高压旋喷扩大头预应力管桩及其组合方法.pdf

一种高压旋喷扩大头预应力管桩，包括预应力混凝土管，由高压旋喷水泥浆与桩管前端土层搅拌混凝形成固结体扩大头。将高压水泥浆输入喷射管，边旋转喷射，边向桩前端土层喷射水泥浆，在旋转喷射过程中逐渐提升喷射管，使水泥浆与桩前端土层粘结成圆柱形固结体，继续将喷射管提升至管桩腔内旋转喷射水泥浆，使桩管内形成的地基土塞固结体与管桩下端的圆柱形固体结成整体，凝固形成预应力管桩端部圆柱形扩大头。本发明在桩管内利用进入管腔内的土塞制造固结体，并将其与桩管末端周围的固结体粘结成整体，且桩管末端的固结体的面积和厚度由设计要求决定，承载力大，固结体面积也可扩大，其桩端承载力也相应成倍增加。

1、  高压旋喷扩大头预应力管桩，包括预应力混凝土管，其特征是由高压旋喷水泥浆与桩管前端土层搅拌混凝形成固结体扩大头。

2、  根据权利要求1所述的高压旋喷扩大头预应力管桩，其特征是桩管前端固结体扩大头为圆柱形。

3、  根据权利要求1或2所述的高压旋喷扩大头预应力管桩，其特征是桩管前端圆柱形固结体扩大头直径为1～2米。

4、  根据权利要求1所述的高压旋喷扩大头预应力管桩，其特征是固结体扩大头由预应力桩管内土塞固结体与桩管前端圆柱形固结体凝结成一体。

5、  根据权利要求4所述的高压旋喷扩大头预应力管桩，其特征是预应力桩管内土塞固结体与桩管前端圆柱形固结体的长度和为桩管外直径2.5～3.5倍。

6、  高压旋喷扩大头预应力管桩组合方法，其特征包括以下步骤：
a、用打桩机将预应力管桩打入地基土层的设计深度；
b、把喷射管插入已打进土层的管桩腔中，用钻机将喷射管打压至管桩的前端土层设计深度；
c、将高压水泥浆输入喷射管，边旋转喷射，边向桩前端土层喷射水泥浆，并在旋转喷射过程中逐渐提升喷射管，使水泥浆与桩前端土层粘结成圆柱形固结体；
d、继续将喷射管提升至管桩腔内旋转喷射水泥浆，使桩管内形成的地基土塞固结体与管桩下端的圆柱形固体结成整体，凝固形成预应力管桩端部圆柱形扩大头。

7、  根据权利要求6所述的高压旋喷扩大头预应力管桩组合方法，其特征是预应力混凝土管桩带圆环形桩靴时，包括以下步骤：
a、在预应力混凝土管桩末端接上圆环形桩靴；
b、将连接上圆环形桩靴的预应力混凝土桩用打桩机打入地基土层的设计深度；
c、把喷射管插入已打进土层的桩管腔中，用钻机将喷射管打压至圆环形桩靴的前端土层设计深度；
d、将高压水泥浆输入喷射管，边旋转喷射，边向桩前端土层喷射水泥浆，并在旋转喷射过程中逐渐提升喷射管，使水泥浆与桩前端土层粘结成圆柱形固结体；
e、继续将喷射管提升至管桩内继续旋转喷射水泥浆，使桩管内形成的地基土塞固结体与管桩下端的圆柱形固体结成整体，凝固形成预应力管桩圆柱形扩大头。

高压旋喷扩大头预应力管桩及其组合方法
技术领域
本发明涉及建筑基础桩，是关于高压旋喷产生扩大头的预应力管桩，以及高压旋喷产生扩大头的预应力管桩的组合施工方法。
背景技术
预应力管桩以其具有较好的经济技术指标而被广泛应用于建筑桩基领域，但它不能如同人工挖孔桩、支盘钻孔灌注桩一样，在桩端形成扩大头，以达到提高桩端阻力的目的，使其单桩承载力受到一定限制。高压旋喷注浆技术以其能提供高压的射流切削土体，使水泥浆液与土体搅拌混合，形成一种高强度的固结体而被广泛应用于土体的加固。两种技术从理论到实践均已得到技术界的认可，并在工程中广泛应用。但是，至今却没有人把高压旋喷加固技术与预应力管桩结合起来，作为提高桩端承载力的一种有效的加固技术。
CN2756706Y提出一种桩底后注浆预应力管桩，对管桩桩底土进行加固，以引入桩底注浆技术，提高管桩底部承载力；由于注浆时浆液流向难以控制，只能形成脉状结石体，而无法在管桩底端形成固定形状的承载体，加固后质量稳定性差，不能定量设计，不能大幅度提高管桩的承载能力，因而这种技术在沿海软土地区很难得到推广使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是针对目前各种对预应力管桩改进后所存在的问题，将预应力管桩技术和高压旋喷技术进行组合，充分发挥预应力管桩和高压旋喷技术的各种长处，在管桩底端形成一个具有固定形状的固结体，作为预应力管桩底端的扩大头，从而较大幅度地提高桩端的承载力。
高压旋喷扩大头预应力管桩，包括预应力混凝土管，其特征是由高压旋喷水泥浆与桩管前端土层搅拌混凝形成固结体扩大头。
高压旋喷扩大头预应力管桩组合方法，其特征包括以下步骤：
a、用打桩机将预应力管桩打入地基土层的设计深度；
b、把喷射管插入已打进土层的管桩腔中，用钻机将喷射管打压至管桩的前端土层设计深度；
c、将高压水泥浆输入喷射管，边旋转喷射，边向桩前端土层喷射水泥浆，并在旋转喷射过程中逐渐提升喷射管，使水泥浆与桩前端土层粘结成圆柱形固结体；
d、继续将喷射管提升至管桩腔内旋转喷射水泥浆，使桩管内形成的地基土塞固结体与管桩下端的圆柱形固体结成整体，凝固形成预应力管桩端部圆柱形扩大头。
上述四个步骤是把高压旋喷技术与预应力管桩相结合形成固结体扩大头，只要这种固结体的强度能满足桩端阻力作用下管桩所产生的局部承压和桩冲切强度要求，便可采用固结体的直径作为管桩扩大头的直径，扩大头直径一般为桩管直径的1～2米，从而达到提高预应力管桩承载力的目的。
附图说明
图1为高压旋喷扩大头预应力管桩施工流程示意图。
图2为高压旋喷扩大头预应力管桩纵剖面示意图。
图3为预应力管桩改进型钢桩靴横切面放大图。
具体实施方式
软土地区预应力管桩沉桩时经常不带桩靴，这时直接在桩管底部旋喷形成扩大头。当管桩沉桩需要带桩靴时，预应力混凝土管桩底端连接圆环形桩靴，在桩管底端铁环14焊接圆环形钢桩靴2，如图3所示，钢桩靴2的外壁21与混凝土预应力管桩的外壁8相平齐，钢桩靴2内径向设4～8根加强钢肋22，以加强桩靴的刚度与强度。
高压旋喷扩大头预应力管桩的施工方法，如图1所示。
在地基面平整后，桩机就位，用打桩机把预应力管桩打入地基土层的设计深度，然后桩机移位，由钻机在管桩内腔中心把喷射管7插入桩管腔9的土塞10内，由钻机4将喷射管7打压到桩靴2的前端的预定设计深度，在喷射管7的上端连接转速可控电机6，然后接入水泥浆输送管5，启动超高压水泥浆泵3，将按比例调配的水泥浆灌注到喷射管7内，喷射管为分别喷射水、空气和水泥浆的三重喷射管。不同的地基土质也可以采用单管或双重管旋转喷射。启动旋转喷射管时，20MPa以上的高压旋转的水流冲击切割桩前端地基土，旋喷高压水泥浆的喷射压力1～3MPa，喷射有效直径1～2米，浆液流量100～150升/分，喷射管7外径φ75～φ90，喷嘴孔径φ10两个。边喷射、边旋转边提升，转速每分钟10～20转，提升速度10～20cm/分钟，如图1的A→B所示。边喷射边提升，不断冲击、切割、搅拌桩前端土层13，形成圆柱形固结体12b，如图1的B→C所示。再将喷射管7提升到桩管腔9内继续旋喷水泥浆冲击搅拌进入桩管腔9内的土塞10，形成桩管内固结体11，固结体11的长度为桩身外径的1～1.5倍时，可停止注浆，拨出喷射管，经过养护期凝结固化后，形成由预应力桩管内土塞固结体11与桩管前端圆柱形固结体12c结成一体的高压旋喷扩大头预应力管桩，如图1D所示。桩管1前端的圆柱形固结体扩大头12直径为1～2米，厚度为桩管外直径的1.5～2倍，预应力桩管内土塞固结体11与桩管前端圆柱形固结体12c的长度和为桩管外径2.5～3.5倍。具体项目应根据该项工程的地质情况的不同和设计要求计算确定。
预应力混凝土管桩带圆环形桩靴时，高压旋喷扩大头预应力管桩组合方法，包括以下步骤：
a、在预应力混凝土管桩末端接上圆环形桩靴；
b、将连接上圆环形桩靴的预应力混凝土桩用打桩机打入地基土层的设计深度；
c、把喷射管插入已打进土层的桩管腔中，用钻机将喷射管打压至圆环形桩靴的前端土层设计深度；
d、将高压水泥浆输入喷射管，边旋转喷射，边向桩前端土层喷射水泥浆，并在旋转喷射过程中逐渐提升喷射管，使水泥浆与桩前端土层粘结成圆柱形固结体；
e、继续将喷射管提升至管桩内继续旋转喷射水泥浆，使桩管内形成的地基土塞固结体与管桩下端的圆柱形固体结成整体，凝固形成预应力管桩圆柱形扩大头。
目前浙江宁波市用于高层、小高层、多层建筑的预应力管桩，一般以粉质粘土、粉砂、中砂、粗砂作为桩端持力层。在这些土层应用高压旋喷加固时，只要采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6～0.8，另外添加0.5％的减水剂，这种固结体的抗压强度在砂类土中可以达到10～20MPa，粘性土中可以达到5～10MPa。这种固结体足以能够承受管桩的局部承压和抗冲切要求，当高压旋喷制作的扩大头直径在桩的冲切锥范围之内时，便不存在抗冲切的问题，固结体便能发挥桩端扩大头的作用。