一种PHC管桩低位多发缺陷的连续注浆补强施工组件及施工方法与流程

本发明属于建筑施工，具体涉及一种phc管桩低位多发缺陷的连续注浆补强施工组件及施工方法。

背景技术：

1、在现代城市建设与基础设施工程中，预应力高强混凝土管桩（phc管桩）因其制造工艺成熟、承载性能高、施工便捷等优势，被广泛应用于各类高层建筑、桥梁、港口、地铁等工程的地基处理领域。然而，在实际工程应用中，phc管桩仍可能由于原材料波动、离心工艺偏差、养护控制不稳定、运输搬运不当或施工加载集中等因素，导致桩体某些局部段落存在不同程度的质量缺陷，例如混凝土疏松、桩体裂缝、内壁脱皮、空鼓、孔洞等。这类缺陷一旦发生，若不能及时有效修复，将直接影响桩基的轴向承载力和抗剪性能，甚至可能诱发结构沉降不均、建筑物倾斜、地基破坏等严重后果。

2、目前在工程实践中，对于phc管桩缺陷的处理主要依赖外部注浆、静压补桩或拆除重打等方法。最常见的是在桩体外围布设注浆管道，从桩周向桩体注入水泥浆或化学浆液以填充裂隙，形成一定的加固区。然而该类方法存在如下突出问题：

3、（1）定位不准确：外部注浆往往无法精确控制浆液流动路径，难以保证浆液能够充分覆盖缺陷区域，特别是位于桩心或内壁的隐蔽性空洞和微裂隙。

4、（2）渗漏风险高：浆液在渗入桩体缺陷部位的同时，也可能大量逸散至桩周地基土中，导致施工扰动增大，桩侧土失稳，甚至影响周边结构安全。

5、（3）控制参数模糊：现有注浆工艺多依赖人工经验设定压力与注浆量，缺乏明确的终止判据与质量评估机制，易导致注浆效果不稳定、补强强度偏低或浆液浪费。

6、（4）结构协同弱：传统注浆形成的加固体大多分散在桩体外部，与原桩本体之间缺乏可靠的胶结或锚固连接，难以形成统一的复合受力体系，整体承载能力提升有限。

7、（5）适应性差：对于嵌岩桩、深层桩或地下水丰富区域的桩基缺陷修复，外部注浆实施难度大，施工工期长，设备需求高，施工成本大幅上升。

8、由以上可知，现有的外部注浆修复技术在phc管桩缺陷段修复中，普遍存在精准性差、可控性弱、补强效果不稳定的问题，因此亟需提出一种能够从桩心内部注浆的phc管桩缺陷处理方法。

9、基于以上，经进一步检索，已有相关从管桩内部修复缺陷的技术方案，如，中国发明专利（公开号cn 116289910 a）公开了一种预应力混凝土管桩后注浆法灌芯补强施工方法。包括有如下施工步骤：首先确认桩身缺陷位置深度，然后采用压缩空气或高压水进行清孔，直至洗到要求清孔深度为止；根据计算要求布置钢绞线或钢筋数量，钢绞线或钢筋长度下放至经计算所得灌芯深度，露出桩顶以上2m以上，作钢绞线或钢筋下放控制或承载力试验用，再用6-8mm钢板封底厚度；注浆管采用二根焊接钢管，分别为一次注浆管和二注浆管管，碎石材料需挑选粒径ф10～20mm均一的无粉末的碎石，抗压强度大于m30回填至孔口；注浆前对一次注浆管进行压水洗孔，至返水干净为止；然后分别进行一次注浆和二次注浆。该技术方案采用注浆法灌芯补强，操作方便、成本低廉，施工速度快，能够提高桩身质量及单桩承载力，保证整个工程质量。但是，桩身缺陷位置通常仅仅存在某一区段，该技术方案需要在桩心下放填芯钢筋笼，之后在桩心填满碎石并进行注浆，其无法针对性的对缺陷段进行补强施工，施工材料用量较大。

10、对此，中国发明专利（公开号cn 116289910 a）公开了一种phc管桩预制填芯补强结构及施工方法，包括管桩、填芯结构、灌浆料和注浆结构，填芯结构填塞在管桩的桩基破损位置，填芯结构为预制圆柱钢筋混凝土结构，填芯结构的周围倾斜插入钢板条，填芯结构的顶部预埋带孔钢板，填芯结构的下部开设有平孔，填芯结构从顶部的带孔钢板到底部的平孔间设置有通孔，填芯结构的下部周围在平孔的下方设置一圈止浆环，填芯结构与管桩内壁之间填充灌浆料。该技术方案的填芯结构可根据需要填塞至管桩特定的破损位置，填芯结构外周设置钢板条，填芯结构下放到管桩内后，钢板条变形起到与管桩内壁的摩擦作用，可使填芯结构固定到任意位置，实现局部施工，填芯材料用量少，养护时间短，施工过程简单，大大提高管桩施工速度。但是该方法中，需要将制作好的填芯结构从桩顶塞入管桩内，通过钢管将填芯结构顶入到桩基破损位置，在此过程中钢板条会与管桩内壁持续摩擦，不仅会对管桩内壁产生二次损伤，并且当缺陷段位于处于低位时，填芯结构的顶入行程增加，施工十分困难，钢板条对管桩内壁产生的损伤会更大，从而有悖于管桩缺陷修复处理的初衷；另外，当管桩出现多个缺陷段时，上述问题将愈加严重，该技术方案基本失去实际应用价值。

技术实现思路

1、针对背景技术中提及的问题，本发明提出了一种phc管桩低位多发缺陷的连续注浆补强施工组件及施工方法，其结合phc管桩本身中空的结构特点，能实现phc管桩中低位、多个缺陷段的连续定点修复与复合补强，具有高效、精准、低扰动、可控性强、对桩身影响小和成本低的优势。

2、第一方面，本发明提供了一种phc管桩低位多发缺陷的连续注浆补强施工组件，包括设置于phc管桩洞口顶部的支架，设置于支架上的卷扬机，气泵，注浆机，其特征在于，还包括：

3、补强骨架，所述补强骨架包括外径小于phc管桩内径的补强管，外径小于phc管桩内径且环套固定在补强管外部的钢丝网，环套设置于补强管内部且上下两端分别与补强管上下管口边沿密封连接的受压膜管，沿补强管周向均匀分布的多个补强加固钉；多个所述补强加固钉一端与受压膜管外侧连接另一端依次活动贯穿补强管管壁和钢丝网朝外延伸；

4、气囊组件，所述气囊组件包括分别位于补强管两端外部的上气囊和下气囊，贯穿受压膜管内部且上下两端分别与上气囊、下气囊连通的气囊柱；所述气囊组件在充气膨胀后，所述气囊柱呈圆柱体形，所述上气囊和下气囊呈椭球体形；

5、牵引绳，所述牵引绳一端与上气囊顶部连接、另一端与卷扬机连接；

6、注浆管，所述注浆管一端密封贯穿上气囊一侧、另一端与注浆机连接；

7、气管，所述气管一端与上气囊连通、另一端与气泵连接，用于通过气泵向气囊组件充气以控制气囊组件在phc管桩内处于亏气膨胀状态或足气膨胀状态。

8、优选的，在受压膜管不被气囊柱挤压的状态下，所述受压膜管向内收缩，补强加固钉处于外端内缩在钢丝网以内的初始位置；在受压膜管被受囊柱挤压的状态下，所述受压膜管向外扩张，补强加固钉向外移动顶出。

9、优选的：

10、所述气囊组件处于亏气膨胀状态时，所述补强管抵接于上气囊、下气囊之间，所述上气囊、下气囊的最大横截面的直径小于phc管桩内径，所述气囊柱不挤压受压膜管；

11、所述气囊组件处于足气膨胀状态时，所述上气囊、下气囊的最大横截面的直径等于phc管桩内径，所述气囊柱挤压受压膜管外扩驱动补强加固钉向外移动顶出，以使补强加固钉端部钉入与phc管桩内壁。

12、优选的，多个所述补强加固钉沿补强管的高度方向布设2-4环，每环布设3-4个。

13、优选的，多个所述补强加固钉的外端具有尖锐部。

14、优选的，所述补强管的外径为phc管桩内径的三分之二至四分之三。

15、优选的，所述补强管的上下端管口呈喇叭状。

16、优选的，所述受压膜管、上气囊，下气囊和气囊柱均采用耐磨耐腐蚀橡胶制成。

17、优选的，所述补强管为upvc管、pp-r管、pe管和薄壁不锈钢管中的一种。

18、第二方面，本发明提供了一种phc管桩低位缺陷段的注浆补强施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

19、s1、缺陷识别

20、对已施工phc管桩进行全桩段质量检测，识别和确定管桩的各缺陷段位置；

21、s2、桩心清孔

22、对桩心进行清孔，清除管内杂物并用高压水对桩心进行冲洗，确保各缺陷段的注浆界面洁净；

23、s3、设备调试

24、将支架架设于phc管桩洞口顶部，在支架上安装固定卷扬机，在phc管桩洞口附近安装气泵和注浆机，并对各设备进行调试和检查；

25、s4、气囊穿管

26、将未充气膨胀的气囊组件穿过第一节补强骨架中的受压膜管，以控制气囊柱位于受压膜管内，而上气囊和下气囊分别位于补强管两端外部；

27、s5、气囊下放

28、利用气泵通过气管向气囊组件充气，控制气囊组件处于亏气膨胀状态，通过卷扬机缓慢下放气囊组件和第一节补强骨架至最底部的缺陷段位置；

29、s6、气囊密封

30、利用气泵通过气管进一步向气囊组件充气，控制气囊组件处于足气膨胀状态，使上气囊、下气囊与phc管桩内壁抵接形成密封，进而与补强管外壁围合形成覆盖缺陷段的注浆空间，与此同时所述气囊柱挤压受压膜管外扩驱动补强加固钉向外移动顶出，以使补强加固钉端部钉入phc管桩内壁，进而与钢丝网协同在注浆空间内形成钢筋骨架结构；

31、s7、注浆施工

32、利用注浆机通过注浆管向注浆空间内注入浆液，之后采用常规方法进行养护即可；

33、s8、气囊回收

34、待注入注浆空间内的浆液初凝后，通过气管将气囊组件内的气体排出，气囊组件体积缩小，利用卷扬机缓慢牵引将气囊组件依次从补强管和phc管桩内抽出；

35、s9、连续补强

36、重复步骤s4-s8将下一节补强骨架通过气囊组件下放至下一缺陷段位置并进行注浆施工，直至从下至上依次完成各缺陷段的注浆补强施工。

37、本发明在充分利用phc管桩中空结构特点的基础上，实现了对桩体内部缺陷区域的精准、可控、高效补强，与现有外部注浆修复技术和相比，具有以下显著的有益效果：

38、1、精准定位

39、采用从桩心向外注浆的方式，使浆液能够直接作用于缺陷段，克服了外部注浆路径长、绕流不确定的问题，补强区域明确、结构粘结效果显著，真正实现了“对症注浆”。

40、2、扰动小、浆液利用率高

41、本发明中的注浆过程在桩体内部进行，浆液通过裂缝或空隙自然扩散至缺陷及桩周区域，避免大范围扰动地基土体，保护周边桩位和既有结构安全；浆液集中于目标区域渗透粘结，避免浪费。

42、3、复合承载结构构建能力强

43、补强段形成了以浆体、补强骨架与原桩体混凝土共同参与受力的复合结构单元，有效增强了桩体的轴压、剪切与变形控制能力，恢复甚至提升了桩基整体的承载性能与稳定性。

44、4、适用性广、工程推广价值高

45、本发明通用性强、适应性高，可用于新建桩中局部缺陷的现场补强，也适用于老旧桩基修复和特殊工程桩的局部增强，具备良好的工程通用性和经济可行性，便于推广应用。尤其在应对管桩出现低位、多发缺陷时，本发明可实现各缺陷段的连续注浆补强，施工效率高，不会对桩体产生不良影响，施工成本低。