一种随钻跟管排水抗浮桩及其施工方法

1.本发明属于建筑施工中桩基础施工技术领域，具体为一种随钻跟管排水抗浮桩及其施工方法。


背景技术：

2.桩基础作为深基础工程中一种应用最为广泛的基础型式，在传递上部结构荷载、地下结构抗浮、减少上部结构沉降等方面发挥着出色作用。目前钢桩、钻孔灌注桩和phc管桩是最常见的三种桩基础。其中，钢桩综合施工成本较高且面临着耐腐蚀性差的技术难题。钻孔灌注桩具有桩径大、承载力高、机械化施工程度高等优点，而其先成孔后灌浆以及采用泥浆护壁的施工工艺易存在塌孔、夹泥、断层、导管堵塞等缺陷，最终导致桩身易夹泥、桩身强度不足、桩侧摩阻力不足等问题，同时钻孔灌注桩施工过程中伴随大量泥浆排放，容易造成环境污染。相对而言，phc管桩在桩身强度、施工速度、装配式一体化施工、现场管理及施工工期等方面具有突出优势，然而受制于锤击法、静压法等传统的沉桩施工方法，造成其桩径一般小于800mm、桩端很难嵌入中微风化岩层，导致其单桩承载力一般不超过3500kn，且锤击法、静压法等强硬的沉桩方式易造成桩身缺陷，70％的现有管桩采用的竖向承载力不足桩身强度的50％，这说明管桩桩身材料具有较高强度的优势并没有得到充分利用。
3.为了扩大phc管桩的桩径和承载力以及地质适用范围，我国自主研发了大直径随钻跟管桩施工方法(一种建筑物或桥梁基础用的随钻跟管桩的施工方法，专利号：200710029023.5，授权公告号为cn101122130b)。随钻跟管桩是一种钻孔——沉桩——排土同步施工成型的无泥浆排放的节能环保型大直径(800mm～1400mm)新型非挤土phc管桩，随钻跟管桩的成孔直径大于桩外径约20mm，故随钻跟管桩的桩身与土体并没有直接接触，而是在成孔孔壁与随钻跟管桩外壁之间形成一个厚度10mm左右的间隙(简称“桩-土间隙”)，沉桩结束后将通过预埋在桩身内部的注浆管向该“桩-土间隙”中灌注注浆液从而提高桩侧摩阻力，随钻跟管桩的桩端可嵌入中微风化岩层0.5m以上，大大提高了桩端阻力。随钻跟管桩的单桩竖向承载力可达23000kn，是传统中小直径管桩的6.57倍。随钻跟管桩施工工艺解决了因phc管桩桩径较大或者土层较硬而造成的沉桩难题，克服了锤击法、静压法等传统phc管桩施工方法带来的phc管桩桩径受限、施工噪音污染、桩身容易产生缺陷等问题，大大提高了phc管桩的承载性能，能够很好的满足现阶段港口码头、大跨度桥梁、超高层建筑等大型的基础设施建设的需求。
4.然而现场实践经验表明，随钻跟管桩的单桩极限承载性能从15000kn到23000kn之间不等，承载力的差异主要来自于“桩-土间隙”中的注浆效果和桩端嵌岩效果。对于随钻跟管桩，当沉桩结束后直接采用管壁中预埋的注浆管进行桩侧注浆，忽略了“桩-土间隙”中的地下水对注浆液物理力学性能的影响，“桩-土间隙”中的地下水对注浆液进行了稀释、严重影响注浆液的正常凝固、“桩-土间隙”中地下水的流动带走了部分注浆液，造成桩侧注浆效果差异较大，成桩后的桩侧摩阻力大小不均，从而导致随钻跟管桩单桩承载力的设计值一般不超过15000kn，没有充分发挥随钻跟管桩超高承载性能的优势，造成了极大的资源浪
费。因此，如何快速的清理“桩-土间隙”中的地下水对随钻跟管桩桩侧摩阻力的发挥至关重要。
5.在沿江、沿海、沿湖、沿河地段施工时，由于地下水位较高，导致施工降水困难、抗浮成本过高、地基处理周期过长，故地下抗浮研究一直是值得关注的热点和难点问题。目前，抗浮措施较多，主要包括被动抗浮(例如抗浮锚杆法、抗浮锚桩法)、主动抗浮(改变地下水环境)，一般来讲抗浮锚杆法和抗浮锚桩法均可取得良好的效果，但二者均不能在软岩和土体中使用，且存在耐久性、耐腐蚀性问题，锚桩和锚杆数量的增加，造成施工成本大量增加。排水降压、隔水减压等主动抗浮措施效果较好，但是主动抗浮措施均需要额外修建管井降水，这无疑将增加了基础建设的施工成本。如果能将现有的桩基础改造成兼具排水功能的排水抗浮桩基础且不影响现有桩基础的承载性能，从而替代管井降水，这将大大节约修建管井的施工成本。值得注意的是，现有的排水桩相关成果丰富多彩，但这些排水桩大多是解决“超孔隙水压问题”，当通过锤击法、静压法等传统的沉桩施工方法将预制桩挤入地层的过程中，土体会向预制桩的四周挤压，从而会造成土层中的水压升高，若同时施工区域含有大量地下水再加上土层渗透较差的话，则极易在桩侧形成超孔隙水压，大大降低了传统phc管桩的桩侧摩阻力，故现有的排水桩大多是在桩体的侧壁上开设若干个排水口从而降低和消除土体中的孔隙水压力，且排水口在沉桩过程中极易在强大的挤压力作用下被土颗粒堵塞，故传统意义上的排水桩仅能消除桩周土层的超孔隙水压，并不具有真正的工程主体结构抗浮的效果。
6.此外，随钻跟管桩是一种新型非挤土嵌岩管桩基础，其拥有超强的单桩竖向抗压承载性能，但在单桩抗拔承载性能方面略显不足，若能在将随钻跟管桩改造成兼具排水功能的大直径随钻跟管排水抗浮桩的同时增加其抗拔性能，则将大幅降低单桩施工的综合成本，从而提高大直径随钻跟管排水抗浮桩的工程应用价值。
7.基于此，急需研究开发一种新型的随钻跟管排水抗浮桩及其施工方法，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

8.本发明的第一个目的在于提供一种随钻跟管排水抗浮桩，该抗浮桩将随钻跟管桩改造成兼具排水功能的大直径随钻跟管排水抗浮桩，利用管桩内腔作为天然的排水通道，则可不用重新额外修建管井降水，大大节约了地下结构的抗浮施工成本。
9.本发明中采用如下技术方案：一种随钻跟管排水抗浮桩，其包括抗浮桩，在所述抗浮桩的中部沿其长度方向开设贯通通道，形成管桩内腔；在所述抗浮桩的管壁内设置有钢筋网与桩侧注浆管，所述抗浮桩的管壁上形成有若干间隔设置的排水孔，在所述排水孔中内置透水钢筋混凝土结构；
10.在所述排水孔孔壁的内壁面设置钢结构，所述排水孔孔壁处的钢结构通过钢筋连接肋与所述管壁内的钢筋网固定连接。
11.进一步的，在所述抗浮桩的端部设置有桩靴。
12.进一步的，所述排水孔的孔壁呈阶梯型圆柱状设置，包括内侧孔壁与外侧孔壁，所述内侧孔壁设置在靠近管桩内腔侧，且所述内侧孔壁的横截面直径大于所述外侧孔壁的横截面直径，所述内侧孔壁的长度大于所述外侧孔壁的长度。
13.进一步的，所述透水钢筋混凝土结构包括透水钢筋混凝土上部结构与透水钢筋混凝土下部结构；其中，所述透水钢筋混凝土上部结构的直径、长度均与所述内侧孔壁的直径、长度相匹配；所述透水钢筋混凝土下部结构的直径、长度均与所述外侧孔壁的直径、长度相匹配，形成第一透水钢筋混凝土结构，以实现所述第一透水钢筋混凝土结构与所述排水孔的对接安装；
14.和/或所述透水钢筋混凝土结构包括透水钢筋混凝土上部结构与透水钢筋混凝土下部结构；其中，所述透水钢筋混凝土上部结构的直径、长度均与所述内侧孔壁的直径、长度相匹配；所述透水钢筋混凝土下部结构的直径与所述外侧孔壁的直径相匹配，所述透水钢筋混凝土下部结构的长度大于所述外侧孔壁的长度，形成第二透水钢筋混凝土结构，以实现所述第二透水钢筋混凝土结构与所述排水孔的对接安装。
15.与现有技术相比，本发明中该随钻跟管排水抗浮桩的有益效果为：
16.本发明中该随钻跟管排水抗浮桩，将随钻跟管桩改造成兼具排水功能的大直径随钻跟管排水抗浮桩，利用管桩内腔作为天然的排水通道，则可不用重新额外修建管井降水，大大节约了地下结构的抗浮施工成本。同时，在管壁内设置有钢筋网，并将桩侧注浆管绑扎固定在钢筋网上，增强整体连接强度。此外，还在抗浮桩的管壁上设置有排水孔，并在排水孔中内置透水钢筋混凝土结构，实现排水功能。
17.本发明第二个目的在于提供一种随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，其包括如下步骤：
18.s01：制作随钻跟管排水抗浮桩：根据前期地质勘察情况，确定土层信息和地下水赋存信息，设计随钻跟管排水抗浮桩的排水孔数量和位置，并根据实际需求制作随钻跟管排水抗浮桩、以及安装在随钻跟管排水抗浮桩内的第一透水钢筋混凝土结构与第二透水钢筋混凝土结构；
19.s02：沉桩：确定好桩位后，将第一透水钢筋混凝土结构塞入至随钻跟管排水抗浮桩的排水孔内，并将第一透水钢筋混凝土结构锁住；
20.随后采用随钻跟管桩桩机进行随钻跟管排水抗浮桩的沉桩施工，扩孔钻头和长螺旋钻杆通过随钻跟管排水抗浮桩的管桩内腔进入土层进行钻孔，使得随钻跟管排水抗浮桩与桩周土体之间存在“桩-土间隙”；
21.扩孔钻头钻进成孔后，随钻跟管排水抗浮桩跟随扩孔钻头同步下沉，当第一节随钻跟管排水抗浮桩沉至桩顶距离地面的深度满足设计要求时，采用夹桩器夹紧第一节随钻跟管排水抗浮桩，进行接桩以及加长钻杆，同时将上下两根抗浮桩的桩侧注浆管对接，随后继续钻进，直至扩孔钻头进入中微风化岩层内部0.5m以上；
22.s03：桩端采用细石混凝土封底：钻孔至设计深度后，将长螺旋钻杆和扩孔钻头从管桩内腔中退出，随后将清渣抖通过随钻跟管排水抗浮桩的管桩内腔伸入桩端，清除随钻跟管排水抗浮桩的桩端沉渣和桩端泥水，而后将钢导管下放至靠近桩底面处，并灌注细石混凝土；
23.s04：压桩至中微风化岩层：结束灌注细石混凝土后，通过随钻跟管桩桩机将随钻跟管排水抗浮桩的桩端进行下压，将随钻跟管排水抗浮桩的桩端压入孔底，从而在灌注细石混凝土的作用下与中微风化岩层胶结为一个整体；
24.s05：“桩-土间隙”排水：在桩端灌注细石混凝土封底和压桩至中微风化岩层的过
程中，地下水逐渐汇集至“桩-土间隙”中并通过抗浮桩内设置的第一透水钢筋混凝土结构流入至管桩内腔中，并通过排水管将管桩内腔中的水排除；
25.s06：“桩-土间隙”注浆：当“桩-土间隙”中的水大部分被排出后，进行桩侧注浆，此时除了保留两根排水管外拆除整个排水系统移步至下一桩位备用；
26.按照桩侧注浆设计的水灰比在搅拌桶内制作注浆液，待注浆液搅拌均匀后通过注浆泵和预埋在管桩内的桩侧注浆管在“桩-土间隙”中进行注浆；
27.s07：将第一透水钢筋混凝土结构替换为第二透水钢筋混凝土结构：待桩侧注浆体满足强度要求后，取出第一透水钢筋混凝土结构，同时通过排水孔继续向土体内钻进，随后将第二透水钢筋混凝土结构塞入排水孔，并进入土体内；
28.s08：浇筑承台并发挥抗浮能力：随后浇筑桩基承台，将预留在管桩内腔中的排水管浇筑在桩基承台中，并在桩基承台的侧壁预留排水出口。
29.进一步的，在整个地基和上部结构施工过程中，采用多功能泵通过排水出口和排水管向管桩内腔中施加负压，在负压力的作用下，地下水通过第二透水钢筋混凝土结构汇入管桩内腔中，并通过排水管将管桩内腔中的地下水抽出。
30.进一步的，若地下水赋存丰富，通过步骤s05中自然排水的方式无法将其完全排除时，对应的，在完成步骤s05后，对管桩内腔进行负压处理。
31.进一步的，在随钻跟管排水抗浮桩的端头板上铺垫一层橡胶圆环，而后将盖板固定至端头板上对管桩内腔进行密封处理；此时，启动真空泵，并通过压力表实时监测管桩内腔中压力值，完成管桩内腔的负压处理。
32.与现有技术相比，本发明中随钻跟管排水抗浮桩的施工方法的有益效果为：
33.1)本发明的随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，施工程序简便、施工成本低、机械化程度高、安全可靠，可应用于地下水丰富的地层施工，为地下结构抗浮提供了技术支持和保障。
34.2)该施工方法在大直径随钻跟管排水抗浮桩的桩身设计位置设置变直径且长度与管桩管壁厚度相等的第一透水钢筋混凝土结构，在能保证顺利沉桩的同时将沉桩过程中“桩-土间隙”中及桩周土体的地下水引入至管桩内腔及钻孔孔底。而钻孔孔底地下水的存在可降低扩孔钻头的温度、增加扩孔钻头的使用寿命、软化土体从而加快钻孔效率；管桩内腔地下水的存在可对长螺旋钻杆及管桩内腔中待排除的渣土进行润滑，加大排土效率、提高排土效果、降低排土阻力、节约动力成本。
35.3)对应的，形成“桩-土间隙”后且注浆之前，采用多功能真空泵将管桩内腔变为负压状态，通过桩身预制的透水钢筋混凝土结构，将“桩-土间隙”及桩周土体一定范围内的地下水排出至管桩内腔，造成“桩-土间隙”短期处于无水环境，从而大大降低了“桩-土间隙”中的地下水对注浆液的稀释作用，保证了注浆液原有的物理力学性能，从而提高了桩侧注浆效果和桩侧摩阻力，同时地下水排出至管桩内腔后被抽出至地面蓄水箱和搅拌桶中，可用来制备注浆液，大大节约了用水。
36.4)“桩-土间隙”中的注浆液凝固后，将桩身预制的变直径且长度与管桩管壁厚度相等的第一透水钢筋混凝土结构替换成变直径但长度是管桩管壁厚度数倍的第二透水钢筋混凝土结构，第二透水钢筋混凝土结构通过管桩管壁后进入桩周土体一定深度，可大大提高桩基的侧摩阻力，从而大大提高了随钻跟管排水抗浮桩的承载能力特别是单桩竖向抗
拔承载能力，最终大大提高了桩基的抗浮能力。
37.5)进入桩周土体一定深度的第二透水钢筋混凝土结构可将桩周土体中的地下水排出至管桩内腔，浇筑桩基承台时在管桩内腔预留数根排水管，最终管桩内腔中的地下水可持续被抽取至地面蓄水箱备用，从而可在整个建筑施工过程中达到降低地下水位的目的，以实现地下结构抗浮功能。
附图说明
38.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
39.图1为随钻跟管排水抗浮桩整体结构示意图；
40.图2为图1中排水孔整体结构示意图；
41.图3为图1中透水钢筋混凝土结构整体结构示意图；
42.图4为随钻跟管排水抗浮桩沉桩示意图；
43.图5为随钻跟管排水抗浮桩压桩入岩及“桩-土间隙”排水示意图；
44.图6为随钻跟管排水抗浮桩“桩-土间隙”注浆示意图；
45.图7为将第一透水钢筋混凝土结构替换为第二透水钢筋混凝土结构示意图；
46.图8为带有桩基承台的随钻跟管排水抗浮桩的抗浮整体结构示意图；
47.其中：随钻跟管排水抗浮桩1、钢筋网2、桩侧注浆管3、管壁4、管桩内腔5、排水孔6、孔壁7、钢筋连接肋8、出浆口9、桩靴10、内侧孔壁11、外侧孔壁12、透水钢筋混凝土结构13、第一透水钢筋混凝土结构13-1、第二透水钢筋混凝土结构13-2、透水钢筋混凝土上部结构14、透水钢筋混凝土下部结构15、插销16、钻跟管桩桩机17、扩孔钻头18、桩周土体19、“桩-土间隙”20、长螺旋钻杆21、夹桩器22、中微风化岩层23、细石混凝土24、地层25、地下水26、排水管27、端头板28、橡胶圆环29、盖板30、真空泵31、蓄水箱32、压力表33、控制阀门34、出水口35、搅拌桶36、注浆液37、注浆泵38、桩基承台39、排水出口40。
具体实施方式
48.下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
49.下面结合附图1至附图8以及具体实施例详细论述本发明：
50.如图1-8所示，本发明提供一种随钻跟管排水抗浮桩，其包括抗浮桩1，在所述抗浮桩1的中部沿其长度方向开设贯通通道，形成管桩内腔5，该管桩内腔5为空心结构，可根据需求对其进行充填。由于随钻跟管桩桩径较大、承载力较高，且随钻跟管桩的管桩内腔5空间较大，一般管桩内腔5直径可达800mm以上，故随钻跟管桩的管桩内腔5是天然的排水通道，故本发明中将随钻跟管桩改造成兼具排水功能的大直径随钻跟管排水抗浮桩1，则可不用重新额外修建管井降水，大大节约了地下结构的抗浮施工成本。
51.同时，在所述抗浮桩1的管壁4内设置有钢筋网2与桩侧注浆管3，并将桩侧注浆管3通过绑扎带等绑扎在抗浮桩1内的钢筋网2上，由于抗浮桩1的管壁4具有一定的厚度，故可将桩侧注浆管3镶嵌其中；该桩侧注浆管3上设有若干出浆口9，出浆口9位于抗浮桩1桩身的设计位置处，具体的由本领域技术人员依据实际情况设计即可。
52.此外，所述抗浮桩1的管壁4上形成有若干间隔设置的排水孔6，在抗浮桩1预制时，对应的按照设计要求，预留出排水孔6的位置，该排水孔6为通孔，并在所述排水孔6中内置透水钢筋混凝土结构13，实现排水功能。对应的，排水孔6可以采用s型、梅花形或者其他组合方式沿抗浮桩1桩身布置，而排水孔6的具体布置方式和数量可根据地层条件及地下水赋存条件来设置。为了提高排水孔6所在位置的桩身强度，在所述排水孔6孔壁7的内壁面设置钢结构，使得排水孔6孔壁7为具有一定厚度与刚度的钢结构，将所述排水孔6孔壁7处的钢结构通过钢筋连接肋8与所述管壁4内的钢筋网2固定连接，焊接为一个整体结构，进一步提高抗浮桩1的强度
53.本发明中该随钻跟管排水抗浮桩，将随钻跟管桩改造成兼具排水功能的大直径随钻跟管排水抗浮桩1，利用管桩内腔5作为天然的排水通道，则可不用重新额外修建管井降水，大大节约了地下结构的抗浮施工成本。同时，在管壁4内设置有钢筋网2，并将桩侧注浆管3绑扎固定在钢筋网2上，增强整体连接强度。此外，还在抗浮桩1的管壁4上设置有排水孔6，并在排水孔6中内置透水钢筋混凝土结构13，实现排水功能。
54.进一步的，为了随钻跟管排水抗浮桩1在沉桩过程中可顺利进行排土操作，可在所述抗浮桩1的端部设置有桩靴10。
55.进一步的，所述排水孔6的孔壁7呈阶梯型圆柱状设计，包括内侧孔壁11与外侧孔壁12，所述内侧孔壁11设置在靠近管桩内腔侧，且所述内侧孔壁11的横截面直径大于所述外侧孔壁12的横截面直径，所述内侧孔壁11的长度大于所述外侧孔壁12的长度。本实施例中，所述内侧孔壁11的横截面直径大于所述外侧孔壁12的横截面直径约5mm左右；所述外侧孔壁12的长度较小约10mm左右，内侧孔壁11与外侧孔壁12的长度之和等于管壁4的厚度。
56.对应的，所述透水钢筋混凝土结构13包括透水钢筋混凝土上部结构14与透水钢筋混凝土下部结构15。其中，所述透水钢筋混凝土上部结构14的直径、长度均与所述内侧孔壁11的直径、长度相匹配；所述透水钢筋混凝土下部结构15的直径、长度均与所述外侧孔壁12的直径、长度相匹配，形成第一透水钢筋混凝土结构13-1，刚好可以将所述第一透水钢筋混凝土结构13-1无缝对接安装至所述排水孔6内。
57.当然，该透水钢筋混凝土结构13有两种型号，第二种型号采用如下设计，即所述透水钢筋混凝土结构13包括透水钢筋混凝土上部结构14与透水钢筋混凝土下部结构15。其中，所述透水钢筋混凝土上部结构14的直径、长度均与所述内侧孔壁11的直径、长度相匹配；所述透水钢筋混凝土下部结构15的直径与所述外侧孔壁12的直径相匹配，所述透水钢筋混凝土下部结构15的长度远远大于所述外侧孔壁12的长度，形成第二透水钢筋混凝土结构13-2，以实现所述第二透水钢筋混凝土结构13-2与所述排水孔6的对接安装，通过此方式可将透水钢筋混凝土下部结构15伸入土体一定的长度，增强排水效果，同时伸入土体的钢筋混凝土结构也大大增加了随钻跟管排水抗浮桩1的竖向抗压承载性能和竖向抗拔承载性能。本实施例中，所述透水钢筋混凝土下部结构15的长度远远大于所述外侧孔壁12的长度，将其设置为抗浮桩1的管壁4壁厚的1～3倍左右。
58.进一步的，可在所述排水孔6孔壁7的靠近管桩内腔侧开设有卡槽，在所述卡槽中安装锁紧件，以实现对所述透水钢筋混凝土结构13的锁紧。本实施例中，该锁紧件可以为插销16等，能实现对透水钢筋混凝土结构13锁紧固定的连接件即可。透水钢筋混凝土结构13的另外一端被变截面的排水孔6的孔壁7卡住，通过此方式可防止透水钢筋混凝土结构13左右摆动。
59.对应的，透水钢筋混凝土结构13由钢筋和透水混凝土组成，其混凝土孔隙沿着管桩内腔5向土体一侧的方向上逐渐变大，有利于“桩-土间隙”中的地下水顺利排入至管桩内腔5中。
60.本发明在上述一种随钻跟管排水抗浮桩的基础上，针对现有随钻跟管桩技术施工过程中其“桩-土间隙”中的地下水的存在对注浆液进行稀释造成桩侧注浆效果变差、随钻跟管桩单桩竖向抗压承载性能较高而单桩抗拔承载性能却不足以及地下结构抗浮额外修建管井降水施工成本较高等问题，还提供了一种随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，其包括如下步骤：
61.s01：制作随钻跟管排水抗浮桩1：根据前期地质勘察情况，确定土层信息和地下水赋存信息，并设计随钻跟管排水抗浮桩1的排水孔6数量和位置，并根据实际需求制作随钻跟管排水抗浮桩1、以及安装在随钻跟管排水抗浮桩1内的第一透水钢筋混凝土结构13-1与第二透水钢筋混凝土结构13-2，将其运输到沉桩孔位的场地处备用。
62.s02：沉桩：确定好桩位后，将第一透水钢筋混凝土结构13-1塞入至随钻跟管排水抗浮桩1的排水孔6内，并在卡槽中插入插销16等锁紧件将第一透水钢筋混凝土结构13-1锁住；
63.随后采用随钻跟管桩桩机17进行随钻跟管排水抗浮桩1的沉桩施工，扩孔钻头18和长螺旋钻杆21通过随钻跟管排水抗浮桩1的管桩内腔5进入土层进行钻孔，扩孔钻头18形成的钻孔直径大于随钻跟管排水抗浮桩1的外径约20mm，使得随钻跟管排水抗浮桩1与桩周土体19之间存在“桩-土间隙”20，该“桩-土间隙”的厚度约10mm左右。
64.扩孔钻头18钻进成孔后，大致钻进成孔2～5米左右后，随钻跟管排水抗浮桩1跟随扩孔钻头18同步下沉(即扩孔钻头18超前随钻跟管排水抗浮桩1的桩端2～5m)，钻孔产生的土岩渣将通过管桩内腔5中的长螺旋钻杆21排除至桩端。当第一节随钻跟管排水抗浮桩1沉至桩顶距离地面的深度满足设计要求(本实施例中的设计要求，即沉至桩顶距离地面约2m左右)时，采用夹桩器22夹紧第一节随钻跟管排水抗浮桩1，进行接桩以及加长钻杆，同时将上下两根抗浮桩1的桩侧注浆管3对接，随后继续钻进，直至扩孔钻头进入中微风化岩层内部0.5m以上。
65.对应的，在沉桩过程中，桩侧土体中的地下水可通过第一透水钢筋混凝土结构13-1进入管桩内腔5中，从而流入孔底，而地下水的存在可对扩孔钻头18进行降温、对长螺旋钻杆21进行润滑、对孔底土体进行软化，从而降低钻进阻力、提高钻进效率、节约施工成本。
66.s03：桩端采用细石混凝土封底：钻孔至设计深度后，反转长螺旋钻杆21，使扩孔钻头18收缩，将长螺旋钻杆21和扩孔钻头18从管桩内腔5中退出，随后将清渣抖通过随钻跟管排水抗浮桩1的管桩内腔5伸入桩端，清除随钻跟管排水抗浮桩1的桩端沉渣和桩端泥水，而后将钢导管下放至靠近桩底面约500mm处，并灌注细石混凝土24，细石混凝土24的高度一般以2～3m为宜。
67.s04：压桩至中微风化岩层：由于扩孔钻头18超前随钻跟管排水抗浮桩1的桩端2～5m，故结束灌注细石混凝土24后，将通过随钻跟管桩桩机17将随钻跟管排水抗浮桩1的桩端进行下压，随钻跟管桩桩机17下压力可达10顿，足以将随钻跟管排水抗浮桩1的桩端压入孔底，从而在灌注细石混凝土24的作用下与中微风化岩层23胶结为一个整体，大大提高桩端力。由于后续施工工艺无需沉桩，故压桩结束后可将随钻跟管桩桩机17及其所有的配套设备(包括扩孔钻头18、长螺旋钻杆21等)移至下一个桩位进行沉桩施工，可大大提高沉桩效率、提高大型设备的使用率，从而达到缩短工期、节约施工成本的效果。
68.s05：“桩-土间隙”排水：在桩端灌注细石混凝土封底和压桩至中微风化岩层的过程中，地下水26逐渐汇集至“桩-土间隙”20中并通过抗浮桩1内设置的第一透水钢筋混凝土结构13-1流入至管桩内腔5中，可通过排水管27将管桩内腔5中的水排除，从而减少甚至消除“桩-土间隙”20中的水。具体的，可在管桩内腔5内设置多根排水管27，多根排水管27的长度大小不一，可分别相差3～5m，其中，最长的排水管27的末端距离桩端封底细石混凝土24的距离约为0.5m左右即可。
69.当然，若地下水赋存丰富，通过步骤s05中自然排水的方式无法将其完全排除时，对应的，在完成步骤s05后，对管桩内腔5进行负压处理，将管桩内腔5变为负压，促进排水。具体可采用如下实施方式如下：
70.在随钻跟管排水抗浮桩1的顶部安装一端头板28，并在端头板28上铺垫一层橡胶圆环29，而后通过螺栓等将盖板30固定至端头板28上对管桩内腔5进行密封处理。此时，启动多功能真空泵31，通过压力表33实时监测管桩内腔5中压力值，完成管桩内腔5的负压处理，并通过控制阀门34控制压力大小以防负压过大破坏“桩-土间隙”20，通过此种方式，可大大减少甚至消除“桩-土间隙”20中的水，最终抽取的地下水暂存至蓄水箱32中备用。
71.在随钻跟管排水抗浮桩1沉桩结束后，快速清理“桩-土间隙”20中的地下水，减少“桩-土间隙”20中的地下水对桩侧注浆液的稀释、保证桩侧注浆体的正常凝固，从而提高桩侧摩阻力。
72.s06：“桩-土间隙”注浆：当“桩-土间隙”20中的水大部分被排出后，进行桩侧注浆，此时除了保留两根排水管27外拆除整个排水系统移步至下一桩位备用，此时管桩内腔5中的压力由负压变为正常的大气压，可防止地层25中的地下水回流至“桩-土间隙”20中，从而保证在相当长的一段时间内“桩-土间隙”20无地下水存在，为桩侧注浆提供了充足的时间。
73.随后将蓄水箱32中的水通过出水口35排出至搅拌桶36中，按照桩侧注浆设计的水灰比在搅拌桶36内制作注浆液37，待注浆液37搅拌均匀后通过注浆泵38和预埋在管桩内的桩侧注浆管3在“桩-土间隙”20中进行注浆，注浆液37在无水环境下避免了地下水的稀释作用，保证了原有的物理力学性能，从而提高了桩侧注浆效果和桩侧摩阻力，提高了随钻跟管排水抗浮桩1的抗拔性能。
74.s07：将第一透水钢筋混凝土结构13-1替换为第二透水钢筋混凝土结构13-2：待桩侧注浆体满足强度要求后，由于第一透水钢筋混凝土结构13-1的外侧被注浆体包裹，已经失去了透水的功能，故通过管桩内腔5进入管桩内，并利用普通电钻取出第一透水钢筋混凝土结构13-1即可；同时通过排水孔6继续向土体内钻进一定深度，随后将加长版的第二透水钢筋混凝土结构13-2塞入排水孔6，并进入土体一定深度，从而恢复了该处排水孔6的透水功能。对应的，具有钢筋混凝土结构的加长版的第二透水钢筋混凝土结构13-2进入土体一
定深度后将大大提高桩基的摩阻力，从而大大提高单桩竖向抗压承载性能和单桩竖向抗拔承载性能，大大增加随钻跟管排水抗浮桩1的抗浮能力。同时，随钻跟管排水抗浮桩1桩侧注浆体达到一定强度后对其进行改造，使之在不用额外修建管井降水的情况下具有兼顾排水的功能，从而实现地下结构抗浮。
75.s08：浇筑承台并发挥抗浮能力：随后浇筑桩基承台39，将预留在管桩内腔5中的排水管27浇筑在桩基承台39中，并在桩基承台39的侧壁预留一个排水出口40。对应的，在整个地基和上部结构施工过程中，可采用多功能真空泵通过排水出口40和排水管27向管桩内腔5中施加负压，在负压力的作用下，地下水26通过第二透水钢筋混凝土结构13-2汇入管桩内腔5中，待管桩内腔5中的地下水汇集到一定体量后将其通过排水管27抽出至地面，从而达到降低地下水位的目的，从而实现抗浮功能。
76.综上所述，本发明的随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，施工程序简便、施工成本低、机械化程度高、安全可靠，可应用于地下水丰富的地层施工，为地下结构抗浮提供了技术支持和保障。
77.该施工方法在大直径随钻跟管排水抗浮桩1的桩身设计位置设置变直径且长度与管桩管壁厚度相等的第一透水钢筋混凝土结构，在能保证顺利沉桩的同时将沉桩过程中“桩-土间隙”20中及桩周土体19的地下水引入至管桩内腔5及钻孔孔底。而钻孔孔底地下水的存在可降低扩孔钻头18的温度、增加扩孔钻头18的使用寿命、软化土体从而加快钻孔效率；管桩内腔5地下水的存在可对长螺旋钻杆21及管桩内腔5中待排除的渣土进行润滑，加大排土效率、提高排土效果、降低排土阻力、节约动力成本。
78.对应的，形成“桩-土间隙”20后且注浆之前，采用多功能真空泵31将管桩内腔5变为负压状态，通过桩身预制的透水钢筋混凝土结构13，将“桩-土间隙”20及桩周土体19一定范围内的地下水排出至管桩内腔5，造成“桩-土间隙”5短期处于无水环境，从而大大降低了“桩-土间隙”中的地下水对注浆液的稀释作用，保证了注浆液原有的物理力学性能，从而提高了桩侧注浆效果和桩侧摩阻力，同时地下水排出至管桩内腔后被抽出至地面蓄水箱32和搅拌桶36中，可用来制备注浆液37，大大节约了用水。
79.接着，“桩-土间隙”中的注浆液凝固后，将桩身预制的变直径且长度与管桩管壁厚度相等的第一透水钢筋混凝土结构13-1替换成变直径但长度是管桩管壁厚度数倍的第二透水钢筋混凝土结构13-2，第二透水钢筋混凝土结构13-2通过管桩管壁后进入桩周土体19一定深度，可大大提高桩基的侧摩阻力，从而大大提高了随钻跟管排水抗浮桩1的承载能力特别是单桩竖向抗拔承载能力，最终大大提高了桩基的抗浮能力。
80.最后，进入桩周土体19一定深度的第二透水钢筋混凝土结构13-2可将桩周土体19中的地下水排出至管桩内腔5，浇筑桩基承台39时在管桩内腔5预留数根排水管27，最终管桩内腔5中的地下水可持续被抽取至地面蓄水箱32备用，从而可在整个建筑施工过程中达到降低地下水位的目的，以实现地下结构抗浮功能。
81.以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

技术特征：
1.一种随钻跟管排水抗浮桩，其特征在于：包括抗浮桩，在所述抗浮桩的中部沿其长度方向开设贯通通道，形成管桩内腔；在所述抗浮桩的管壁内设置有钢筋网与桩侧注浆管，所述抗浮桩的管壁上形成有若干间隔设置的排水孔，在所述排水孔中内置透水钢筋混凝土结构；在所述排水孔孔壁的内壁面设置钢结构，且所述排水孔孔壁处的钢结构通过钢筋连接肋与所述管壁内的钢筋网固定连接。2.根据权利要求1所述的随钻跟管排水抗浮桩，其特征在于：在所述抗浮桩的端部设置有桩靴。3.根据权利要求1所述的随钻跟管排水抗浮桩，其特征在于：所述排水孔的孔壁呈阶梯型圆柱状设置，包括内侧孔壁与外侧孔壁，所述内侧孔壁设置在靠近管桩内腔侧，且所述内侧孔壁的横截面直径大于所述外侧孔壁的横截面直径，所述内侧孔壁的长度大于所述外侧孔壁的长度。4.根据权利要求3所述的随钻跟管排水抗浮桩，其特征在于：所述透水钢筋混凝土结构包括透水钢筋混凝土上部结构与透水钢筋混凝土下部结构；其中，所述透水钢筋混凝土上部结构的直径、长度均与所述内侧孔壁的直径、长度相匹配；所述透水钢筋混凝土下部结构的直径、长度均与所述外侧孔壁的直径、长度相匹配，形成第一透水钢筋混凝土结构，以实现所述第一透水钢筋混凝土结构与所述排水孔的对接安装；和/或所述透水钢筋混凝土结构包括透水钢筋混凝土上部结构与透水钢筋混凝土下部结构；其中，所述透水钢筋混凝土上部结构的直径、长度均与所述内侧孔壁的直径、长度相匹配；所述透水钢筋混凝土下部结构的直径与所述外侧孔壁的直径相匹配，所述透水钢筋混凝土下部结构的长度大于所述外侧孔壁的长度，形成第二透水钢筋混凝土结构，以实现所述第二透水钢筋混凝土结构与所述排水孔的对接安装。5.一种随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：s01：制作随钻跟管排水抗浮桩：根据前期地质勘察情况，确定土层信息和地下水赋存信息，设计随钻跟管排水抗浮桩的排水孔数量和位置，并根据实际需求制作随钻跟管排水抗浮桩、以及安装在随钻跟管排水抗浮桩内的第一透水钢筋混凝土结构与第二透水钢筋混凝土结构；s02：沉桩：确定好桩位后，将第一透水钢筋混凝土结构塞入至随钻跟管排水抗浮桩的排水孔内，并将第一透水钢筋混凝土结构锁住；随后采用随钻跟管桩桩机进行随钻跟管排水抗浮桩的沉桩施工，扩孔钻头和长螺旋钻杆通过随钻跟管排水抗浮桩的管桩内腔进入土层进行钻孔，使得随钻跟管排水抗浮桩与桩周土体之间存在“桩-土间隙”；扩孔钻头钻进成孔后，随钻跟管排水抗浮桩跟随扩孔钻头同步下沉，当第一节随钻跟管排水抗浮桩沉至桩顶距离地面的深度满足设计要求时，采用夹桩器夹紧第一节随钻跟管排水抗浮桩，进行接桩以及加长钻杆，同时将上下两根抗浮桩的桩侧注浆管对接，随后继续钻进，直至扩孔钻头进入中微风化岩层内部0.5m以上；s03：桩端采用细石混凝土封底：钻孔至设计深度后，将长螺旋钻杆和扩孔钻头从管桩内腔中退出，随后将清渣抖通过随钻跟管排水抗浮桩的管桩内腔伸入桩端，清除随钻跟管排水抗浮桩的桩端沉渣和桩端泥水，而后将钢导管下放至靠近桩底面处，并灌注细石混凝
土；s04：压桩至中微风化岩层：结束灌注细石混凝土后，通过随钻跟管桩桩机将随钻跟管排水抗浮桩的桩端进行下压，将随钻跟管排水抗浮桩的桩端压入孔底，从而在灌注细石混凝土的作用下与中微风化岩层胶结为一个整体；s05：“桩-土间隙”排水：在桩端灌注细石混凝土封底和压桩至中微风化岩层的过程中，地下水逐渐汇集至“桩-土间隙”中并通过抗浮桩内设置的第一透水钢筋混凝土结构流入至管桩内腔中，并通过排水管将管桩内腔中的水排除；s06：“桩-土间隙”注浆：当“桩-土间隙”中的水大部分被排出后，进行桩侧注浆，此时除了保留两根排水管外拆除整个排水系统移步至下一桩位备用；按照桩侧注浆设计的水灰比在搅拌桶内制作注浆液，待注浆液搅拌均匀后通过注浆泵和预埋在管桩内的桩侧注浆管在“桩-土间隙”中进行注浆；s07：将第一透水钢筋混凝土结构替换为第二透水钢筋混凝土结构：待桩侧注浆体满足强度要求后，取出第一透水钢筋混凝土结构，同时通过排水孔继续向土体内钻进，随后将第二透水钢筋混凝土结构塞入排水孔，并进入土体内；s08：浇筑承台并发挥抗浮能力：随后浇筑桩基承台，将预留在管桩内腔中的排水管浇筑在桩基承台中，并在桩基承台的侧壁预留排水出口。6.根据权利要求5所述的随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，其特征在于：在整个地基和上部结构施工过程中，采用多功能泵通过排水出口和排水管向管桩内腔中施加负压，在负压力的作用下，地下水通过第二透水钢筋混凝土结构汇入管桩内腔中，并通过排水管将管桩内腔中的地下水抽出。7.根据权利要求5所述的随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，其特征在于：若地下水赋存丰富，通过步骤s05中自然排水的方式无法将其完全排除时，对应的，在完成步骤s05后，对管桩内腔进行负压处理。8.根据权利要求7所述的随钻跟管排水抗浮桩的施工方法，其特征在于：在随钻跟管排水抗浮桩的端头板上铺垫一层橡胶圆环，而后将盖板固定至端头板上对管桩内腔进行密封处理；此时，启动真空泵，并通过压力表实时监测管桩内腔中压力值，完成管桩内腔的负压处理。

技术总结
本发明属于建筑施工中桩基础施工技术领域，具体为一种随钻跟管排水抗浮桩及其施工方法。该随钻跟管排水抗浮桩，包括抗浮桩，在抗浮桩的中部沿其长度方向开设贯通通道，形成管桩内腔；在抗浮桩的管壁内设置有钢筋网与桩侧注浆管，抗浮桩的管壁上形成有若干间隔设置的排水孔，并在排水孔中内置透水钢筋混凝土结构。与现有技术相比，该抗浮桩将随钻跟管桩改造成兼具排水功能的大直径随钻跟管排水抗浮桩，利用管桩内腔作为天然的排水通道，则可不用重新额外修建管井降水，大大节约了地下结构的抗浮施工成本。施工成本。施工成本。


技术研发人员：侯振坤 刘宇鹏 唐孟雄 肖尧 李波 曹家炜 王磊 梁仕华 冯德銮 刘烨榕
受保护的技术使用者：广州建筑股份有限公司 广州市建筑集团有限公司 中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/21