一种碎石注浆钢管桩及其制备方法与流程

本发明涉及桩基础技术领域，尤其涉及一种碎石注浆钢管桩及其制备方法。

背景技术：

桩基础是一种常用的深基础形式，当天然地基的沉降量过大或地基的承载力不能满足设计要求时，往往采用桩基础，按照桩身材料分为混凝土桩、钢桩和木桩；对于钢桩来说，钢管桩由于其刚性好、承载力高、不易损坏、桩长易于调节、排土量小等优点，应用较为广泛。

但目前的钢管桩在施工过程中需要较为复杂的设备，施工过程占用的空间较大，且由于钢管桩与土层直接接触容易造成锈蚀问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碎石注浆钢管桩(ggp)及其制备方法，所述碎石注浆钢管桩可在一般建筑施工场地采用，也可在空间受限的即有建筑物地基基础加固时采用，同时还避免了钢管的锈蚀，提供了较大的承载能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碎石注浆钢管桩，其特征在于，包括一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3、钢管4、钢管外碎石注浆固结体5、钢管内碎石注浆固结体6、桩周土体7、定位环8、管端注浆装置9和内外连通孔10。

优选的，所述钢管4的壁厚≥6mm；

所述钢管4由分节钢管组成；所述分节钢管的长度为3～6m；

所述分节钢管的管壁设置有内外连通孔10。

优选的，所述内外连通孔10的直径为8mm；

相邻所述内外连通孔10之间在垂直于所述钢管4的径向方向的最大垂直距离为200mm；

所述内外连通孔10在所述钢管4的同一垂直高度上的圆周方向的个数≥4个。

优选的，相邻所述定位环8之间在垂直于所述钢管4的径向方向的最大垂直距离为3000mm；

所述定位环8在所述钢管4的同一垂直高度上的圆周方向的个数为3个。

优选的，所述一次注浆管1的个数为2；所述桩顶二次注浆管2的个数为1；所述桩端二次注浆管3的个数为2；

所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或所述桩端二次注浆管3设置于所述钢管4的内壁；

所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2和所述桩端二次注浆管3在同一垂直高度的圆周方向上间隔设置。

优选的，所述一次注浆管1伸出所述钢管4的底部的长度≥100mm；所述桩端二次注浆管3伸出所述钢管4的底部的长度≥200mm，所述桩顶二次注浆管2的底端位于所述钢管4顶部以下2m处；

所述一次注浆管1伸出所述钢管4的底部的长度小于所述桩端二次注浆管3伸出所述钢管4的底部的长度。

优选的，所述钢管外碎石注浆固结体5或所述钢管内碎石注浆固结体6中的碎石的粒径为5～20mm；

所述钢管外碎石注浆固结体5或所述钢管内碎石注浆固结体6的制备原料独立地为碎石注浆固结体；

所述碎石注浆固结体包括碎石和水泥浆；所述水泥浆的水灰比为0.6～0.8。

优选的，所述管端注浆装置9设置于所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2和所述桩端二次注浆管3的管底端；

所述管端注浆装置9分别与所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或桩端二次注浆管3为一体；

所述管端注浆装置9包括出浆口11、高压胶带12、透明胶带13和管底堵头14。

本发明还提供了上述技术方案所述的碎石注浆钢管桩的制备方法，包括以下步骤：

在选定的碎石注浆钢管桩的位置钻孔和清孔，放入设置有一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3和定位环8的钢管4，并通过定位环8在钻孔内定位；

通过返水法在所述钢管4的内侧和外侧填充碎石后，依次进行第一次注浆、第二次注浆，水泥浆固结后得到碎石注浆钢管桩。

优选的，所述返水法为在填入碎石的同时，通过一次注浆管1向所述钢管4的内侧和外侧注入清水；

所述第一次注浆为通过一次注浆管1向所述钢管4的内侧和外侧注入第一水泥浆至所述设置碎石注浆钢管桩的钻孔的孔口无泥浆流出，停止注浆；所述第一水泥浆的水灰比为0.8；

所述第二次注浆为依次通过桩端二次注浆管3和桩顶二次注浆管2向所述钢管4的底部和顶部附近的钢管4内侧和外侧分别注入第二水泥浆至注浆压力为5～8mpa，并稳定3～5min后，停止注浆，所述第二水泥浆的水灰比为0.6。

本发明提供了一种碎石注浆钢管桩(ggp)，包括一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3、钢管4、钢管外碎石注浆固结体5、钢管内碎石注浆固结体6、桩周土体7、定位环8、管端注浆装置9和内外连通孔10。所述碎石注浆钢管桩(ggp)可在一般建筑施工场地采用，也可在空间受限的即有建筑物地基基础加固时采用，同时通过在钢管内外侧设置碎石注浆固结体，形成对钢管的保护，能够有效的防止钢管锈蚀；通过设置一次注浆管和二次注浆管，保证所述碎石注浆钢管柱在施工过程中能够进行两次注浆，第二次注入的水泥浆可通过渗透、劈裂作用进入桩端和桩周土体，使桩周一定厚度内的土体参与桩体受力，提高了碎石注浆钢管桩(ggp)的承载力，其竖向承载力较相同直径钻孔灌注桩提高了20～30％。

附图说明

图1为ggp的结构示意图；

图2为管端注浆装置的结构示意图；

图3为ggp断面图；

其中，1-一次注浆管，2-桩顶二次注浆管，3-桩端二次注浆管，4-钢管，5-钢管外碎石注浆固结体，6-钢管内碎石注浆固结体，7-桩周土体，8-定位环，9-管端注浆装置，10-内外连通孔，11-出浆口，12-高压胶带，13-透明胶带，14-管底堵头。

具体实施方式

本发明提供了一种碎石注浆钢管桩(ggp)，包括一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3、钢管4、钢管外碎石注浆固结体5、钢管内碎石注浆固结体6、桩周土体7、定位环8、管端注浆装置9和内外连通孔10(如图1所示)。

作为本发明的具体实施例，所述一次注浆管1的个数优选为2；所述桩顶二次注浆管2的个数优选为1；所述桩端二次注浆管3的个数优选为2；

所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或所述桩端二次注浆管3优选设置于所述钢管4的内壁；

所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2和所述桩端二次注浆管3在同一垂直高度的圆周方向上间隔设置。

所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或所述桩端二次注浆管3通过焊接方式与所述钢管4的内壁连接(如图3所示)。

作为本发明的具体实施例，所述一次注浆管1伸出所述钢管4的底部的长度优选≥100mm，更优选为100mm，所述一次注浆管1的内径优选为≥20mm，更优选为25mm；所述桩顶二次注浆管2的底端位于所述钢管4顶部以下2m处，所述桩端二次注浆管3伸出所述钢管4的底部的长度优选≥200mm，更优选为200mm，所述桩顶二次注浆管2和桩端二次注浆管3的内径优选为≥20mm，更优选为25mm；所述一次注浆管1伸出所述钢管4的底部的长度小于所述桩端二次注浆管3伸出所述钢管4的底部的长度。

作为本发明的具体实施例，所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或所述桩端二次注浆管3优选采用dn20焊管焊接得到，所述dn20焊管的接头处优选采用dn25焊管焊接，所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2和桩端二次注浆管3焊接在所述钢管4的内壁。

作为本发明的具体实施例，所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或桩端二次注浆管3靠近钢管4底部的一端优选包括管端注浆装置9，所述管端注浆装置9分别与所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2或所述桩端二次注浆管3为一体；所述管端注浆装置9优选包括出浆口11、高压胶带12、透明胶带13和管底堵头14(如图3所示)；所述出浆口11的孔径优选为6～10mm，更优选为8mm；所述出浆口11的个数优选为6～10，更优选为8；所述出浆口11在沿所述一次注浆管1或所述桩顶二次注浆管2或桩端二次注浆管3的方向上的间距优选为50～70mm，更优选为60mm；所述出浆口11在圆周方向上的个数优选为2～3，更优选为2。所述高压胶带12优选为电工用高压胶带，在出浆口11的外侧包裹2～3层；所述透明胶带13包裹在高压胶带的外侧。

作为本发明的具体实施例，所述钢管4的壁厚优选≥6mm，更优选为8mm；所述钢管4的外径根据放置钢管桩的成孔直径进行调整，具体为，钢管4的外径比放置钢管桩的成孔直径优选小100～150mm，更优选为小150mm；所述钢管4优选由分节钢管组成；所述分节钢管的长度优选为3～6m，所述分节钢管的长度优选根据作业空间的大小确定，例如：当作业空间高度约4m时，分节钢管的长度优选为3m，当作业空间高度约8m时，分节钢管的长度优选为6m。

作为本发明的具体实施例，所述分节钢管设置有内外连通孔10，所述内外连通孔10的直径优选为8mm，相邻所述内外连通孔10之间在垂直于所述钢管4的径向方向的最大垂直距离优选为200mm；所述内外连通孔10在所述钢管4的同一垂直高度上的圆周方向的个数优选≥4个，更优选为6个。

作为本发明的具体实施例，相邻两节所述分节钢管之间采用拉板焊接接长，所述拉板在钢管4圆周上均匀设置；所述拉板在圆周方向上的个数优选为3～6块，更优选为4块；本发明对拉板的材质、厚度和宽度均没有任何特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的普通钢板，并能够达到所述碎石注浆钢管桩(ggp)在使用过程中的强度要求即可。

作为本发明的具体实施例，所述定位环8设置于所述钢管4的外壁上，相邻所述定位环8之间在垂直于所述钢管4的径向方向的最大垂直距离优选为3000mm；所述定位环8在所述钢管4的同一垂直高度上的圆周方向的个数优选为3个；所述定位环8可以保证钢管4位于在桩周土体7形成钻孔的中心位置。

作为本发明的具体实施例，所述钢管外碎石注浆固结体5或钢管内碎石注浆固结体6中的碎石粒径优选为5～20mm，更优选为5～16.5mm；所述碎石的含泥量优选≤1.0％，泥块含量优选≤0.5％，针、片状含量优选≤15％；所述钢管外碎石注浆固结体5或钢管内碎石注浆固结体6的制备原料独立地为碎石注浆固结体；所述碎石注浆固结体优选包括碎石和水泥浆；本发明对所述碎石和水泥浆的用量比没有任何特殊的限定。其中，所述钢管外碎石注浆体5的制备原料记为第一碎石注浆体，所述钢管内碎石注浆体6的制备原料记为第二碎石注浆体；在本发明中，所述第一碎石注浆固结体优选包括碎石和第一水泥浆；按重量份计，所述第一水泥浆优选包括p.o42.5水泥、减水剂、膨胀剂和水；本发明对所述减水剂和所述膨胀剂的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可；在本发明中，所述减水剂占所述第一水泥浆中水泥用量的质量百分比优选为1～2％，更优选为1.5％；所述膨胀剂占所述第一水泥浆中水泥用量的质量百分比优选为6～8％，更优选为8％。所述第一水泥浆的水灰比优选为0.8。在本发明中，所述第二水泥浆的组分和配比优选参考第一水泥浆，区别仅在于，所述第二水泥浆的水灰比为0.6。

本发明还提供了上述技术方案所述的碎石注浆钢管桩(ggp)的制备方法，包括以下步骤：

在选定的碎石注浆钢管桩(ggp)的位置钻孔和清孔，放入设置有一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3和定位环8的钢管4，并通过定位环8在钻孔内定位；

通过返水法在所述钢管4的内侧和外侧填充碎石后，依次进行第一次注浆、第二次注浆，水泥浆固结后得到碎石注浆钢管桩(ggp)。

本发明在选定的碎石注浆钢管桩(ggp)的位置钻孔和清孔，放入设置有一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3和定位环8的钢管4，并通过定位环8在钻孔内定位；

在本发明中，所述钻孔优选为泥浆护壁钻孔；但当地下水位较深、孔壁稳定时，可以采用干法钻孔。以泥浆护壁钻孔为例：所述钻孔的具体过程优选为根据碎石注浆钢管桩(ggp)的桩径和作业空间的大小选用钻孔设备；例如，当所述碎石注浆管桩的桩径小于等于300mm，所述作业空间高度在4m以下时，需要选用微型钻孔设备；当所述碎石注浆管桩的桩径在300～600mm的范围内，所述作业空间高度在4～8m的范围内时，需要选用中小型号的钻孔设备。在本发明中，所述钻孔的孔径优选比所述钢管3的外径大100mm以上；在本发明中，所述钻孔的孔直径偏差优选为±20mm，所述钻孔的孔垂直度偏差优选为<1％。在本发明中，所述清孔的具体过程优选为向钻孔内注入稀泥浆以置换在钻孔过程中存留在钻孔内的浓泥浆；在本发明中，所述稀泥浆优选为比重1.06～1.1，含砂率小于4％的泥浆；在本发明中，所述清孔的目的是使钻孔内的泥浆比重小于1.15，含砂率小于4％。

在本发明中，所述钢管4中的分节钢管(符合上述对分节钢管的限定)在进行焊接时，优选采用水平尺沿两个相互垂直方向校正所述分节钢管的垂直度；本发明对所述焊接的具体条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件即可。在本发明中，所述一次注浆管1、所述桩顶二次注浆管2和桩端二次注浆管3通过焊接的方式固定于所述钢管4的内壁，本发明对所述焊接的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行焊接即可。

通过定位环8将设置有一次注浆管1、桩顶二次注浆管2、桩端二次注浆管3和定位环8的钢管4定位于所述设置碎石注浆钢管桩(ggp)的孔内后，本发明通过返水法在所述钢管4的内侧和外侧填充碎石后，依次进行第一次注浆、第二次注浆，水泥浆固结后得到碎石注浆钢管桩(ggp)。在本发明中，所述返水法优选为在填入碎石的同时，通过一次注浆管1向所述钢管4的内侧和外侧注入清水。在本发明中，所述填入碎石的过程要均匀、慢速；所述填入碎石的速度具体的优选为400～500kg/min，更优选为400kg/min。

在本发明中，在填入碎石的同时注入清水可以保证碎石密实，均匀、慢速的填入碎石可以防止出现碎石架桥堵塞。

在本发明中，所述第一次注浆优选为通过一次注浆管1向所述钢管4的内侧和外侧注入第一水泥浆至所述设置碎石注浆钢管桩(ggp)的钻孔的孔口无泥浆流出，停止注浆；第一次注浆注入的水泥浆初凝后进行第二次注浆；所述第二次注浆优选为依次通过桩端二次注浆管3和桩顶二次注浆管2向所述钢管4的底部和顶部附近的钢管4内侧和外侧分别注入第二水泥浆至注浆压力为5～8mpa，并稳定3～5min后，停止注浆。

下面结合实施例对本发明提供的碎石注浆钢管桩(ggp)及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

位于山西省的某氧化铝厂，其种子分解槽由于沉降大需要进行加固处理(地基土主要为粉质粘土、粉土和粉系砂层，地下水位埋深为2.5m，由于施工范围内管道纵横，且不能拆除，施工空间受限地基加固设计采用碎石注浆钢管桩(ggp)，桩径为600mm，桩长为33m，其中钢管是直径为500mm、壁厚为8mm的焊管)；

具体施工过程：

钻孔和清孔：采用小型冲击钻进行成孔，成孔孔径600mm，成孔孔深33.1m。成孔后检查成孔质量，满足直径偏差±20mm，垂直度偏差＜1％，成孔深度不小于设计深度的要求。成孔质量验收后对钻孔进行清孔，即向孔内注入稀泥浆，置换孔内的浓泥浆，当泥浆比重小于1.15，含砂率小于4％时，停止清孔。

钢管4采用壁厚8mm的焊管(由长度为3m的分节钢管焊接而成)。钢管上每米纵向间隔200mm设置5组(在圆周上等距布置4个)直径8mm的内外连通孔10，两节分节钢管4之间在钻孔孔口采用拉板焊接接长，拉板对称设置4块，拉板的厚度10mm、宽度100mm。上下节焊接时，用水平尺沿两个垂直方向校正钢管垂直度。钢管3的外部每3m焊接1组(在圆周上等距布置3个)定位环8，保证钢管放入钻孔内后位于钻孔中心。

一次注浆管1、桩顶二次注浆管2和桩端二次注浆管3的位置如图3所示，一次注浆管1伸出钢管3底100mm，桩顶二次注浆管2底布置在钢管4顶面下2m处，桩端二次注浆管3伸出钢管3底200mm。注浆管管端150mm长度范围设置间距60mm，直径8mm的出浆口11三排，每排2个，管底堵头14焊接封底，出浆口11用两层高压胶带12密封，再外包2层透明胶带13保护。

返水法填入碎石：碎石粒径采用5-20mm碎石，含泥量≤1.0％，泥块含量≤0.5％，针、片状含量≤15％。在填入碎石的同时，通过一次注浆管1向所述钢管4的内侧和外侧注入清水，填入碎石的同时清水从孔底向孔口流出，以保证桩孔内的碎石能够密实。填入碎石时要均匀、慢速，防止出现碎石架桥堵塞，碎石的填入速度按每分钟填入钻孔内不超过1m高进行控制(每米碎石填入量约400kg)，最终碎石填充量不小于钻孔体积计算量的95％。

第一次注浆：碎石填满桩孔后开始第一次注浆，将第一水泥浆(减水剂2％，膨胀剂8％，水灰比为0.8)向所述钢管4的内侧和外侧注入第一水泥浆至所述设置碎石注浆钢管桩(ggp)的钻孔的孔口无泥浆流出，停止注浆；

第二次注浆：第一次注浆注入的水泥浆初凝后进行第二次注浆，即通过桩顶二次注浆管2和桩端二次注浆管3向所述钢管4的底部和桩顶附近分别注入第二水泥浆(减水剂2％，膨胀剂8％，水灰比为0.6)至注浆压力为5～8mpa，并稳定3～5min后，停止注浆。第二次注浆时先通过桩端二次注浆管3向桩端附近注入第二水泥浆，注浆压力满足要求后通过桩顶二次注浆管2向桩顶附近注入第二水泥浆，直至注浆压力满足要求后停止注浆。

根据建筑基桩检测技术规范jgj106-2014的标准，进行现场载荷试验，所述碎石注浆钢管桩(ggp)的竖向承载力特征值可达1600kn，水平承载力特征值可达180kn(本场地直径600mm、桩长35m的钻孔灌注桩的竖向承载力为1200～1250kn，水平承载力为80～85kn)。

由以上实施例可知，本发明提供的所述碎石注浆钢管桩(ggp)可在一般建筑施工场地采用，也可在空间受限的即有建筑物地基基础加固时采用，同时通过在钢管内外侧设置碎石注浆体，形成对钢管的保护，能够有效的防止钢管锈蚀；通过设置一次注浆管和二次注浆管，保证所述碎石注浆钢管桩(ggp)在施工过程中能够进行两次注浆，第二次注入的水泥浆可通过渗透、劈裂作用进入桩端和桩周土体，使桩周一定厚度内的土体参与桩体受力，提高了碎石注浆钢管桩(ggp)的承载力，其竖向承载力较相同直径钻孔灌注桩提高了20～30％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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