專利名稱：大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及樁基工程結(jié)構(gòu)的技術(shù)，特別是一種大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁。
背景技術(shù)：
I、在軟弱地基處理中，常在軟弱地基中設(shè)置樁式加固體，通過樁式加固體與原位地基土組成復(fù)合地基。復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場地基載荷試驗確定，也可按下式進行估算。 fspk = m^+^'-m、fsk 其中單樁承載力特征值Ra分別由(I)樁周和樁端土的抗力提供的單樁承載力兄=UXqsiL + I]nq Ap
i=lIj p(2)樁體軸壓強度設(shè)計值Ra ( Apfc ￥。取低值控制。樁式加固體種類較多，常見的有石灰樁、砂樁、碎石樁、灰土樁、水泥土攪拌樁、旋嗔粧、CFG粧、素混凝土粧等。石灰樁、砂樁、碎石樁、灰土樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁這些樁式加固體的共同弱點是其樁體強度與彈性摸量均很低、在荷載作用下，樁體壓縮量大，單樁承載力低，復(fù)合地基承載力受到樁體強度的極大制約。置換率較大，投資較高。而CFG樁、素混凝土樁、其樁體強度與彈性模量較高，圓形截面周長小，但軟弱地基提供的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力較小，受到軟弱土提供的單樁承載力體的極大制約，其樁體強度不能得到充分發(fā)揮。2、在樁基工程中，單樁承載力特征值Ra分別由(I)樁周和樁端土的抗力提供的單樁承載力兄=U主Qj1UvAp
i=lIj P(2)樁體軸壓強度設(shè)計值Ra ( Apf。￥。取低值控制。常見的樁體有鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、打入式靜壓預(yù)制樁，打入式靜壓預(yù)制空心管樁和空心方樁、現(xiàn)澆混凝土大直徑筒樁等。鉆孔灌注樁、沉管灌注樁其共同特點是斷面是實心的，圓形截面周長小，且鉆孔灌注樁等成樁時長采用泥漿護壁，場地污染嚴重，成樁后樁側(cè)存在泥皮、樁底存在沉渣。樁體軸壓強度設(shè)計值一般遠高于樁周和樁端土的抗力提供的單樁承載力，截面慣性矩小，配筋多，其樁體強度和鋼筋強度不能得到充分發(fā)揮。打入式靜壓預(yù)制樁，打入式靜壓預(yù)制空心管樁和空心方樁。因沉樁設(shè)備所限，斷面較小，長度有限，往往需要接樁、沉樁數(shù)量較多。因存在擠土效應(yīng)，常引起地面隆起，樁體上浮，接頭損壞。這些弊病在軟弱土層更為突出。現(xiàn)澆混凝土大直徑筒樁對解決上述弊病做出了較大貢獻，但仍存在同尺寸樁圓形截面慣性矩及周長小，配筋多，鋼筋強度不能得到充分發(fā)揮。樁的水平承載力不如方型樁。3、在基坑支護工程中鉆孔灌注樁、現(xiàn)澆混凝土管樁等排樁支護結(jié)構(gòu)，計算樁的水平變形系數(shù)時，樁的計算寬度圓形和環(huán)形是同尺寸方樁的0. 9倍，土的抗力提供的單樁水平承載力小，圓形和環(huán)形截面慣性矩、水平和抗彎剛度小，不利于配筋，其樁體強度和鋼筋強度不能得到充分發(fā)揮。理想的樁體或理想的樁式加固體，在置換率m相同情況下，由樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力和樁體軸壓強度設(shè)計值基本相當，同等同尺寸樁、慣性矩及周長大，利于配筋為好。為滿足建筑物或構(gòu)筑物的樁基工程、復(fù)合地基工程、基坑支護工程設(shè)計和施工需求，急需開辟樁基工程設(shè)計和剛性復(fù)合地基領(lǐng)域新的途徑。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁，使樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力和樁體軸壓強度設(shè)計值基本相當，同等截面面積、慣性矩大，水平和抗彎剛度大，利于配筋，無場地污染和擠土效應(yīng)，施工速度快，工程質(zhì)量高，降低工程投資費用。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供一種大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁，其中該方樁的結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)澆外方內(nèi)圓樁身，外方內(nèi)圓樁身內(nèi)設(shè)有鋼筋籠或不設(shè)鋼筋籠，在外方內(nèi)圓樁身的上部設(shè)有后澆樁帽，在外方內(nèi)圓樁身的底部設(shè)有預(yù)制樁尖，形成外方內(nèi)圓的空心方樁；設(shè)有鋼筋籠的外方內(nèi)圓的空心方樁最小壁厚為150mm;不設(shè)鋼筋籠的空心方樁最小壁厚為100mm。本發(fā)明的效果是利用該空心方樁，能夠使樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力和樁體軸壓強度設(shè)計值基本相當，同尺寸樁，慣性矩及周長大，水平和抗彎剛度大，利于配筋，樁的水平承載力高，使土的抗力提供的單樁垂直、水平承載力和樁體強度及鋼筋強度均得到充分發(fā)揮。特別是在深、厚軟弱土層優(yōu)點更為突出?？s短樁基礎(chǔ)、基坑支護、復(fù)合地基等工程的施工周期，提高施工質(zhì)量，避免場地環(huán)境污染，節(jié)省工程造價。常用外方斷面尺寸有800mm、1000mm、1200mm的灌注混凝土后壓衆(zhòng)空心方樁,可以廣泛用于樁基工程、復(fù)合地基工程、基坑支護工程設(shè)計和施工，應(yīng)用方便且前景廣闊。

圖I為本實用新型的空心方樁成樁結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、圖3為本實用新型的空心方樁內(nèi)外鋼套管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的空心方樁預(yù)制樁尖結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的A-A剖視圖；圖6為圖4的B-B剖視圖；圖7為本實用新型的現(xiàn)澆空心方樁斷面配筋示意圖；圖8為本實用新型的大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁示意圖。圖中I、內(nèi)圓鋼套管 2、外方鋼套管 3、肋筋板4、空心腔體[0032]5、混凝土受料槽6、夾持器7、液壓高頻振動器8、出泥孔9、預(yù)制樁尖10、鋼筋籠11、現(xiàn)澆外方內(nèi)圓樁身12、樁帽13、腰梁預(yù)埋件14、樁帽甩筋16、側(cè)壓漿管及閥17、底壓漿管及閥
具體實施方式
結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁結(jié)構(gòu)加以說明。本實用新型的大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁，該方樁的結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)澆外方內(nèi)圓樁身11，外方內(nèi)圓樁身11內(nèi)設(shè)有鋼筋籠10或不設(shè)鋼筋籠，在外方內(nèi)圓樁身11的上部設(shè)有后澆樁帽12，在外方內(nèi)圓樁身的底部設(shè)有預(yù)制樁尖9，形成外方內(nèi)圓的空心方樁；設(shè) 有鋼筋籠10的外方內(nèi)圓的空心方樁最小壁厚為150mm ;不設(shè)鋼筋籠的空心方樁最小壁厚為IOOmm0所述預(yù)制樁尖9的形狀為外方內(nèi)圓，預(yù)制樁尖9的上部設(shè)有凸緣，下部設(shè)有外方內(nèi)圓的傾斜錐體。所述大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁的斷面尺寸為800X800 1200 X 1200mm。本實用新型的大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁的施工方法包括以下步驟(以下簡稱空心方樁)I)選擇空心方樁斷面尺寸和樁長根據(jù)空心方樁需承擔(dān)的荷載；地質(zhì)土層分布情況；計算土體對樁提供的垂直和水平承載力特征值，如樁周和樁端土的抗力提供的單樁垂直承載力特征值
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Ra= UXqsiL+VpqpAp'同時按建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008中后注漿灌注樁的5. 3. 10式估算采用后壓漿工藝土體對樁提供的垂直側(cè)摩阻力和樁端阻力提高程度，按建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008中灌注樁后注漿的6. 7. 4式估算采用后壓漿工藝的水泥漿壓力和注漿量；核算專用機械液壓步履式打樁機通過國產(chǎn)HFA系列液壓高頻振動錘設(shè)備沉樁能力因素；選擇空心方樁外方尺寸和樁長，按土體對樁提供的垂直和水平承載力I. I倍核算空心方樁的抗壓和抗剪強度，如樁體抗壓強度設(shè)計值RaS Apf。V。，選擇空心方樁內(nèi)圓尺寸，確定空心方樁斷面尺寸；用于樁基、基坑支護工程時，選擇設(shè)有鋼筋籠的空心方樁，并計算鋼筋籠的配筋量;用于剛性復(fù)合地基時，選擇不設(shè)鋼筋籠素混凝土的空心方樁；2)預(yù)制混凝土的外方內(nèi)圓的預(yù)制樁尖9 ；3)配制與空心方樁相應(yīng)的內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2，在外方鋼套管2的四周邊1/3及2/3處設(shè)有至少一個肋筋板3 ；4)綁扎鋼筋籠10，如土體對樁基提供的抗力小于空心方樁的抗壓強度時，需要進行后壓漿施工以提高樁基承載力時，需在鋼筋籠10上安放后壓漿管及閥；[0050]當用于基坑支護工程時，需要在鋼筋籠10上安放腰梁預(yù)埋件13和后壓漿管及閥；5)平整場地，清除障礙物，確定樁位，安放預(yù)制樁尖9 ;6)用附在液壓步履式打樁機沉樁導(dǎo)向架上的夾持器6鎖定配制的內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2的上端，移動所述打樁機至樁位，校正樁位和樁垂直度，將配制的內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2的下端卡住安放好的預(yù)制樁尖9 ；7)用附在液壓步履式打樁機通過沉樁導(dǎo)向架上的液壓高頻振動器7將與所述預(yù)制樁尖9相連的配制的內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2振動下沉至設(shè)計標高，隨著內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2振動的下沉，通過設(shè)在外方鋼套管2 —側(cè)壁上的出泥孔8，將擠出的泥土排出；8)打開沉樁導(dǎo)向架上的夾持器6，在內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2之間的空心腔體4內(nèi)放入綁扎好的鋼筋籠10，重新用沉樁導(dǎo)向架上的夾持器6鎖定配制的內(nèi)圓鋼套管I、外 方鋼套管2的上端；如沉管灌注素混凝土的空心方樁，直接向所述空心腔體4內(nèi)填充素混凝土 ；9)通過附在外方鋼套管上部的混凝土受料槽5灌注混凝土，邊振動上拔內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2，邊在內(nèi)圓鋼套管I、外方鋼套管2之間的空心腔體4內(nèi)灌注混凝土成樁，空心方樁的充盈系數(shù)為I. I ;清除出泥孔8內(nèi)擠出的泥土 ；10)如土體對樁基提供的抗力小于空心方樁的抗壓強度時，3 15天后，需通過鋼筋籠10上的壓漿管及閥，對上述已施工的混凝土成樁進行樁側(cè)、樁底后壓漿施工。所述鋼筋籠10的相鄰兩壁之間設(shè)有加強筋，所述安放后壓漿管及閥的位置是在鋼筋籠10的一對角處設(shè)有側(cè)壓漿管及閥16，在鋼筋籠另一對角的加強筋處設(shè)有底壓漿管及閥17。11)鑿除已施工的沉管灌注鋼筋混凝土后壓漿空心方樁頂部松散混凝土，并挖除已成型的空心方樁內(nèi)圓內(nèi)的部分泥土，在已成型的空心方樁上部澆注鋼筋混凝土樁帽12，并預(yù)留與上部結(jié)構(gòu)承臺或帽梁連接的樁帽甩筋14 ；對素混凝土空心方樁，鑿除素混凝土空心方樁頂松散混凝土，并挖除空心方樁的內(nèi)圓內(nèi)的部分泥土，在素混凝土后壓漿空心方樁上部澆注素混凝土樁帽12。通過實施例說明大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁實現(xiàn)過程實施例I :某樁基礎(chǔ)工程，原采用小800mm鉆孔灌注樁，斷面是實心的，園型截面周長小，截面面積A = 5026cm2，截面系數(shù)W = 50278cm3，慣性矩I = 2010619cm4。且鉆孔灌注樁等成樁時長采用泥漿護壁，場地泥漿污染嚴重，成樁后樁側(cè)存在泥皮、樁底存在沉渣。雖然采取了樁側(cè)和樁端后壓漿等措施，該工程處于深厚軟弱土區(qū)，周長小，樁周和樁端土的抗力提供的單樁承載力遠低于樁體軸壓強度設(shè)計值，截面慣性矩小，配筋多，其樁體強度和鋼筋強度不能得到充分發(fā)揮。采用800X800mm大斷面灌注鋼筋混凝土后壓漿空心方樁，空心內(nèi)園小500mm，截面面積A = 4436cm2,截面系數(shù)W = 73058cm3,慣性矩I = 3106458cm4。和800mm鉆孔灌注樁相比截面面積比是0. 88，周長比是I. 273，慣性矩比是I. 545，按等代截面進行計算，有效地解決了上述問題，樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力和樁體軸壓強度設(shè)計值基本相當，慣性矩及周長大，水平和抗彎剛度大，截面形狀利于配筋，樁的水平承載力高，使土的抗力提供的單樁垂直、水平承載力和樁體強度及鋼筋強度均得到充分發(fā)揮。截面配筋減少，施工周期縮短，工程質(zhì)量提高，無場地污染。實施例2 :某基坑支護工程，基坑深8m，原采用(j5800mm鉆孔灌注樁，樁間距1000mm，截面面積A = 5026cm2，截面系數(shù)W = 50278cm3，慣性矩I = 2010619cm4，且鉆孔灌注樁等成樁時長采用泥漿護壁，場地泥漿污染嚴重。地下水位-I. 0m，土層分為5層，分別為雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土，粉土、粉細砂，支護樁計算結(jié)果為最大正彎矩243. 3kN-m,最大負彎矩288. 2kN_m ；最大正剪力106. 3kN，最大負剪力-176. 8kN，配筋總100 22 ;最大位移27. 3mm,截面面積5026cm2，慣性矩2019619cm4。采用800X800mm灌注大斷面鋼筋混凝土空心方樁，空心內(nèi)園500mm,截面面積4436cm2，慣性矩3106458cm4。和0800臟鉆孔灌注樁相比截面面積比是0. 88，慣性矩比是
I.545，按等代截面進行基坑支護總計算配筋4022+40 20，位移和混凝土截面及配筋減少，施工周期縮短，工程質(zhì)量提高，施工場地?zé)o泥漿污染。方案例3 ;某基坑支護工程，基坑深12m，原采用(MOOOmm鉆孔灌注樁，樁間距1200mm，截面面積A = 7854cm2，截面系數(shù)W = 98175cm3，慣性矩I = 4908739cm4，且鉆孔灌注樁等成樁時長采用泥漿護壁，場地泥漿污染嚴重。地下水位-I. Om，土層分為8層，分別為雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉細砂，支護樁計算結(jié)果為最大正彎矩896. 8kN-m,最大負彎矩586. 9kN_m ；最大正剪力213. 3kN，最大負剪力-333. 4kN，配筋總150 25 ;最大位移28. 6mm,截面面積7854cm2，慣性矩4908739cm4。采用IOOOX IOOOmm灌注大斷面鋼筋混凝土空心方樁，空心內(nèi)園(j5700mm，截面面積615lcm2，慣性矩7154745cm4。和小IOOOmm鉆孔灌注樁相比截面面積比是0. 78，慣性矩比是I. 458，按等代截面進行基坑支護總計算配筋4025+10022，最大位移27. 5mm。若按此方案基坑位移和樁混凝土截面及配筋減少，施工周期縮短，工程質(zhì)量提高，施工場地?zé)o泥漿污染。實施例4 ;某油罐地基工程，要求地基承載力的特征值達到180kpa，但場地處于新充填深厚軟弱土區(qū)，雖經(jīng)過插塑料排水板、堆載預(yù)壓處理，地基承載力的特征值僅達到80kpa，地基承載力和地基沉降均不能滿足油罐基礎(chǔ)的要求，為此，分別進行了水泥土攪拌樁、CFG樁、素混凝土樁、沉管灌注素混凝土空心方樁復(fù)合地基方案比選水泥土攪拌樁復(fù)合地基方案其樁體強度與彈性摸量均很低、在荷載作用下，樁體壓縮量大，單樁承載力低，復(fù)合地基承載力受到樁體強度的極大制約，深度超過15m后樁體強度很低，且成樁困難。置換率較大，投資較高，施工速度慢，施工場地污染嚴重。CFG樁、素混凝土樁、其樁體強度與彈性摸量較高，但圓型實心截面周長小，軟弱地基提供的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力較小，樁體強度遠大于樁周土和樁端土對樁提供的抗力，受到軟弱土提供的單樁承載力低的極大制約。其樁體強度不能得到充分發(fā)揮。置換率較大，投資較高，施工速度慢，施工場地污染嚴重。大斷面灌注素混凝土空心方樁復(fù)合地基方案采用800X800_素混凝土空心方樁，最小壁厚100mm，空心內(nèi)圓為0 600mm，外周長為3200mm，截面面積375200mm2，樁中心距為3200mm,樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力相當于IOOOmm樁，由樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力略小于樁體軸壓強度設(shè)計值。使土的抗力提供的單樁垂直承載力和樁體強度均得到充分發(fā)揮。置換率較低，投資較少，施工周期短，工程質(zhì)量高，施工場地?zé)o泥漿污染。本實用新型大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁的適用范圍大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁的應(yīng)用潛力巨大，常用外方尺寸為800、1000、1200mmo大斷面灌注素混凝土后壓漿空心方樁最小厚度為100_，主要用于剛性復(fù)合地基工程；大斷面灌注鋼筋混凝土后壓漿空心方樁最小厚度為150_。大斷面灌注鋼筋混凝土后壓漿空心方樁主要用于樁基礎(chǔ)；大斷面灌注鋼筋混凝土空心方樁主要用于基坑支護工程的工程；因設(shè)備高度所限，一般樁長不宜超過30m。本實用新型不適用于具有堅硬土層的樁基工程、剛性復(fù)合地基、基坑支護工程的工程設(shè)計和施工。 本實用新型的空心方樁采用專用沉樁機械為液壓步履式打樁機，國產(chǎn)HFA系列液壓高頻振動錘及夾持器，空心方樁成孔結(jié)構(gòu)如圖I所示；內(nèi)外鋼套管橫斷面結(jié)構(gòu)如圖2所示；內(nèi)外鋼套管縱斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示；預(yù)制樁尖結(jié)構(gòu)如圖4所示；預(yù)制樁尖斷面如圖5、6所示；灌注鋼筋混凝土后壓漿空心方樁斷面配筋圖如圖7所示。大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁示意圖如圖8所示。本實用新型大斷面灌注混凝土后壓漿空心方樁的質(zhì)量措施要點嚴格控制預(yù)制樁尖的尺寸和強度；控制沉管時，內(nèi)外套管的垂直度；控制沉管灌注混凝土空心方樁灌注混凝土?xí)r的塌落度；嚴格控制內(nèi)外套管的拔管速度；強化施工過程控制與質(zhì)量驗收。
權(quán)利要求1.一種大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁，其特征是該方樁的結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)澆外方內(nèi)圓樁身，外方內(nèi)圓樁身內(nèi)設(shè)有鋼筋籠或不設(shè)鋼筋籠，在外方內(nèi)圓樁身的上部設(shè)有后澆樁帽，在外方內(nèi)圓樁身的底部設(shè)有預(yù)制樁尖，形成外方內(nèi)圓的空心方樁； 設(shè)有鋼筋籠的外方內(nèi)圓的空心方樁最小壁厚為150mm ;不設(shè)鋼筋籠的空心方樁最小壁厚為100mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空心方樁，其特征是所述預(yù)制樁尖的形狀為外方內(nèi)圓，預(yù)制樁尖的上部設(shè)有凸緣，下部設(shè)有外方內(nèi)圓的傾斜錐體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空心方樁，其特征是所述大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁的斷面尺寸為800X800 1200 X 1200mm。
專利摘要本實用新型提供一種大斷面沉管灌注混凝土后壓漿空心方樁，該方樁的結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)澆外方內(nèi)圓樁身，外方內(nèi)圓樁身內(nèi)設(shè)有鋼筋籠或不設(shè)鋼筋籠，在外方內(nèi)圓樁身的上部設(shè)有后澆樁帽、底部設(shè)有預(yù)制樁尖。本實用新型的效果是利用該空心方樁，能夠使樁周土和樁端土的抗力提供的單樁承載力和樁體軸壓強度設(shè)計值基本相當，同尺寸樁，慣性矩及周長大，水平和抗彎剛度大，利于配筋，樁的水平承載力高，縮短樁基礎(chǔ)、基坑支護、復(fù)合地基等工程的施工周期，提高施工質(zhì)量，避免場地環(huán)境污染，節(jié)省工程造價。用于深、厚軟弱土層地基工程效果更為明顯，應(yīng)用方便且前景廣闊。
文檔編號E02D5/72GK202450517SQ201220055159
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者張大偉, 張洪梅, 李金華, 沈惠勇, 王正剛, 申立明, 董志坤, 鄭建民, 陳思周, 韓廣興 申請人:中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司, 天津深基工程有限公司