CN103981863A - 一种散体材料桩与混凝土上下同体组合桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩及施工方法，桩体下部灌注混凝土成混凝土桩，上部灌注碎石成碎石桩，碎石桩直径大于混凝土桩，混凝土桩顶部设置与碎石桩同径的混凝土扩大连接端，形成上粗下细的同体组合桩；碎石桩外部设置土工布袋，土工布袋底部封闭并与底部设置连接钢筋的十字钢板连接，十字钢板上设有碎石与混凝土混合段连接碎石桩，连接钢筋插入混凝土扩大连接端内。本发明的有益效果是：可使得软土在施工期充分排水固结，同时由于混凝土灌注桩桩底嵌入承载力相对较好的土层，可发挥更好的承载效果，该桩型在路堤及构筑物运营期具有较好的承载性能，同时具有更小的工后沉降，具有较好的技术经济效益。

Description

一种散体材料桩与混凝土上下同体组合桩及施工方法

技术领域

本发明涉及一种组合桩及施工方法，更具体说，它涉及一种散体材料桩与混凝土上下同体组合桩及施工方法，属于地基工程领域。

背景技术

我国软土地基种类繁多、分布广泛，普遍具有含水率高、压缩性大、强度低、透水性差等特点。建造在软土地基上的建筑物常出现总沉降量过大、差异沉降明显、后期沉降量超标、承载能力不足等工程问题，影响建筑物的正常使用性能和安全性能。当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需要对地基进行处理，形成人工地基你，以保证上层建筑物的安全性和使用性。

复合地基加固方法起源于20世纪60年代，由于能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑制地基土体侧向变形这一特点而成为一种比较理想的软土地基处理方式，在世界范围内都得到广泛应用。竖向增强复合地基时常用的地基加固处理技术措施，目前在工程应用中的竖向增强体的方案主要有：碎石桩、砂桩、水泥土桩、钢筋混凝土桩等。

碎石桩是复合地基处理方法中的一种，它是用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，再将碎石压入孔中，形成由碎石构成的大直径密实桩体。碎石桩最早始于1835年，20世纪50年代末，振冲法开始用于加固粘性土地基，并成为碎石桩。迄今为止，新型的碎石桩主要有以下几种：锤击碎石桩、干振碎石桩、振挤碎石桩、水泥粉煤灰碎石桩、强夯碎石桩。碎石桩复合地基能充分发挥其置换作用，能有效的增加地基的抗剪强度；同时由于碎石桩本身材料的性质具有良好的渗水性，在上部荷载的作用下，能起到良好的排水作用，能加速地基的固结，增强地基的强度，减小地基沉降量；此外，碎石桩本身材料的来源丰富，低廉的制造成本也成为其重要的优势。然而碎石桩也存在着其不足：首先，传统碎石桩桩体材料为柔性散体材料，强度较低，有效加固深度通常不足20m，在深厚软土地基区域，如江浙沿海地区，其加固深度难以达到土质较好的相对持力层中，难以保证其能有足够的承载性能。散体材料桩具有将竖向荷载进行横向转移的力学特性，其桩体承载取决于桩周土体能提供的侧限力，在深厚软土地区，如果不能将碎石桩打入较深的土层，土体提供侧限力较小，在土体侧限力较小的地区容易发生桩体在承重时易向四周发生鼓涨而破坏。其次，现有散体材料桩在施工时一般先采用机械在地基里打孔，然后直接将散体材料填入孔内形成柱形桩体，在软土地区成孔的质量难以保证容易形成塌孔等问题，影响桩的性能；再次传统的碎石桩的主要施工方法之一冲振法不仅耗水量大而且要排放出大量的泥浆，污染环境；最后，桩体周围的细小土体颗粒易进入散体材料桩内，造成桩体的透水性能下降甚至会丧失散体材料桩的排水效用。

而刚性桩具有施工速度快、质量便于检测、加固效果好、能有效控制工后沉降、能进入更深的土层、质量有保证等优点。但是其也存在着需要配置大量钢筋固成本较高的缺点。而且刚性桩不具有碎石桩固有的散体材料排水性能好的的天生优势。

面对现在对基础工程越来越高的要求，出现了很多刚柔组合桩的结构，兼具刚性桩和碎石桩的优点。例如中国专利CN101781888B一种振动沉管挤密碎石-混凝土组合桩，采用振动沉管在沉管下部形成密挤碎石桩，在上部灌注混凝土以形成混凝土灌注桩。此项发明存在着以下不足：（1）固结排水时水是从下至上排出的，将碎石桩置于下层，不能充分起到碎石桩的排水作用；（2）碎石桩在比较深的地方不能充分利刚性桩的作用，而且容易造成碎石桩的质量问题；（3）该发明利用灌注桩底部混凝土浆液的渗透形成混凝土桩与密挤碎石桩连接，连接效果难以保证。

鉴于此，为节省工程造价，使软土地基处理方式更加多元化，适合不同地区不同工况下地基加固需要，目前亟需发明一种兼顾排水固结和能嵌入承载力相对较好的土层，可发挥更好的承载效果的新型桩型。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能兼顾排水固结和能嵌入承载力相对较好的土层，可发挥更好的承载效果的散体材料桩与混凝土上下同体组合桩及施工方法。

这种散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩，桩体下部灌注混凝土成混凝土桩，上部灌注碎石成碎石桩，碎石桩直径大于混凝土桩，混凝土桩顶部设置与碎石桩同径的混凝土扩大连接端，形成上粗下细的同体组合桩；碎石桩外部设置土工布袋，土工布袋底部封闭并与底部设置连接钢筋的十字钢板连接，十字钢板上设有碎石与混凝土混合段连接碎石桩，连接钢筋插入混凝土扩大连接端内。

作为优选：所述桩体上部设有带活瓣的大直径钢沉管，桩体下部同轴设有带混凝土预制桩尖的小直径钢沉管；所述小直径钢沉管上部设有进料斗；所述小直径钢沉管达到相对持力层。

作为优选：所述连接钢筋插入混凝土扩大连接端深度大于500mm。

作为优选：所述连接钢筋从中心到边缘长度递减，连接钢筋插入混凝土扩大连接端，中心插入混凝土灌注500mm以上。

这种散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、施工准备：施工场地清理平整后，测量放线，并将带活瓣桩尖的上部大直径钢沉管在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm；

步骤二、上沉管打设：将带活瓣的上部大直径钢沉管竖直、均匀打至软土层设计位置；

步骤三、下沉管打设：利用绳索吊住混凝土预制桩尖使其与小直径钢沉管保持固定的位置，直至开始压小直径钢沉管的位置，在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，小直径钢沉管与大直径钢沉管的同轴度偏差不大于50mm，随后将小直径钢沉管连同预制桩尖一起，竖直、均匀打至设计桩底标高；预制桩尖至少进入持力层200mm～400mm；

步骤四、刚性桩体灌注：根据混凝土扩大连接端、下部混凝土桩尺寸及长度，考虑充盈系数1.25～1.30，通过进料斗向小直径钢沉管内灌入混凝土，并采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，灌注完成后，小直径钢沉管就从土层中拔出了；

步骤五、置入土工布袋：将与十字钢板连接的土工布袋放入上部大直径钢沉管，十字钢板底部设置连接钢筋，通过土工布袋上端设有的吊环通过吊绳吊住土工布袋，向土工布袋内灌入300mm～500mm碎石后放开吊绳，在自重的作用下，十字钢板连同与其连接的土工布袋冲击下沉，连接钢筋嵌入混凝土扩大连接端及混凝土桩顶部，同时在十字钢板上形成碎石与混凝土混合段；

步骤六、土工布袋中灌入散体材料：根据碎石桩尺寸向大直径钢沉管内的土工布袋内灌入碎石，根据充盈系数超灌一定方量。

步骤七、大直径钢沉管拔管：采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，通过振动拔管使碎石更加密实，形成碎石桩与混凝土桩上下同体组合桩。

步骤七、上体拔管：采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，通过振动拔管使碎石更加密实，形成一种土工布袋散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩。

本发明的有益效果是：

（1）采用了上部大直径碎石桩下部小直径混凝土桩的组合桩结构，较普通现浇混凝土桩等刚性桩相比，该新桩型可以在确保桩体整体性能和承载力的前提下，节省了材料从而降低工程造价；与普通振动沉管挤密碎石桩等散体材料桩相比，该新桩型可以提高桩身刚度，提高竖向承载能力及水平向承载能力等；同时该桩型具备普通碎石桩和灌注混凝土桩的优点。

（2）采用了上部散体材料，下部刚性混凝土桩材料更加有利于软土在施工期间充分排水固结，降低了地基处理的成本和加快了施工过程。

（3）上部碎石桩外部设置土工布袋，能使碎石桩桩体受力更加均匀同时防止桩体周围的细小土体颗粒易进入散体材料桩内，造成桩体的透水性能下降。

（4）土工布袋底部封闭后与十字型钢板连接，十字钢板底部设置连接钢筋，连接钢筋插入混凝土扩大连接端，并嵌入混凝土灌注桩500mm以上，确保了整个组合桩的整体性。

（5）施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制、检查，单桩承载力高。

总之，本发明的特点在于将刚性桩与散体材料桩组合应用，可使得软土在施工期充分排水固结，同时由于混凝土灌注桩桩底嵌入承载力相对较好的土层，可发挥更好的承载效果，该桩型在路堤及构筑物运营期具有较好的承载性能，同时具有更小的工后沉降，具有较好的技术经济效益。

附图说明

图1是本发明土工布袋散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩纵向剖面图；

图2是钢沉管沉管过程流程图；

图3是土工布袋散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩主要施工流程图；

附图标记说明碎石桩1、碎石与混凝土混合段2、混凝土扩大连接端3、土工布袋4、十字钢板5、连接钢筋6、混凝土桩7、预制桩尖8、大直径钢沉管9、活瓣10、小直径钢沉管11、进料斗12、软土层13、相对持力层14、吊绳15、吊环16

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

沉管的焊接技术要求、沉管打设及提升技术要求、下部混凝土灌浆和上部碎石填料设计参数及施工要求等本实施方案中不再累述，具体阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是本发明土工布袋散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩结构示意图。参照图1所示，土工布袋散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩主要包括碎石桩1、混凝土扩大连接端3、土工布袋4、混凝土桩7、混凝土桩尖8。

十字型钢板5为两块条形钢板在中心通过螺栓连接，条形钢板长为900mm；条形钢板底部设置的连接钢筋6与钢板应焊接连接，条形钢板底部设置的连接钢筋6直径均为15mm，条形钢板中心的连接钢筋最长为800mm，距中心200mm处对称设置长度为500mm的连接钢筋、距中心400mm处对称设置长度为300mm的连接钢筋，钢板与钢筋的强度等级均为Q235，尺寸规格应满足规范GB／T14980-1994之要求。

钢制带活瓣大直径沉管9采用的热轧无缝钢管，内径为1000mm；钢制小直径沉管10也采用热轧钢管，内径为600mm，钢板的强度等级均为Q235，板厚均为12mm尺寸规格应满足规范GB／T14980-1994之要求。

土工布袋4采用聚丙烯材料，使用塑料扁丝，在干湿状态下都能保持充分的强力和伸长，断裂强烈高达20KN/m，抗蠕变性能好，耐腐蚀，透水性好。

碎石采用未经风化的扎制碎石含泥量小于5%，且最大粒径不大于40mm。混凝土的强度等级为C30，水、水泥、砂和石子的配合比为：0.38:1:1.11:2.72。

如图2、3所示，散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩的主要施工过程如下：

步骤一、施工准备：施工场地清理平整后，测量放线，并将带活瓣桩尖的上部沉管9在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm；

步骤二、上沉管打设：将内径为1000mm带活瓣的大直径钢沉管9竖直、均匀打至软土层13地下4m～5m处；

步骤三、下沉管打设：利用绳索吊住混凝土预制桩尖8使其与内径为600mm小直径钢沉管11保持固定的位置，直至开始压小直径钢沉管11的位置，在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于0.5％，小直径钢沉管11与大直径钢沉管10的同轴度偏差不大于50mm，随后将沉管10连同桩尖8一起，竖直、均匀打至设计桩底标高，混凝土桩尖至少进入持力层200mm～400mm；

步骤四、刚性桩体灌注：根据混凝土扩大连接端3、下部混凝土灌注桩尺寸及长度，考虑充盈系数1.25～1.30，通过进料斗12向小直径钢沉管11内灌入混凝土，并采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，灌注完成后，小直径钢沉管11就从土层中拔出了，形成了下部10～12m的混凝土桩7，和长度为500mm～700mm的混凝土扩大端3；

步骤五、置入土工布袋4：将与十字钢板5连接的土工布袋4放入上部大直径钢沉管9，十字钢板5底部设置连接钢筋6，通过土工布袋4上端设有的吊环16通过吊绳15吊住土工布袋4，向土工布袋4内灌入300mm～500mm碎石后放开吊绳15，在自重的作用下，十字钢板5连同与其连接的土工布袋4冲击下沉，其钢筋嵌入混凝土扩大连接端3及混凝土灌注桩7顶部，最长的连接钢筋6嵌入混凝土桩7的长度为500～600mm；同时形成了100mm～200mm的碎石与混凝土混合段2。

步骤六、土工布袋4中灌入散体材料：根据碎石桩尺寸向沉管内的土工布袋4内灌入碎石，按照充盈系数为1.5来计算，超灌方量。此步骤之前土工布袋顶部采用吊绳13吊住，以防碎石灌入前掉入孔内；

步骤七、大直径钢沉管9拔管：采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，通过振动拔管使碎石更加密实，形成碎石桩1与混凝土桩7上下同体组合桩。

Claims (5)

1.一种散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩，其特征在于：桩体下部灌注混凝土成混凝土桩（7），上部灌注碎石成碎石桩（1），碎石桩（1）直径大于混凝土桩（7），混凝土桩（7）顶部设置与碎石桩（1）同径的混凝土扩大连接端（3），形成上粗下细的同体组合桩；碎石桩（1）外部设置土工布袋（4），土工布袋（4）底部封闭并与底部设置连接钢筋（6）的十字钢板（5）连接，十字钢板（5）上设有碎石与混凝土混合段（2）连接碎石桩（1），连接钢筋（6）插入混凝土扩大连接端（3）内。

2.根据权利要求1所述的散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩，其特征在于：所述桩体上部设有带活瓣（10）的大直径钢沉管（9），桩体下部同轴设有带混凝土预制桩尖（8）的小直径钢沉管（11）；所述小直径钢沉管（11）上部设有进料斗（12）；所述小直径钢沉管（11）达到相对持力层（14）。

3.根据权利要求1所述的散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩，其特征在于：所述连接钢筋（6）插入混凝土扩大连接端（3）深度大于500mm。

4.根据权利要求3所述的散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩，其特征在于：所述连接钢筋（6）从中心到边缘长度递减，连接钢筋（6）插入混凝土扩大连接端（3），中心插入混凝土灌注500mm以上。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的散体材料桩与混凝土桩上下同体组合桩的施工方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

步骤一、施工准备：施工场地清理平整后，测量放线，并将带活瓣桩尖（10）的上部大直径钢沉管（9）在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm；

步骤二、上沉管打设：将带活瓣（9）的上部大直径钢沉管（10）竖直、均匀打至软土层（13）设计位置；

步骤三、下沉管打设：利用绳索吊住混凝土预制桩尖（8）使其与小直径钢沉管（11）保持固定的位置，直至开始压小直径钢沉管（11）的位置，在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，小直径钢沉管（11）与大直径钢沉管（10）的同轴度偏差不大于50mm，随后将小直径钢沉管（11）连同预制桩尖（8）一起，竖直、均匀打至设计桩底标高；预制桩尖（8）至少进入持力层200mm～400mm；

步骤四、刚性桩体灌注：根据混凝土扩大连接端（3）、下部混凝土桩（7）尺寸及长度，考虑充盈系数1.25～1.30，通过进料斗（12）向小直径钢沉管（11）内灌入混凝土，并采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，灌注完成后，小直径钢沉管（11）就从土层中拔出了；

步骤五、置入土工布袋（4）：将与十字钢板（5）连接的土工布袋（4）放入上部大直径钢沉管（9），十字钢板（5）底部设置连接钢筋（6），通过土工布袋（4）上端设有的吊环（16）通过吊绳（15）吊住土工布袋（4），向土工布袋（4）内灌入300mm～500mm碎石后放开吊绳（15），在自重的作用下，十字钢板（5）连同与其连接的土工布袋（4）冲击下沉，连接钢筋（6）嵌入混凝土扩大连接端（3）及混凝土桩（7）顶部，同时在十字钢板（5）上形成碎石与混凝土混合段（2）；

步骤六、土工布袋（4）中灌入散体材料：根据碎石桩尺寸向大直径钢沉管（9）内的土工布袋（4）内灌入碎石，根据充盈系数超灌一定方量。

步骤七、大直径钢沉管（9）拔管：采用振动拔管，上拔速率为0.5～1.4m/min，并且每拔1m，留振1min，通过振动拔管使碎石更加密实，形成碎石桩（1）与混凝土桩（7）上下同体组合桩。