CN104131550A - 一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩 - Google Patents

Abstract

一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，包括设置在土壤持力层的大直径钢管桩，大直径钢管桩的顶端对接着打桩套管，打桩套管内部设置有小直径钢管桩，小直径钢管桩底部外壁固定有与大直径钢管桩内壁相连的四边形肋板，小直径钢管桩的四周设置有变径套管，变径套管内设置有加强板，变径套管位于土壤软弱土层中部以下，小直径钢管桩的上部四周通过隔板设有扩大顶筒，扩大顶筒的顶部与土壤土表平齐，大直径钢管桩的顶端设置有增强环，增强环的外侧末端设有围挡，增强环的底部设有大三角肋板，小直径钢管桩的底部内壁设置有上、下底板，小直径钢管桩内壁设置有小三角肋板。本发明有效降低负摩阻力，优化桩基水平及竖向承载性能。

Description

一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩

技术领域

本发明涉及一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，属于建筑用钢管桩基础领域。 

背景技术

桩基础是一种传统的基础类型，但在桩基础的使用中仍然存在一些不容忽视的问题，如桩基负摩阻力问题。当桩体与桩周土产生相对位移时，桩侧就会产生摩阻力。一般情况下，桩沉降大于土体沉降，摩阻力为正；对于穿越高压缩性土层的桩基础，在土表超载等因素作用下，土体沉降大于桩沉降后，将产生桩侧负摩阻力。桩基础在负摩阻力作用下将导致桩身轴力、桩基沉降增加，严重时造成桩身强度破坏、桩端持力层破坏以及上部结构不均匀沉降破坏等严重后果。由于钢管桩具有刚性好、运输便利和易于打入、接长、切割施工等优点，使用十分普遍，因此钢管桩的负摩阻力问题也十分常见。 

目前对于钢管桩负摩阻力消减方法主要有沥青涂层法、套管法，这类方法只是关注于减少软弱土层对桩侧壁的作用。此外，沥青材料本身的化学成分在地下长期使用过程中容易对地下水造成污染，并且沥青涂层对减小负摩阻力影响的效果受温度、时间等因素影响明显；套管法对桩基施工工艺要求较高，材料消耗多，实际工程运用并不广泛。 

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，本变直径钢管组合桩能有效降低负摩阻力、增强桩基水平及竖向承载性能，解决了软弱土层表面堆载引发的建筑物钢管桩负摩阻力问题并兼顾桩基承载性能优化；同时本发明能避免破坏环境，更加符合环保观念。 

一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，包括大直径钢管桩和小直径钢管桩，小直径钢管桩的中部外壁设有变径套管，变径套管为从中上部向着上下两端直径逐渐变小的套管，小直径钢管桩的下部四周通过若干个四边形肋板与大直径钢管桩内壁连接固定。

所述的变径套管内设置有水平的加强板，加强板将变径套管顶起，变径套管从加强板的外端分别向着上、下延伸并靠近小直径钢管桩，变径套管的上、下两端分别与小直径钢管桩固定连接，位于加强板下面的变径套管长度大于加强板上面的变径套管的长度。为实现减少负摩阻力作用的目的，位于加强板下面的变径套管长度大于加强板上面的变径套管的长度，变径套管的直径从顶端过渡到中间的最大直径，如果加强板上面的变径套管的长度过大，反而增强负摩阻力作用。 

所述的小直径钢管桩的上部四周设有扩大顶筒。 

所述的大直径钢管桩的顶端四周设置有水平向外延伸的增强环，增强环的末端设有向上的围挡，增强环的底部设有贴紧在大直径钢管桩外壁的大三角肋板。 

所述的大直径钢管桩的垂直上方对接着打桩套管，打桩套管的顶部高于小直径钢管桩的顶部。 

所述的打桩套管的底部外壁设有梯形肋板，梯形肋板位于围挡内。 

所述的大直径钢管桩的顶端内壁设有下钢环，打桩套管的底部内壁设有上钢环，下钢环与上钢环垂直对接。 

所述的小直径钢管桩的底部内壁设置有上下两块底板，两块底板位置分别与四边行肋板靠小直径钢管桩外壁侧的上下端平齐，小直径钢管桩内壁设置有小三角肋板，小三角肋板位于小直径钢管桩内壁的上底板的上方。 

所述的扩大顶筒内水平设置有一个以上连接到小直径钢管桩的隔板。 

所述的扩大顶筒的顶部、底部和中部分别设置有隔板，隔板水平连接固定扩大顶筒和小直径钢管桩。 

本发明，固定在土壤中使用时，大直径钢管桩位于土壤持力层，变径套管位于土壤软弱土层中部以下，扩大顶筒的顶部与土壤土表平齐。 

    变直径钢管组合桩被打入桩基中，将打桩套管拆卸下来移除，本发明较传统的不变直径的大直径钢管桩有以下有益效果： 

1. 相比普通不变直径的大直径钢管桩，本发明采用在大直径钢管桩上方设小直径钢管桩，小直径钢管桩显著减少软弱土层上部与本发明的接触面积；小直径钢管桩外侧在负摩阻力作用较大的软弱土层中、下部设置变径套管，变径套管从加强板处向下，外径逐渐变小，能将本发明周围下沉后的土壤与变径套管外壁有效脱离；打桩套筒的移除令本发明由挤土桩变为非挤土桩，加上大直径钢管桩和小直径钢管桩连接处的透空设置，能令本发明周围的土壤发生松弛。通过以上三项有益措施，进而使本发明较普通桩基能大幅减少负摩阻力作用。

2. 桩基的水平承载性能主要由浅层土所控制，本发明在小直径钢管桩顶部设置了扩大顶筒，通过增大本发明与浅层土接触面积，令小直径钢管桩能实现较好的水平承载性能。相比普通桩基，该项措施通过局部优化的方法，节省了材料使用，同时确保了本发明具有良好的水平承载性能。 

3. 大直径钢管桩顶部的增强环不仅具有打桩施工时保护桩体作用，还具有扩径作用。增强环在软弱土层中阻力较小，但当位于承载性能良好的持力层中时，相比普通桩基，增强环底部可以额外提供端阻力，而围挡的侧壁则可提供额外的摩阻力作用，进而提高本发明竖向承载性能。 

附图说明

图1是本发明的纵剖视结构示意图， 

图2为图1中Ⅰ的局部放大图，

图3为图1中A-A的剖视图，

图4为图1中B-B的剖视图，

图5为图1中C-C的剖视图，

图6为本发明移除打桩套管的纵剖视结构示意图，

附图标记列表：1—大直径钢管桩，2—打桩套管，3—小直径钢管桩，4—变径套管，5—扩大顶筒，6—增强环，7—围挡，8—大三角肋板，9—下钢环，10—上钢环，11—梯形肋板，12—底板，13—四边形肋板，14—小三角肋板，15—加强板，16—隔板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。 

附图仅为本发明的一个具体实施例，图1是本发明的纵剖视结构示意图，由图可见，本发明包括大直径钢管桩1和打桩套管2，打桩套管2内设置有小直径钢管桩3，小直径钢管桩3的四周设置有变径套管4，小直径钢管桩3的上部四周设有扩大顶筒5。本发明垂直地面敲击打入地基后，将打桩套管2移除，大直径钢管桩1位于土壤持力层，小直径钢管桩3位于土壤软弱土层中部以下，扩大顶筒5的顶部与土壤土表平齐。 

图2为图1中Ⅰ的局部放大图，即大直径钢管桩1和打桩套管2连接处的增强环6的放大图，由图可见，大直径钢管桩1的顶端设置有增强环6，增强环6的外侧末端设有向上延伸的围挡7，增强环6的底部设有贴紧在大直径钢管桩1外壁的大三角肋板8，大直径钢管桩1的顶部内壁设有下钢环9，打桩套管2的底部内壁设有上钢环10，打桩套管2的底部外壁设有梯形肋板11，梯形肋板11位于围挡7内。 

图3为图1中A-A的剖视图，由图可见，本发明的小直径钢管桩3、扩大顶筒5和打桩套管2为同心圆管，扩大顶筒5的顶部、底部和中部分别设置有隔板16，隔板16水平连接固定扩大顶筒5和小直径钢管桩3。 

图4为图1中B-B的剖视图，由图可见，上钢环10贴紧固定在打桩套管2的内壁，打桩套管2的外壁均匀分布设置着若干个梯形肋板11，小直径钢管桩3内壁均匀分布设置着若干个小三角肋板14。 

图5为图1中C-C的剖视图，由图可见，增强环6围绕在大直径钢管桩1外侧四周，增强环6下面均匀设置有大三角肋板8，四边形肋板13均匀分布在小直径钢管桩3四周，四边形肋板13固定连接着大直径钢管桩1和小直径钢管桩3。 

图6为本发明移除打桩套管2的纵剖视结构示意图，由图可见，变径套管4从加强板15处向下，外径逐渐变小，能将打入地基中的本发明周围下沉后的土壤与变径套管4外壁有效脱离，大直径钢管桩1和小直径钢管桩3连接处有一定的透空设置，围挡7提高本发明竖向承载性能。 

下面举一个具体实施例来说明本发明的应用： 

某工程需在20m厚淤泥质土层表面大面积堆载，该工程桩基础采用本发明。

大直径钢管桩1内径2700mm、壁厚30mm，顶部低于持力层顶面5m，底部位于持力层顶面下15m。大直径钢管桩1顶部设有增强环6，增强环6由壁厚50mm、内径2700mm和外径3760mm的钢圆环制成，外围设有高950mm、厚50mm的钢质围挡7，内侧设有高250mm、厚50mm的下钢环9。增强环6焊接于大直径钢管桩1的顶部，增强环6底部与大直径钢管桩1的顶部外壁连接处设有八块大三角肋板8。大三角肋板8由厚50mm的直角三角钢板制成，靠大直径钢管桩1外壁的边长为1500mm，靠增强环6底部的边长为500mm。 

大直径钢管桩1内部靠近顶部处设置八块四边行肋板13，四边形肋板13由厚50mm的钢板制成，竖向边长为1000mm，用于连接大直径钢管桩1顶部内壁和小直径钢管桩3底部外壁。小直径钢管桩3内径1200mm，壁厚30mm，长26m。小直径钢管桩3底部低于大直径钢管桩1顶部1m并低于四边行肋板13底部0.38m，小直径钢管桩3的底部内壁设置有上下两块底板12，底板12位置与四边行肋板7靠小直径钢管桩3外壁侧的上下端平齐，小直径钢管桩3内壁设置有小三角肋板14，小三角肋板14位于小直径钢管桩3内壁的上方的底板12的上方。底板12由外径1196mm、厚50mm的圆钢板制成，小三角肋板14由厚50mm的钢板制成，靠小直径钢管桩3内壁的边长为600mm，靠上方的底板12的边长为300mm。 

变径套管4设置在小直径钢管桩3外壁，底部位于软弱土层与持力层相交处，顶部位于软弱土层中部的-10m深度处。变径套管4由厚10mm钢板制成，焊接于小直径钢管桩3外壁，直径最大处的外径2300mm，上部长2m，下部长8m，直径最大处设置加强板15。加强板15焊接变径套管4与小直径钢管桩3外壁，由厚20mm、外径2300mm、内径1264mm的钢圆环制成。 

小直径钢管桩3顶部设置有扩大顶筒5，扩大顶筒5为厚30mm、内径2500mm、长2m的钢管，顶部与土表平齐，且扩大顶筒5的顶部、底部和中部分别设置有隔板16。隔板16焊接扩大顶筒5与小直径钢管桩3外壁，由厚50mm、外径2496mm、内径1264mm的钢圆环制成。 

增强环6顶部、小直径钢管桩3外侧设置打桩套筒2，打桩套筒2底部外侧设置八块梯形肋板11，内侧设置上钢环10。梯形肋板11由厚50mm钢板制成，底边长440mm，内侧边长950mm，外侧边长510mm。上钢环10高200mm、厚50mm。打桩套筒4用于本发明桩基的打入施工，施工完毕后缓慢移除。 

本发明具有很好的实际应用前景，承载性能好，环境影响小。 

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。 

Claims (10)

1.一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是包括大直径钢管桩（1）和小直径钢管桩（3），小直径钢管桩（3）的中部外壁设有变径套管（4），变径套管（4）为从中上部向着上下两端直径逐渐变小的套管，小直径钢管桩（3）的下部四周通过若干个四边形肋板（13）与大直径钢管桩（1）内壁连接固定。

2.根据权利要求1所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的变径套管（4）内设置有水平的加强板（15），加强板（15）将变径套管（4）顶起，变径套管（4）从加强板（15）的外端分别向着上、下延伸并靠近小直径钢管桩（3），变径套管（4）的上、下两端分别与小直径钢管桩（3）固定连接，位于加强板（15）下面的变径套管（4）长度大于加强板（15）上面的变径套管（4）的长度。

3.根据权利要求1所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的小直径钢管桩（3）的上部四周设有扩大顶筒（5）。

4.根据权利要求1所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）的顶端四周设置有水平向外延伸的增强环（6），增强环（6）的末端设有向上的围挡（7），增强环（6）的底部设有贴紧在大直径钢管桩（1）外壁的大三角肋板（8）。

5.根据权利要求1所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）的垂直上方对接着打桩套管（2），打桩套管（2）的顶部高于小直径钢管桩（3）的顶部。

6.根据权利要求5所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的打桩套管（2）的底部外壁设有梯形肋板（11），梯形肋板（11）位于围挡（7）内。

7.根据权利要求6所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）的顶端内壁设有下钢环（9），打桩套管（2）的底部内壁设有上钢环（10），下钢环（9）与上钢环（10）垂直对接。

8.根据以上任一权利要求所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的小直径钢管桩（3）的底部内壁设置有上下两块底板（12），两块底板（12）位置分别与四边行肋板（13）靠小直径钢管桩（3）外壁侧的上下端平齐，小直径钢管桩（3）内壁设置有小三角肋板（14），小三角肋板（14）位于小直径钢管桩（3）内壁的上底板（12）的上方。

9.根据权利要求3所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的扩大顶筒（5）内水平设置有一个以上连接到小直径钢管桩（3）的隔板（16）。

10.根据权利要求9所述的一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，其特征是所述的扩大顶筒（5）的顶部、底部和中部分别设置有隔板（16），隔板（16）水平连接固定扩大顶筒（5）和小直径钢管桩（3）。