一种空心预制桩的空腔后注浆装置及其施工方法与流程

1.本发明涉及一种空心预制桩的空腔后注浆装置及其相应的施工方法，属于建筑施工技术领域。


背景技术：

2.建筑施工过程中，桩基的承载力主要受到两方面的制约：一是桩体本身的强度，二是地基承载力，即桩底土层承载力与桩侧桩土结合力。现有的空心预制桩如：预应力混凝土空心方桩、预应力混凝土管桩和竹节桩、钢管桩等，因其“桩身强度高、施工简便快捷、质量可靠”等优势，在建筑施工领域具有广泛应用。但是，受地基承载力约束，往往桩体强度富裕较大，从而制约了其进一步应用。为此，工程人员也在积极探索空心预制混凝土桩的后注浆技术，以提升地基承载力，减少桩身强度的富余度，实现资源节约。
3.目前的预制桩后注浆技术主要应用于预应力混凝土管桩和空心方桩中，即桩底安装了一个注浆装置，然后注浆管从桩顶标高贯穿桩身空腔，至桩底注浆装置，从而形成整个的注浆管路，后续通过注浆管直接注浆，从桩底注浆装置中出浆，实现土体加固、地基承载力提高。该工艺在沉桩(静压或锤击)过程中，注浆管需要随桩身逐节安装和沉桩，施工工效相对比较复杂。该注浆技术的主要缺陷在于：1)注浆管路中的注浆管不能重复利用；2)施工工序相对复杂：注浆管安装在桩身空腔内，需随桩身逐节安装和下沉，沉桩时增加了注浆管接头连接工序；3)沉桩时注浆管保护要求高：尤其是锤击施工时，动力荷载作用下，对注浆管保护难。因此，有必要开发一种施工更为简便，注浆质量更加可靠、且材料更为节省的空心预制桩的后注浆装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种施工简便、注浆可靠的空心预制桩的空腔后注浆装置。此外，本发明还提供了所述空心预制桩的空腔后注浆装置的施工方法。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种空心预制桩的空腔后注浆装置，包括从下至上同轴设置的至少一个空心桩体、与最下层桩体的底端固定连接的桩底注浆组件以及与最上层桩体的顶部可拆卸连接的桩顶注浆组件，其中，所述桩底注浆组件包括出浆钢管、位于出浆钢管内部的注浆器以及分别位于出浆钢管两端的桩底封板和用于封闭所述出浆钢管的出浆管封板，所述出浆钢管的管壁上设有若干个出浆孔，所述桩底注浆组件还包括穿过所述桩底封板与注浆器相连通的第一注浆管；所述桩顶注浆组件包括钢封板以及设置于钢封板上、并与空心桩体的空腔相通的钢套管和排气管；所述空腔后注浆装置还包括第二注浆管，且所述第二注浆管穿过所述钢套管与所述第一注浆管相通。
7.在本发明的一实施方式中：所述桩底注浆组件还包括至少一个肋板，并且所述至少一个肋板沿出浆钢管的外周与桩底封板以及出浆钢管相连。
8.进一步地：所述至少一个肋板为4个，且各肋板的角部具有倒角。
9.进一步地：所述出浆钢管的内部还填充有环绕注浆器的粗砂。
10.进一步地：所述出浆孔沿出浆钢管的管壁均匀布置，且所述出浆孔的孔径为8mm-10mm。
11.进一步地：所述注浆器具有止回阀。
12.进一步地于：所述排气管上设有阀门。
13.在本发明的一实施方式中：所述桩顶注浆组件还包括位于钢封板的下表面与桩体的顶表面之间的橡胶垫片。
14.本发明的另一目的，一种如上所述的空心预制桩的空腔后注浆装置的施工方法，其包括以下施工步骤：
15.s1：将桩底注浆装置与桩基的最下层桩体固定连接，并使其与该最下层桩体同时沉桩；
16.s2：继续桩体的沉桩操作，直至沉桩至设计标高；
17.s3：将桩顶注浆组件与桩头相连，并经由钢套管下放第二注浆管并使之与第一注浆管对准相通；
18.s4：利用高压注浆泵，从桩顶注浆组件向桩体空腔内注水，直至排气管内溢出水后关闭排气管；
19.s5：利用高压注浆泵向第二注浆管内注入清水，清水经第二注浆管以及第一注浆管进入到出浆钢管中，并经由出浆钢管上的出浆孔进入土体，以进行整个注浆管路的清水开塞；
20.s6：开塞完成后，向第二注浆管中注入水泥浆，该水泥浆经第二注浆管以及第一注浆管进入到出浆钢管中，并经由出浆钢管上的出浆孔进入土体，完成该预制桩的后注浆施工。
21.优选的是：所述施工方法还包括在注浆施工完成后将桩顶注浆组件以及第二注浆管拆除以用于下一根桩体的后注浆施工的步骤。
22.相对于现有的预制空心桩后注浆技术，通过本发明所提供的空心预制桩的空腔后注浆装置，在沉桩过程中无需注浆管的安装环节，提高了施工工效，同时还有效解决了现有的后注浆技术中如何进行注浆管保护的难题。而且，注浆管可重复利用，节约了施工材料，降低了施工成本，且施简便、注浆质量高效可靠。
附图说明
23.图1示出了本发明所述的空心预制桩的空腔后注浆装置的桩底出浆组件的结构示意图；
24.图2示出了本发明所述的空心预制桩的空腔后注浆装置的桩底出浆组件的仰视图；
25.图3示出了发明所述的空心预制桩的空腔后注浆装置的桩顶出浆组件的结构示意图；
26.图4示出了本发明所述的空心预制桩的空腔后注浆装置的桩顶出浆组件的钢封板的平面图；以及
27.图5示出了本发明所述的空心预制桩的空腔后注浆装置的整体结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
29.根据本发明的一方面，提供了一种利用空腔进行注浆的空心预制桩的后注浆装置，其包括从下至上同轴堆叠的至少一个空心桩体3以及分别位于最下层的桩体3的底端的桩底注浆组件1以及位于最上层桩体3的顶端的桩顶注浆组件2。在本发明中，所述空心桩体3可以空心方桩、空心管桩等本领域常用的桩体。如图1-图2所示，所述桩底注浆组件1包括桩底封板11、出浆钢管12、注浆器13、出浆管封板14以及第一注浆管17。其中，所述出浆钢管12位于桩底封板11以及出浆管封板14之间，所述出浆钢管12为中空套管，注浆器13则设置于该出浆钢管12的内腔中且其外侧壁可与桩底封板11通过例如螺纹连接的方式进行固定。第一注浆管17穿过桩底封板11上的通孔与出浆钢管12内的注浆器13相连，所述桩底封板11用于与桩体3端部相应的桩端板通过例如焊接的方式固定连接，而所述出浆管封板14则通过例如焊接的方式封闭出浆钢管12的另一端。所述出浆钢管12上设有若干个直径为8mm-10mm的出浆孔。所述桩底注浆组件1还包括至少一块肋板15，所述肋板15沿出浆钢管12的外周与桩底封板11以及出浆钢管12通过例如，焊接的方式固定连接，以便于在沉桩时，进一步破开土体，增加沉桩过程中桩体的压强。在本发明中，所述肋板15优选为4个，且肋板的自由端的角部具有倒角，以减少沉桩时桩体受到的土体的阻力。
30.在本发明中，为便于桩底封板11与桩体3之间的连接，所述桩底封板11的直径优选大于出浆钢管12的直径。将所述注浆器13设置于出浆钢管12的内部，一来可以保护注浆器13，避免在沉桩操作时将注浆器损坏，二来通过出浆孔即可对桩端土体进行注浆。特别地，在本发明中，所述注浆器13还带有止回阀，以防止注入的水泥浆回流。此外，在本发明中，所述出浆钢管12内部还填充有环绕注浆器13的粗砂16，以加强出浆钢管12的刚度，保证其在沉桩时不被损坏，同时，在注浆时，水泥浆可通过粗砂16颗粒之间的缝隙流动，而不会影响注浆压力。此外，粗砂16也有助于在沉桩时堵住出浆孔，避免在沉桩过程中土体随着沉桩的进行而压入出浆钢管12中。为避免粗砂16从出浆钢管12管壁上的出浆孔中渗出，所述粗砂16的粒径优选大于出浆孔的直径。
31.如图3-5所示，所述桩顶注浆组件2包括钢封板21、钢套管22以及排气管23，所述钢套管22、排气管23可穿过钢封板21上相应的套管安装孔221以及排气管安装孔231安装于钢封板21上，并使得当所述桩顶注浆组件2安装于桩体3的顶端时，其钢套管22以及排气管23均与桩体3的内腔相连通。在本发明中，所述桩顶注浆组件2通过设置于钢封板21上的螺栓孔241以及相应的螺栓24实现与桩体3的可拆卸连接，以便于在注浆完成后可拆下桩顶注浆组件2以进行重复利用。此外，在将所述桩顶注浆组件2安装于桩体3的顶端时，所述桩顶注浆组件2还可包括位于钢封板21的下表面以及桩体3顶表面之间的橡胶垫片25。
32.最后，本发明所述的空心预制桩的后注浆装置还包括可拆卸地设置于腔体3的空腔中的第二注浆管4，所述第二注浆管4穿过钢套管23与桩底注浆组件1的第一注浆管17相连通，为此，在本发明中，所述注浆管17、第二注浆管4以及钢套管23上都设有相应的内/外螺纹，以便于实现第一注浆管14与第二注浆管4以及第二注浆管4于钢套管3之间的可拆卸式螺纹连接。
33.根据本发明的另一方面，还提供了一种如上所述的空心预制桩的后注浆装置的施工方法，其主要包括如下步骤：
34.s1：将预先加工好的桩底注浆装置1与桩体3进行焊接固定，具体地，通过将桩底注浆装置1的桩底封板11与桩体3上的端封板进行焊接的方式使得二者密实固定，以便通过静压或锤击工艺使其与桩基的最下面的第一节桩体同时沉桩；
35.s2：继续后续桩体3的沉桩操作，直至最后一节桩体达到土体内设计标高，此时沉桩完毕；
36.s3：挖土至桩头露出，通过螺栓孔241以及相应的螺栓24将桩顶注浆组件2安装于桩顶端封板上，同时经由钢套管23下放第二注浆管4至桩体3的内腔中并使之与桩底注浆组件1的第一注浆管17对准连通；
37.s4：利用高压注浆泵，从桩顶注浆组件2对桩体空腔内注水，直至排气管23内溢出水，此时通过阀门关闭排气管23；
38.s5：利用高压注浆泵向第二注浆管4内注入清水，清水经第二注浆管以及第一注浆管进入到出浆钢管中，并经由出浆钢管上的出浆孔进入土体，以将桩底注浆组件注浆管路打通，实现整个注浆管路的清水开塞；
39.s6：开塞完成后，向第二注浆管4中注入水泥浆，水泥浆经由彼此连通的第二注浆管4以及第一注浆管17进入到出浆钢管12中，并经由出浆钢管12上的出浆孔进入土体达到加固桩底及桩周土体的目的，完成该根预制桩后注浆施工。
40.上述预制桩注浆完成后，可将桩顶注浆组件2以及第二注浆管4拆除，以用于下一根桩体的后注浆施工。
41.在本发明如上所述的空心预制桩的后注浆装置及其施工方法中，通过在桩顶以及桩底分别安装注浆组件以及出浆组件，待桩底出浆组件与桩体以锤击或静压方式沉桩完毕后，可直接从桩顶利用注浆管对桩底进行注浆，水泥浆从桩底出浆组件中出浆，进而实现土体加固、提高地基承载力的效果。由于本发明的沉桩过重中取消了注浆管的安装工序，不仅提高了施工功效，且注浆管可重复利用，节省了成本。
42.本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。任何对此产品进行的修饰与改良，在专利范围或范畴内同类或相近物质的替代与使用，均属于本发明专利保护范围。