專(zhuān)利名稱(chēng)：混凝土樁基礎(chǔ)的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，特別是涉及建筑物用的樁基礎(chǔ)。
在過(guò)去，對(duì)于混凝土樁，一般為了提高樁的承載力，人們采用下述方式，即將樁端放置在較好的承載體，即承載力較高的地基土層，加長(zhǎng)樁身長(zhǎng)度，將樁端擴(kuò)大，形成混凝土的，即剛性的樁端底盤(pán)。采用通過(guò)增加樁長(zhǎng)而提高摩擦力的方式所獲得的樁的承載力是有限的，并且成本較高；通過(guò)形成剛性的混凝土底盤(pán)，將其放置在較好的承載體上的方式雖然可增加承載體對(duì)樁的支承面積，但是，該面積是有限的，即承載體的支承面積等于有限的底盤(pán)的底面積，因?yàn)榈妆P(pán)面積過(guò)大，其抗剪強(qiáng)度(抗沖切性能較差)，因此該方式仍然沒(méi)有充分地調(diào)動(dòng)地基土體來(lái)參與受力，從受力上說(shuō)，對(duì)于后一方式，來(lái)自樁頂部的荷載直接從作為樁的剛性體傳遞到作為地基土體的柔性體中，該樁頂部的荷載沒(méi)有經(jīng)過(guò)分散，這樣會(huì)在承載體中的支承樁端的剛性底盤(pán)的區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中，也就是說(shuō)，盡管上述方式增加了樁端的剛性底面積，從數(shù)量上講會(huì)增加樁的承載力，但是荷載從剛性體直接傳遞到柔性體這種受力方式?jīng)]有發(fā)生質(zhì)的改變，因此上述方式不會(huì)使樁的承載力發(fā)生質(zhì)的變化。從上可知，傳統(tǒng)的提高樁的承載力的方式基本上是圍繞樁本身進(jìn)行的，而沒(méi)有很好研究樁體的協(xié)調(diào)作用，沒(méi)有深入研究如何消散樁端的荷載，避免地基土體的局部的應(yīng)力集中，更加充分地調(diào)動(dòng)地基土體參與受力。
雖然曾有文獻(xiàn)報(bào)道，通過(guò)對(duì)樁端地基土體進(jìn)行密實(shí)來(lái)提高承載力，但是人們沒(méi)有考慮到在樁群中，即在樁基礎(chǔ)中，某根樁下面的過(guò)大的樁端承載體橫向面積，或過(guò)大的樁端承載體的密實(shí)度會(huì)對(duì)相鄰樁的承載力會(huì)造成不利影響，由于已有技術(shù)沒(méi)有完全搞清楚在樁基礎(chǔ)中的樁土之間的實(shí)際受力情況，其結(jié)果是，要么沒(méi)有充分調(diào)動(dòng)地基土體的承載力，樁基本的成本較高，要么相鄰樁的樁端下面的土體相互影響，即過(guò)度調(diào)動(dòng)樁端土體承載力，從而既沒(méi)有實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約，又沒(méi)有到達(dá)設(shè)計(jì)要求，最終造成建筑物的不均勻沉降。
本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土樁基礎(chǔ)的施工方法，該方法通過(guò)在樁端與作為持力層的較好的地基土層之間形成荷載分散體，改變傳統(tǒng)的樁端與地基土體之間的作用關(guān)系，從而在相鄰樁端下面的各自承受荷載的土體不相互影響的情況下，充分地調(diào)動(dòng)樁端各自的地基土體的承載力，從而使樁的承載力大大提高，大幅度降低樁基礎(chǔ)的成本。
本發(fā)明的上述目的是通過(guò)下述的混凝土樁基礎(chǔ)的施工方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該施工方法包括樁身的施工和樁端承載體的施工，每根樁中的樁端承載體的施工是這樣進(jìn)行的a)將護(hù)筒設(shè)置于地基中，直至被加固土層中的設(shè)計(jì)深度，通過(guò)護(hù)筒向樁孔底端填入加固料，通過(guò)夯錘，將上述加固料夯實(shí)，反復(fù)進(jìn)行填充和夯實(shí)操作，之后填充干硬性混凝土，對(duì)該干硬性混凝土進(jìn)行夯實(shí)，上述干硬性混凝土與加固料的體積比為3∶10，上述加固料的投料量是通過(guò)下述的三擊總貫入量進(jìn)行控制的，即當(dāng)夯錘產(chǎn)生反彈時(shí)，在不投料的情況下測(cè)試夯錘連續(xù)三擊的貫入量，其中前一次的貫入量大于后一次的貫入量，或與后一次的貫入量持平，上述三擊總貫入量應(yīng)小于三擊總貫入量的設(shè)計(jì)值，該設(shè)計(jì)值由包括加固料和干硬性混凝土的總投料量確定，該總投料量由每根樁的樁端下面的被加固土體的體積和該被加固土體的性質(zhì)計(jì)算出，該被加固土體的體積在符合由頂部的夯實(shí)干硬性混凝土體，中間的夯實(shí)加固料體，擠密區(qū)土體和最外層的影響區(qū)土體構(gòu)成的承載體在緊靠該承載體下面的底層地基土體表面上的垂直投影面積與該底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿(mǎn)足相應(yīng)的單樁頂部荷載要求的條件下，按照下述公式確定V＝(A×A×α)×(A×β)在上述公式中字母V表示每根樁的樁端下面的被加固土體的體積；字母A表示樁間距，該樁間距大于等于4～5倍的樁徑；字母α表示被加固土體的平面面積修正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值大于等于1；字母β表示被加固土體的深度修正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值在1.5～3的范圍內(nèi)；b)上述樁端承載體所在的被加固土層是按照下述方式進(jìn)行選擇的，該方式為在樁身長(zhǎng)度足夠大，以便能夠使樁身周?chē)耐馏w對(duì)所形成的樁端承載體產(chǎn)生足夠大的約束作用，基本不產(chǎn)生地面隆起的情況下，所形成的承載體的應(yīng)力擴(kuò)散角足夠大，而且相鄰樁的承載體的相應(yīng)應(yīng)力擴(kuò)散錐體在底層地基土體表面上的投影面基本不相互重疊，從而僅僅依靠來(lái)自樁端的應(yīng)力擴(kuò)散錐體在該樁端正下方的相應(yīng)底層地基土體表面上的垂直投影面積，即有效的，用于支承該相應(yīng)樁端的底層地基土體面積，便可承受該相應(yīng)單樁的頂部設(shè)計(jì)荷載；c)上述被加固土層下面的底層地基土體是按照下述方式進(jìn)行選擇的，該方式為該底層地基土體的承載力足夠大，從而使得承載體在底層地基土體表面上的垂直投影面積與底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿(mǎn)足該相應(yīng)單樁的承載力的要求，并且該地基土層的變形滿(mǎn)足沉降要求。
在上述方法中，最好上述多根混凝土樁是按照下述方式確定的順序進(jìn)行施工的，以便確保相鄰樁的承載體之間不相互造成影響，該方式為①對(duì)于關(guān)鍵部位樁，首先進(jìn)行與該關(guān)鍵部位樁相鄰的樁的施工，在所有相鄰樁施工完畢之后，進(jìn)行該關(guān)鍵部位樁的施工；②對(duì)于混凝土尚未凝固的樁，最多只能進(jìn)行兩根與該樁相鄰的樁的施工；③對(duì)于混凝土凝固的樁，最多只能進(jìn)行1根與該樁相鄰的樁的施工；在上述方法中，最好成直線(xiàn)排列的樁按照相鄰樁的中心距大于4.5倍的樁徑來(lái)布置，從而使相鄰樁的承載體之間不相互嵌合。
在上述方法中，最好上述關(guān)鍵部位樁指角樁或中心樁。
在上述方法中，最好上述樁身的施工是這樣進(jìn)行的，即在形成有夯擴(kuò)體的樁孔中，將護(hù)筒提出，之后將預(yù)制的混凝土樁身放入樁孔中。
在上述方法中，最好上述樁身的施工是這樣進(jìn)行的，即向護(hù)筒內(nèi)下入鋼筋籠，一邊向護(hù)筒內(nèi)灌注混凝土，一邊提出護(hù)筒，同時(shí)對(duì)所灌注的混凝土進(jìn)行振搗。
在上述方法中，最好上述三次總貫入量設(shè)計(jì)值在5～40cm的范圍內(nèi)。
在上述方法中，最好上述樁身是通過(guò)在樁孔內(nèi)設(shè)置預(yù)制樁而形成的。
當(dāng)采用本發(fā)明的樁基礎(chǔ)的施工方法時(shí)，由于從受力上講，樁頂部荷載不是依據(jù)樁端承載體的密實(shí)度和面積來(lái)設(shè)計(jì)，即不是由樁端承載體來(lái)承受，而是依據(jù)各樁端承載體下面的底層地基土體來(lái)承受，而該各樁樁端承載體下面的作為持力層的底層地基土體在受力上是各自獨(dú)立的，不相互重疊的，另外各樁端承載體也不相互影響，這樣可確保各樁的施工質(zhì)量，各樁端下面的承載體的作用是將傳遞到樁端的荷載分散傳遞到作為持力層的較好的底層地基土層，由于各樁端下面的承載體由從上到下剛度逐漸減小，而體積逐漸增加的4個(gè)部分(夯實(shí)的干硬性混凝土體，夯實(shí)的加固料體，擠密區(qū)土體，影響區(qū)土體)組成，按照樁端應(yīng)力的擴(kuò)散原理，樁頂部的荷載從樁端的較小承載區(qū)域通過(guò)上述承載體，向下擴(kuò)散到作為持力層的較好的底層地基土體中的較大的承載區(qū)域，即樁頂荷載經(jīng)緩沖傳遞到較大的地基土體的有效區(qū)域，也就是說(shuō)其剛度介于樁身和持力層之間的承載體起到了緩沖作用，另外擴(kuò)大了作為持力層的底層地基土體的有效承受荷載的面積，本發(fā)明人經(jīng)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在多根樁形成的樁基礎(chǔ)中，上述承載體(即被加固土體的體積)是不能夠過(guò)大的，否則相鄰樁的承載體會(huì)相互破壞，或各樁端下面的持力層相互過(guò)度重疊，顯然這樣會(huì)影響各樁的承載力，經(jīng)過(guò)本發(fā)明人的試驗(yàn)，定量地得出了不會(huì)造成相互影響的各樁端下面的被加固土體，即承載體的體積，由此可按照精確的包括加固料和干硬性混凝土的總投料量對(duì)被加固土體進(jìn)行加固，使被加固土體形成足夠大的密實(shí)度，即在確保各樁之間的承載力不相互影響的情況下充分地調(diào)動(dòng)了地基土體的承載潛力，其結(jié)果是，使樁的承載力大大提高。此外，由于緊靠樁端下面的被加固土體可為承載力較低的土體，即樁端不必設(shè)置在承載力較高的地基土層上，這樣可減小樁身的長(zhǎng)度，降低造價(jià)，也就是說(shuō)，本發(fā)明在使樁長(zhǎng)減小的同時(shí)，可獲得更大的承載力。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。


圖1為本發(fā)明的混凝土樁基礎(chǔ)施工方法的原理說(shuō)明圖。
圖1表示了采用本發(fā)明的施工方法形成的混凝土樁基礎(chǔ)的局部，在施工前，按照上述要求選擇好作為承載力較高的，作為持力層的底層地基土層a，其上面為承載力較差的被加固土層b，然后進(jìn)行施工，首先將護(hù)筒設(shè)入地基中，直至標(biāo)號(hào)b表示的樁端下面的被加固土體的區(qū)域，然后填充加固料，該加固料可包括有磚塊的建筑垃圾，通過(guò)夯錘對(duì)該加固料進(jìn)行夯實(shí)，反復(fù)進(jìn)行該填充和夯實(shí)操作，直至滿(mǎn)足三擊貫入量的要求，形成夯實(shí)的加固料體2，然后填充干硬性混凝土，對(duì)其進(jìn)行夯實(shí)，該干硬性混凝土的填充量與上述加固料的填充量的比例為3∶10，通過(guò)上述的夯實(shí)和填料操作，便形成頂部的干硬性混凝土球體1，而在其下面形成夯實(shí)的，帶頂部缺口的加固料球體2，在上述加固料球體2的底側(cè)周?chē)纬蓴D密區(qū)土體3，在上述擠密區(qū)的土體3的底側(cè)周?chē)纬勺钔鈱拥挠绊憛^(qū)土體4，該影響區(qū)土體4的底面與底層地基土體a的表面相接觸，上述干硬性混凝土球體1，帶頂部缺口的加固料球體2，擠密區(qū)土體3，影響區(qū)土體4均位于被加固土體b的區(qū)域內(nèi)，并且共同構(gòu)成樁端下面的人造承載體5，在形成人造承載體5時(shí)，上述護(hù)筒嵌入該承載體5內(nèi)的深度為d，在形成承載體5之后，放入鋼筋籠，然后一邊提出護(hù)筒，一邊澆注樁身混凝土，并進(jìn)行振動(dòng)，最后形成混凝土樁6，在形成各混凝土樁6后，在樁6的端部形成將它們連接的承臺(tái)梁7。該人造承載體5形成由標(biāo)號(hào)f表示的應(yīng)力擴(kuò)散角，人造承載體的高度為h，所形成的人造承載體實(shí)際上起傳遞荷載的作用，上部結(jié)構(gòu)的荷載通過(guò)樁頂部，樁身傳遞到樁端，從樁端，通過(guò)人造承載體5，傳遞到底層的地基土體a，此時(shí)每根樁的頂部荷載最終是由上述應(yīng)力擴(kuò)散角確定的，底層地基土體中的與上述承載體5相接觸的區(qū)域內(nèi)的底層地基土體來(lái)承受的，也就是說(shuō)，只要在下述條件下上述每根樁下面的上述底層地基土體區(qū)域內(nèi)的土體分別滿(mǎn)足各樁的荷載要求，便確保樁的質(zhì)量，該下述條件指在一定的樁身c的情況下，即有足夠的土體約束的情況下，每根樁的人造承載體5基本不相互影響，并且人造承載體5內(nèi)的加固料球體2到達(dá)足夠的密實(shí)度，使得上述應(yīng)力擴(kuò)散角f充分大，從而由上述應(yīng)力擴(kuò)散角確定的，上述底層地基土體中的與上述承載體5相接觸的面積不相互重疊，對(duì)于每個(gè)承載體5，形成上述承載體的總填料量(包括加固料和干硬性混凝土)的體積根據(jù)被加固土體的壓縮體積得出，該被加固土體的壓縮體積是按照公式V＝(A×A×α)×(A×β)確定的，該公式中的各個(gè)符號(hào)在上面已進(jìn)行了說(shuō)明，在這里，樁間距(相鄰樁軸線(xiàn)之間的距離)A在圖1中由字母e表示，上述系數(shù)α是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的，對(duì)于不同位置的樁，其數(shù)值是不同的，在4側(cè)有相鄰樁時(shí)，其數(shù)值為1，而對(duì)于3側(cè)有相鄰樁，2側(cè)有相鄰樁，1側(cè)有相鄰的場(chǎng)合，其數(shù)值則逐漸增加，并且大于1，該系數(shù)α說(shuō)明某根樁周?chē)募s束樁越少，被加固土體的面積越大，其體積越大，其加固是所調(diào)動(dòng)的持力層的土體的面積越大。
權(quán)利要求
1.一種混凝土樁基礎(chǔ)的施工方法，其包括樁身的施工和樁端承載體的施工，每根樁中的樁端承載體的施工是這樣進(jìn)行的a)將護(hù)筒設(shè)置于地基中，直至被加固土層中的設(shè)計(jì)深度，通過(guò)護(hù)筒向樁孔底端填入加固料，通過(guò)夯錘，將上述加固料夯實(shí)，反復(fù)進(jìn)行填充和夯實(shí)操作，之后填充干硬性混凝土，對(duì)該干硬性混凝土進(jìn)行夯實(shí)，上述干硬性混凝土與加固料的體積比為3∶10，上述加固料的投料量是通過(guò)下述的三擊總貫入量進(jìn)行控制的，即當(dāng)夯錘產(chǎn)生反彈時(shí)，在不投料的情況下測(cè)試夯錘連續(xù)三擊的貫入量，其中前一次的貫入量大于后一次的貫入量，或與后一次的貫入量持平，上述三擊總貫入量應(yīng)小于三擊總貫入量的設(shè)計(jì)值，該設(shè)計(jì)值由包括加固料和干硬性混凝土的總投料量確定，該總投料量由每根樁的樁端下面的被加固土體的體積和該被加固土體的性質(zhì)計(jì)算出，該被加固土體的體積在符合由頂部的夯實(shí)干硬性混凝土體，中間的夯實(shí)加固料體，擠密區(qū)土體和最外層的影響區(qū)土體構(gòu)成的承載體在緊靠該承載體下面的底層地基土體表面上的垂直投影面積與該底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿(mǎn)足相應(yīng)的單樁頂部荷載要求的條件下，按照下述公式確定V＝(A×A×α)×(A×β)在上述公式中字母V表示每根樁的樁端下面的被加固土體的體積；字母A表示樁間距，該樁間距大于等于4～5倍的樁徑；字母α表示被加固土體的平面面積修正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值大于等于1；字母β表示被加固土體的深度修正經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值在1.5～3的范圍內(nèi)；b)上述樁端承載體所在的被加固土層是按照下述方式進(jìn)行選擇的，該方式為在樁身長(zhǎng)度足夠大，以便能夠使樁身周?chē)耐馏w對(duì)所形成的樁端承載體產(chǎn)生足夠大的約束作用，基本不產(chǎn)生地面隆起的情況下，所形成的承載體的應(yīng)力擴(kuò)散角足夠大，而且相鄰樁的承載體的相應(yīng)應(yīng)力擴(kuò)散錐體在底層地基土體表面上的投影面基本不相互重疊，從而僅僅依靠來(lái)自樁端的應(yīng)力擴(kuò)散錐體在該樁端正下方的相應(yīng)底層地基土體表面上的垂直投影面積，即有效的，用于支承該相應(yīng)樁端的底層地基土體面積，便可承受該相應(yīng)單樁的頂部設(shè)計(jì)荷載；c)上述被加固土層下面的底層地基土體是按照下述方式進(jìn)行選擇的，該方式為該底層地基土體的承載力足夠大，從而使得承載體在底層地基土體表面上的垂直投影面積與底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿(mǎn)足該相應(yīng)單樁的承載力的要求，并且該地基土層的變形滿(mǎn)足沉降要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述多根混凝土樁是按照下述方式確定的順序進(jìn)行施工的，以便確保相鄰樁的承載體之間不相互造成影響，該方式為①對(duì)于關(guān)鍵部位樁，首先進(jìn)行與該關(guān)鍵部位樁相鄰的樁的施工，在所有相鄰樁施工完畢之后，進(jìn)行該關(guān)鍵部位樁的施工；②對(duì)于混凝土尚未凝固的樁，最多只能進(jìn)行兩根與該樁相鄰的樁的施工；③對(duì)于混凝土凝固的樁，最多只能進(jìn)行1根與該樁相鄰的樁的施工；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于成直線(xiàn)排列的樁按照相鄰樁的中心距大于4.5倍的樁徑來(lái)布置，從而使相鄰樁的承載體之間不相互嵌合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述關(guān)鍵部位樁指角樁或中心樁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述樁身的施工是這樣進(jìn)行的，即在形成有夯擴(kuò)體的樁孔中，將護(hù)筒提出，之后將預(yù)制的混凝土樁身放入樁孔中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述樁身的施工是這樣進(jìn)行的，即向護(hù)筒內(nèi)下入鋼筋籠，一邊向護(hù)筒內(nèi)灌注混凝土，一邊提出護(hù)筒，同時(shí)對(duì)所灌注的混凝土進(jìn)行振搗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述三次總貫入量設(shè)計(jì)值在5～40cm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述樁身是通過(guò)在樁孔內(nèi)設(shè)置預(yù)制樁而形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種樁長(zhǎng)較小,承載力較大的混凝土樁基礎(chǔ)的施工方法,其包括樁身和樁端承載體的施工,承載體這樣施工,將護(hù)筒設(shè)置于地基中,至被加固土層的設(shè)計(jì)深度,通過(guò)護(hù)筒向樁孔底端反復(fù)填入并夯實(shí)加固料和干硬性混凝土,其總投料量由被加固土體體積和性質(zhì)計(jì)算出,該體積=(A×A×α)×(A×β),其中A表示樁間距,α和β分別表示被加固土體的面積修正系數(shù)和深度修正系數(shù)。
文檔編號(hào)E02D5/46GK1267768SQ00106288
公開(kāi)日2000年9月27日 申請(qǐng)日期2000年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月9日
發(fā)明者王繼忠 申請(qǐng)人:王繼忠