CN102312443B - 异型组合截面桩变截面变刚度承台结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异型组合截面桩变截面变刚度承台结构，该结构包括有筏板承台以及与其连接的多根基桩，与筏板承台连接的多根基桩的平面布置截面形状为异型组合截面桩形状。同时还提供该承台结构的施工方法。本发明的效果是该技术基桩的建筑材料、施工设备不需要特殊更新，仅改变传统的基桩布置结构即可，使得以竖向荷载效应控制为主的高大建筑物及构筑物的桩基设计难题迎刃而解，使上部结构对基础的着力点得到理想的反力支撑。简化力的传递途径、提高材料的利用效率、减小桩基承台的厚度、节省基础工程的造价。该结构可以广泛用于高层建筑、大型散货物料筒仓及工业高炉、桥梁等工程，应用方便且前景广阔。

Description

异型组合截面桩变截面变刚度承台结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桩基工程结构的技术，特别是一种异型组合截面桩变截面变刚度承台结构及其施工方法。 

背景技术

多年工程实践发现，高大建(构)筑物通常根据基桩最小间距的限制，拉开距离，均匀、等长、等直径布桩，靠厚板承台调整上部结构荷载和桩顶反力。随着上部结构荷载增大，致使筏板承台越来越厚，尺寸越来越扩大。 

目前高层建筑数量越来越多、高度越来越高，物料筒仓、工业高炉的尺度越来越大，其桩基承载力和沉降控制设计的难度也随之加大。传统的布桩设计原则在建筑物下均匀、等长、等直径布桩，靠厚板承台调整上部结构荷载和桩顶反力，此时，桩基础是等刚度的，即使在均匀分布的荷载作用下，基础极沉降呈中间大、周边小的蝶形沉降分布。桩顶反力呈内桩大，边桩反力小的马鞍形分布，采用框-筒、框-剪力墙、筒中筒结构的高层建筑、筒仓、工业高炉等构筑物上部荷载分布内大外小，上述现象更为严重。上部结构强大的刚度无法利用，致使筏板承台越来越厚，不均匀沉降控制愈发困难。 

软土地区的高大建筑物或构筑物的桩基工程设计难度更大。基于对高层建筑桩基础和大型物料筒仓桩基工程设计的实践，如何充分利用上部结构强大的刚度，形成异形组合截面桩变截面刚度承台基础，以满足软土地区日益增长高大建筑物或构筑物的桩基工程设计需求，开辟桩基工程设计领域新的途径是当务之急。 

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种异型组合截面桩变截面变刚度承台结构及其施工方法，有利于控制高大建(构)筑物桩基工程中不均匀沉降问题，充分利用基桩上部结构的强大刚度，降低工程投资费用。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种异型组合截面桩变截面变刚度承台结构，该承台以上建(构)筑物有上部结构，该承台结构包括有筏板以及与其连接的多根基桩和桩顶联系冠梁兼基础梁，其中：筏板和桩顶联系冠梁兼基础梁组成变截面刚度承台，与承台连接的是由多根基桩平面组合布置成为异型组合截面桩。 

同时还提供上述该承台结构的施工方法。 

本发明的效果是利用该技术，基桩的建筑材料、施工设备不需要特殊更新，仅改变传统的基桩布置结构即可，使得以竖向荷载效应控制为主的高大建筑物及构筑物的桩基设计难题迎刃而解，使上部结构对基础的着力点得到理想的反力支撑。简化力的传递途径、提高材料的利用效率、减小桩基承台的厚度、节省基础工程的造价。该结构可以广泛用于高层建筑、大型散货物料筒仓及工业高炉、桥梁等桩基础的工程设计，应用方便且前景广阔。 

附图说明

图1为已有技术的等厚筏板承台均匀布桩示意图； 

图2为已有技术的等厚筏极承台沉降曲线示意图； 

图3为已有技术的等厚筏板承台基桩反力及沉降曲线示意图； 

图4为本发明的异型组合截面桩布桩图； 

图5为本发明的异型组合截面桩变刚度承台沉降曲线； 

图6为本发明的异型组合截面基桩反力示意图； 

图7为本发明的基桩相切布置时计算简图； 

图8为本发明的基桩相邻布置时计算简图； 

图9-1至9-5为本发明的异形组合截面桩的基桩相切或相邻的不同组合形状布置示意图。 

图中： 

1、计算桩侧阻力时异形截面桩外包线 

2、计算桩端阻力采用实际的桩端断面 

3、高压旋喷注浆管 

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构及其施工方法加以说明。 

本发明的基本原理是利用传统的钻冲孔灌注桩施工工艺和设备，以单个基桩为单元，将一些圆形截面桩相切或相邻布置，不受基桩最小间距的限制，按照上部结构布置情况，可以组合成任意形状的异型组合截面桩，直接抵抗上部结构传递给桩基础的强大的竖向压力或水平剪力。基桩的平面布置形状可以按 ∨、K等任意组合截面，还可以拓展为格栅状或网格状相连，和上部结构共同构成受力体系，充分利用上部结构强大的刚度尽可能将垂直荷载直接传递给桩基础，通过异型组合截面桩侧土提供的侧摩阻力和持力土层提供的桩端阻力以及灌注桩的后注浆或高压旋喷技术对桩承载力的增强作用，直接抵抗上部结构传递给桩基础的强大的竖向压力或水平剪力。变截面承台主要起联系桩基础和传递水平荷载作用。这样比采用混凝土厚板承台刚度调平的材料利用效率高。 

在异型组合截面桩端和桩侧预留后注浆管或在桩之间加高压旋喷注浆管，采用灌注桩的后注浆技术或高压旋喷对桩承载力的增强作用提 高异型组合截面桩的承载力。 

桩基沉降控制可以通过变刚度调平措施予以实现，还可以利用灌注桩的后注浆技术或高压旋喷作为辅助调平措施。充分利用上部结构的刚度，按上部结构、承台、异型组合截面桩及异型组合截面桩周土相互作用分析。 

本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构是：该承台以上建(构)筑物有上部结构，该承台结构包括有筏板以及与其连接的多根基桩和桩顶联系冠梁兼基础梁，筏板和桩顶联系冠梁兼基础梁组成变截面刚度承台，与承台连接的是由多根基桩平面组合布置成为异型组合截面桩。 

所述异型组合截面桩由若干单根基桩按相切或按相邻任意组合为平面截面形状为 

∨、K形中的任一组合，异型组合截面桩的各边简称为肢。所述异型组合截面桩由若干单根基桩按相切或按相邻任意组合平面布置为相互组合相连的格栅形状或网格截面形状。 

所述异型组合截面桩中，每根基桩均预留二根桩底后压浆注浆管，按相切组合时沿所述桩长每间隔12m设置1根桩侧后压浆注浆管；按相邻组合时桩之间设置高压旋喷管。 

本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构的施工方法，包括以下步骤： 

1)选择异型组合截面桩形状和初选变截面承台结构尺寸 

根据所述承台以上建(构)筑物的上部结构布置和荷载分布情况，选择与之相适应的异型组合截面桩形状，选择组成异型组合截面的单根基桩的直径和中心距，计算出组合截面的各肢长度，初选异型组合截面桩桩顶联系冠梁兼基础梁断面尺寸和桩顶联系冠梁兼基础梁的承台板厚度； 

2)进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平设计 

根据设计承载力和基桩沉降控制需要，按上部结构、承台、异型组合截面桩及异型组合截面桩周土共同作用分析，调整异型组合截面桩形状和组合截面的肢长和基桩深度，进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平； 

3)形成异型组合截面 

每根基桩预留二根桩底后压浆注浆管，当基桩按相切设置时，沿基桩长间隔12m设置一根基桩侧后压浆注浆管；当基桩按相邻设置时在桩之间设置高压旋喷管，共同形成异型组合截面桩。每根基桩施工时采取间隔跳打； 

4)进行基桩承载力调整及桩基沉降控制 

根据设计承载力和基桩沉降控制刚度调平需要，进行基桩底后压浆、桩基桩侧后压浆或基桩间高压旋喷施工，形成异型组合截面桩的共同承载体系，采用调整注浆或高压旋喷的压力和注浆量对基桩沉降进行控制，辅助进行基桩承载力调整及基桩刚度调平； 

5)支模浇筑异型组合截面桩顶部联系冠梁 

顶部联系冠梁兼作基础梁用来联系异型组合截面桩顶部及上部结构； 

6)浇筑桩顶联系冠梁兼基础梁的承台板 

形成异型组合截面桩变刚度承台结构。 

本发明的异型组合截面桩变刚度承台结构的施工方法是这样实现的： 

1)选择异型组合截面桩形状和初选变截面承台结构尺寸： 

根据承台以上上部结构布置和荷载分布情况选择与之相适应的异型组合截面桩形状，选择组成异型组合截面的单根基桩的直径和中心距，计算出组合截面的各肢长度。 

异型组合截面桩单根基桩按相切设置时，单根基桩之间的净距为50-100mm，异型组合截面桩单根基桩按相邻设置时，桩的净距为100～250mm，以免钻孔时碰及相邻桩。单桩通常选用中小直径桩，减少大 直径桩产生的尺寸效应的影响，提高桩有效利用率。 

初选异型组合截面桩顶联系冠梁兼基础梁断面尺寸和联系冠梁兼基础梁的承台板厚度。 

2)进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平： 

根据设计承载力和基桩沉降控制需要，按上部结构、承台、异型组合截面桩及异型组合截面桩周土共同作用分析，进行异型组合截面桩合理布置，调整异型组合截面桩形状和组合截面的肢长和基桩深度，进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平。 

3)形成异型组合截面： 

每根基桩预留二根桩底后压浆注浆管，当基桩按相切设置时，沿桩长间隔12m设置1根桩侧后压浆注浆管；当基桩按相邻设置时在桩之间设置高压旋喷管，共同形成异型组合截面。施工时采取间隔跳打，防止由于土体扰动对已浇筑的桩带来影响，施工按一般灌注桩施工工艺施工 

4)进行桩底后压浆、桩侧后压浆或桩间高压旋喷施工，进行基桩承载力调整及桩基沉降控制。 

根据设计承载力和基桩沉降控制刚度调平需要，进行桩底后压浆、桩侧后压浆或桩间高压旋喷施工。提高异型组合截面桩的承载力，弥补桩之间距小对桩侧摩阻力的影响，形成异型组合截面桩的共同承载体系。采用调整注浆或高压旋喷的压力和注浆量对基桩沉降进行控制，辅助进行基桩承载力调整及基桩刚度调平； 

5)浇筑异型组合截面桩顶联系冠梁： 

桩顶联系冠梁兼作异型组合截面桩顶部之间及上部结构联系基础梁；冠梁宽度一般为2倍桩径，高度按计算确定； 

6)浇筑桩顶连系冠梁兼基础梁的承台极： 

此承台板仅起传递水平荷载和联系冠梁作用，形成异型组合截面桩变 刚度承台结构。 

基桩承载力计算可参照建筑桩基设计规范，按图7和图8的简图进行计算，计算桩侧阻力时异形截面桩外包线1、计算桩端阻力采用实际的桩端断面2、高压旋喷注浆管3。 

图9-1为异型组合截面桩 

型相切布置，图9-2为异型组合截面桩 

型相邻布置，图9-3为异型组合截面桩 

型相切布置，图9-4为异型组合截面桩 

型相邻布置，图9-5为异型组合截面桩格栅形状相切布置。 

该设计发明可以广泛用于高层建筑、大型散货物料筒仓及工业高炉等桩基础的工程设计，应用方便且前景广阔。 

实施例 

某大型物料筒仓直径40m、高53m，采用本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构的简要情况介绍如下。 

本例地基处于软土区域，新冲填淤泥质土层达21m厚。 

原采用等厚筏极承台均匀布桩结构，桩径1m、桩数171根，桩长54m，筏板直径44m、厚2.5m，如图1所示，承台沉降分布曲线如图2所示，桩顶反力及沉降沉降曲线如图3所示。桩的承载力不能得到充分发挥，筏板厚度及配筋比较大。 

后改用本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构，选用异型组合截面、基桩直径0.8m，桩数132根，进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平。桩长分别采用54m、62m，冠梁1.6×2.5m，筒体下基桩直径0.8m，桩数26根，桩长54m，柱下基桩直径1m，桩数24根，桩长62m，筏板厚1m直径42m、如图4所示，承台沉降分布曲线如图5，桩顶反力如图6所示。 

异型组合截面桩变刚度承台结构的施工步骤： 

(1)根据筒仓上部结构情况，选择和上部结构相应的 

型 异型组合截面桩形状，选择单桩直径0.8m，计算组合截面的各肢长度，总桩数132根，按相切选择桩的中心距为单桩直径加50mm，以免钻孔时碰及邻桩。 

(2)根据设计承载力和基础沉降控制需要，进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平，桩长分别采用54m、62m，；按上部结构、基础梁、承台、异型组合截面桩、异型组合截面桩周土共同作用分析。 

(3)施工时采取间隔跳打，每桩预留二根桩底后压浆注浆管及沿桩长间隔12m设置1根桩侧后压浆注浆管。形成异型组合截面。 

(4)根据设计承载力和基桩沉降控制刚度调平需要，进行桩底后压浆、桩侧后压浆施工。提高异型组合截面桩的承载力，弥补桩之间距小对桩侧摩阻力的影响，形成异型组合截面桩的承载体系。采用调整注浆的压力和注浆量对基桩沉降进行控制，辅助进行基桩承载力调整及基桩刚度调平。 

(5)浇筑1.6×2.5m异型组合截面桩顶部冠梁。 

(6)浇筑联系冠梁的厚1m筏板，此筏板仅起传递水平荷载和 

联系冠梁作用，形成异型组合截面桩变刚度承台结构。 

本例基础沉降小且均匀，基础桩受力合理，经济效果良好。 

本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构适用范围： 

中国沿海地区从南到北的软土地基分布广泛，适合作为高大建筑物或构筑物桩端持力层的坚硬土层的埋藏深度35～60m。这些地区经济活跃，建设大型土木工程的需求旺盛，故异型组合截面桩变截面刚度承台基础工程的应用潜力巨大。可以广泛用于高层建构筑物、大型散货物料筒仓及工业高炉、桥梁等桩基础的工程设计。本发明不适用于部分挤土桩和挤土桩的桩基工程设计。 

本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构的设计方案与调整， 可根据建、构筑物的特征及岩土工程条件，选择异型组合截面桩变刚度承台结构。根据上部结构布置情况和对基础着力点的荷载分布，初步估算后可以按异型组合截面桩配置基桩和变截面承台，然后通过现场载荷试验验证异型组合截面桩的轴向抗压极限承载力，再经过变刚度调平措施控制桩基的不均匀沉降，最终确定异性组合截面桩变截面刚度承台结构工程。 

本发明的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构质量措施要点： 

●控制基桩强度 

●控制桩基础沉降 

●强化施工过程控制与质量验收 。

Claims (4)

1.一种异型组合截面桩变截面变刚度承台结构，该承台以上建筑物有上部结构，该承台结构包括有筏板以及与其连接的多根基桩和桩顶联系冠梁兼基础梁，其特征是：筏板和桩顶联系冠梁兼基础梁组成变截面刚度承台，与承台连接的是由多根基桩平面组合布置制成的异型组合截面桩；所述异型组合截面桩由若干单根基桩按相切或按相邻任意组合为平面截面形状为K形中的任一组合；异型组合截面桩单根基桩按相切设置时，单根基桩之间的净距为50-100mm，异型组合截面桩单根基桩按相邻设置时，桩的净距为100～250mm。

2.根据权利要求1所述的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构，其特征是：所述异型组合截面桩由若干单根基桩按相切或按相邻任意组合平面布置为相互组合相连的格栅形状或网格截面形状。

3.根据权利要求1所述的异型组合截面桩变截面变刚度承台结构，其特征是：所述异型组合截面桩中，每根基桩均预留二根桩底后压浆注浆管，按相切组合时沿所述桩长每间隔12m设置1根桩侧后压浆注浆管；按相邻组合时桩之间设置高压旋喷管。

4.一种根据权利要求1所述异型组合截面桩变截面变承台结构的施工方法，包括以下步骤：

1)选择异型组合截面桩形状和初选变截面承台结构尺寸

根据所述承台以上建筑物的上部结构布置和荷载分布情况，选择与之相适应的异型组合截面桩形状，选择组成异型组合截面的单根基桩的直径和中心距，计算出组合截面的各肢长度，所述异型组合截面桩的各边简称为肢，初选异型组合截面桩桩顶联系冠梁兼基础梁断面尺寸和桩顶联系冠梁兼基础梁的承台板厚度；

2)进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平设计

根据设计承载力和基桩沉降控制需要，按上部结构、承台、异型组合截面桩及异型组合截面桩周土共同作用分析，调整异型组合截面桩形状和组合截面的肢长和桩深度，进行基桩承载力合理分布及基桩刚度调平；

3)形成异型组合截面

每根基桩预留二根桩底后压浆注浆管，当基桩按相切设置时，沿基桩长间隔12m设置一根基桩侧后压浆注浆管；当基桩按相邻设置时在桩之间设置高压旋喷管，共同形成异型组合截面桩，每根基桩施工时采取间隔跳打；

4)进行基桩承载力调整及桩基沉降控制

根据设计承载力和基桩沉降控制刚度调平需要，进行基桩底后压浆、桩基桩侧后压浆或基桩间高压旋喷施工，形成异型组合截面桩的共同承载体系，采用调整注浆或高压旋喷的压力和注浆量对基桩沉降进行控制，辅助进行基桩承载力调整及基桩刚度调平；

5)支模浇筑异型组合截面桩顶部冠梁

顶部联系冠梁兼作基础梁用来联系异型组合截面桩顶部及上部结构；

6)浇筑桩顶连系冠梁兼基础梁的承台板

形成异型组合截面桩变刚度承台结构。

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