一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基及其施工方法与流程

1.本发明属于路基地基处理技术领域，具体涉及一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基及其施工方法。

背景技术：

2.黄土是一种在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄土，湿陷性黄土受水浸湿后会产生较大的沉陷。黄土在天然状态下常处于欠压密不稳定状态，它的孔隙体积与实土体积近乎相等，在一定的压力作用下弹性变形很小，主要为压密变形，而压密变形又表现为两种形式，即压缩变形和湿陷变形。黄土的湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性，对工程产生的危害严重。另外，影响黄土湿陷变形的因素有黄土的性质、含水率和压力等，其中水的存在是黄土湿陷变形的必要条件，水在黄土中渗流时，会引起黄土的湿度变化，在水的作用下，常发生地基下陷。在湿陷性黄土地区进行工程建设时，湿陷引起的下沉或不均匀沉降会导致房屋严重开裂，地面下沉，严重危及建筑物安全。户外大面积的附加下沉会导致道路、场地裂缝。一旦由于地基处理不当而引起建构筑物的显著下沉事故，再次进行加固处理代价巨大，对安全生产及人们生活造成极大的影响。
3.目前国内外对于大厚度湿陷性黄土场地，现有的地基处理方法(预浸水法除外)处理后，或剩余湿陷量仍大于规范要求，或处理费用太大，经济上不合理。对于低湿度高湿陷性黄土地基处理的常用方法都是在放弃利用这种地基原有高强度和低压缩性的基础上使黄土结构先破坏(夯、挤、湿)、再变密，只在有限较小的深度内消除湿陷变形的危害性。因此铁路地基处理成本高、处理难度大等难点已成为当前湿陷性黄土区客专路基工程的主要限制因素，这个问题在深层强湿陷性黄土区显得尤为突出，探寻安全合理的低成本处理措施已势在必行。

技术实现要素：

4.为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基及其施工方法，设置阻水帷幕保证地基不受外界水渗透影响，同时设置柱锤底扩桩封闭地表水渗入和提高地基承载力，避免铁路路基地基受水浸泡的潜在风险，在保证铁路路基安全稳定的基础上，大幅降低路基地基处理的成本。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
6.一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基，其特征在于：包括阻水帷幕，所述阻水帷幕设置于垫层下方的土体层中，顶部固定连接于垫层中；所述垫层上方依次设置有路基本体、基床底层和基床表层；
7.所述阻水帷幕沿路基宽度方向设置两道；两道阻水帷幕之间的土体范围内设置柱锤底扩桩，所述柱锤底扩桩顶部固定连接于垫层中。
8.进一步，所述路基本体坡脚外设置有排水沟。
9.进一步，所述阻水帷幕为一排紧密咬合式高压旋喷桩。
10.进一步，所述阻水帷幕距离排水沟边墙至少80cm。
11.进一步，所述柱锤底扩桩采用跳孔打，隔排隔行，正三角形布桩。
12.一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基的施工方法，包括如下步骤：
13.步骤一：施工高压旋喷桩，具体包括：
14.1)测量放线
15.2)确定孔位
16.3)钻机成孔
17.4)测量孔深
18.5)下喷射管
19.6)搅拌制浆
20.7)供水供气
21.8)喷射注浆
22.9)冒浆
23.10)旋摆提升
24.11)成桩成墙：高压喷射注浆凝固体可形成设计所需要的形状，如旋喷形成圆柱状、盘形状，摆喷形成扇形状、亚铃状、梯形状、锥形状和墙壁状，定喷形成板状；
25.12)充填回灌
26.13)清洗结束
27.步骤二：施工柱锤底扩桩，具体包括：
28.1)施工准备；
29.2)机器就位，清理整平场地；现场测得各孔的成孔桩位偏差，复合设计要求后进行下一工序；
30.3)采取跳打工艺打孔；
31.4)填料制备与运输；
32.5)回填夯实；
33.6)最后夯击桩顶时，每个孔填土要高于桩顶至少0.5m；施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩，成孔和夯实可间隔进行；
34.7)最后清理桩头位置，并铺垫层10cm左右进行二次碾压。
35.本发明的有益效果：
36.1)本发明通过设置阻水帷幕保证地基不受外界水渗透影响，同时设置柱锤底扩桩封闭地表水渗入和提高地基承载力，充分利用天然黄土的结构性特征基础上，避免铁路路基地基受水浸泡的潜在风险，在保证铁路路基安全稳定的基础上，大幅降低路基地基处理的成本，为解决大厚度湿陷黄土区修建铁路路基治理成本较高的难题提供新的途径；
37.2)柱锤底扩桩适用范围广，可适用于各种复杂地形的地基处理，特别是各类软弱地基、湿陷性黄土、液化地基等，用料广泛；
38.3)柱锤底扩桩桩底有扩大头，桩身呈串珠状，与桩间土密实结合在一起，显著提高了承载力，地基沉降小，可消除黄土地区的湿陷性，地基处理深度可达30m，比强夯、柔性桩处理地基效果深；高压旋喷桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，施工占地少、振动小、噪音较低；
39.4)本发明工程造价低，经济效益好，桩身材料可用建筑垃圾，保护环境，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
40.图1为本发明横断面结构示意图；
41.图2为高压旋喷桩结构示意图；
42.图3为单管法高压旋喷桩施工工艺流程；
43.图4为柱锤底扩桩施工工艺流程；
44.图5为柱锤底扩桩平面布桩方式示意图；
45.图中，1-阻水帷幕、2-柱锤底扩桩、3-垫层、4-路基本体、5-基床底层、6-基床表层、7-排水沟。
具体实施方式
46.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
47.如图1所示，本发明包括阻水帷幕1和柱锤底扩桩2，阻水帷幕1和柱锤底扩桩2范围内的土体从上而下为湿陷性黄土层和非湿陷性黄土层；
48.阻水帷幕1设置于垫层3下方的土体层中，顶部固定连接于垫层3中；垫层3上方依次设置有路基本体4、基床底层5和基床表层6；垫层3厚度宜为20cm；路基本体4坡脚外设置有排水沟7，避免外界水源影响；阻水帷幕1外侧因考虑排水沟的砌筑、夯实以及维修，阻水帷幕1距离排水沟7边墙至少80cm；
49.一)阻水帷幕1
50.阻水帷幕1为一排紧密咬合式高压旋喷桩，如图2所示；阻水帷幕1沿路基宽度方向设置两道；高压旋喷桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，施工占地少、振动小、噪音较低；每一根高压旋喷桩在土中形成一个圆柱状固结体，对深厚层强湿陷性黄土地基的路基外侧起到防渗作用；在路基两侧设置的阻水帷幕1采用经改良的水泥土，经室内渗透试验试验表明天然黄土的渗透系数值一般为10-3
～10-5
cm/s，初始渗透系数一般为稳定后渗透系数的2～4倍，而经改良的水泥土渗透性系数一般至少降低两个数量级，起到防水止水的作用；防渗墙靠近路基坡脚一侧与路基基底复合地基应保持一定距离，该距离取为路基基底桩间距的1/2为宜；
51.如图3所示，高压喷射注浆施工工艺如下：
52.1)测量放线：根据设计的施工图和坐标网点测量放出施工轴线；
53.2)确定孔位：在施工轴线上确定孔位，编上桩号、孔号、序号，依据基准点进行测量各孔口地面高程。
54.3)钻机成孔：可采用泥浆护壁回转钻进、冲击套管钻进和冲击回转跟管钻进等方法；
55.4)测量孔深：钻孔终孔时测量钻杆钻具长度，孔深大于20m时，进行孔内测斜；
56.5)下喷射管：钻孔经验收合格后，方可进行高压喷射注浆；
57.6)搅拌制浆：搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液，保证高压喷射注浆连续供浆需量；
58.7)供水供气：施工用高压水和压缩气的流量、压力应满足工程设计要求；
59.8)喷射注浆：高压喷射注浆法为自下而上连续作业，喷头可分单嘴、双嘴和多嘴；
60.9)冒浆：高压喷射注浆孔口冒浆量的大小，能反映被喷射切割地层的注浆效果；孔口冒出的浆液能否回收利用，取决于工程设计和冒浆质量的好与差，工程中尽可能利用回浆；
61.10)旋摆提升：单嘴喷头摆360
°
为旋喷；小于360
°
为弧喷；小于等于180
°
为拱喷；小于等于90
°
为摆喷；摆角为0
°
时为单向定喷；同轴双嘴喷头摆180
°
为旋喷；小于180
°
为双向拱喷；小于等于90
°
为双向摆喷；摆角为0
°
时为双向定喷；非同轴双嘴喷头有90
°
夹角、120
°
夹角、150
°
夹角，可用于摆喷和定喷；多嘴喷头目前国内使用的不多，旋摆为机械旋摆和特殊环境下人工旋摆；
62.11)成桩成墙：高压喷射注浆凝固体可形成设计所需要的形状，如旋喷形成圆柱状、盘形状，摆喷形成扇形状、亚铃状、梯形状、锥形状和墙壁状，定喷形成板状；
63.12)充填回灌：每一孔的高压喷射注浆完成后，孔内的水泥浆很快会产生析水沉淀，应及时向孔内充填灌浆，直到饱满，孔口浆面不再下沉为止；终喷后，充填灌浆是一项非常重要的工作，回灌的好与差将直接影响工程的质量，必须做好充填回灌工作；
64.13)清洗结束：每一孔的高压喷射注浆完成后，应及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。
65.二)柱锤底扩桩2
66.两道阻水帷幕1之间的土体范围内设置柱锤底扩桩2，柱锤底扩桩2顶部固定连接于垫层3中；
67.柱锤底扩桩复合地基受到上部荷载时，桩身可将一部分荷载通过侧摩阻力传递到桩侧土体，将另一部分荷载传递到桩端以下的土体中；柱锤底扩桩2在成桩过程中对置换土体进行冲、砸、挤、压，使孔内填料受到超强动力固结、桩周土得到横向挤压，从而使软弱地基得到加固；柱锤底扩桩与一般桩体相比，当桩体采用水泥土、水泥沙石料时，桩体作用更加显著；其自身特点是在分层填土夯实的过程中，使得桩底不断地收到夯击力，可同时使桩体产生竖向和横向高动能、高压强、强挤密的作用。
68.当桩间土承载力较低时，桩侧摩阻力承载的荷载较小，大部分荷载通过桩身传递到桩端一下的土体中。当桩间土承载力较高时，为充分利用桩间土，应把柱锤底扩桩施工成为复合地基中的增强体，这样既可以利用柱锤底扩桩承载力的特点，又合理利用桩间土的承载力，大大提高复合地基的特点。而且该工艺通过分层填料、夯击，桩身也有不同程度的扩大，把桩间土进行挤密，增大桩间土的承载力，充分提高湿陷性黄土地区的承载力。
69.如图4所示，柱锤底扩桩施工工艺包括：
70.1)施工准备：首先确定施工位置，在现场选择具有代表性的场地进行试验桩，确定工程所采用的各项参数都符合，若不符合，及时修正；按设计桩间距、桩径成空，采用跳孔打，隔排隔行，正三角形布桩，如图5所示；
71.2)机器就位，根据设计图纸要求，按照设计标高，清理整平场地；由工程部放线人员采用全站仪放出桩位线及控制桩，撒白灰做好标示；现场测得各孔的成孔桩位偏差，复合设计要求后进行下一工序；
72.3)打孔：柱锤夯击成孔时，确保锤尖和桩中心对齐，以保证满足设计规范。为减少在夯击过程中对相邻桩的影响，采取跳打工艺，并按要求打到设计标高。
73.4)填料制备与运输：水泥土的制备采用拌合站拌制。运输才用自卸车，并根据回填要求，随拌随用；已经拌制的水泥土不得超过3小时或者隔夜使用，被雨水淋湿、浸泡的水泥土按作废处理，不得使用；
74.5)回填夯实：成孔后，先对孔地夯实，夯实次数不少于8次，检查有没有塌孔，进水，孔深等，检查合格后进行回填夯实作业；
75.6)最后夯击桩顶时，每个孔填土要高于桩顶至少0.5m，施工过程中做好记录，当天气干燥，填料含水率偏小时，要及时洒水；施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩，成孔和夯实可间隔进行；
76.7)最后清理桩头位置，并铺垫层10cm左右进行二次碾压。
77.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
78.本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基，其特征在于：包括阻水帷幕(1)，所述阻水帷幕(1)设置于垫层(3)下方的土体层中，顶部固定连接于垫层(3)中；所述垫层(3)上方依次设置有路基本体(4)、基床底层(5)和基床表层(6)；所述阻水帷幕(1)沿路基宽度方向设置两道；两道阻水帷幕(1)之间的土体范围内设置柱锤底扩桩(2)，所述柱锤底扩桩(2)顶部固定连接于垫层(3)中。2.根据权利要求1所述的一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基，其特征在于：所述路基本体(4)坡脚外设置有排水沟(7)。3.根据权利要求2所述的一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基，其特征在于：所述阻水帷幕(1)为一排紧密咬合式高压旋喷桩。4.根据权利要求3所述的一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基，其特征在于：所述阻水帷幕(1)距离排水沟(7)边墙至少80cm。5.根据权利要求4所述的一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基，其特征在于：所述柱锤底扩桩(2)采用跳孔打，隔排隔行，正三角形布桩。6.一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：施工高压旋喷桩，具体包括：1)测量放线2)确定孔位3)钻机成孔4)测量孔深5)下喷射管6)搅拌制浆7)供水供气8)喷射注浆9)冒浆10)旋摆提升11)成桩成墙：高压喷射注浆凝固体可形成设计所需要的形状，如旋喷形成圆柱状、盘形状，摆喷形成扇形状、亚铃状、梯形状、锥形状和墙壁状，定喷形成板状；12)充填回灌13)清洗结束步骤二：施工柱锤底扩桩，具体包括：1)施工准备；2)机器就位，清理整平场地；现场测得各孔的成孔桩位偏差，复合设计要求后进行下一工序；3)采取跳打工艺打孔；4)填料制备与运输；5)回填夯实；6)最后夯击桩顶时，每个孔填土要高于桩顶至少0.5m；施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩，成孔和夯实可间隔进行；7)最后清理桩头位置，并铺垫层10cm左右进行二次碾压。

技术总结

本发明公开了一种阻水帷幕加柱锤底扩桩复合地基及其施工方法。铁路地基处理成本高、处理难度大等难点已成为当前湿陷性黄土区客专路基工程的主要限制因素。本发明包括阻水帷幕，设置于垫层下方的土体层中，顶部固定连接于垫层中；垫层上方依次设置有路基本体、基床底层和基床表层；两道阻水帷幕之间的土体范围内设置柱锤底扩桩；路基本体坡脚外设置有排水沟，柱锤底扩桩采用跳孔打，隔排隔行，正三角形布桩。本发明通过设置阻水帷幕保证地基不受外界水渗透影响，同时设置柱锤底扩桩封闭地表水渗入和提高地基承载力，避免铁路路基地基受水浸泡的潜在风险，大幅降低路基地基处理的成本。本。本。