本發明屬于樁基施工領域，具體涉及一種預應力管樁樁底上浮固封裝置及其控制方法。

背景技術：

隨著城市發展加速，市政基礎設施、橋梁、公用及民用建筑的規模越來越大，特別在我國東南沿海地區，軟黏土層深厚，對基礎的承載力要求水漲船高。

預應力管樁近年來的使用范圍越來越廣，這取決于幾個優點：1)采用高強鋼筋、混凝土，有利于節約材料和能源消耗；2)工程機械化制作樁身，質量有保障且材料損耗小；3)造價省、運輸方便、施工方便等。但是，預應力管樁的抗剪能力和抗彎能力差。在施工過程中，易受到擠土效應影響，樁身上浮即為一個重要表現。

由于打樁速度過快，造成土體隆起，已經打入的樁基的標高便會受到影響。通常樁頂標高會達到30cm以上的增加，甚至發生斷樁的情況。

而當樁身上浮時，樁身底部與樁端土之間存在較大的空隙，無法發揮出樁端承載力，對于樁基的承載力則產生高估的結果。當受到較大的上部荷載時，會發生過大的沉降，存在極大的安全隱患。

當前對于預應力管樁上浮的處理方法，多采取復打復壓等方式。例如《phc管樁上浮現象以及處理預防》、《擠土效應引起管樁上浮的檢測與處理》等論文中均是通過靜壓法和錘擊法等方式對預應力管樁進行上浮控制的，另外也有改變打樁順序、控制打樁進度等控制方式。但這些方法法難以保證施工質量，且成本很高，耗時更多，難以廣泛的在工程中推廣開來。

在此背景下，本發明針對預應力管樁的上浮問題，以低成本、少耗時為原則，提供了更好的解決方案。

技術實現要素：

預應力管樁在施工中，由于擠土效應的存在，容易出現上浮等現象，會給上部結構帶來極大的安全隱患。傳統解決方法以復打復壓為主，成本高、耗時長、質量難以控制。本發明針對上浮引起的底部空隙，采取注漿的方法消除空隙，能更準確測量上浮量，以更少的成本、更少的耗時、更好的效果、更少的耗材克服樁基上浮問題，具有重要的工程意義。

本發明所采用的具體技術方案如下：

預應力管樁樁底上浮固封裝置，包括樁靴和預應力管樁的樁身，所述的樁身中空，樁靴分為相互連接的嵌入部分和樁尖部分，嵌入部分裝配固定于樁身的內腔底部中，而樁尖部分呈圓錐狀且錐頂面環向布設與樁身底面相匹配的預留鋼筋，用于連接樁身底部，樁尖部分的最大直徑與管樁外徑一致；所述嵌入部分預留有軸向和徑向的孔道，軸向孔道豎向貫通嵌入部分，徑向孔道連通軸向孔道和所述嵌入部分的外表面，用于向樁身與樁靴的潛在脫離間隙中灌注水泥砂漿。本發明中，潛在脫離間隙是指樁身在上浮過程中與樁尖部分的錐頂面之間形成的間隙，但該間隙并不是固定不變存在的，其在樁身打入地基過程中以及樁身尚未上浮前均不存在。

作為優選，所述的嵌入部分進入樁身內腔的深度不小于50cm，以保證兩者的接觸可靠，有利于順利注漿。

作為優選，所述的預留鋼筋通過焊接或螺栓或其他連接方式與樁身底面連接。

作為優選，所述的嵌入部分橫截面與樁身內腔的橫截面一致，用于保證漿液不會從兩者間的縫隙中溢出。

作為優選，所述的孔道由金屬管或塑料管預埋于嵌入部分而形成。

作為優選，所述的徑向孔道設置于嵌入部分與樁尖部分相連的底面或底面附近處，使其能夠對任意的上浮間隙進行注漿，避免出現注漿死角。

作為優選，所述的徑向孔道有多條，均布與嵌入部分的底部橫截面上，使注漿更為均勻。

本發明的另一目的在于提供一種基于上述上浮固封裝置的預應力管樁樁底上浮控制方法，步驟如下：

步驟1：依據設計預應力管樁的樁身直徑和長度，澆筑相應的樁靴，并在澆筑時于樁靴上預留孔道，將樁靴的嵌入部分裝配固定至樁身內腔中，且深度應大于50cm，保持嵌入部分與樁身之間的裝配可靠性；

步驟2：緊密連接樁身與樁靴上的預留鋼筋，然后測量樁身頂部到所述的嵌入部分頂部的距離l1；

步驟3：將預應力管樁打入設計位置至設計標高；

步驟4：打樁完成后，利用測繩再次測量樁身頂部到所述的嵌入部分頂部的距離l2，待距離值l2穩定后，與l1進行比較，得到樁身與樁靴的脫離距離δl＝l2-l1；當δl超過設定閾值時，將輸送管下放至所述的嵌入部分頂部，并通過預留的孔道向樁身與樁靴的脫離間隙中注漿，以消除樁底上浮的影響。

作為優選，在注漿過程中，需控制注漿速度和注漿量，避免離析情況出現。

作為優選，實際注漿量不低于樁身與樁靴的脫離部分形成的間隙體積，一般需要乘以大于1的安全系數。

本發明相對于現有技術而言，其有益效果如下：

一、該方法為消除預應力管樁在施工過程中上浮產生的空隙提出了新的解決思路，相比傳統方法，成本更低、耗時更少、耗材更少、效果更好。

二、該方法可以準確測量樁基上浮引起的樁底與土層之間的空隙高度，避免了樁基伸縮、土層回彈引起的誤差；

三、該方法可評估上浮空隙的高度，并決定是否需要注漿消除空隙；

四、該方法可以通過上浮量、樁靴留孔尺寸等參數計算理論所需的注漿量，更加節約建材。

附圖說明

下面結合附圖和實施步驟對本發明進一步說明。

圖1是本發明中完整預應力管樁剖面圖；

圖2是本發明中預應力管樁上浮情況示意圖；

圖3是本發明中樁靴剖面圖；

圖4是本發明中樁靴俯視圖；

圖中：樁身1、樁靴2、間隙3、嵌入部分4、樁尖部分5、孔道6、預留鋼筋7。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明做進一步闡述和說明。本發明中各個實施方式的技術特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應組合。

完整的預應力管樁樁底上浮固封裝置如圖1所示。裝置包括樁靴和預應力管樁的樁身，本發明中，樁身1可以采用圓樁或者方樁，在此不做限定。樁身具有中空內腔。如圖3所示，樁靴分為相互連接的嵌入部分4和樁尖部分5，嵌入部分4裝配固定于樁身1的內腔底部中。樁靴2的嵌入部分要有足夠的高度，保證注漿效果，一般要明顯大于普通的樁靴，一般需要不低于50cm。本實施例中，嵌入部分4的直徑與樁身1內徑一致，取400mm；樁身1長10m，嵌入部分4的高度為700mm，樁尖部分呈圓錐狀，最大直徑與樁身1外徑一致，為600mm。如圖4所示，樁尖部分5的錐頂面環向布設有與樁身底面相匹配的預留鋼筋6，可通過焊接或螺栓等其他連接方式連接于樁身底部，此部分鋼筋在后續混凝土澆筑后也可以補充提高強度。如圖2所示，在預應力管樁上浮過程中，樁身1的底部會脫離樁靴2，與樁尖部分5的錐頂面之間脫離，形成上浮間隙3。嵌入部分在澆筑時預埋金屬管或塑料管等，形成預留的軸向和徑向的孔道6，管道直徑應考慮注漿能流暢灌注。軸向孔道沿嵌入部分4的軸線豎向貫通整個嵌入部分，徑向孔道連通軸向孔道和嵌入部分的外表面。嵌入部分4橫截面與樁身1內腔的橫截面一致，兩者裝配后嵌入部分4能夠封堵樁身1內腔，使漿液在壓力下進入孔道6中。徑向孔道的出口設置于嵌入部分4與樁尖部分5相連的底面或略高于底面處，由此可通過孔道6向樁身1與樁靴2的潛在脫離間隙中灌注水泥砂漿，且由于漿液出口位于潛在脫離間隙的最下方，只要出現了間隙，既可以通過注漿消除該上浮間隙3。

為了保持注漿的均勻性，徑向孔道可以設置多條，以相同的夾角均布與嵌入部分的底部橫截面上。

基于上述上浮固封裝置，可以實現一種預應力管樁樁底上浮控制方法，其步驟如下：

步驟1：依據設計預應力管樁的樁身1直徑(600mm)和長度(10m)，澆筑相應的樁靴2，為了后續方便灌注水泥砂漿，澆筑時在樁靴2上需要留有一定的孔道6；然后，將樁靴的嵌入部分裝配固定至樁身內腔中，深度應大于50cm(實際取700m)，直徑與管樁內徑一致(400mm)，保證接觸可靠；

步驟2：緊密連接樁身1與樁靴2上的預留鋼筋7，并利用測繩測量樁頂到樁靴頂部的距離l1(l1＝l-l0＝9.3m)；

步驟3：在設計位置按照規范施工方法打入預應力管樁樁身1，至設計標高；

步驟4：打樁完成后，再次測量樁身頂部到嵌入部分頂部的距離，待距離值穩定后記錄為l2。本實例中，假設由于樁身1上浮引起樁底間隙δl＝30mm，理論上測得l2＝9.6m與l1比較得到樁身1與樁靴2的脫開距離δl＝l2-l1，評估樁身1的上浮程度，判斷有必要進行注漿固封上浮產生的空隙3。如果樁身與樁靴的脫離距離δl超過設定閾值時，則需要對其進行注漿，否則可不注漿。閾值可根據規范或者試驗進行確定。本實施例中，δl過大，需要進行注漿，因此執行下一步。

步驟5：根據上浮量估計注漿量，本實施例中所需的理論注漿量計算為：v＝π*(0.3²-0.2²)*0.03＝4.7l。通過樁靴上的預留孔道6灌注水泥砂漿，為保證灌漿足夠，本實施例中實際注漿量可取3×v＝14.1l，注漿過程中將輸送管通過樁身1內腔下放至樁靴2頂部，注意注漿速度和注漿量，避免離析等情況出現。

注漿固結后，樁身1與樁靴2的脫離間隙3中被水泥砂漿填充滿，能夠充分發揮出樁端承載力，提高上部結構安全性。

針對預制管樁施工中，由于擠土效應產生的空隙，本發明提供了新的思路，相比傳統復打復壓的方法，操作簡單安全，效率更高，成本更低，耗時耗材少，適用性廣，擁有極大的市場前景。

以上所述的實例只是本發明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發明，凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。