專利名稱：預旋噴輔助沉樁工法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種地基處理施工方法，特別是一種在預制樁基工程施工中沉樁困難時，所采用的預旋噴輔助沉樁工法。
背景技術：
在預制樁基工程施工中，普遍采用錘擊沉樁法、靜壓沉樁法沉樁。在地質條件復雜的地區(qū)，特別是要穿透堅硬土夾層、粉質土、沙層、卵石層的樁(其中有鋼筋砼預制方樁，PHC預應力管樁，鋼管樁等)，無論是錘擊沉樁法還是靜壓沉樁法，沉樁時都很困難，尤其是近年來設計樁徑越來越大，沉樁設備也隨之越來越龐大。
用錘擊沉樁法沉樁，如果遇到沉樁阻力大，主要表現(xiàn)在錘擊次數多，打樁錘反彈力大，增加了沖擊力，使樁體受損。同時也縮短打樁錘使用期，甚至損壞打樁錘。有的樁在沉樁過程中錘擊總數已超過JGJ94-94《建筑樁基技術規(guī)范》規(guī)定，有的樁已達到或超過《規(guī)范》規(guī)定的貫入度而無法再沉樁。
用靜壓沉樁法沉樁往往由于靜壓樁機的壓力遠遠小于沉樁阻力，下壓力不夠使的沉樁時穿不過地下堅硬阻力層，沉樁不到位。如在太原鋼鐵集團150萬噸不銹鋼項目樁基工程試樁過程中采用了YZY500T靜壓樁機試樁；PHC600管樁在太鋼不銹鋼區(qū)沉樁中穿過地層第3～4層的沙層與進入第7層密實中沙層時的樁阻力在9000KN以上，而靜壓機下壓力最大才5000KN，顯然下壓力是不夠大的。目前我國國內最大的靜壓機的最大下壓力為6000KN-8000KN，由于靜壓機的拼裝、運輸、下壓力及工作效率遠不如柴油打樁錘，所以普及率不高。
為了解決上述預制樁基工程施工中沉樁困難問題，傳統(tǒng)的輔助沉樁法有預鉆孔輔助沉樁法、沖水輔助沉樁法。這兩種輔助沉樁法雖然對沉樁有效果，但是存在以下問題(1)施工費用高，工序復雜。(2)影響沉樁的施工進度。(3)降低樁的側向摩擦力，影響樁的承載能力。
預鉆孔輔助沉樁法是在預制樁沉樁之前在樁位點用螺旋鉆機鉆孔排土后再進行沉樁的工藝。由于減少了地下土層對預制樁沉樁時的擠壓力，所以能使樁沉到設計標高要求。目前大多數使用長螺旋鉆機鉆孔；螺旋鉆機設備復雜，鉆出的泥土需外運，施工費用增大15％～25％。由于排土成孔的原因，使沉樁后樁側摩擦阻力顯著下降；施工時排、運土時間長，不能形成流水作業(yè)工序，影響沉樁的施工進度。
沖水輔助沉樁法的基本原理是在樁尖處設置沖射管噴出高壓水來沖刷樁尖處的土體以破壞土的結構，并使泥土沿樁上涌從而減小了樁尖處的土體阻力和樁表面與地基土體間的摩擦阻力，使樁在錘擊、振動、靜壓等作用下沉入土中。沖水輔助沉樁法施工時所用的射水沉樁設備是有高壓水泵、壓力管、橡皮軟管、射水管及噴嘴等組成射水系統(tǒng)。
射水沉樁可分為內沖內排、內沖外排、外沖外排等施工方法。
(1)內沖內排法將射水管安置在空心樁的中心，噴嘴不露出樁尖、位于樁身內1m左右處，并通入壓縮空氣輔助向上排除泥渣漿。
(2)內沖外排法將射水管安置在空心樁的中心，噴嘴伸出20cm～30cm，沖水攪亂的泥渣漿將沿著樁周外壁向上排出。
(3)外沖外排法將兩根以上的射水管對稱地設置于樁側面，有時也可預埋在樁內，噴嘴宜超過樁尖約20cm，泥渣漿將沿著樁周外壁向上排出。此法操作對樁周土破壞較大，樁在下沉時易發(fā)生偏斜。由于樁周和樁尖處的土體排出使沉樁后樁側摩擦阻力顯著下降，嚴重降低樁的承載力。且施工工序復雜，消耗大量的水，產生泥漿污染公害，只宜在特殊條件下使用。
以上兩種輔助沉樁法均是利用排土來降低沉樁阻力，而且都是從自然地平面開始自上而下取土，不能夠有選擇地在地下某阻力層取土。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是在預制樁基工程施工過程中，在地質條件復雜的地區(qū)，特別是要穿透沉樁阻力層的地下粉土層、砂層、卵石層，無論是錘擊沉樁法還是靜壓沉樁法，沉樁時貫入難的問題，其目的是降低沉樁阻力、提高沉樁速度、保護樁體，并在沉樁后又能增加樁側向摩擦阻力，由此而提供一種在地下阻力層區(qū)域內的預旋噴輔助沉樁工法。
本發(fā)明基于上述存在的問題和所要實現(xiàn)的目的。所采取的技術實施方案是在預制樁沉樁前，確定地下旋噴標高及旋噴厚度，并在沉樁樁點上用旋噴鉆機鉆至沉樁阻力層，然后用高壓注漿泵將漿液通過鉆桿端頭的噴嘴，以噴射壓力為30Mpa以上的高壓水平射流噴入沉樁阻力層，同時鉆桿以15～30r/min旋轉，以15～30cm/min提升速度，對地下沉樁阻力層進行旋噴擾動，然后用沉樁設備進行沉樁。
其中所述的確定地下旋噴標高及旋噴厚度是沉樁前地質勘探或是沉樁前試樁或是旋噴鉆機鉆入地層時鉆桿進尺速度快慢確定的地下旋噴標高及旋噴厚度；所述的沉樁阻力層是沉樁難以穿透的地下粉土層、砂層、卵石層；所述的漿液是水或膨潤土漿或水泥漿。
在上述方法的施工過程中注意以下要點
(1)旋噴數個樁點后，馬上進行沉樁，旋噴漿液為膨潤土漿或水時，旋噴后沉樁時間最好不要超過24小時。旋噴漿液為水泥漿液時，旋噴后沉樁時間應當小于水泥漿的初凝期，也可在水泥漿液中添加緩凝劑，以延長沉樁時間。
(2)施工機具旋噴地基單管法施工所用的機具或其它地質勘探鉆機設備均可。
(3)旋噴漿液比為水與膨潤土比或水與水泥的比為1∶1。
(4)噴漿量為Q＝d2/4×Л×h×25％Q——噴漿量d——沉樁直徑Л——3.14h——噴射厚度(5)不同旋噴設備可根據以下公式計算未知量V＝H/Q×qV——旋噴管提升速度(m/min)H——旋噴厚度(m)Q——噴漿量(L)q——泵的排漿量(L/min)本發(fā)明通過實施上述技術方案的優(yōu)點與積極效果是在預制樁沉樁時難以穿透的地下阻力層區(qū)域內，利用旋噴鉆機設備將漿液(如水、膨潤土、水泥漿等介質)旋噴至此后，再進行沉樁，使難以沉樁的地下區(qū)域土質增加流動性與潤滑性，從而達到了順利沉樁的目的；其機理是借高壓漿液的水平射流不斷切削地層土質并與切削物混合，對地下土質進行局部擾動，增加土質流動性與潤滑性，沉樁時具有流動性與潤滑性的土質或被擠壓側移，或被上擠或被下推下拖，使土體抗剪切強度顯著降低，減少沉樁阻力。沉樁后由于樁體對土質的擠壓，所旋噴漿液中的水份同土質中的孔隙水慢慢消散，在樁體表面形成一種粘結物，使沙土、碎石類土層增加了粘聚性、從而使得樁體側向摩擦阻力提高。
本發(fā)明預旋噴輔助沉樁工法沉樁與未旋噴錘擊沉樁比較如下，在同一地質條件下，使用同一種型號的沉樁設備沉樁，選同一型號的1號樁和2號樁進行試驗比較，1號樁不進行預旋噴沉樁，2號樁在地下阻力層實施預旋噴輔助沉樁工法，對兩套樁沉樁過程的指標進行實驗對比，并對沉樁后的兩套樁進行荷載試驗，測定樁的承載能力等有關指標，最后對比荷載試驗結果如下一.與沉樁過程中錘擊數的試驗對比1號樁沉樁過程錘擊數試驗見附表1(未進行預旋噴)2號樁沉樁過程錘擊數試驗見附表2(進行預旋噴)由以上1號樁和2號樁沉樁過程錘擊數試驗表可以看出，沉樁到旋噴區(qū)時錘擊數比未旋噴時錘擊數明顯減少約1/2。而且在沉樁過程中，樁進入地下1～9米的錘擊數1號樁與2號樁基本一致，1號樁沉到9米以下時每米沉樁錘擊數增多，等沉到22米時每米沉樁錘擊數急劇提高，貫入度增大。2號樁沉到9米以下也就是到達預旋噴區(qū)域后每米沉樁錘擊數沒有明顯增多，直到23米時每米沉樁錘擊數才陡然上升。
二.與靜載荷的試驗對比沉樁15日后再進行試樁。對1號樁(未旋噴)和2號樁(旋噴)現(xiàn)場試驗確定單樁的軸向受壓承載力。荷載作用于樁頂，樁將產生位移(沉降)，可得到每根試樁的Q-s曲線(略)。本次試驗加載方式為快速維持荷載法，每隔一小時加一級荷載，每級加載為1000KM。
以下是兩樁靜荷載試驗結果匯總表。
1.靜荷載試驗結果匯總表(預旋噴后沉樁)見附表32.靜荷載試驗結果匯總表(旋噴后沉樁)見附表4由以上1號樁和2號樁兩樁靜荷載試驗結果匯總表沉降數據表明，采用預旋噴輔助沉樁工法所沉的樁與未采用預旋噴輔助沉樁工法所沉的樁，靜荷載結果基本一樣，每級荷載增量下的沉降數基本一致，沒有因采用預旋噴輔助沉樁工法而使單樁載荷受到影響。
三.與預鉆孔輔助沉樁法、沖水輔助沉樁法對比本發(fā)明預旋噴輔助沉樁工法與現(xiàn)有預鉆孔輔助沉樁法、沖水輔助沉樁法對比，后兩種輔助沉樁法雖然對沉樁有效果，但是施工費用高，工序復雜，而且影響沉樁的施工進度，降低成樁后的側向摩擦力，降低樁的承載能力。尤其是沖水輔助沉樁法對樁周土破壞較大，樁在下沉時易發(fā)生偏斜。且施工時消耗大量的水，產生泥漿污染公害，只宜在特殊條件下使用。本發(fā)明預旋噴輔助沉樁工法避免了從自然地平開始自上而下取土，降低了沉樁阻力，提高了沉樁速度及保護了樁體，成樁后增加了樁側向摩擦阻力。


圖1是旋噴鉆機穿透沉樁阻力層鉆至預定深度示意2是高壓注漿泵把漿液通過鉆桿端頭噴嘴，以高壓水平噴入土層示意3是沉樁時樁體進入被旋噴的土質中的示意4是預選噴沉樁工藝流程圖中1旋噴鉆機 2是鉆機鉆桿 3是高壓聯(lián)接管 4是高壓注漿泵 5是地下預旋噴區(qū)域 6為預制樁附表1

附表2

附表3靜荷載試驗結果匯總表(預旋噴后沉樁)

附表4靜荷載試驗結果匯總表(未旋噴沉樁)

具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作出進一步的詳細說明一.山西省太鋼廠區(qū)沉樁場地。
二.采用PHC600混凝土管樁12m+12m，兩節(jié)總長24m。
三.對場地進行地質勘探來確定地下區(qū)域旋噴標高及旋噴厚度根據勘察結果，場地地表主要分布有人工填土(Qml)，其下為第四系中積層(Qal)粉土，粉質粘土，細砂，中砂。地層巖性主要特征見下表。

分層編號(3)-1細砂層標貫擊數最大值35擊。分層編號(6)中砂層標貫擊數最大值50擊，屬于密實層，鉆孔深26.5M。
四.根據地質勘探報告制定出旋噴地下區(qū)域標高及旋噴厚度，以穿透阻力層為宜。也可根據旋噴鉆機鉆孔時鉆桿進尺速度快慢的經驗確定旋噴的地下區(qū)域標高及旋噴厚度。本次實施確定地下區(qū)域為地質勘探分層編號(3)-1至(4)間自然地平9.4米下的細砂層與粉質粘土層，旋噴厚度4米。確定沉樁樁點，利用旋噴鉆機鉆至自然地平9.4+4米處，然后用高壓泵把漿液通過鉆桿端頭的旋噴鉆頭，以高壓水平噴入土層，噴嘴在噴射漿液時，一面緩慢旋轉(20r/min)，一面徐徐提升(為25cm/min)，借高壓漿液的水平射流不斷切削土層并與切削下來的土充分混合，對地下土質進行局部擾動。旋噴厚度達到4米時停止旋噴，并提鉆出地面。旋噴完畢旋噴鉆機撤走。
本次實施采用AF-700型工程鉆機、700型羅馬高壓注漿泵，4米噴漿量200公斤，旋噴漿液為膨潤土漿，水與膨潤土比為1∶1。如果用水泥漿時，水與水泥比仍為1∶1，也可用水直接處理。
五.預旋噴后沉樁過程(選用錘擊沉樁法)施工機具的準備選擇沉樁機械打樁主機為DH508型，打樁柴油錘D80沉樁沉樁前，應根據樁長在樁身上劃出以米為單位的長度標記，并按從下至上的順序標明樁的長度，以便觀察樁入土深度及記錄每米沉樁錘擊數作為記錄。
樁機進場安裝調試后移至起點位置處就位，利用導桿垂直儀，使導桿調至初步垂直，而后進行第一節(jié)樁起吊，且對準地面已放好的樁位，使樁尖緩緩地插入土中30～50cm，并處于穩(wěn)定狀況，然后用兩臺經緯儀進行雙向垂直校正，直至樁身垂直度符合要求(注樁端入土3m后不得校正垂直度，若發(fā)現(xiàn)有偏差，應起拔回填后重新插入)，將錘油門調整為中檔，啟動樁錘進行錘擊；在沉樁過程中，必須始終保持樁錘、樁帽、樁身中心三者在同一垂直線上，不得偏心錘擊，施工過程要求連續(xù)，中途不得停錘，樁沉到樁頂離自然地平+100mm即可。
權利要求
1.一種預旋噴輔助沉樁工法，其特征在于該方法是在預制樁沉樁前，確定地下旋噴標高及旋噴厚度，并在沉樁樁點上用旋噴鉆機鉆至沉樁阻力層，然后用高壓注漿泵將漿液通過鉆桿端頭的噴嘴，以噴射壓力為50Mpa以下的高壓水平射流噴入沉樁阻力層，同時鉆桿以15～30r/min旋轉，以15～30cm/min提升速度，對地下沉樁阻力層進行旋噴擾動，然后用沉樁設備進行沉樁。
2.根據權利要求1所述的預旋噴輔助沉樁工法，其特征在于所述的確定地下旋噴標高及旋噴厚度是沉樁前地質勘探或是試樁或是旋噴鉆機鉆孔時鉆桿進尺速度快慢確定的地下旋噴標高及旋噴厚度。
3.根據權利要求1所述的預旋噴輔助沉樁工法，其特征在于所述的沉樁阻力層是沉樁難以穿透的地下粉土層、砂層、卵石層。
4.根據權利要求1所述的預旋噴輔助沉樁工法，其特征在于所述的漿液是水或膨潤土漿或水泥漿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預旋噴輔助沉樁工法，該方法是在預沉樁前，確定地下旋噴標高及旋噴厚度，并在沉樁點上用旋噴鉆機鉆至沉樁阻力層，然后用高壓注漿泵將漿液通過鉆桿端頭的噴嘴，以噴射壓力為30MPa以上的高壓水平射流噴入沉樁阻力層，同時鉆桿以15～30r/min旋轉，以15～30cm/min速度提升，對地下沉樁阻力層進行旋噴擾動，然后用沉樁設備進行沉樁。本發(fā)明預旋噴輔助沉樁工法避免了從自然地平開始自上而下取土，降低了沉樁阻力，提高了沉樁速度及保護了樁體，成樁后增加了樁側向摩擦阻力。本發(fā)明適用于處理預制樁基工程施工中地下沉樁阻力層使用。
文檔編號E02D7/26GK1641113SQ20041009241
公開日2005年7月20日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權日2004年12月17日
發(fā)明者曹進元 申請人:曹進元