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一种基于增强 纤维和偏高岭土的加压 灌注桩的施工方法

阅读：470发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法，利用钢纤维等纤维增强材料，以及以偏高岭土为主的地质聚合物材料，改善混凝土的抗拉性能和延性，通过在表面开挖基坑，清除表面建筑垃圾与粗颗粒土，通过顶部钢制护筒，保证桩顶部混凝土施工质量，通过动力装置带动空心钻杆，在地基土中进行钻至设计标高，然后反向旋转空心钻杆，提升的过程中通过地泵加压将添加纤维与偏高岭土的复合混凝土材料灌入钻杆顶部空腔和空心钻杆，形成桩体，最后插入预埋钢筋。具有不需要泥浆护壁，无沉渣，无泥浆污染，施工速度快，造价较低，桩体充盈率高、无后插钢筋笼的优点。适用于桩直径要求为400～800mm，钻孔深度30m以内的桩基础。，下面是一种基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法，其特征在于，该施工方法如下：
1)根据具体桩位进行定点放线，桩位测量误差不大于10mm，以桩位中心点为圆心挖出比设计桩径大300mm的圆形基坑，深度以清除表面建筑垃圾和石块为准，将钢制护筒(护筒直径为D+200mm，D为施工桩径)垂直固定于桩位处；要求护筒中心偏差不大于2cm，倾斜度不大于0.5％；校正后用素土将护筒外侧埋实，确保护筒在钻进中不发生上浮移位；
2)对桩机作业区域地基进行处理，要求地基承载力达到160kN/m2；钻机铺垫平稳，确保机身平整，钻杆垂直稳定牢固；钻杆下端距地面10～20cm，钻头对准桩位，钻尖与桩点偏移不得大于10mm，垂直度控制在1％以内；
3)启动钻机，以平稳速度下降钻头，钻进的速度应根据土层情况确定：杂填土、粗粒土控制在1.0m/min，软黏土、粉土、砂土控制在1.5m/min；施工过程中要求不转换钻机旋转方向或提升钻杆，边旋转钻杆边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入，钻孔过程要用经纬仪校正垂直度(≤1％)，钻至设计标高后停止钻机掘进；
4)配置增强纤维和地聚合物混凝土；其中地聚合物为粒径≤0.045mm的偏高岭土，掺入量为60～70kg/m3；增强纤维为长度≤2cm的钢纤维，要求抗拉强度≥500MPa，断裂伸长率不小于10％，掺入量为15～20kg/m3；粗骨料粒径为5～25mm；坍落度为180mm～220mm；初凝时间≥6小时；
5)上提钻杆200mm后停止提钻，开始使用地泵输送增强纤维和地聚合物混凝土；泵送混凝土的最大压力为2MPa，并不小于1Mpa；当泵入的混凝土使钻杆埋入混凝土液面至少达
500mm后，开始继续提钻，提升速度为≤2m/min，并同时在1MPa～2MPa压力下继续泵送混凝土；泵送过程中，地泵与钻机距离控制在60m以内，混凝土应连续搅拌，保持顶部漏斗内混凝土的高度≥40cm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1m；要求灌注的增强纤维和地聚合物混凝土充盈率为1.1～1.2；当灌入压力低于静止侧压力σx＝K0γz(其中σx为土体的水平向压力，K0为静止侧压力系数，γ为土的重度，z为土的深度)，且充盈系数同时小于1，则说明该部位有可能发生了缩径现象，此时，可采用减慢提升速度，增大注浆压力的措施对该段桩体进行重新注浆；
6)当灌入的混凝土应超出桩顶500mm-1000mm，后插钢筋笼，满足锚固长度≥100cm，伸出桩顶部100cm，作为与承台连接的预埋钢筋，完成施工。
2.根据权利要求1所述的基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法，其特征在于，所述的桩体(7)材料包括：地聚合物为粒径≤0.045mm的偏高岭土，掺入量为60～
70kg/m3；增强纤维为长度≤2cm的钢纤维，要求抗拉强度≥500MPa，断裂伸长率不小于
10％，掺入量为15～20kg/m3；粗骨料粒径为5～25mm；坍落度为180mm～220mm；初凝时间≥6小时。

说明书全文

一种基于增强纤维和偏高岭土的加压 灌注桩的施工方法

技术领域

[0001] 本发明是一种基于增强纤维和地聚合物加压灌注桩基础的施工方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

[0002] 普通泥浆护壁钻孔灌注桩存在工艺繁杂、桩体混凝土质量及承载力的稳定性差，质量事故概率高，泥皮的润滑效应及孔底沉渣的软垫效应又造成桩承载力低，施工效率低，泥浆污染生态环境等缺点。为克服普通钻孔灌注桩存在的上述问题，我国从20世纪90年代开始在长螺旋钻孔灌注桩基础上进行创新，如1999年曹增国等提出的《螺旋提土压灌水泥砂浆桩复合地基及其施工技术》(公开号：CN 1233696A),通过长螺旋钻机钻孔至设计标高，用混凝土输送泵通过钻头向孔内输送水泥砂浆形成桩体，该类桩由于桩侧无泥皮，桩底无沉渣，较大幅度地提高了桩承载力。在国外，采用上述桩型已有30多年的历程，但尚无科学的插筋方法，同时，由于目前的质量检验方法与工艺不完全适合，影响了该技术的推广应用。

[0003] 地质聚合物是以天然矿物、固体废弃物以及人工硅铝化合物等为原材料的新型胶凝材料，被称为“21世纪的绿色胶凝材料”。其中，在土木工程领域内应用最为广泛的地聚合物为偏高岭土(metakaolin)，近年来开始用于高强混凝土的外加材料。根据研究表明，偏高岭土10％-15％替代水泥基材，可以提高混凝土抗拉强度1.3倍，抗压强度2.0倍。混凝土中掺加一定比例的钢纤维，不仅可以提高自身的抗压强度、抗拉强度、韧性和抗碳化性能，而且可以应用于许多无法用钢筋来提升强度的特殊工程施工。

[0004] 围绕如下思路：利用钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维或玄武岩纤维等纤维增强材料，改善混凝土的抗拉性能差、延性差的特点；利用以天然矿物偏高岭土为原材料的地质聚合物(简称地聚合物)，提高混凝土的抗拉强度、抗压强度和耐久性的特点；利用钻孔压灌桩施工方法不需要泥浆护壁，无沉渣，无泥浆污染，施工速度快，造价较低，桩体充盈率高的特点，提出一种基于增强纤维和地聚合物的加压灌注桩基础的施工方法。

发明内容

[0005] 为了解决传统灌注成桩质量低，施工工程泥浆污染，工艺复杂，造价高的缺点，本发明提供一种基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法。

[0006] 本发明的目的是采用以下技术方案实现的：

[0007] 利用钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维或玄武岩纤维等纤维增强材料，改善混凝土的抗拉性能差、延性差的特点；利用以天然矿物偏高岭土为原材料的地质聚合物(简称地聚合物)，提高混凝土的抗拉强度、抗压强度和耐久性的特点；利用钻孔压灌桩施工方法不需要泥浆护壁，无沉渣，无泥浆污染，施工速度快，造价较低，桩体充盈率高的特点，提出一种基于增强纤维和地聚合物的加压灌注桩基础。该基础适用于桩直径要求为400～800mm，钻孔深度30m以内的桩基础。

[0008] 具体操作步骤如下：

[0009] 第一步：根据具体桩位进行定点放线，桩位测量误差不大于10mm。以桩位中心点为圆心挖出比设计桩径大300mm的圆形基坑，深度以清除表面建筑垃圾和石块为准，将钢制护筒(护筒直径为D+200mm，D为施工桩径)垂直固定于桩位处。要求护筒中心偏差不大于2cm，倾斜度不大于0.5％。校正后用素土将护筒外侧埋实，确保护筒在钻进中不发生上浮移位。

[0010] 第二步：对桩机作业区域地基进行处理，要求地基承载力达到160kN/m2。钻机铺垫平稳，确保机身平整，钻杆垂直稳定牢固。钻杆下端距地面10～20cm，钻头对准桩位。钻尖与桩点偏移不得大于10mm。垂直度控制在1％以内。

[0011] 第三步：启动钻机，以平稳速度下降钻头。钻进的速度应根据土层情况确定：杂填土、粗粒土控制在1.0m/min，软黏土、粉土、砂土控制在1.5m/min。施工过程中要求不转换钻机旋转方向或提升钻杆，边旋转钻杆边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入，钻孔过程要用经纬仪校正垂直度(≤1％)。钻至设计标高后停止钻机掘进。

[0012] 第四步：配置增强纤维和地聚合物混凝土。其中地聚合物为粒径≤0.045mm的偏高岭土，掺入量为60～70kg/m3；增强纤维为长度≤2cm的钢纤维，要求抗拉强度≥500MPa，断裂伸长率不小于10％，掺入量为15～20kg/m3；粗骨料粒径为5～25mm；坍落度为180mm～220mm；初凝时间≥6小时。

[0013] 第五步：上提钻杆200mm后停止提钻，开始使用地泵输送增强纤维和地聚合物混凝土。泵送混凝土的最大压力为2MPa，并不小于1MPa。当泵入的混凝土使钻杆埋入混凝土液面至少达500mm后，开始继续提钻，提升速度为≤2m/min，并同时在1MPa～2MPa压力下继续泵送混凝土。泵送过程中，地泵与钻机距离控制在60m以内，混凝土应连续搅拌，保持顶部漏斗内混凝土的高度≥40cm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1m。要求灌注的增强纤维和地聚合物混凝土充盈率(实际灌注的混凝土方量与根据桩身设计直径和深度计算出来的桩身理论体积之比)为1.1～1.2。当灌入压力低于静止侧压力σx＝K0γz(其中σx为土体的水平向压力，K0为静止侧压力系数，γ为土的重度，z为土的深度)，且充盈系数同时小于1，则说明该部位有可能发生了缩径现象。此时，可采用减慢提升速度，增大注浆压力的措施对该段桩体进行重新注浆。

[0014] 第六步：当灌入的混凝土应超出桩顶500mm-1000mm，后插钢筋笼，满足锚固长度≥100cm，伸出桩顶部100cm，作为与承台连接的预埋钢筋。完成施工。

[0015] 本发明的有益效果是：

[0016] (1)单桩承载力特征值可达到1200kN以上；

[0017] (2)受地下水位和复杂地质情况影响较小，能在有软土、流砂层、砂卵石层、有地下水等复杂地质条件下成桩；

[0018] (3)不需要设置泥浆池和沉淀池，减少了临时用地，没有泥浆污染，符合环境保护和绿色施工技术标准要求；

[0019] (4)混凝土密实，并对桩孔周围土有渗透、挤密作用，提高的桩侧摩阻力，因此单桩承载力高，抗拔能力强。

[0020] (5)桩身采用增强纤维、地聚合物和混凝土复合材料，提高桩身的强度，后插钢筋笼不需要桩身全长布设，经济性高，施工方法简易。附图说明

[0021] 图1是本发明的施工工艺流程示意图。

[0022] 其中：圆形基坑1；钢制护筒2；动力装置3；空心钻杆4；顶端空腔5；地泵6；增强纤维和地聚合物桩体7；预埋钢筋8。

具体实施方式

[0023] 利用纤维增强材料与天然矿物偏高岭土，改善混凝土的抗拉性能和延性，结合钻孔加压灌注桩施工方法，通过在表面开挖基坑1，清除表面建筑垃圾与粗颗粒土，通过钢制护筒2，保证桩顶部混凝土施工质量，通过动力装置3带动空心钻杆4，在地基土中进行正向旋转至设计桩底部的设计标高，然后反向旋转空心钻杆4，提升的过程中通过地泵6加压将添加纤维与偏高岭土的复合混凝土材料灌入空腔5和空心钻杆4，形成桩体7，最后插入预埋钢筋8。如图1所示，具体工序如下：

[0024] a、根据具体桩位进行定点放线，桩位测量误差不大于10mm。以桩位中心点为圆心挖出比设计桩径大300mm的圆形基坑1，深度以清除表面建筑垃圾和石块为准，将钢制护筒2(护筒直径为D+200mm，D为施工桩径)垂直固定于桩位处。要求护筒中心偏差不大于2cm，倾斜度不大于0.5％。校正后用素土将护筒外侧埋实，确保护筒在钻进中不发生上浮移位。

[0025] b、对桩机作业区域地基进行处理，要求地基承载力达到160kN/m2。钻机铺垫平稳，确保机身平整，钻杆4垂直稳定牢固。钻杆4下端距地面10～20cm，钻头对准桩位。钻头与桩点偏移不得大于10mm。垂直度控制在1％以内。

[0026] c、启动动力装置3，以平稳速度下降钻杆4。钻进的速度应根据土层情况确定：杂填土、粗粒土控制在1.0m/min，软黏土、粉土、砂土控制在1.5m/min。施工过程中要求不转换钻机旋转方向或提升钻杆，边旋转钻杆4边清除孔边渣土，以防止提升钻杆时土块掉入，钻孔过程要用经纬仪校正垂直度(≤1％)。钻至设计标高后停止钻机掘进。

[0027] d、配置增强纤维和地聚合物混凝土。其中地聚合物为粒径≤0.045mm的偏高岭土，掺入量为60～70kg/m3；增强纤维为长度≤2cm的钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维或玄武岩纤维，要求抗拉强度≥500MPa，断裂伸长率不小于10％，掺入量为15～20kg/m3；粗骨料粒径为5～25mm；坍落度为180mm～220mm；初凝时间≥6小时。

[0028] e、上提钻杆200mm后停止提升空心钻杆4，开始使用地泵6输送增强纤维和地聚合物混凝土至空腔5和空心钻杆4，形成桩体7。泵送混凝土的最大压力为2MPa，并不小于1MPa。当泵入的混凝土使钻杆埋入混凝土液面至少达500mm后，开始继续提钻，提升速度为≤2m/min，并同时在1MPa～2MPa压力下继续泵送混凝土。泵送过程中，地泵与钻机距离控制在60m以内，混凝土应连续搅拌，保持顶部漏斗内混凝土的高度≥40cm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1m。要求灌注的增强纤维和地聚合物混凝土充盈率(实际灌注的混凝土方量与根据桩身设计直径和深度计算出来的桩身理论体积之比)为1.1～1.2。当灌入压力低于静止侧压力σx＝K0γz(其中σx为土体的水平向压力，K0为静止侧压力系数，γ为土的重度，z为土的深度)，且充盈系数同时小于1，则说明该部位有可能发生了缩径现象。此时，可采用减慢提升速度，增大注浆压力的措施对该段桩体进行重新注浆。

[0029] f、当灌入的混凝土应超出桩顶500mm-1000mm，后插预埋钢筋8，满足锚固长度≥100cm，伸出桩顶部100cm，作为与承台连接的预埋钢筋。完成施工。

[0030] 本发明的一种基于增强纤维和偏高岭土的加压灌注桩的施工方法，利用钢纤维等纤维增强材料，以及以偏高岭土为主的地质聚合物材料，改善混凝土的抗拉性能和延性，通过在表面开挖基坑，清除表面建筑垃圾与粗颗粒土，通过顶部钢制护筒，保证桩顶部混凝土施工质量，通过动力装置带动空心钻杆，在地基土中进行钻至设计标高，然后反向旋转空心钻杆，提升的过程中通过地泵加压将添加纤维与偏高岭土的复合混凝土材料灌入钻杆顶部空腔和空心钻杆，形成桩体，最后插入预埋钢筋。具有不需要泥浆护壁，无沉渣，无泥浆污染，施工速度快，造价较低，桩体充盈率高、无后插钢筋笼的优点。适用于桩直径要求为400～800mm，钻孔深度30m以内的桩基础。

[0031] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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