CN111173018A - 埋入式承台地基土水平定向预压装置及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埋入式承台地基土水平定向预压装置及实施方法，属于桥梁工程技术领域。其通过注浆挤扩装置挤压埋入式承台侧壁地基土体，不但扩大了埋入式承台与地基土体之间的水平相互作用受力面积，更实现对承台侧壁地基土预压强化处理，使得地基土能在较小压缩变形情况下就可提供较高的水平抗力，实现提升群桩基础的安全储备目标。该定向预压装置为各种埋入式承台群桩基础、埋入式块体基础承台性能提升提供一种新的思路，不但增强了基础的安全储备，更为后续承台水平抗力作用的利用奠定应用基础，对我国桥梁工程中群桩基础水平承载性能设计和安全应用具有十分重要的工程推广价值。

Description

埋入式承台地基土水平定向预压装置及实施方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种埋入式承台地基土水平定向预压装置及实施方法。

背景技术

埋入式承台群桩基础由于水平刚度大、抗倾覆能力强等优点，是桥梁工程中承载上部结构传递水平力作用的首选基础型式。水平力作用时，通过承台与桩基础之间刚度分配关系，实现了上部荷载向桩基础的传递，从而达到群桩基础承载水平力作用的目的。但上述荷载分配过程中忽略了埋入式承台侧壁地基土体的水平抗力作用，使得桩基础设计偏于保守，且这种保守程度随着承台埋深的增加而显著增加。国外已认识到埋入式承台对群桩基础水平承载性能的贡献，并在施工过程中对该部分土体进行处理以提高相应的水平承载安全储备。然而，目前我国相关行业的设计人员尽管意识到埋入式承台侧壁地基土能承担一部分荷载作用，但尚未开展高效、快捷的性能提升措施研究。

随着我国高速公路网和高速铁路网的进一步深化发展与建设，行车速度越来越快、运行载重越来越大，这对桥梁群桩基础的水平刚度要求也越来越高。为保证行车的平顺性与安全性，群桩基础的承台尺寸越来越大，且埋设也随着平面尺寸的增加而增加。如何充分挖掘埋入式承台侧壁深埋地基土体的水平抗力作用，显著提升基础安全储备，为后续承台水平抗力作用的利用奠定应用基础，是一项意义重大的工作，这将使得大型埋入式承台群桩基础设计更加合理、承载更为安全、造价更为经济。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种埋入式承台地基土水平定向预压装置，该装置能够对地基土体进行预压和挤扩，充分发挥埋入式承台侧壁深埋地基土体的水平抗力作用。

本发明的另一目的是提供一种上述埋入式承台地基土水平定向预压装置的实施方法。

技术方案：本发明所述的一种埋入式承台地基土水平定向预压装置，包括注浆挤扩装置和注浆系统，所述注浆挤扩装置包括设置于埋入式承台侧壁的底板、设置在所述底板上的注浆囊袋、分别连通所述注浆囊袋的注浆单向阀和排浆单向阀；所述注浆系统包括注浆泵、连接所述注浆泵和所述注浆单向阀的注浆管、设置在所述注浆管上的注浆控制阀、浆液回收池、连接所述浆液回收池和所述排浆单向阀的排浆管、以及设置在所述排浆管上的排浆控制阀。

其中，所述注浆囊袋的形状为四棱台形，所述底板的形状为矩形，注浆囊袋的较小矩形端面与底板贴合连接，且底板的边沿轮廓限定了注浆囊袋的较小矩形端面的尺寸。

所述底板的矩形平面尺寸与埋入式承台侧壁的边沿轮廓尺寸一致。

所述注浆单向阀和所述排浆单向阀均连接在所述注浆囊袋的较小矩形端面上，且注浆单向阀的安装高度较排浆单向阀的安装高度低。

所述注浆单向阀和所述排浆单向阀均位于所述注浆囊袋的较小矩形端面的同一对角线上，且注浆单向阀位于所述对角线的下部四等分点上，排浆单向阀位于对所述对角线的上部四等分点上。

所述底板上设置有与所述注浆单向阀和所述排浆单向阀分别对应的两个安装孔，注浆单向阀和排浆单向阀分别穿设于对应的所述安装孔内。

作为优选，所述注浆挤扩装置设置于埋入式承台受水平力作用最显著的侧壁。

而对应于上述埋入式承台地基土水平定向预压装置，本发明提供的实施方法包括如下步骤：

(1)根据埋入式承台水平受力方向的目标侧壁尺寸确定底板尺寸；

(2)根据地基土体的设计预压缩量和底板尺寸确定注浆囊袋的尺寸；

(3)将预制的注浆囊袋、底板、注浆单向阀和排浆单向阀进行组装，并在连接处密封处理；其中，注浆囊袋进行压缩折叠并平铺固定在底板表面，形成完整的注浆挤扩装置；

(4)承台施工时，先埋设注浆管和排浆管，埋设时根据注浆单向阀的设计位置确定注浆管的出液端口的位置，根据排浆单向阀的设计位置确定排浆管的进液端口的位置，并将注浆管和排浆管各自的另一端口预留在承台上方；

(5)承台施工完毕后，将注浆挤扩装置安装在承台的目标侧壁，并将注浆单向阀与注浆管的出液端口连接密封，将排浆单向阀与排浆管的进液端口连接密封，然后将底板与承台侧壁连接牢固；接着按常规工序完成承台回填土施工。

该实施方法进一步还包括步骤：当需要增强地基土水平抗力时，将承台上方的注浆管连接注浆控制阀和注浆泵，排浆管连接排浆控制阀和浆液回收池，同时配置注浆用的水泥浆液。

该实施方法进一步还包括步骤：将注浆控制阀与排浆控制阀打开，注浆泵缓慢增压进行注浆；当浆液通过排浆管稳定流入浆液回收池时关闭排浆控制阀，随后注浆泵持续增压注浆，直至达到设计注浆量或注浆泵无法继续向注浆囊袋内注浆液为止，然后关闭注浆控制阀，注浆泵停机；等待注浆囊袋内的浆液固化。

有益效果：与现有技术相比，本发明为充分挖掘埋入式承台侧壁深埋地基土体的水平抗力作用，在埋入式承台受水平力作用最显著的侧壁上设置注浆挤扩装置，通过注浆囊袋挤压埋入式承台侧壁地基土体，不但扩大了埋入式承台与地基土体之间的水平相互作用受力面积，更实现对承台侧壁地基土预压强化处理，使得地基土能在较小压缩变形情况下就可提供较高的水平抗力，实现提升群桩基础的安全储备目标。该定向预压装置可根据需要提升埋入式承台地基土体承载力时再进行预压，应用时间上较为灵活。此外，该装置还可以作为一种辅助纠偏方法对群桩基础进行适量纠偏。同时，所提供的实施方法使定向预压装置制造简单，实施便利，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明的定向预压装置在埋入式承台群桩基础中应用的结构示意图；

图2是本发明的定向预压装置中的注浆挤扩装置侧面结构示意图；

图3是图2中注浆挤扩装置沿A-A线剖面结构示意图；

图4是本发明的定向预压装置的单向阀布置示意图；其中，A和B示意了两种不同的布置方式。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种埋入式承台地基土水平定向预压装置，包括注浆挤扩装置 1和注浆系统，其中，注浆挤扩装置1根据需要设置于埋入式承台100受水平力作用最显著的侧壁。

一并结合图2和图3，该注浆挤扩装置1包括设置于埋入式承台100侧壁的底板11、设置在该底板11上的注浆囊袋10、以及分别连通注浆囊袋10的注浆单向阀12和排浆单向阀13。

具体的，底板11采用钢板制作，形状为矩形，其平面尺寸与埋入式承台100 侧壁的边沿轮廓面的尺寸一致。并且，其上设置有用于安装注浆单向阀12和排浆单向阀13的安装孔。

注浆囊袋10采用强度高、密封性能好的帆布材料制作，形状为四棱台形，空间体积根据地基土体所需预压缩量进行设计。其较小矩形端面与底板11贴合并紧密连接，且底板11的边沿轮廓限定了注浆囊袋10的较小矩形端面的尺寸，即该端面和底板11的平面形状尺寸完全一致。其较大矩形端面指向地基土体，从而扩大了埋入式承台与地基土体之间的水平相互作用受力面积。

注浆系统包括注浆泵2、连接注浆泵2和注浆单向阀12的注浆管4、设置在注浆管4上的注浆控制阀3、浆液回收池7、连接浆液回收池7和排浆单向阀13 的排浆管5、以及设置在排浆管5上的排浆控制阀6。

结合附图，注浆单向阀12顺流方向为向注浆囊袋10内流动，目的是防止注浆囊袋10内高压浆液回流，安装在靠近底板11下半部分1/4面积中心位置处，并穿过注浆囊袋10、底板11预留的孔洞后固定密封。排浆单向阀13顺流方向为离开注浆囊袋10方向流动，目的是防止浆液回收池7及排浆管5内浆液回流，安装在靠近底板11上半部分1/4面积中心位置处，并穿过注浆囊袋10、底板11 预留的孔洞后固定密封。排浆单向阀13安装的位置较注浆单向阀12安装位置高，使得浆液能完全填充整个注浆囊袋10。作为优选，注浆单向阀12和排浆单向阀 13设置在同一对角线上，如图4所示，注浆单向阀12位于对角线的下部四等分点上，排浆单向阀13位于对角线的上部四等分点上。

本实施例还公开了上述埋入式承台地基土水平定向预压装置的实施方法，包括如下步骤：

(1)根据埋入式承台100水平受力方向的目标侧壁尺寸确定底板11尺寸；

(2)根据地基土体的设计预压缩量和底板11尺寸，确定注浆囊袋10的尺寸；

(3)将预制的注浆囊袋10、底板11、注浆单向阀12和排浆单向阀13进行组装，并在连接处密封处理；对注浆囊袋10进行压缩折叠并平铺固定在底板11 表面，形成完整的注浆挤扩装置1；

(4)承台施工时，先埋设注浆管4和排浆管5，埋设时根据注浆单向阀12 的设计位置确定注浆管4的出液端口的位置，根据排浆单向阀13的设计位置确定排浆管5的进液端口的位置，并将注浆管4和排浆管5各自的另一端口预留在承台上方；

(5)承台施工完毕后，将注浆挤扩装置1安装在承台的目标侧壁，并将注浆单向阀12与注浆管4的出液端口连接密封，将排浆单向阀13与排浆管5的进液端口连接密封，然后将底板11与承台侧壁连接牢固；接着按常规工序完成承台回填土施工；

(6)当需要增强地基土水平抗力时，将承台上方的注浆管4连接注浆控制阀3和注浆泵2，排浆管5连接排浆控制阀6和浆液回收池7，同时配置注浆用的水泥浆液；

(7)将注浆控制阀3与排浆控制阀6打开，注浆泵2缓慢增压进行注浆；当浆液通过排浆管5稳定流入浆液回收池7时关闭排浆控制阀5，随后注浆泵2 持续增压注浆，直至达到设计注浆量或注浆泵2无法继续向注浆囊袋10内注浆液为止，然后关闭注浆控制阀3，注浆泵2停机；等待注浆囊袋1内的浆液固化。

上述工序完成一段时间后囊袋内水泥浆液固化，此时埋入式承台侧壁深埋地基土体处于预压缩状态，能够提供更高的水平抗力作用；同时由于囊袋的四棱台形状，增加了承台-地基土接触面积，进一步提升了承台的水平抗力作用。

Claims (10)

1.一种埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，包括注浆挤扩装置(1)和注浆系统，所述注浆挤扩装置(1)包括设置于埋入式承台(100)侧壁的底板(11)、设置在所述底板(11)上的注浆囊袋(10)、分别连通所述注浆囊袋(10)的注浆单向阀(12)和排浆单向阀(13)；所述注浆系统包括注浆泵(2)、连接所述注浆泵(2)和所述注浆单向阀(12)的注浆管(4)、设置在所述注浆管(4)上的注浆控制阀(3)、浆液回收池(7)、连接所述浆液回收池(7)和所述排浆单向阀(13)的排浆管(5)、以及设置在所述排浆管(5)上的排浆控制阀(6)。

2.根据权利要求1所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，所述注浆囊袋(10)的形状为四棱台形，所述底板(11)的形状为矩形，注浆囊袋(10)的较小矩形端面与底板(11)贴合连接，且底板(11)的边沿轮廓限定了注浆囊袋(10)的较小矩形端面的尺寸。

3.根据权利要求2所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，所述底板(11)的矩形平面尺寸与埋入式承台(100)侧壁的边沿轮廓尺寸一致。

4.根据权利要求2所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，所述注浆单向阀(12)和所述排浆单向阀(13)均连接在所述注浆囊袋(10)的较小矩形端面上，且注浆单向阀(12)的安装高度较排浆单向阀(13)的安装高度低。

5.根据权利要求4所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，所述注浆单向阀(12)和所述排浆单向阀(13)均位于所述注浆囊袋(10)的较小矩形端面的同一对角线上，且注浆单向阀(12)位于所述对角线的下部四等分点上，排浆单向阀(13)位于所述对角线的上部四等分点上。

6.根据权利要求5所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，所述底板(11)上设置有与所述注浆单向阀(12)和所述排浆单向阀(13)分别对应的两个安装孔，注浆单向阀(12)和排浆单向阀(13)分别穿设于对应的所述安装孔内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置，其特征在于，所述注浆挤扩装置(1)设置于埋入式承台(100)受水平力作用最显著的侧壁。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的埋入式承台地基土水平定向预压装置的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据埋入式承台水平受力方向的目标侧壁尺寸确定底板尺寸；

(2)根据地基土体的设计预压缩量和底板尺寸确定注浆囊袋的尺寸；

(3)将预制的注浆囊袋、底板、注浆单向阀和排浆单向阀进行组装，并在连接处密封处理；其中，注浆囊袋进行压缩折叠并平铺固定在底板表面，形成完整的注浆挤扩装置；

(4)承台施工时，先埋设注浆管和排浆管，埋设时根据注浆单向阀的设计位置确定注浆管的出液端口的位置，根据排浆单向阀的设计位置确定排浆管的进液端口的位置，并将注浆管和排浆管各自的另一端口预留在承台上方；

(5)承台施工完毕后，将注浆挤扩装置安装在承台的目标侧壁，并将注浆单向阀与注浆管的出液端口连接密封，将排浆单向阀与排浆管的进液端口连接密封，然后将底板与承台侧壁连接牢固；接着按常规工序完成承台回填土施工。

9.根据权利要求8所述的实施方法，其特征在于，还包括步骤：当需要增强地基土水平抗力时，将承台上方的注浆管连接注浆控制阀和注浆泵，排浆管连接排浆控制阀和浆液回收池，同时配置注浆用的水泥浆液。

10.根据权利要求9所述的实施方法，其特征在于，还包括步骤：将注浆控制阀与排浆控制阀打开，注浆泵缓慢增压进行注浆；当浆液通过排浆管稳定流入浆液回收池时关闭排浆控制阀，随后注浆泵持续增压注浆，直至达到设计注浆量或注浆泵无法继续向注浆囊袋内注浆液为止，然后关闭注浆控制阀，注浆泵停机；等待注浆囊袋内的浆液固化。

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