一種加固軟土地層中樁基礎的頂管施工方法與流程

本發明涉及一種提高Z軸方向樁基礎橫向穩定性的頂管施工方法，適用于深厚軟弱、松散巖土層等各種特殊地層的樁基工程，屬于土木工程、巖土工程技術領域。

背景技術：

在軟弱、松散巖土層中，因樁基橫向穩定性不足的問題，經常發生樁基被變形的巖土層推動、剪切而產生嚴重撓曲變形的現象，嚴重的時候甚至發生樁基斷裂的現象，對工程安全造成了很多危害。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有的深厚軟弱、松散巖土層中Z軸方向樁基礎不穩定的問題，提供一種加固軟土地層中樁基礎的頂管施工方法。

實現本發明目的所采用的技術方案為，一種加固軟土地層中樁基礎的頂管施工方法，包括如下步驟：

(1)開挖頂管施工所用工作井，安裝好頂進設備，按Z軸方向樁基礎的分布在鋼管樁上預留注漿孔；

(2)構筑鋼管樁十字網格，使得各Z軸方向樁基礎分別位于鋼管樁十字網格的不同格室內：

(2-1)進行橫向單排鋼管樁頂進：在各排Z軸方向樁基礎的前側沿X軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各排Z軸方向樁基礎的連線，在各排Z軸方向樁基礎的前側形成鋼管樁前橫排；

(2-2)進行橫向雙排鋼管樁頂進：在各排Z軸方向樁基礎的后側沿X軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各排Z軸方向樁基礎的連線，在各排Z軸方向樁基礎的后側形成鋼管樁后橫排；

(2-3)進行縱向單排鋼管樁頂進：在各列Z軸方向樁基礎的左側沿Y軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各列Z軸方向樁基礎的連線，在各列Z軸方向樁基礎的左側形成鋼管樁左縱排；

(2-4)進行縱向雙排鋼管樁頂進：在各列Z軸方向樁基礎的右側沿Y軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各列Z軸方向樁基礎的連線，在各列Z軸方向樁基礎的右側形成鋼管樁右縱排，鋼管樁前橫排和鋼管樁后橫排與鋼管樁左縱排和鋼管樁右縱排十字交叉形成鋼管樁十字網格；

(3)注漿：通過鋼管樁上預留的注漿孔對Z軸方向樁基礎所在的各格室進行注漿，Z軸方向樁基礎及其臨近的鋼管樁通過漿液固結形成注漿加固體，加固Z軸方向樁基礎。

步驟(1)中按Z軸方向樁基礎的分布在鋼管樁上預留注漿孔組，注漿孔組中注漿孔的X軸方向分布范圍大于Z軸方向樁基礎直徑D并且在Z軸方向樁基礎直徑范圍外向Z軸方向樁基礎兩側各延伸0.1D～D，注漿孔的Y軸方向分布范圍為以鋼管樁軸線為角平分線、角度為90°～160°的圓弧面。

步驟(1)中注漿孔按照梅花形布置，孔間距為10～50mm，孔徑為2～10mm。

步驟(1)中預留注漿孔后在注漿孔內安裝導通方向為管內至管外的單向閥。

步驟(2)中，在Z軸方向樁基礎剛施工完成且未經外部荷載影響而發生撓曲變形時構筑鋼管樁十字網格，鋼管樁十字網格中的鋼管樁與Z軸方向樁基礎外表面的距離為5～30cm。

步驟(2)中，在構成鋼管樁十字網格格室的四根鋼管樁中，相鄰兩根鋼管樁的高度差為5～50cm。

步驟(3)中注漿采用鋼管樁內分段封堵后注漿方式，具體內容為：將注漿管與帶有密封袋的輔助管伸入鋼管樁內部，密封袋分布于各注漿孔兩側，通過輔助管向密封袋中充入流體使得密封袋膨脹并貼緊鋼管樁內壁實現分段封堵，隨后調整注漿管的出漿口位于分段封堵的各對密封袋之間，通過注漿管和鋼管樁的各注漿孔進行壓力注漿。

步驟(3)中注漿采用具有膠結硬化作用的無機化學材料漿液或者有機化學材料漿液。

還包括步驟(4)，向鋼管樁的管內灌注混凝土，注漿加固體及鋼管樁內混凝土固化后，Z軸方向樁基礎與筑砼鋼管樁形成網格狀聯系梁，加固Z軸方向樁基礎。

步驟(2)中當Z軸方向樁基礎的高度H≤16m時，在Z軸方向樁基礎的中部構筑1層鋼管樁十字網格，當Z軸方向樁基礎的高度H＞16m時，在Z軸方向樁基礎上構筑n層鋼管樁十字網格，

由上述技術方案可知，本發明通過在XY平面上縱橫交錯的多根鋼管樁構建垂直于Z軸方向樁基礎的鋼管樁十字網格，每根Z軸方向樁基礎分別通過鋼管樁十字網格的不同格室固定，按照事先計算好的樁基位置預留注漿孔，通過注漿孔對Z軸方向樁基礎所在的各格室進行注漿，漿液固結后將Z軸方向樁基礎及其臨近的四根鋼管樁聯系在一起，形成注漿加固體，鋼管樁內灌注混凝土，加強其自身結構剛度，根據Z軸方向樁基礎所處地層的實際情況采用空心或筑砼鋼管樁；頂管施工方向可控，對土層擾動小，優點明顯，通過頂管頂進鋼管樁可有效形成注漿加固體或網格狀聯系梁，在將Z軸方向樁基礎夾持在中間，避免深厚軟弱、松散巖土層中因各種擾動或上部荷載不均造成的Z軸方向樁基礎撓曲變形失穩或群樁整體失穩問題，根據Z軸方向樁基礎高度的不同，加固用的鋼管樁十字網格可多層使用，適合于各種場地，包括且不局限于深厚軟土、松散填土、松散破碎帶、軟弱紅黏土、可液化土等特殊地層中樁基的加固。

Z軸方向樁基礎按照設計要求嚴格控制質量的前提下，在Z軸方向樁基礎剛施工完成且未經外部荷載影響而發生撓曲變形時構筑鋼管樁十字網格，此時Z軸方向樁基礎中線及外側連線應該是均勻且順直的，確保加固效果，頂進時鋼管樁與Z軸方向樁基礎外表面的距離為5～30cm，保證順利施工同時不會因為距離過大導致加固失效；在構成鋼管樁十字網格格室的四根鋼管樁中，相鄰兩根鋼管樁的高度差為5～50cm，鋼管樁之間留有間隙，避免鋼管樁之間相互碰撞保證順利施工，并且為鋼管樁頂進時不可避免發生的彎曲預留空間，同時不會因為距離過大導致鋼管樁之間聯系失效。

本發明中注漿孔按照梅花形布置，在每根Z軸方向樁基礎處對應設置注漿孔組，注漿孔組中注漿孔的X軸方向分布范圍為Z軸方向樁基礎直徑的1.2～3倍，且以Z軸方向樁基礎為對稱軸向其兩側延伸，保證整個格室的全面覆蓋，注漿孔的Y軸方向分布范圍為以鋼管樁軸線為角平分線、角度為90°～160°的圓弧面，保證格室內的漿液固結體在Y軸方向具有足夠的厚度，以聯系Z軸方向樁基礎與鋼管樁。

本發明在注漿時采用鋼管樁內分段封堵后注漿方式，注漿前首先使用帶有密封袋的輔助管伸入鋼管樁內部，密封袋的數量與位置預先設計好，以便伸入鋼管樁后能夠定點分段封堵鋼管樁，其封堵點在各注漿孔組兩側，以接近注漿孔組的邊緣注漿孔但是膨脹后不會堵塞注漿孔為宜，分段封堵后在鋼管樁內形成間隔交替的注漿段和非注漿段，注漿孔均分布于注漿段中，隨后將注漿管的出漿口對準鋼管樁的各注漿段進行壓力注漿，通過分段封堵可實現定點注漿，大大減少漿液用量和注漿難度，并且縮短漿液固結時間；注漿孔內安裝導通方向為管內至管外的單向閥，使得漿液只能流出、不能流入，防止注漿漿液回流鋼管樁內。

附圖說明

圖1為本發明提供的加固軟土地層中樁基礎的頂管施工方法的流程框圖。

圖2為鋼管樁頂進示意圖。

圖3為注漿孔組的分布結構圖。

圖4為鋼管樁十字網格的結構示意圖。

圖5為注漿加固體的結構示意圖。

圖6為鋼管樁內分段封堵后注漿方式的示意圖。

其中，1-工作井，2-頂進設備，3-鋼管樁，4-Z軸方向樁基礎，5-鋼管樁前橫排，6-鋼管樁后橫排，7-鋼管樁左縱排，8-鋼管樁右縱排，9-注漿加固體，10-注漿孔組，11-注漿孔，12-注漿管，13-輔助管，14-密封袋，14a-常態密封袋，14b-膨脹狀態密封袋。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細具體說明，本發明的內容不局限于以下實施例。

以高度為15米的Z軸方向樁基礎為例，參見圖1，本發明提供的加固軟土地層中樁基礎的頂管施工方法，包括如下步驟：

(1)參見圖2，開挖頂管施工所用工作井1，安裝好頂進設備2，按Z軸方向樁基礎3的分布在鋼管樁3上預留注漿孔組10，參見圖3，注漿孔組10中注漿孔11按照梅花形布置，X軸方向分布范圍大于Z軸方向樁基礎直徑D并且在Z軸方向樁基礎直徑范圍外向Z軸方向樁基礎兩側各延伸0.1D～D，即X軸方向分布范圍為Z軸方向樁基礎直徑的1.2～3倍，注漿孔的Y軸方向分布范圍為以鋼管樁軸線為角平分線、角度為90°～160°的圓弧面，優選120°，注漿孔11的孔徑為2～10mm、孔間距為10～50mm，預留注漿孔后在注漿孔內安裝導通方向為管內至管外的單向閥；

(2)參見圖4，在Z軸方向樁基礎4剛施工完成且未經外部荷載影響而發生撓曲變形時構筑鋼管樁十字網格，使得各Z軸方向樁基礎4分別位于鋼管樁十字網格的不同格室內；

(2-1)進行橫向單排鋼管樁頂進：在各排Z軸方向樁基礎4的前側沿X軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各排Z軸方向樁基礎4的連線并且與Z軸方向樁基礎4外表面的距離為5～30cm，在各排Z軸方向樁基礎4的前側形成鋼管樁前橫排5；

(2-2)進行橫向雙排鋼管樁頂進：在各排Z軸方向樁基礎4的后側沿X軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各排Z軸方向樁基礎4的連線，在各排Z軸方向樁基礎4的后側形成鋼管樁后橫排6；

(2-3)進行縱向單排鋼管樁頂進：在各列Z軸方向樁基礎4的左側沿Y軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各列Z軸方向樁基礎4的連線，在各列Z軸方向樁基礎4的左側形成鋼管樁左縱排7；

(2-4)進行縱向雙排鋼管樁頂進：在各列Z軸方向樁基礎4的右側沿Y軸方向頂進一組鋼管樁，各鋼管樁分別平行于各列Z軸方向樁基礎4的連線，在各列Z軸方向樁基礎4的右側形成鋼管樁右縱排8，鋼管樁前橫排和鋼管樁后橫排與鋼管樁左縱排和鋼管樁右縱排十字交叉形成鋼管樁十字網格，在構成鋼管樁十字網格格室的四根鋼管樁中，相鄰兩根鋼管樁的高度差為5～50cm；

(3)注漿：參見圖5和圖6，通過鋼管樁3上預留的注漿孔11對Z軸方向樁基礎4所在的各格室進行水泥漿液注漿，注漿采用鋼管樁內分段封堵后注漿方式，將注漿管12與帶有密封袋14的輔助管13伸入鋼管樁3內部，密封袋14的數量為對應的Z軸方向樁基礎4的排數或列數的兩倍，即每組注漿孔兩側均設置兩個密封袋，在鋼管樁內形成間隔交替的注漿段和非注漿段，注漿孔均分布于注漿段中，通過輔助管13向密封袋14中充入流體使得密封袋膨脹(如圖6中14b所示)并貼緊鋼管樁內壁實現分段封堵，隨后將注漿管的出漿口對準各注漿段進行壓力注漿，Z軸方向樁基礎4及其臨近的鋼管樁通過漿液固結形成注漿加固體9，加固Z軸方向樁基礎4；

(4)排出密封袋14中的流體，使得密封袋縮回常態(如圖6中14a所示)，將注漿管12與輔助管13抽出，隨后向鋼管樁的管內灌注混凝土，注漿加固體及鋼管樁內混凝土固化后，Z軸方向樁基礎4與筑砼鋼管樁形成網格狀聯系梁，加固Z軸方向樁基礎4。

對于Z軸方向樁基礎實際受力較小或土層穩定的地區，通過注漿加固Z軸方向樁基礎即可，若Z軸方向樁基礎實際受力較大或土層不穩定，則需要在注漿加固后向鋼管樁內灌注混凝土，提高鋼管樁強度。Z軸方向樁基礎4的高度較大、大于16m時，在Z軸方向樁基礎4上構筑多層鋼管樁十字網格，其層數

本發明中的Z軸方向樁基礎也可以是類似基樁一樣承載外部荷載的人工植入體，例如錨桿、錨索、管棚等一切伸入軟弱、松散巖土層中的其他物件，不局限于基樁。

本發明所使用的漿液不限于水泥漿液，任何具有膠結硬化作用的無機化學材料漿液或者有機化學材料漿液均可應用于本發明，如水泥-水玻璃雙液漿(無機類)、脲醛樹脂漿液(有機類)、聚氨酯類漿液(有機類)等，其中有機化學材料漿液一般在存在水泥漿液難注的細裂縫的情況下使用。