一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩及施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩及施工方法。

背景技术：

2.湿陷性黄土在我国分布较广，其具有低湿和高孔隙率，在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。但当受水浸湿后，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低，桩基工程中桩侧负摩阻力所产生的下拽力可能引起桩体破坏，桩基不均匀下沉等，严重影响建筑物的安全。
3.现有技术中对减小负摩阻力对桩基的影响的技术均通过两方面实现，一是改善土的性质和结构，提高承载力，所需施工现场占地大，底部不易施工，依然存在负摩阻力对桩基的影响，对重度湿陷性黄土地区不适用。二是使用垫层或隔离桩基与湿陷性黄土的接触，从而消除湿陷性黄土对桩基产生负摩阻的影响。
4.如专利号为：2021107179597，发明创造名称为：一种消除桩侧负摩阻力的灌注桩施工方法，在桩基外周设置双层膜，在膜之间有润滑填充层，将桩基与土体隔离，从而减小灌注桩桩侧负摩阻力的危害；此方法在桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，只减小灌注桩桩侧负摩阻力的影响，并不能对桩基起到正向支持的作用，即此时，桩基依然是失去原桩周土层的摩阻力，降低原桩基相应的承载力。再如专利号为：2018220992588，发明创造名称为：一种消减负摩阻力的扩底灌注桩结构，在中性点以上的桩基直径缩小，在中性点以上桩基外侧预埋钢管，钢管外壁贴隔离层，隔离层外填充有填充体；所需桩孔大，钢管底部位置固定要求高，在钢管内注浆，钢管充当了桩基外壁，工程的工艺复杂，精确度要求高，物力和人力成本大，不适于推广使用。
5.现有技术中，减小桩基负摩阻力影响的方法中，存在施工现场占地大，隔离层使桩基失去原桩周土层的支持力，降低原桩基相应的承载力，或工程工艺复杂，精确度要求高，物力人力成本大，不适于推广使用的缺点。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供了一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩及施工方法，以解决现有技术中提到的，在重度湿陷性黄土地区，存在施工现场占地大，隔离层使桩基失去原桩周土层的支持力，降低原桩基相应的承载力，或工程工艺复杂，精确度要求高，物力人力成本大，不适于推广使用等问题。
7.为解决上述问题，本发明提供的第一个技术方案是一种桩侧土体环切装置，包括桩孔、灌注入桩孔内的混凝土，还包括均匀设置在混凝土侧面的第一承载浆体，第一承载浆体设置于混凝土中性点以下位置，设置一组或多组；
8.桩孔还预埋有第一高压注浆管，第一承载浆体由第一高压注浆管高压旋喷成型。
9.在桩孔内设置一组或多组第一高压注浆管，向桩孔侧壁内部高压旋喷，形成第一承载浆体，第一承载浆体和混凝土凝固后成为一体，即增大桩基的承载能力，高压旋喷工艺简单易操作，大大降低人力物力成本，适于推广使用。
10.优选地，混凝土底部还设有第二承载浆体，桩孔预埋有第二高压注浆管，第一承载浆体由第一高压注浆管高压旋喷成型。
11.在桩基底部设置第二承载浆体加固桩基，夯实桩基底部。
12.优选地，混凝土上部外周侧还设有环形空腔，环形空腔内填充有砂。
13.为了规避在重度湿陷性黄土地区，负摩阻力对桩基的影响，对桩基进行环切，环切至两土层的中性点上或中性点以下位置，形成环形空腔，环形空腔内填充砂，且当有雨水浸湿土体后，砂不仅有效地隔离桩基和湿陷性黄土，砂还对桩基起到了支持的作用。
14.优选地，环形空腔的环宽至少15公分。
15.本发明提供的第二个技术方案是一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，包括如下步骤：
16.步骤1：钻桩孔；
17.步骤2：预埋第一高压注浆管至桩孔中性点以下位置，且在同一平面的注浆口均匀分布；
18.步骤3：预埋完成后，桩孔内注入混凝土，完成桩基本体的施工；
19.步骤4：桩基凝固后，第一高压注浆管进行高压注浆，使第一承载浆体成型；
20.步骤5：第一承载浆体成型后，对桩基上部外周侧进行环切，形成环形空腔；
21.步骤6：在环形空腔内填充砂。
22.优选地，步骤2中，步骤2.1：第一高压注浆管与钢筋笼固定，随钢筋笼预埋至桩孔中性点以下位置；
23.步骤2.2：第二高压注浆管与钢筋笼固定，随钢筋笼预埋至桩孔底部。
24.优选地，步骤4中，步骤4.1：桩基凝固后，第一高压注浆管进行高压旋喷注浆，使第一承载浆体成型；
25.步骤4.2：第二高压注浆管进行高压旋喷注浆，使第二承载浆体成型。
26.优选地，在步骤2中，第一高压注浆管包括自上而下的竖管、水平的环管和三通，所述竖管和环管通过三通连接，所述环管上均匀设有多个向外的注浆口；第一高压注浆管和第二高压注浆管的注浆口上设置高压喷头。
27.使第一高压注浆管的所有高压喷头具有同等压力，在桩基周侧形成的第一承载浆体均匀分布在桩基周侧，可均匀增大桩基的承载力。
28.优选地，步骤2.1和步骤2.2中，在第一高压注浆管和第二高压注浆管的注浆口上分别安装单向控制机构。
29.本发明的有益效果：
30.一方面通过在桩基中性点以下设置第一承载浆体，加大桩基低部的承载力；另一方面通过桩基上部设置环形空腔，并填充砂，不仅有效地隔离桩基和湿陷性黄土，砂还对桩基起到了支持的作用。
31.下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
附图说明
32.图1是用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的结构示意图；
33.图2是用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的内部结构示意图；
34.图3是用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的剖视结构示意图；
35.图4是用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的a向局部放大图。
36.附图标记说明：1-桩孔；2-混凝土；3-第一承载浆体；4-第一高压注浆管；401-竖管；402-环管；403-三通；404-高压喷头；5-第二承载浆体；6-第二高压注浆管；7-环形空腔；8-砂；9-环切机构；901-环切管；902-环切头；903-螺旋钻刀；10-外管套；11-护桩机构。
具体实施方式
37.以下结合实施方案对本发明做进一步描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品；所描述的具体实施方式仅用于解释本发明的原理，并不用于限定本发明。
38.针对现有技术，在重度湿陷性黄土地区，存在施工现场占地大，隔离层使桩基失去原桩周土层的支持力，降低原桩基相应的承载力，或工程工艺复杂，精确度要求高，物力人力成本大，不适于推广使用等问题，本发明提供的第一技术方案如图1、图2所示的一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩。包括桩孔1、灌注入桩孔1内的混凝土2，还包括均匀设置在混凝土2侧面的第一承载浆体3，第一承载浆体3设置于混凝土2中性点以下位置，设置一组或多组；
39.桩孔1还预埋有第一高压注浆管4，第一承载浆体3由第一高压注浆管4高压旋喷成型。
40.在桩孔1内设置一组或多组第一高压注浆管4，向桩孔侧壁内高压旋喷，形成第一承载浆体3，第一承载浆体3和混凝土2凝固后成为一体，即增大桩基的承载能力，高压旋喷工艺简单易操作，大大降低人力物力成本，适于推广使用。
41.为了加固桩基底部，增加承载力，夯实桩基，在混凝土2底部设置第二承载体5，高压旋喷成型。
42.为了规避在重度湿陷性黄土地区，负摩阻力对桩基的影响，对桩基进行环切，环切至两土层的中性点上或中性点以下位置，形成环形空腔7，环形空腔7内填充砂8，当有雨水浸湿土体后，砂8不仅有效地隔离桩基和湿陷性黄土，砂8还对桩基起到了支持的作用，可缩短桩基的深度，提高承载力，环形空腔7的环宽至少为15公分，根据桩基直径和湿陷性黄土的严重程度确定其环宽距离。
43.环形空腔7的成型可以用多种方式，优选使用双层反螺旋桩侧土体环切工艺施工，在桩基周侧设置环切机构9，如图3、图4所示，环切机构9包括环切管91，环切管901环抱于桩基，环切管901下方设有环切头902，环切管901外周侧设有螺旋钻刀903，螺旋钻刀903围绕环切管901呈螺旋状，在螺旋钻刀903的旋转环切作用下，对桩基上段土体进行环切，形成环形空腔7，在螺旋钻刀903的外周设置外管套10，外管套10的设置一方面使环形空腔不塌陷，另一方面有利于环切装置的拔出。外管套10与环切管901的旋转方向相反，形成双层反螺旋
桩侧土体环切工艺，有利于提出被环切的土体，使环形空腔7不塌陷，且有利于拔出本环切装置。环切管901与外管套10的驱动可以单独设置驱动马达，也可以选择具有正反方向驱动的驱动器。市场上具有正反方向旋转功能的驱动器技术已经很成熟，只需要尺寸和动力满足环切机构9的需求即可,如中大电机的正反转电机系列。
44.为了避免环切机构9环切时，环切扭转力对桩基的影响，在环切管91内侧设有护桩机构11，护桩机构11与环切管901环形活动连接。由于护桩机构11与环切管901为环形活动连接，环切机构9旋转环切桩侧土体时，护桩机构11保护桩基不受环切扭转力的影响。
45.护桩机构11为环形护管或多根自上而下均匀分布的环形护圈，该环形护管或环形护圈与环切管901环形活动连接，连接方式为滚珠连接或卡接。
46.环形护管或环形护圈为钢管圈或橡胶泡沫圈。
47.双层反螺旋桩侧土体环切工艺占地面积小，其结构简单，操作方便，适于多种施工场合。
48.本发明提供的第二技术方案如图2所示的一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，包括以下步骤：
49.步骤1：钻桩孔1；
50.步骤2：预埋第一高压注浆管4至桩孔1中性点以下位置，且在同一平面的注浆口均匀分布；
51.步骤3：预埋完成后，桩孔1内注入混凝土3，完成桩基本体的施工；
52.步骤4：桩基凝固后，第一高压注浆管4进行高压注浆，使第一承载浆体3成型；
53.步骤5：第一承载浆体3成型后，对桩基上部外周侧进行环切，形成环形空腔7；
54.步骤6：在环形空腔7内填充砂8。
55.在重度湿陷性黄土地区，遇水浸湿后，湿陷性黄土下沉，由于环形空腔7内砂8的设置，使桩基不受湿陷性黄土的下拽力影响，可规避负摩阻力对桩基的影响，且砂8在一定程度上对桩基具有支撑支持的作用，使桩基的原承载力不变。
56.第一承载浆体3可加固中性点以下位置桩基与土体的粘贴度，加大桩基的稳固性。第一高压注浆管4可设置一组，位于桩基中性点和桩基底的中间位置，也可以根据第二承载浆体5的位置，来确定第一承载浆体3的位置。当桩基所需承载力大或桩基深度深时，第一承载浆体3可设置多组。
57.步骤2可细化为，步骤2.1：第一高压注浆管4与钢筋笼固定，随钢筋笼预埋至桩孔1中性点以下位置；
58.步骤2.2：第二高压注浆管6与钢筋笼固定，随钢筋笼预埋至桩孔1底部。
59.提前计算第一高压注浆管4和第二高压注浆管6应该预埋的位置，再将第一高压注浆管4、第二高压注浆管6和钢筋笼固定，根据需求可设置多个第一高压注浆管4和多个第二高压注浆管6，下放钢筋笼时，随钢筋笼一起预埋至桩孔1内。向桩孔1内注浆，待桩基凝固后，在桩基的底部和侧面均高压旋喷注浆，形成侧面的第一承载浆体3和底部的第二承载浆体5，加大桩基中性点以下位置土体与桩基的粘贴度，加大桩基的稳固性。第二承载浆体5可均匀设置一组或多组。
60.在步骤2中，第一高压注浆管4和第二高压注浆管6的沙浆比混凝土2所用沙浆细，第一高压注浆管4的压强可达到2.6pa左右，使沙浆顺利进入土体，增大对桩基的粘贴度。
61.第一高压注浆管4包括自上而下的竖管(401)、水平的环管402和三通403，竖管(401)和环管402通过三通403连接，环管402上均匀设有多个向外的高压喷头404。
62.为了使高压旋喷施工顺利，避免浆体回流，在第一高压注浆管4和第二高压注浆管6的喷头处安装单向控制机构，第二高压注浆管6的喷头可以安装普通的单向控制阀，第一高压注浆管4可以是在喷头处套接橡胶套，当第一高压注浆管4高压注浆时，橡胶套在压力作用下打开，当停止高压注浆时，橡胶套收缩避免浆体回流。
63.环管402可设置在钢筋笼外侧或钢筋笼内侧均可。为方便旋喷可设置在钢筋笼外周，注意环管402水平设置，其高压喷头404为环形均匀设置。使第一承载浆体3环形均匀成型，使桩基受到均匀的支持力。
64.工作过程：首先，根据桩基所在的湿陷性黄土厚度，计算桩基深度、中性点及所需相应土体环切的高度。其次，桩孔完成后，预埋第一高压注浆管4和第二高压注浆管6，第一高压注浆管4和第二高压注浆管6随钢筋笼下至桩孔1内；再抽出桩孔底部泥水和石块，向桩孔1内注入混凝土3，完成桩基本体的施工；其次，桩基凝固后，第一高压注浆管4进行高压注浆，使第一承载浆体3成型，第二高压注浆管6进行高压旋喷注浆，使第二承载浆体5成型。再次，在驱动机构的驱动下，吊起双层反螺旋桩侧土体环切装置放置于桩基上部，与桩基尽量保持同心，在驱动机构的驱动下，环切头902首先切入土体，随着环切头902的深入，螺旋钻刀903切入土体，随即外管套10进入环形空腔，在驱动机构的驱动下，外管套10与环切管901的旋转方向相反，形成双层反螺旋桩侧土体环切工艺，在环切的过程中，将环切的土体提出，环切至所需的环形空腔7的深度，双层反螺旋桩侧土体环切装置反向旋转，退出环形空腔7，对环形空腔7的深度和沉渣进行检查，双层反螺旋桩侧土体环切装置正向旋转再次进入环形空腔7，再反向旋转退出环形空腔，对环形空腔7的内部的遗留沉渣再次提出。最后，向环形空腔7内填充砂8，填充砂8的同时垂直向上逆向旋转，拔出桩侧土体环切装置，将填充的砂8夯实，提高桩基承载力。
65.综上，为了解决现有技术中，在重度湿陷性黄土地区，存在施工现场占地大，隔离层使桩基失去原桩周土层的支持力，降低原桩基相应的承载力，或工程工艺复杂，精确度要求高，物力人力成本大，不适于推广使用等问题，本发明提供了一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩及施工方法，一方面通过在桩基中性点以下设置第一承载浆体3，加大桩基低部的承载力；另一方面通过桩基上部设置环切空间7，并填充砂8，不仅有效地隔离桩基和湿陷性黄土，砂8还对桩基起到了支持的作用。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
67.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：

1.一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩，包括桩孔(1)、灌注入所述桩孔(1)内的混凝土(2)，其特征在于：还包括均匀设置在所述混凝土(2)侧面的第一承载浆体(3)，所述第一承载浆体(3)设置于所述混凝土(2)中性点以下位置，设置一组或多组；所述桩孔(1)还预埋有第一高压注浆管(4)，所述第一承载浆体(3)由所述第一高压注浆管(4)高压旋喷成型。2.根据权利要求1所述的用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩，其特征在于：所述混凝土(2)底部还设有第二承载浆体(5)，所述桩孔(1)预埋有第二高压注浆管(6)，所述第二承载浆体(5)由所述第二高压注浆管(6)高压旋喷成型。3.根据权利要求1或2所述的用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩，其特征在于：所述混凝土(2)上部外周侧还设有环形空腔(7)，所述环形空腔(7)内填充有砂(8)。4.根据权利要求3所述的用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩，其特征在于：所述环形空腔(7)的环宽至少15公分。5.一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，采用权利要求3所述的灌注桩，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：钻桩孔(1)；步骤2：预埋第一高压注浆管(4)至桩孔(1)中性点以下位置，且在同一平面的注浆口均匀分布；步骤3：预埋完成后，桩孔(1)内注入混凝土(3)，完成桩基本体的施工；步骤4：桩基凝固后，第一高压注浆管(4)进行高压注浆，使第一承载浆体(3)成型；步骤5：第一承载浆体(3)成型后，对桩基上部外周侧进行环切，形成环形空腔(7)；步骤6：在环形空腔(7)内填充砂(8)。6.如权利要求5所述的一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，其特征在于：步骤2中，步骤2.1：第一高压注浆管(4)与钢筋笼固定，随钢筋笼预埋至桩孔(1)中性点以下位置；步骤2.2：第二高压注浆管(6)与钢筋笼固定，随钢筋笼预埋至桩孔(1)底部。7.如权利要求5所述的一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，其特征在于：步骤4中，步骤4.1：桩基凝固后，第一高压注浆管(4)进行高压旋喷注浆，使第一承载浆体(3)成型；步骤4.2：第二高压注浆管(6)进行高压旋喷注浆，使第二承载浆体(5)成型。8.如权利要求5所述的一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，其特征在于：步骤2中，第一高压注浆管(4)包括自上而下的竖管(401)、水平的环管(402)和三通(403)，所述竖管(401)和环管(402)通过三通(403)连接，所述环管(402)上均匀设有多个向外的注浆口；第一高压注浆管(4)和第二高压注浆管(6)的注浆口上设置高压喷头(404)。9.如权利要求6所述的一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩的施工方法，其特征在于：步骤2.1和步骤2.2中，在第一高压注浆管(4)和第二高压注浆管(6)的注浆口上分别安装单向控制机构。

技术总结

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于湿陷性黄土区域消减负摩阻的半增强型非挤土桩及施工方法；包括均匀设置在桩孔的混凝土侧面的第一承载浆体，其设置于混凝土中性点以下位置，设置一组或多组；首先钻桩孔，在桩孔侧面预埋第一高压注浆管，再向桩孔内注入混凝土；桩基凝固后，第一高压注浆管进行高压注浆，使第一承载浆体成型；再对桩基上部外周侧进行环切，形成环形空腔；最后，在环形空腔内填充砂；一方面通过在桩基中性点以下位置设置第一承载浆体，加大桩基承载力；另一方面通过填充砂，不仅有效地隔离湿陷性黄土，还对桩基起到了支持的作用，大大缩减桩基的深度，施工方便，适于多种施工场合。适于多种施工场合。适于多种施工场合。