后注浆带帽刚性桩与排水体组合型地基处理技术

技术领域

本发明涉及一种软土地基的加固处理技术，能应用于公路、铁路、土石坝、房屋建筑等工程的地基加固与沉降防治。

背景技术

软土具有含水量高、孔隙比大、抗剪强度低等特点。要在软土地基上修建公路、铁路、土石坝、房屋建筑等工程，必须提高软土地基的承载力，控制其沉降。目前，软土地基的加固处理技术很多，常用的有排水固结法、带帽刚性桩复合地基法等。

排水固结法通过在软土层内部及表面设置排水体，消散土体孔隙水压力，增加土体有效应力，从而提高地基的承载力。但是，软土排水固结的过程也是收缩变形的过程，排水固结法处理的地基沉降往往很大，较难控制，不适用对沉降或差异沉降较敏感的工程。

带帽刚性桩复合地基法通过桩帽将上部荷载大部分转移到刚性桩，再由刚性桩把荷载传递、扩散到深层地基土，其作用类似桩基础，因而地基的沉降较小。但是，该复合地基的承载性状基本由刚性桩控制，桩间土的承载力得不到充分发挥，同时，刚性桩的用量大，不经济。

发明内容

为了克服排水固结法、带帽刚性桩复合地基法的不足，本发明提供一种组合型地基处理技术——后注浆带帽刚性桩与排水体组合型地基处理技术。该技术先期削减刚性桩的承载作用，使地基土排水固结、提高承载力；后期恢复刚性桩的承载作用，达到桩、土共同受力状态。该技术不仅能充分发挥地基土的承载力，而且在工程后期及运营阶段能有效控制地基的沉降。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种后注浆带帽刚性桩与排水体组合型地基处理技术，其施工方法为：

(1)先平整场地，在软土地基表面铺设砂垫层作为水平向排水体。

(2)在软土地基中施工竖向排水体(袋装砂井、塑料排水板中的一种)，竖向排水体顶部要进入水平向排水体内，使竖向排水体和水平向排水体相互连通，以利于把软土内部孔隙水排出地表。

(3)在软土地基中施工刚性桩(CFG桩、混凝土桩中的一种)，刚性桩顶面低于水平向排水体上表面。

(4)清除桩顶以上排水体埋设注浆囊，注浆囊底面与桩顶接触，顶面与水平向排水体上表面平齐。

(5)注浆管串联同一横断面内各注浆囊，两头延伸至水平向排水体范围之外，分别接进口阀门和出口稳压阀门。

(6)钢筋混凝土桩帽覆盖于注浆囊及水平向排水体之上，桩帽中心与注浆囊中心对正；桩帽底面积大于注浆囊顶面积，一方面为了保护注浆囊，另一方面为了在后期将上部荷载转移到刚性桩，发挥刚性桩的承载作用。

(7)在水平向排水体、钢筋混凝土桩帽之上施工路基、堤坝、建筑基础中的一种。

后注浆带帽刚性桩与排水体组合型地基处理技术的操作步骤为：

(1)在上部荷载作用前，设定稳压阀门的出口压力值，打开进口阀门，通过注浆机把水经注浆管注入注浆囊，直到出口稳压阀门出水才关闭进口阀门。注浆囊中承压水可使囊体保持充盈状态，有利于后期注浆及浆体成型。

(2)在上部荷载作用下，软土地基通过竖向排水体和水平向排水体进行排水固结，产生固结沉降；刚性桩承载力大、沉降小，在钢筋混凝土桩帽受力下沉时，刚性桩挤压注浆囊，水压超过出口稳压阀门的压力限定时排水减压，注浆囊体积收缩，缓解刚性桩的承载作用。因而，软土地基因排水固结而有效应力增加，承载力得以提高，刚性桩未阻碍地基土的固结变形。

(3)在上部荷载作用后期，软土地基的固结度达到设计要求时，往注浆囊内注浆(水泥浆、水泥砂浆中的一种)置换囊内承压水；在浆体硬化过程中，禁止加载、施工，如需缩短停工时间，可在浆体中掺入速凝剂；浆体固化后，刚性桩、浆体、钢筋混凝土桩帽连成一个竖向的刚性承载体；随着软土地基后期的沉降变形，刚性桩逐渐分担更多荷载，形成桩、土共同受力状态，刚性桩承载作用的发挥减轻了桩周土体所受的荷载，限制了软土地基沉降的发展。

本发明的进一步方案是：出口稳压阀门由接头、内管、外管、螺塞、管盖、弹簧组成；内管一端通过接头与注浆管连接，内管另一端连接管盖和外管；外管管径大于内管，外管管壁留有出浆(水)口，外管内有弹簧和带手柄的螺塞；弹簧一端连接管盖，另一端连接螺塞；螺塞通过螺纹沿外管轴向运动，转动手柄可以调整弹簧压缩量，从而设置出口阀门的压力值，压力大小应根据桩顶压力、孔隙水压力、上部荷载大小、地基土的固结沉降速率等情况来确定。

本发明的有益效果是，不仅充分发挥地基土的承载力，减少刚性桩的用量，减少经济投入，而且有效控制工程的后期沉降，减少因沉降过大而导致的上部结构变形和破坏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的横断面布置示意图。

图2是本发明实施例的地基平面布置示意图。

图3是图1中注浆系统的构造示意图。

图4是图1中注浆系统的平面布置示意图。

图5是图1中刚性桩、注浆体、钢筋混凝土桩帽支撑体系示意图。

图6是图1中出口稳压阀门的构造示意图。

图中，1.软土地基，2.水平向排水体，3.竖向排水体，4.刚性桩，5.注浆囊，6.PVC注浆管，7.注浆软管，8.进口阀门，9.出口稳压阀门，10.钢筋混凝土桩帽，11.路堤，12.手柄，13.螺塞，14.螺纹，15.弹簧，16.出浆(水)口，17.外管，18.管盖，19.内管，20.接头，21.注浆机。

具体实施方式

实施例为公路工程的地基加固处理，其施工方法为：

(1)在图1中，先平整场地，在软土地基1表面铺设水平向排水体2。

(2)在软土地基1中施工竖向排水体3，竖向排水体3顶部进入水平向排水体2，保证排水系统相互连通。

(3)在软土地基1中施工刚性桩4，刚性桩4顶面低于水平向排水体2上表面。

(4)清除刚性桩4顶面以上的水平向排水体2埋设注浆囊5，注浆囊5底面与刚性桩4接触，注浆囊5顶面与水平向排水体2顶面平齐，如图1所示。

(5)在图3中，PVC注浆管6和注浆软管7串联同一横断面内各注浆囊5，两头延伸至水平向排水体2范围之外，分别接进口阀门8和出口稳压阀门9，平面布置如图4所示。

(6)钢筋混凝土桩帽10覆盖于注浆囊5及水平向排水体2之上，钢筋混凝土桩帽10中心与注浆囊5中心对正，钢筋混凝土桩帽10底面积大于注浆囊5顶面积，平面布置见图2。

(7)在水平向排水体2、钢筋混凝土桩帽10之上施工路基11。

本地基处理技术的操作步骤为：

(1)在路堤11填筑前，设定出口稳压阀门9的压力值，打开进口阀门8，通过注浆机21把水经PVC注浆管6和注浆软管7，注入注浆囊5，直到出口稳压阀门9稳定出水才关闭进口阀门8和注浆机21，见图3所示。

(2)在水平向排水体2和钢筋混凝土桩帽10顶面填筑路堤11，软土地基1在路堤11重力作用下，通过竖向排水体3和水平向排水体2进行排水固结，产生固结沉降；刚性桩4承载力大、沉降小，在钢筋混凝土桩帽10受力下沉时，刚性桩4挤压注浆囊5，水压超过出口稳压阀门9的压力限定时排水减压，注浆囊5体积收缩，缓解刚性桩4的承载作用。

(3)当软土地基1的固结度达到设计要求时，打开进口阀门8，通过注浆机21注入水泥浆，置换注浆囊5、PVC注浆管6和注浆软管7内的承压水；在水泥浆硬化过程中，禁止加载、施工，如需缩短停工时间，可在水泥浆中掺入速凝剂；水泥浆固化后，刚性桩4、注浆囊5、钢筋混凝土桩帽10连成一个竖向的刚性承载体，见图5，刚性桩4的承载能力得到发挥，逐渐分担更多荷载，从而，减轻了桩周土体所受的荷载，限制了软土地基1沉降的发展。

在图6中，出口稳压阀门内管19一端通过接头20与PVC注浆管6连接，内管19另一端连接管盖18和外管17；外管17管径大于内管19，外管19管壁留有出浆(水)口16，外管17内有弹簧15和带手柄12的螺塞13；弹簧15一端连接管盖18，另一端连接螺塞13；转动手柄12，螺塞13通过螺纹14沿外管17轴向运动，调整弹簧15压缩量，从而设置阀门出口的压力值，压力大小应根据桩顶压力、孔隙水压力、上部荷载大小、地基土的固结沉降速率等情况来确定。