CN102383417B - 组合式框架桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式框架桩，属于桩技术领域，其技术要点包括至少两根竖向构件桩，在各竖向构件桩之间设有若干连接件；本发明旨在提供一种结合土体加固且结构简单、抗竖向和水平荷载能力较强的组合式框架桩；用于建筑基础、地基处理、基坑支护、边坡支护和加固抢险。

Description

组合式框架桩

技术领域

本发明涉及一种用于建筑基础、地基处理、基坑支护、边坡支护和加固抢险的桩结构，更具体地说，尤其涉及一种组合式框架桩。

背景技术

目前的建筑物和构筑物的桩基础主要用于：承担上部结构传来的竖向和水平荷载或者承担岩土体产生的侧向荷载。桩基础实施过程中通常有两种形式：一种是通过一定的设备成孔后下放钢筋笼后灌注混凝土后成桩；另一种是在地面先预制好桩(如钢桩或者预应力管桩)，再将预制好的桩压入地基中。通过桩将建构筑物的竖向荷载传递到桩周或者桩端的土层和岩层中去。

但是，目前的桩基础每根桩都是独立的，桩与桩之间主要通过位于桩顶的承台相连。桩长根据受力，通常从几米到几十米不等，最长的桩达到60米～80米。由于桩在承担荷载过程中是独立分散状态的，桩长度超过一定范围后，桩的长细比很大，桩受力将比较不合理。特别是在沿海软土深厚的地区，桩需要穿过深厚的淤泥层进入淤泥下岩层一定距离。这样，桩在淤泥中一般都比较长，软土对桩的约束作用比较弱，桩长细比大而桩边约束弱，桩仅有端部嵌固于岩层中，整个桩基础体系安全性是不高的。如果地震水平力作用下，桩基础同时受到水平和竖向荷载作用，桩基础安全系数将更低。因此，采用目前的桩基础形式，独立分散的桩，没有形成一个整体的体系，对承担上部传来荷载是比较不利，为了保证桩基础的安全工作，通常都要增大桩身截面、加大配筋、增加桩数等方式解决。但是这样处理仍然有些不安全隐患还是没有得到彻底解决的。

在基坑和边坡支护中，可以设置排桩来挡土，承担岩土体临空产生的侧向荷载。排桩通过外露的位置设定一定的冠梁和腰梁使排桩联系起来，排桩的整体性也不强，不利于桩承载力的充分发挥。

边坡和基坑支护中还可以采用土钉形式，通过在岩土体中一定范围内按一定的长度和间接打设土钉，形成三维的由加筋体约束的岩土体结构，以保证基坑和边坡的安全。但是打设的加筋体同桩是一样的，每根土钉是独立的，并没有在空间中相互联系，因此三维加筋体的效果也是有限的。

在地基处理中，地基可以设置竖向的加强体(如搅拌桩、素混凝土桩、碎石桩等)与土体一起工作以增强地基承载力，减少和调整竖向位移。这些加强体的工作状态和桩基础是一样的，甚至更差，因为它们没有相互之间联系成一个整体，这样也影响了地基处理的效果。

综上所述，目前的桩基础体系、排桩支护体系、土钉体系、地基处理中加强体体系中各受力的构件均是分散体系，对承受各种荷载并不是非常理想的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有地基基础中的不足，提供一种结构简单、抗竖向和水平荷载能力较强的组合式框架桩。

本发明的技术方案是这样实现的：一种组合式框架桩，其中包括至少两根竖向构件桩，在各竖向构件桩之间设有若干连接件。

上述的组合式框架桩中，所述的连接件为水平设置的连接横梁。

上述的组合式框架桩中，所述的连接件为倾斜设置的支撑。

上述的组合式框架桩中，所述的连接件为套环。

上述的组合式框架桩中，所述的竖向构件桩之间还设有若干固定板。

上述的组合式框架桩中，所述的竖向构件桩的数量为三至四个。

上述的组合式框架桩中，所述的各竖向构件桩之间设有定型架，各竖向构件桩分别与定型架固定连接。

上述的组合式框架桩中，所述的各竖向构件桩和定型架外侧均设有拉环，在对应的拉环中穿设有用于捆绑竖向构件桩和定型架的绳索。

上述的组合式框架桩中，所述的竖向构件桩之间组成的框架侧面沿竖向或横向设有柔性网。

本发明采用上述结构后，通过连接件将若干个竖向构件桩连接成一个整体，通过增强竖向构件桩之间的联系，大幅提高桩的抗竖向和水平荷载能力，使桩和土更好的结合起来共同作用，在桩基础、支护结构、地基处理、抢险加固等各方面均可以有效降低工程造价，提高工程安全度，保证工程安全、经济、快速的实施。本发明具有明结构简单、施工方便、受力传力明确合理的优点。本发明与现有技术相比，具有下述的优点及有益效果：

1)本发明改变了传统桩独立分散的构成模式，使桩在土体中形成空间三维体系，减少了桩的计算长度，在相同材料消耗的条件下，空间组合多桩体系能大幅提高桩的水平和竖向承载力。

2)在淤泥地区工程预制桩施工时产生明显的挤土效应，对含水量高的土层而言将产生很高的超孔隙水压。由于超孔隙水压会造成地面隆起，负摩擦，处理不当还会预制桩断桩、倾斜等不良施工质量问题。而为了达到同样的承载力目标，本发明占用空间小就能达到比较高的能大幅减小封闭式预制桩产生的挤土效应。

3)对于目前的预应力管桩体系而言，由于每根桩均独立分散，其受力是状态是比较不合理的，某些情况下甚至会使整个建构筑物处于不安全状态。如果在深厚淤泥地质中，淤泥下面直接到基岩面，桩在桩端基岩处受到约束，而桩周的淤泥约束比较弱，特别在地震发生时伴随软土震陷情形下甚至可以认为对桩没有约束。在上部荷载作用下，桩可能会很快进入屈服失稳破坏状态，或者由于有水平位移的产生，增加了桩的附加弯矩从而使桩基础破坏。由此，国内有些地区在软土深厚的工程已经开始限制管桩的使用了。但是对多桩组合体系而言，各桩设置了众多的连接构件，使其受力过程中加强了桩与桩之间的联系，增强了桩的整体性，使桩在受力工作过程实际受力形式为在土体的约束下的框架结构，体系受力经济合理。设置众多连接构件后，桩的受力体系大为改善，形成三维空间的受力体系，保证了建构筑物的基础安全，从而确保上部结构的安全。另外，预应力管桩体系在打桩或者压桩过程中遇到坚硬岩土层时，容易断桩、裂桩。采用多桩组合体系后，大幅减少桩体长度，增大了桩的穿越坚硬岩土层能力。

4)传统加筋体土钉、锚索施工工艺一般为：预先钻孔、放入土钉钢筋、注浆、等待注浆体强度达到要求等施工工序。在软土广泛分布地区，在淤泥中水泥搅拌桩或者注浆体达到相关强度时间非常长。可见土钉、锚索等各类工艺施工工序步骤多、施工周期长、现场施工量大，施工质量控制点多。而采用预制多桩体系后，预制件可以在工厂预制好，同时采用高强混凝土和高强预应力钢绞线技术，运至现场后拼装成型后压入地基中。此发明能在减少施工工序步骤、现场施工量、施工工期、施工质量控制点，降低造价，缩短工期等具有明显优势，进而在减少扬尘和降低能耗也同样具有明显优势，符合现在目前国家倡导要求的节能减排绿色环保的要求。

5)传统地基处理搅拌桩、旋喷桩、碎石桩、CFG桩等加强体施工工艺一般为：成孔、填充加固物料或注浆、等待加固体强度达到要求才能进入下一步施工。在软土广泛分布地区，在淤泥中水泥搅拌桩或者注浆体达到相关强度时间非常长。可见搅拌桩、旋喷桩、碎石桩、CFG桩等各类工艺施工工序步骤多、施工周期长、现场施工量大，施工质量控制点多。而采用预制多桩体系后，预制件可以在工厂预制好，同时采用高强混凝土和高强预应力钢绞线技术，运至现场后拼装成型后压入地基中。此发明能在减少施工工序步骤、现场施工量、施工工期、施工质量控制点，降低造价，缩短工期等具有明显优势，进而在减少扬尘和降低能耗也同样具有明显优势，符合现在目前国家倡导要求的节能减排绿色环保的要求。

6)在建构筑物发生倾斜、开裂、地基基础失稳等险情时，险情需要第一时间得到控制。一般采用快硬水泥注浆加固是一个比较快速的方法。但是注浆中浆液灌注范围不可控、注浆过程中容易堵管等因素都会影响加固效果。将空间组合桩体系直接压入土体中，可以争取到宝贵时间，有效控制险情。

7)目前淤泥处理有复合体加固、堆载或真空预压、化学浆料注入淤泥中改变淤泥性质等处理方式。处理过程造价高，工期长，而且效果不好控制。本发明中将组合框架形成各个面挂网(如钢丝网、塑料网格等)，将组合桩及网压入淤泥中，在淤泥中形成类似笼的空间网格体系，再辅以化学固化淤泥措施，用于约束淤泥流动和变形，提高承载能力，达到快速经济固化淤泥效果。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是本发明实施例1的使用状态示意图；

图4是本发明实施例2的结构示意图；

图5是图4中B-B处的剖视图；

图6是本发明实施例3的结构示意图；

图7是图6中C-C处的剖视图；

图8是本发明实施例3的使用状态示意图；

图9是本发明实施例4的结构示意图；

图10是图9中D-D处的剖视图；

图11是本发明实施例4的使用状态示意图；

图12是本发明实施例5的结构示意图；

图13是图12中K-K处的剖视图；

图14是图12中L-L处的剖视图；

图15是本发明实施例5的使用状态示意图。

图中：竖向构件桩1、连接横梁2、支撑梁3、套环4、固定板5、定型架6、拉环7、绳索8、定位网9。

具体实施方式

实施例1

参阅图1和图2所示，本发明的一种组合式框架桩，包括两根竖向构件桩1，竖向构件桩1的横截面形状可以为方形、三角形、圆形或是其它多边形形状，视具体情况而定；在两根竖向构件桩1之间设有若干连接件，本实施例中的连接件为水平设置的连接横梁2，连接横梁2与竖向构件桩1可以采用铰接、固定连接的方式，在连接节点处通过预留钢筋按刚性节点连接后浇注混凝土或者采用钢结构构件按刚性节点要求焊接形成刚结节点，竖向构件桩1和连接横梁2的材料可以是钢材、钢筋混凝土等各种建筑常用材料；根据需要，也可以在竖向构件桩1之间根据连接横梁2分隔的距离设置挡板5；进一步地，为了减少断桩、裂桩的问题，通过连接横梁2将竖向构件桩1合理分隔，并设置好桩靴形式，增大框架桩进入坚硬岩土层的能力。

针对某一案例，各构件尺寸可以如下设置：竖向构件桩1为截面尺寸300mm×300mm的方形截面，连接横梁2为截面尺寸150mm×150mm的方形截面，竖向构件桩1和连接横梁2按实际受力配筋。竖向构件桩1之间间距为1500mm～3000mm，水平构件连接横梁2的间距为800～1000mm。工程应用中应根据实际计算设定构件形式，不限于此尺寸。

参阅图3所示，具体使用时，可以根据实际情况预先组合安装好框架桩，通过机械设备将其压入地基中，形成多桩组合体系；并可以根据实际设置锚索和搅拌桩、旋喷桩、注浆、灌注混凝土等地基加固方式，作为建筑地基基础。

实施例2

参阅图4和图5所示，本实用新型的一种组合式框架桩，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中的连接件为倾斜设置的支撑梁3，支撑梁3与竖向构件桩1可以是一体成型的整体结构，同时，连接件也可以同时包括支撑梁3与连接横梁2，本实施例中，在竖向构件桩1的首尾即采用了连接横梁2。其使用方法与实施例1相同。

实施例3

参阅图6和图7所示，本实用新型的一种组合式框架桩，包括三根竖向构件桩1，在各根竖向构件桩1之间设有若干连接件，本实施例中的连接件为套环4，竖向构件桩1和套环4的连接方式可以通过螺栓连接，这些方式同样可以适用于其它连接件与竖向构件桩1的连接；三根竖向构件桩1通过套环4套在一起形成三角形状；同时，连接件也可以同时包括套环4与连接横梁2，本实施例中，在竖向构件桩1的顶部即采用了连接横梁2；根据需要，也可以在竖向构件桩1形成的三角形各侧面根据套环4分隔的区域设置挡板5，通过挡板5可使竖向构件桩1之间形成一个闭合的三角形筒状结构。

参阅图8所示，具体使用时，将若干个三角形的框架桩压入地基，至框架桩的上端面与原地面E水平，然后在框架桩与开挖面F之间设置锚索G、以及在竖向构件桩1配合固定板5形成的三角形筒状结构内辅助以现有旋喷桩H，以达到强化桩的目的。当然也可以采用建筑常用的搅拌桩、碎石桩、CFG桩等。形成三维加固土体后对原地面E进行开挖至F。同样，该结构也可以实施于边坡支护，其使用方法同上。

实施例4

参阅图9和图10所示，本实用新型的一种组合式框架桩，包括四根竖向构件桩，各竖向构件桩1之间设有定型架6，各竖向构件桩1分别与定型架6固定连接，在各竖向构件桩1和定型架6上均设有拉环7，在对应的拉环7中穿设有用于捆绑竖向构件桩1和定型架6的绳索8，绳索8可以是钢绞线或是其它高强度索，使各竖向构件桩1与定型架6形成一个整体。

参阅图11所示，具体使用时，可以根据实际情况预先组合安装好本实施例中的框架桩，将本实施例的框架桩压入地基I中，同时为了增强桩对建筑的支撑能力，同时辅助以搅拌桩J进行加强设置，当然也可以采用建筑常用的碎石桩、旋喷桩、CFG桩等。

实施例5

参阅图12至14所示，本实用新型的一种组合式框架桩，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于，在竖向构件桩1之间和/或各竖向构件桩1组成的框架侧面沿竖向和/或横向设有定位网9。本实施例中的竖向构件1的数量为四个，定位网9水平设置在各竖向构件桩1之间的空腔内，同时定位网9也设置在竖向构件桩1与竖向构件桩1之间，用于代替固定板5。

参阅图15所示，具体使用时，可以根据实际情况预先组合安装好本实施例中的框架桩。在各框架构件形成的面上设置定位网9固定于框架构件上，定位网9可以采用不锈钢绞线网、塑料网格等。将竖向构件桩1构成的框架桩及定位网9压入土层中，在土层中形成类似笼的空间网格体系，再辅以化学固化土层措施，用于约束土层流动和变形，提高承载能力，达到固化土层效果。本例中土层主要为淤泥等软土，但也不限于淤泥类土。将本实施例的框架桩压入地基M中，同时辅助以搅拌桩N进行加强设置，当然也可以采用建筑常用的碎石桩、旋喷桩、CFG桩等。用于地基处理，如用于建构筑物地基和路基地基处理等。

Claims (8)

1.一种组合式框架桩，其特征在于，包括至少两根竖向构件桩(1)，在各竖向构件桩(1)之间设有若干连接件，所述的各竖向构件桩(1)之间设有定型架(6)，各竖向构件桩(1)分别与定型架(6)固定连接；所述的各竖向构件桩(1)和定型架(6)外侧均设有拉环(7)，在对应的拉环(7)中串设有用于捆绑竖向构件桩(1)和定型架(6)的绳索(8)；使用时根据实际情况预先组合安装好框架桩，通过机械设备将其压入地基中。

2.根据权利要求1所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的连接件为水平设置的连接横梁(2)。

3.根据权利要求1所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的连接件为倾斜设置的支撑(3)。

4.根据权利要求1所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的连接件为套环(4)。

5.根据权利要求1至4任一所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的竖向构件桩(1)之间还设有若干固定板(5)。

6.根据权利要求5所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的竖向构件桩(1)的数量为三至四个。

7.根据权利要求1至4任一所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的竖向构件桩(1)之间和/或各竖向构件桩(1)组成的框架侧面沿竖向和/或横向设有定位网(9)。

8.根据权利要求6所述的组合式框架桩，其特征在于，所述的竖向构件桩(1)之间和/或各竖向构件桩(1)组成的框架侧面沿竖向和/或横向设有定位网(9)。