CN103388341B - 一种大型桩筏基础结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型桩筏基础结构，所述结构的地基处理桩的上部设置有钢管混凝土桩节，钢管外壁环向均匀焊接连接件，相邻两钢管混凝土之间设置钢制传力拱；筏板基础下部土体处理成固化回填层，固化回填层与筏板基础交界面以及固化回填层中间均设有高强钢筋网片，筏板基础底面贴合固化回填层上表面浇筑为拱形；地基处理桩顶正上方筏板中布设有呈辐射状的钢梳，钢梳下部钢片与钢制传力拱或筏板内构造钢筋焊接。本发明可将桩体上部荷载传至临近桩体及土体，降低了单桩的荷载效应值，提高了基础抵抗循环荷载、冲击荷载的能力，桩顶筏板可有效减少桩体的负摩阻力值，防止桩体发生拉裂破坏。本发明还提供了上述桩筏基础结构的施工方法。

Description

一种大型桩筏基础结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种大型桩筏基础结构，特别涉及一种桩顶与筏板连接强度高，可通过传力拱和拱形曲面筏板将基础上部荷载重分配，可有效承载不均匀荷载和循环、冲击荷载的桩筏基础结构，属于地基处理领域，适用于大型建筑基础工程，尤其适用于码头、机场、物流堆场等对荷载承载及工后沉降要求较高的基础工程。

背景技术

世界经济的快速增长在促进高层建筑和大型工业建筑兴起和发展的同时，对地基的承载能力和抗变形能力的要求越来越高。对于上部结构荷载较大，且具有循环性、冲击性时，一般的独立桩基础、条形基础常难满足建筑要求，这就需要把基础底面进一步扩大；同时，如果建筑物所在地区的地基土层不均匀，或者有不规则的软弱夹层时，常难准确查明软弱土的确切范围并采取有效的处理措施，这就需要一些适用范围更为广泛、加固效果较为可靠的地基处理结构。

桩筏基础是桩基础和筏板基础的有机结合，它兼具桩基础和筏板基础的特点，具有整体刚度大以及承载力高的优点，可调整和避免结构局部发生显著的不均匀沉降，既能满足软弱土质地基承载力的要求，又能有效地调节地基承载能力，提高建筑物的整体抗震性能等特点，已被广泛应用于高层或超高层建筑中，亦可用作机场港口、大型物流堆场的地基处理。

桩筏基础下部桩基的作用是把上部荷载传递给地基。在桩筏基础施工过程中，基坑开挖后，因应力得到释放，下层土会向上弹性回弹，对桩产生上拔力；在施加荷载初期，桩与土体共同承载，土体产生再压缩，使得筏底土体变形量大于桩体；随着竖向荷载的继续增加，筏底接触压力逐步增大。

筏板基础主要起到将上覆荷载传递给桩体、协调地基变形的作用，在筏板与桩端接触部位易发生冲切破坏，对此工程中常采用提高混凝土强度、增大纵向配筋量、增加板的厚度、扩大柱截面尺寸、减小板的跨度等措施。在混凝土板设计时常采用等厚度板，为满足冲切条件而普遍增大整个板厚，造成工程浪费。另外，当筏板的厚度过小时，筏板内部应力集中比较明显，抵制不均匀沉降的能力较弱；过厚时，则因刚度过大，不能充分发挥筏板潜在的抗弯、抗剪能力。因此适当减少筏板厚度不仅可降低工程造价，还可提高工程质量，增加基础可靠性。

虽然高层建筑基础广泛采用桩筏基础，但是现行地基处理规范中尚无桩筏基础的设计规范，设计单位只能根据自己的设计经验和计算能力，参照地基规范对筏板基础和桩基础中关于桩基及承台的设计要求来进行桩筏基础的设计。在工程设计中，亦存在诸多假定，如把地基处理桩—板筏基础—上部结构三者分离开来进行受力计算、不同结构间的连接多假定为固定连接、忽略基础底面土体分担荷载的作用等等，使得实际结构与设计计算模型之间存在较大偏差，计算设计结构的安全性和经济性难以保证。

目前，防止桩筏基础连接区域破坏的方法，除了增加板厚外，尚有其它一些办法，如调整板柱平面尺寸、减小板跨等，这些措施虽在适宜的工程条件下取得了良好的加固效果，但措施主要提高了结构的抗弯能力，对节点的受力性能改善并不突出，难以实现结构的延性破坏和协调变形。在板中掺入“次要加强筋”（如钢纤维、碳纤维聚丙烯纤维等），提高板的抗冲切承载力是现今较常见的一种处理措施，该措施既可以提高桩筏基础的抗冲切能力，又可以减小筏板的厚度，降低施工成本。但由于纤维类材料近似散体材料，掺入混凝土中具有不均匀性和不确定性，存在一定的安全隐患。

在桩筏连接部位配置抗冲切钢筋是较合理的结构强度增强手段，对改善筏板基础的延性和抗震性能也能起到十分有效的作用，合理的抗冲切配筋也确能产生可观的经济效益。常采用的抗冲切钢筋有箍筋、弯起钢筋和扁钢，但钢肢以外的锚固段较长，用材不够经济；工字钢片割料工作量大，生产成本不低。同样的配筋形式，扁钢与圆钢相比，由于其表面特征对粘结和挤压锚固有利，因而抗剪更为有效，设计选用时耗钢量较省，而且可减小保护层厚度，增大有效板厚，从而节约纵筋。

此外，目前桩筏基础的筏板多为水平的，上部竖向荷载对桩端表现为剪切力，既加大了桩与筏板连接部位的抗剪切强度，而且难以发挥筏板下土体的承载能力，造成设计可靠度低且不经济。

综上所述，桩筏基础可有效减少地基不均匀沉降，提升基础整体承载能力。但是，既有结构在实际工程中尚存在筏板基础抗冲切性能差、桩基与筏板结合部易发生损伤破坏、筏板下土体承载力得不到充分发挥、桩顶应力扩散并反射至筏板内造成筏板局部开裂等问题。

鉴于此，为了提高桩筏基础的整体性、筏板抗冲切能力，充分利用筏板下土体承载力，目前亟待发明一种承载能力高、节点连接强度大、抗冲切破坏能力强、材料用量省，并能充分发挥筏板下土体承载力的大型桩筏基础结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种承载能力高、节点连接强度大、抗冲切破坏能力强、材料用量省，并能充分发挥筏板下土体承载力的大型桩筏基础结构。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种大型桩筏基础结构，其特征在于所述大型桩筏基础结构的地基处理桩的上部设置有钢管混凝土桩节，钢管外壁环向均匀焊接连接件，相邻两钢管混凝土桩节之间设置钢制传力拱；筏板基础下部设置固化回填层，固化回填层与筏板基础交界面以及固化回填层中间均设有高强钢筋网片，筏板基础底面贴合固化回填层上表面浇筑；地基处理桩顶正上方筏板中布设有呈辐射状的钢梳，钢梳下部钢片与钢制传力拱或筏板内构造钢筋焊接。

所述地基处理桩桩内钢筋笼伸入筏板基础内，并与顶部的筏板基础配筋连接，桩体顶部桩节外包钢管外壁形成钢管混凝土桩节，钢管外壁底部插入地基土体内。

所述钢制传力拱为条状钢板预制呈拱形，长度为相邻两根桩间净距的1.10~1.25倍，钢制传力拱两端焊接于相邻地基处理桩上部的钢管外壁和最上层连接件交界处，整体包裹于筏板基础内。

固化回填层由开挖土固化后分层摊铺压实而成，固化回填层填筑成以桩基为节点的独立突起拱形，最上层连接件底部标高处固化回填层内和固化回填层顶面设有高强钢筋网片。

筏板基础为现浇钢筋混凝土结构，筏板底部贴合固化回填层呈拱形曲面，以地基处理桩顶部为节点设置墩式桩筏结合部。

所述钢梳由上部钢条、粘结钢筋和钢片焊接而成，预制为辐射状，下部钢片为矩形或圆形钢板，上部钢条为长条钢板，下部钢片和上部钢条分别焊接于粘结钢筋两端。

所述大型桩筏基础结构的施工方法，主要包括以下步骤：

1) 施工前准备：根据设计图纸，处理施工场地，绘制施工轮廓线，测绘桩体位置，施工材料、机械、人员就位；

2) 地基处理桩成孔：根据桩基施工要求，进行地基处理桩成孔，并确保桩体的竖直度、桩长、桩位偏差满足设计要求；

3) 钢筋笼放置：将钢筋笼吊放入孔内，保持整体垂直，控制钢筋笼顶部标高；

4) 钢管放置：将与孔径匹配、外侧壁焊接有连接件的钢管用定位支架固定在设计高度，下部伸入孔内，整体保持竖直；

5) 灌筑混凝土：向孔内及钢管内灌筑混凝土至设计标高，灌筑过程中适当振捣密实混凝土并定时检测钢管、钢筋笼的位置，及时矫正；

6) 填筑固化土：待地基处理桩混凝土达到设计强度后，拆除外侧支撑，分层填筑固化回填层，在连接件高度设置高强钢筋网片并与连接件绑扎连接，以桩基顶部为节点，将固化回填层上部土体压实为突起拱顶，上铺高强钢筋网片；

7) 设置钢制传力拱：将切割好的钢制传力钢板预弯呈拱形，两端焊接于相邻桩基钢管外壁上；

8) 设置钢梳：将预制钢梳固定在设计位置上，并与钢制传力拱和构造钢筋焊接连接；

9) 浇筑筏板基础：支设模板，在固化回填层上设置筏板构造钢筋，浇筑筏板基础，注意振捣时对钢梳的影响，并尽可能减少温差裂缝。

本发明具有以下的特点和有益效果：

（1）在地基处理桩顶部设置钢管混凝土桩节，并在其外侧焊接连接件，既可增强桩体端部与筏板基础、钢制传力拱的连接强度，还可改善桩体端部的受力性能。

（2）以桩基为节点设置拱形曲面板，可将部分竖向荷载的效应转变为横向压力，既降低了竖向荷载对地基承载能力的要求，又可减少筏板基础与桩基接触部位剪切力。

（3）筏板基础以下设置固化回填土层，其内铺设与钢管混凝土桩节连接的高强钢筋网片，在提高筏板下土体的承载性能的同时，增强桩体与周围土体的联系；另外固化土易于塑形，可将其压实为突起拱形顶面，简化了拱形曲面筏板浇筑时的支模程序。

（4）在桩基顶面上部筏板内设置钢梳，可将桩端的竖向反射应力扩散至钢梳周边混凝土和钢制传力拱部位，在一定程度上减少了桩顶正上方出现张拉裂纹的可能性。

总之，本发明的特点在于对桩筏结合部进行了创新，改善了荷载传递路径、筏板下土体性能、筏板内加筋体受力性能，可有效防止不均匀荷载、冲击荷载等作用下桩体与筏板的连接处、桩体上部筏板的破坏，减小了筏板的厚度，提高了地基材料的利用率，具有较好的技术经济效益和环境效益。

附图说明

图1是本发明一种大型桩筏基础结构示意图；

图2是钢梳示意图；

其中：1-地基处理桩、2-软弱土层、3-相对硬土层、4-筏板基础、5-钢管混凝土桩节、6-钢管外壁、7-连接件、8-钢制传力拱、9-钢梳、10-钢筋笼、11-固化回填层、12-高强钢筋网片、13-下部钢片、14-粘结钢筋、15-上部钢条。

具体实施例

本实施方式中地基处理桩、筏板基础的设计及施工技术要求，钢筋绑扎、钢板焊接施工技术要求，高强钢筋网片铺设施工技术要求，固化回填土的配合比及施工技术要求，钢制传力拱的制作与施工技术要求等本实施例中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是本发明一种大型桩筏基础结构示意图，图2是本发明所述钢梳示意图，参照图1、图2所示，本发明一种大型桩筏基础结构主要由地基处理桩1、筏板基础4、钢管混凝土桩节5、钢制传力拱8、钢梳9、固化回填土11组成。

大型桩筏基础结构的地基处理桩1的上部设置有钢管混凝土桩节5，钢管外壁6环向均匀焊接连接件7，相邻两钢管混凝土桩节5之间设置钢制传力拱8；

筏板基础4为现浇钢筋混凝土结构，筏板底部贴合固化回填层呈拱形曲面，以地基处理桩顶部为节点设置墩式桩筏结合部。筏板基础4下部设置固化回填层11。固化回填层由开挖土固化后分层摊铺压实而成，固化回填层填筑成以桩基为节点的独立突起拱形，最上层连接件7底部标高处固化回填层内和固化回填层顶面设有高强钢筋网片12。筏板基础4底面贴合固化回填层11上表面浇筑。

地基处理桩桩内钢筋笼10伸入筏板基础4内，并与顶部的筏板基础配筋连接，桩体顶部桩节外包钢管外壁6形成钢管混凝土桩节5，钢管外壁6底部插入地基土体内。

地基处理桩顶正上方筏板中布设有呈辐射状的钢梳9，钢梳9由上部钢条15、粘结钢筋14和钢片13焊接而成，预制为辐射状。下部钢片13为矩形或圆形钢板，上部钢条为长条钢板15，下部钢片13和上部钢条15分别焊接于粘结钢筋14两端。钢梳下部钢片13与钢制传力拱8或筏板内构造钢筋焊接。

下面详述大型桩筏基础结构的施工方法。

清理施工现场后，进行施工放线，确定地基处理桩1的桩位。

地基处理土桩1成孔采用螺旋钻孔辅以泥浆护壁成孔技术，桩底虚土厚度不超过100mm。钻进过程中应随时清除孔口积土，并与清场、平整场地等施工工序产生的废土集中堆放处理。

地基处理桩1为圆形钻孔灌注桩，桩体直径为600mm，桩间距为3000mm，桩体穿过软弱土层2，伸入相对硬土层3内1000mm；桩体钢筋笼10，设置12根Ф16mm、强度等级HRB335纵向螺纹钢筋，其螺旋箍筋采用Ф8mm 、强度等级为HPB300的光面钢筋。钢筋笼10的制作、吊装施工要求符合现行规范之规定。

将钢筋笼10全部下至孔底后，再下放混凝土注浆钢管，钢筋笼10的上端部超过设计桩顶混凝土标高300mm，钢筋笼下放前后各清孔一次。

在灌注混凝土前，先将预制的带连接件7的钢管外壁6固定在孔口位置，钢管外壁6内径600mm，壁厚12mm，高2000mm；钢管外壁6的底部进入孔内500mm，顶部标高超出灌注桩混凝土浇筑设计顶面200mm，嵌入设计筏板基础桩筏墩式结合部内300mm。其外侧环向对称焊接两层“[”形的连接件7；连接件7的长边长250mm、短边长120mm，采用Ф12mm、强度等级为HRB335的螺纹钢弯折而成。

地基处理桩1桩身混凝土的强度等级为C30，在混凝土浇筑前，将混凝土注浆导管连接到混凝土泵上，利用泵机提供的压力将混凝土源源不断的送入桩内，在灌注混凝土过程中，灌注水下混凝土要连续进行，不得中断，保证桩身混凝土质量，直到孔口返浆，以保证桩身混凝土质量。

将清场过程中产生的废土和钻孔取出的地基土筛选后，掺入普通硅酸盐水泥搅拌形成固化回填土，水泥强度等级为32.5MPa，固化剂掺入比例为5%（质量比）；待地基处理桩1达到设计强度的75%后，拆除钢管外壁6外侧的固定结构。再进行固化回填层11的填筑施工，将钢管混凝土桩节5外侧300mm范围内的固化回填土压实为平面，距桩身300mm以外的固化回填土11压实填筑成凸起的拱形曲面，曲面顶部标高较起拱位置高600mm。

在固化回填层11填筑过程中，在与最上层连接件7底面标高处设置一层高强钢筋网片12，与连接件7绑扎连接；高强钢筋网片12采用钢绞线编织而成，钢绞线的直径为4mm，规格200mm×200mm。

待固化回填层11达到设计强度100%后，固化回填土6的上表面做再修整，使其尽可能达到设计形状，并在其表面铺设一层高强钢筋网片12。

随后将钢制传力拱8焊接于钢管混凝土桩节5的外侧面，焊接标高位于钢管外壁6与最上层连接件7的交接处，钢制传力拱8由钢板切割而成，规格2700mm×100mm×8mm，两端切割为圆弧形，焊接式保持整体水平。

钢梳9的上部钢条15采用1000mm×80mm×6mm钢板，下部钢片13采用50mm×50mm×4mm钢板；上部钢条片15和下部钢片13分别与长为200mm、直径为10mm的粘结钢筋14的两端焊接连接。

将预制好的、呈辐射状的钢梳9布设于各地基处理桩的正上方，最外侧下部钢片13与桩体两侧钢制传力拱8的上表面焊接连接；另外，钢梳9与临近的筏板基础4的构造钢筋连接。

绑扎筏板基础4的构造钢筋，并将构造钢筋与地基处理桩1的钢筋笼10伸出部分绑扎连接；筏板基础4的构造钢筋，采用Ф10mm 、强度等级为HPB300的光面钢筋，钢筋的纵向、横向间隔均为150mm，全断面通长布设。

支设模板，浇筑筏板基础4。筏板基础4的底部贴合固化回填层11，在地基处理桩1的顶部形成墩式桩筏结合部；筏板基础4下底面以桩基顶部为节点成独立拱形曲面，桩筏基础设计总厚度为1200mm，拱形曲面顶部至筏板上表面厚度为600mm。

大型桩筏基础结构，主要施工过程如下：

1) 施工前准备：根据设计图纸，处理施工场地，绘制施工轮廓线，测绘桩体位置，施工材料、机械、人员就位；

2) 地基处理桩成孔：根据桩基施工要求，进行地基处理桩1成孔，并确保桩体的竖直度、桩长、桩位偏差满足设计要求；

3) 钢筋笼放置：将钢筋笼10吊放入孔内，保持整体垂直，控制钢筋笼10顶部标高满足要求；

4) 钢管外壁放置：将与孔径匹配、外侧壁焊接有连接件7的钢管外壁6用定位支架固定在设计高度，下部伸入孔内，整体保持竖直；

5) 灌筑混凝土：向孔内及钢管内灌筑混凝土至设计标高，灌筑过程中适当振捣密实混凝土并定时检测钢管外壁6、钢筋笼10的位置，及时矫正；

6) 填筑固化土：待地基处理桩1的混凝土达到设计强度后，拆除外侧支撑，分层填筑固化回填层11，内置高强钢筋网片12并与连接件7绑扎连接；随后以桩基顶部为节点，将固化回填层11上部土体压实为突起拱顶；

7) 设置钢制传力拱：将切割好的钢制钢板预弯呈拱形，两端焊接于相邻钢管混凝土桩节5的钢管外壁6上；

8) 设置钢梳：将预制钢梳9固定在设计位置上，并与钢制传力拱8焊接连接；

9) 浇筑筏板基础：支设模板，在固化回填层11上设置筏板构造钢筋，浇筑筏板基础4，注意振捣时对钢梳9的影响，并尽可能减少温差裂缝。

Claims (1)

1.一种大型桩筏基础结构的施工方法，所述大型桩筏基础结构的地基处理桩的上部设置有钢管混凝土桩节，钢管外壁环向均匀焊接连接件，相邻两钢管混凝土桩节之间设置钢制传力拱；筏板基础下部设置固化回填层，固化回填层与筏板基础交界面以及固化回填层中间均设有高强钢筋网片，筏板基础底面贴合固化回填层上表面浇筑；地基处理桩顶正上方筏板中布设有呈辐射状的钢梳，钢梳下部钢片与钢制传力拱和筏板内构造钢筋焊接；其特征在于所述施工方法包括以下步骤：

1) 施工前准备：根据设计图纸，处理施工场地，绘制施工轮廓线，测绘桩体位置，施工材料、机械、人员就位；

2) 地基处理桩成孔：根据桩基施工要求，进行地基处理桩成孔，并确保桩体的竖直度、桩长、桩位偏差满足设计要求；

3) 钢筋笼放置：将钢筋笼吊放入孔内，保持整体垂直，控制钢筋笼顶部标高；

4) 钢管放置：将与孔径匹配、外侧壁焊接有连接件的钢管用定位支架固定在设计高度，下部伸入孔内，整体保持竖直；

5) 灌筑混凝土：向孔内及钢管内灌筑混凝土至设计标高，灌筑过程中适当振捣密实混凝土并定时检测钢管、钢筋笼的位置，及时矫正；

6) 填筑固化土：待地基处理桩混凝土达到设计强度后，拆除外侧支撑，分层填筑固化回填层，在连接件高度设置高强钢筋网片并与连接件绑扎连接，以桩基顶部为节点，将固化回填层上部土体压实为突起拱顶，上铺高强钢筋网片；

7) 设置钢制传力拱：将切割好的钢制传力钢板预弯呈拱形，两端焊接于相邻桩基钢管外壁上；

8) 设置钢梳：将预制钢梳固定在设计位置上，并与钢制传力拱和构造钢筋焊接连接；

9) 浇筑筏板基础：支设模板，在固化回填层上设置筏板构造钢筋，浇筑筏板基础，注意振捣时对钢梳的影响，并尽可能减少温差裂缝。