)值模擬，分析結(jié)果表明樁身竹節(jié)處存在2～3倍樁徑的應(yīng)力影響范圍，并且存在1.6～1.8倍樁徑的空殼區(qū)，竹節(jié)極限承載力從上到下排列線性增長(除第1節(jié)和最后一節(jié))。結(jié)果還表明，竹節(jié)間距、水泥土厚度、樁側(cè)土彈性模量以及樁端土彈性模量都對(duì)組合樁極限承載力有影響，而水泥土彈性模量的影響則可忽略(參考文獻(xiàn)：楊淼、張忠苗、劉念武、施茂飛.新型螺旋成孔根植注漿竹節(jié)管樁抗壓性狀數(shù)值模擬研究[J].巖土力學(xué)，2013,34(7):2119-2126)。但是該文獻(xiàn)介紹的竹節(jié)管樁截面均為圓形，樁側(cè)摩阻力較小。

工程技術(shù)人員先后研發(fā)了預(yù)制管樁的“靜鉆根植”技術(shù)。“靜鉆根植”法可以減少排土量，還可有效降低施工噪音，同時(shí)具備施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。

在現(xiàn)有地基處理技術(shù)中，尚未有效集成與融合“靜鉆成孔”、“擴(kuò)底注漿”、“深層攪拌”和“根植樁身”等多項(xiàng)成熟技術(shù)并形成一種新型的樁基施工方法。此外，工程中常用的竹節(jié)管樁優(yōu)勢在于可大幅提高軟土地基的承載力，而其缺陷則為不能起到加速軟土排水固結(jié)的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種可排水異形截面竹節(jié)管樁及其根植式施工方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

一種可排水異形截面竹節(jié)管樁，竹節(jié)管樁內(nèi)部具有空腔，且竹節(jié)管樁沿軸向從上到下依次包括頂部、中間部和底部，所述頂部和底部的橫截面均呈圓環(huán)狀；中間部包括若干節(jié)管樁段，相鄰兩節(jié)管樁段之間設(shè)有竹節(jié)，所述竹節(jié)的橫截面形狀為圓環(huán)狀；所述管樁段的橫截面形狀呈齒輪狀，所述齒輪的外輪廓線條包括若干個(gè)向內(nèi)凹陷的圓弧段和若干個(gè)直線段，所述圓弧段和所述直線段交替分布，所述直線段和所述圓弧段首尾相連，且所述圓弧段向管樁段的中心凹陷。

進(jìn)一步，所述齒輪的外輪廓線條包括6個(gè)圓弧段和6個(gè)直線段，且每個(gè)圓弧段的圓心角為120°。

進(jìn)一步，所述頂部的橫截面外徑大于管樁段的橫截面外徑。

進(jìn)一步，所述竹節(jié)的橫截面外徑比管樁段的橫截面外徑長5-10mm。

進(jìn)一步，所述空腔的橫截面形狀為圓形。

本發(fā)明所述的一種可排水異形截面竹節(jié)管樁的根植式施工方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)制

根據(jù)安裝部位的具體需求預(yù)制若干節(jié)所述竹節(jié)管樁；

(2)靜鉆成孔

1)樁機(jī)選擇

在施工前，依據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、沉樁深度和樁徑，選擇合適的單軸鉆機(jī)和樁架類型；

2)樁機(jī)就位

將選好的單軸鉆機(jī)的鉆頭定位于所述竹節(jié)管樁設(shè)計(jì)的樁位中心安裝位置，使用定位檢測尺確認(rèn)單軸鉆機(jī)的鉆頭是否定位于竹節(jié)管樁樁心平面位置，用互成90°的2臺(tái)經(jīng)緯儀對(duì)單軸鉆機(jī)的鉆桿進(jìn)行垂直度監(jiān)測和校正，確保鉆桿的垂直度偏差在許可范圍內(nèi)；

3)鉆孔

啟動(dòng)單軸鉆機(jī)，攪拌機(jī)帶動(dòng)鉆桿沿導(dǎo)向架向下切土鉆孔，且在鉆頭鉆孔過程中，根據(jù)地質(zhì)情況噴水或膨潤土和水的混合液，利用帶有攪拌葉的鉆桿一邊鉆孔一邊對(duì)鉆孔進(jìn)行修整及護(hù)壁，鉆孔直徑為D_min；

前一根鉆桿鉆入地下后接入下一根鉆桿，直至鉆入深度達(dá)到鉆孔的設(shè)計(jì)深度；之后，上下反復(fù)提升和下降鉆桿進(jìn)行樁孔的修整；

鉆頭達(dá)到持力層部位附近時(shí)，鉆進(jìn)速度應(yīng)盡量保持一致，結(jié)合單軸鉆機(jī)檢測到的鉆機(jī)的實(shí)時(shí)電流負(fù)荷變化情況和地勘報(bào)告柱狀圖，來判斷鉆頭是否進(jìn)入或到達(dá)持力層；

(3)擴(kuò)底施工

樁孔修整完成后，打開鉆頭部位擴(kuò)大翼，根據(jù)地質(zhì)情況分次擴(kuò)孔，擴(kuò)孔直徑為D_max，擴(kuò)孔深度為h1；擴(kuò)底完成后，鉆桿應(yīng)上下反復(fù)升降2～4次，保證樁端土體分散均勻；

(4)深攪注漿

擴(kuò)孔完成后，注入樁端水泥漿，注漿時(shí)上下升降鉆機(jī)并反復(fù)攪拌，保證樁端水泥漿均勻；

樁端水泥漿液噴送完成后，收攏擴(kuò)大翼并開始拔出鉆桿，在拔鉆桿的同時(shí)，注入樁周水泥漿，并進(jìn)行反復(fù)攪拌，直到將鉆桿全部拔出；

鉆桿上設(shè)置有螺旋推進(jìn)翼與攪拌翼，隨著鉆進(jìn)和攪拌的反復(fù)進(jìn)行，樁端水泥漿和樁周水泥漿與周圍軟土可得到充分?jǐn)嚢瑁?/p>

(5)根植樁身

1)根植樁身

在樁端水泥漿注入2h后立即開始植樁，用吊機(jī)將預(yù)制好的所述竹節(jié)管樁移到樁孔位置，使用定位檢測尺對(duì)樁身進(jìn)行定位，偏差不得超過30mm，同時(shí)，用2臺(tái)經(jīng)緯儀互成90°對(duì)竹節(jié)管樁進(jìn)行檢測，垂直度偏差不大于0.5％，然后一節(jié)一節(jié)植入所述的竹節(jié)管樁；

2)機(jī)械接樁

上下相鄰的兩個(gè)竹節(jié)管樁通過法蘭盤和螺栓連接，并在連接時(shí)配合人工檢查，以確保連接質(zhì)量；為了操作方便，在竹節(jié)管樁的樁頭高出地面0.5m以上時(shí)進(jìn)行連接操作；

3)回旋送樁

在最上一節(jié)竹節(jié)管樁的沉樁過程中，當(dāng)最上一節(jié)竹節(jié)管樁的樁頂距地面1.5m～2m的深度時(shí)，用定位檢測尺對(duì)最上一節(jié)竹節(jié)管樁進(jìn)行固定、校正，然后使用鉆機(jī)對(duì)最上一節(jié)竹節(jié)管樁進(jìn)行回旋送樁，直至將最上一節(jié)竹節(jié)管樁送至最上一節(jié)竹節(jié)管樁的設(shè)計(jì)深度；

(6)樁孔間隙投放碎石

為了填補(bǔ)竹節(jié)管樁與樁孔間的間隙，在竹節(jié)管樁植樁完成后，以及水泥漿完全固化前，立即向所述間隙內(nèi)投放碎石，并采用振搗設(shè)備反復(fù)插實(shí)形成碎石圍護(hù)層，由碎石圍護(hù)層構(gòu)造軟土地基固結(jié)排水通道，碎石圍護(hù)層與竹節(jié)管樁形成復(fù)合樁結(jié)構(gòu)，既利于提高樁基承載力，又利于軟土地基固結(jié)排水；

(7)安裝樁帽

在達(dá)到樁帽底部標(biāo)高時(shí)，先安放并綁扎樁帽連接鋼筋，然后澆注樁帽混凝土；

(8)成樁檢測

在成樁后7～28天進(jìn)行質(zhì)量檢測試驗(yàn)，包括開挖檢測、鉆孔檢測和載荷試驗(yàn)。

進(jìn)一步，所投碎石是天然碎石、建筑垃圾再生骨料和工業(yè)廢渣。

進(jìn)一步，步驟(6)中所述的振搗設(shè)備為振沖器。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

(1)加固優(yōu)勢顯著。本發(fā)明所述可排水異形截面竹節(jié)管樁，竹節(jié)管樁外圍圍護(hù)層可加速軟土地基排水固結(jié)；而竹節(jié)管樁因截面呈齒輪狀，可大幅提高單樁承載力。此外，該樁樁身尺寸可調(diào)，能滿足不同類型地基承載力設(shè)計(jì)要求，具有加固范圍廣、效果顯著和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

(2)成本低效益高。本發(fā)明所述可排水異形截面竹節(jié)管樁，因其具有中空的齒輪截面，從而有效減少了樁身斷面尺寸，可大量節(jié)省混凝土用量；還可充分利用建筑垃圾再生骨料、工業(yè)廢渣等散體材料填充竹節(jié)管樁與樁孔間的間隙，從而減少天然建材消耗和建筑垃圾等廢棄物堆填所占土地面積，可節(jié)約建材成本并保護(hù)生態(tài)環(huán)境，由此產(chǎn)生較為顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。

(3)本發(fā)明所述的竹節(jié)管樁的根植式施工方法集成靜鉆成孔、擴(kuò)底注漿和根植樁身等多項(xiàng)技術(shù)，充分發(fā)揮和協(xié)調(diào)各項(xiàng)簡單工藝的技術(shù)優(yōu)勢。單樁抗壓承載力高，樁身混凝土強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，抗拔性能得到大幅提高(可用環(huán)向鎖緊卡箍機(jī)械連接)。樁身(尤其接頭)受樁管內(nèi)外水泥土保護(hù)，長期耐久性可靠。靜鉆根植工法可以減少排土量，還可有效降低施工噪音，同時(shí)具備施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。較之灌注樁，工廠化規(guī)模生產(chǎn)，不會(huì)出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，樁底無沉渣，確保端阻力滿足設(shè)計(jì)要求，具有無振動(dòng)、低噪聲和泥漿排放少等優(yōu)點(diǎn)。

(4)本發(fā)明所述的竹節(jié)管樁的根植式施工方法集成了靜鉆成孔、擴(kuò)底注漿和根植樁身等多項(xiàng)技術(shù)，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了較高的機(jī)械化施工效率，從而縮短了施工周期，節(jié)約勞動(dòng)力和工程投資等，一定程度上節(jié)省了人力和物力資源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是管樁段橫截面形狀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，一種可排水異形截面竹節(jié)管樁，竹節(jié)管樁內(nèi)部具有空腔，且竹節(jié)管樁沿軸向從上到下依次包括頂部1、中間部2和底部3，所述頂部1和底部3的橫截面均呈圓環(huán)狀；中間部2包括若干節(jié)管樁段21，相鄰兩節(jié)管樁段21之間設(shè)有竹節(jié)22，所述竹節(jié)22的橫截面形狀為圓環(huán)狀；所述管樁段21的橫截面形狀呈齒輪狀，所述齒輪的外輪廓線條包括若干個(gè)向內(nèi)凹陷的圓弧段211和若干個(gè)直線段212，所述圓弧段211和所述直線段212交替分布，所述直線段212和所述圓弧段211首尾相連，且所述圓弧段211向管樁段21的中心凹陷。

所述齒輪的外輪廓線條包括6個(gè)圓弧段211和6個(gè)直線段212，且每個(gè)所述圓弧段211的圓心角a為120°，直線段212的長度為開弧間距b。

所述頂部1的橫截面外徑大于管樁段21的橫截面外徑c，所述管樁段21的橫截面外徑c指的是管樁段21的橫截面的外接圓的直徑。

所述竹節(jié)22的橫截面外徑d比管樁段21的橫截面外徑c長5-10mm。

所述空腔的橫截面形狀為圓形。

所述的竹節(jié)管樁的根植式施工方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)制

根據(jù)安裝部位的具體需求預(yù)制若干節(jié)所述竹節(jié)管樁；

(2)靜鉆成孔

1)樁機(jī)選擇

在施工前，依據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、沉樁深度和樁徑，選擇合適的單軸鉆機(jī)和樁架類型；

2)樁機(jī)就位

將選好的單軸鉆機(jī)的鉆頭定位于所述竹節(jié)管樁設(shè)計(jì)的樁位中心安裝位置，使用定位檢測尺確認(rèn)單軸鉆機(jī)的鉆頭是否定位于竹節(jié)管樁樁心平面位置，用互成90°的2臺(tái)經(jīng)緯儀對(duì)單軸鉆機(jī)的鉆桿進(jìn)行垂直度監(jiān)測和校正，確保鉆桿的垂直度偏差在許可范圍內(nèi)；

3)鉆孔

啟動(dòng)單軸鉆機(jī)，攪拌機(jī)帶動(dòng)鉆桿沿導(dǎo)向架向下切土鉆孔，且在鉆頭鉆孔過程中，根據(jù)地質(zhì)情況噴水或膨潤土和水的混合液，利用帶有攪拌葉的鉆桿一邊鉆孔一邊對(duì)鉆孔進(jìn)行修整及護(hù)壁，鉆孔直徑為D_min；

上一根鉆桿鉆入地下后接入下一根鉆桿，直至鉆入深度達(dá)到鉆孔的設(shè)計(jì)深度；之后，上下反復(fù)提升和下降鉆桿進(jìn)行樁孔的修整；

鉆頭達(dá)到持力層部位附近時(shí)，鉆進(jìn)速度應(yīng)盡量保持一致，結(jié)合單軸鉆機(jī)檢測到的鉆機(jī)的實(shí)時(shí)電流負(fù)荷變化情況和地勘報(bào)告柱狀圖，來判斷鉆頭是否進(jìn)入或到達(dá)持力層；

(3)擴(kuò)底施工

樁孔修整完成后，打開鉆頭部位擴(kuò)大翼，根據(jù)地質(zhì)情況分次擴(kuò)孔，擴(kuò)孔直徑為D_max，擴(kuò)孔深度為h1；擴(kuò)底完成后，鉆桿應(yīng)上下反復(fù)升降2～4次，保證樁端土體分散均勻；

(4)深攪注漿

擴(kuò)孔完成后，注入樁端水泥漿，注漿時(shí)上下升降鉆機(jī)并反復(fù)攪拌，保證樁端水泥漿均勻；

樁端水泥漿液噴送完成后，收攏擴(kuò)大翼并開始拔出鉆桿，在拔鉆桿的同時(shí)，注入樁周水泥漿，并進(jìn)行反復(fù)攪拌，直到將鉆桿全部拔出；

鉆桿上設(shè)置有螺旋推進(jìn)翼與攪拌翼，隨著鉆進(jìn)和攪拌的反復(fù)進(jìn)行，樁端水泥漿和樁周水泥漿與周圍軟土可得到充分?jǐn)嚢瑁?/p>

(5)根植樁身

1)根植樁身

在樁端水泥漿注入2h后立即開始植樁，用吊機(jī)將預(yù)制好的所述竹節(jié)管樁移到樁孔位置，使用定位檢測尺對(duì)樁身進(jìn)行定位，偏差不得超過30mm，同時(shí)，用2臺(tái)經(jīng)緯儀互成90°對(duì)竹節(jié)管樁進(jìn)行檢測，垂直度偏差不大于0.5％，然后一節(jié)一節(jié)植入所述的竹節(jié)管樁；

2)機(jī)械接樁

上下相鄰的兩個(gè)竹節(jié)管樁通過法蘭盤和螺栓連接，并在連接時(shí)配合人工檢查，以確保連接質(zhì)量；為了操作方便，在竹節(jié)管樁的樁頭高出地面0.5m以上時(shí)進(jìn)行連接操作；

3)回旋送樁

在最上一節(jié)竹節(jié)管樁的沉樁過程中，當(dāng)最上一節(jié)竹節(jié)管樁的樁頂距地面1.5m～2m的深度時(shí)，用定位檢測尺對(duì)最上一節(jié)竹節(jié)管樁進(jìn)行固定、校正，然后使用鉆機(jī)對(duì)最上一節(jié)竹節(jié)管樁進(jìn)行回旋送樁，直至將最上一節(jié)竹節(jié)管樁送至最上一節(jié)竹節(jié)管樁的設(shè)計(jì)深度；

(6)樁孔間隙投放碎石

為了填補(bǔ)竹節(jié)管樁與樁孔間的間隙，在竹節(jié)管樁植樁完成后，以及水泥漿完全固化前，立即向所述間隙內(nèi)投放碎石5，并采用振搗設(shè)備反復(fù)插實(shí)形成碎石圍護(hù)層，由碎石圍護(hù)層構(gòu)造軟土地基固結(jié)排水通道，碎石圍護(hù)層與竹節(jié)管樁形成復(fù)合樁結(jié)構(gòu)，既利于提高樁基承載力，又利于軟土地基固結(jié)排水；

(7)安裝樁帽

在達(dá)到樁帽底部標(biāo)高時(shí)，先安放并綁扎樁帽連接鋼筋，然后澆注樁帽混凝土；

(8)成樁檢測

在成樁后7～28天進(jìn)行質(zhì)量檢測試驗(yàn)，包括開挖檢測、鉆孔檢測和載荷試驗(yàn)。

進(jìn)一步，所投碎石5是天然碎石、建筑垃圾再生骨料和工業(yè)廢渣。

進(jìn)一步，步驟(6)中所述的振搗設(shè)備為振沖器。

圖1中常規(guī)預(yù)制樁4與本發(fā)明所述的竹節(jié)管樁的頂部1通過法蘭盤和螺栓固定連接。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。