CN104929101A - 一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩及施工方法，属于地基基础结构技术领域，碎石桩包括具有多个侧扩段的侧扩碎石桩和至少一根预应力锚索/杆，所述侧扩碎石桩的顶部设置有锚盘，所述侧扩碎石桩的底部设置有具有扩底的扩底底座。施工方法包括：开挖碎石桩孔并进行扩底和侧扩；施作碎石垫层；施作扩底钢筋混凝土底座并固定锚索/杆于其中；施作侧扩碎石桩；施作桩顶锚盘、锚板并施加锚索/杆预应力。本发明通过锚索/杆将碎石压紧在碎石孔内形成碎石桩，使得扩底底座、碎石桩及锚盘为一个受力整体，有效提高抗拔能力，并通过侧扩碎石桩和扩底底座增大了桩身与土体的抗剪切滑移阻力，增强了结构的地层适用性，也减小了地下水的影响。
Description
技术领域
本发明属于地基基础结构技术领域，具体涉及一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩及施工方法。
背景技术
大量工程承受抗拔或抗浮力，使得抗拔桩应用十分广泛，如：地下车库、地下管廊及下沉式广场等城市基础工程；沿海/河码头工程及大型船坞底板的桩基础，悬索桥、斜拉桥的锚桩基础，锚桩反力基础等结构。目前抗拔结构设计常采用现浇钢筋混凝土抗拔桩(含扩底抗拔桩)和锚锭桩或梁。钢筋混凝土抗拔桩具有一定抗拔力更具有很高的抗压及承载力，但其桩壁与岩土体间的摩擦力相对较小，抗拔能力有限。特别是当钢筋混凝土抗拔桩的桩身位于下水位以下时，其本身所受的浮力将明显增加拔出荷载。大型锚锭结构是通过锚固段抗拉能力提供抗拔力，可提供很大的抗拔力，但由于其对地层要求较高(以保证锚固段可提供很好的抗拉强度)及工程造价高等原因，一般用于大型抗拔工程(如桥梁等)。
针对上述问题，有必要对现有抗拔结构和施工方法进行改进，使其不仅具有较强的抗拔能力，而且不受地下水水位的影响和地层地质特性的约束，具有地层适用范围广、构造简单、施工快、工程成本低的优点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩及施工方法，以解决现有技术中抗拔能力差、地层要求较高、工程造价高的问题。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，包括具有多个侧扩段的侧扩碎石桩和至少一根预应力锚索/杆，所述侧扩碎石桩的顶部设置有锚盘，所述侧扩碎石桩的底部设置有具有扩底的扩底底座，所述预应力锚索/杆穿过碎石桩身，其一端与底座固定，另一端延伸出并紧固在锚盘上，所述锚盘和扩底底座均采用钢筋混凝土结构。
进一步，所述扩底底座的底部设置有碎石垫层，其厚度范围为100mm-300mm。
进一步，所述碎石垫层与扩底底座之间设置有底部细砂层，其厚度范围为50-100mm，所述侧扩碎石桩与锚盘之间设置有顶部细砂层，其厚度范围为15mm-50mm。
进一步，所述扩底底座的纵截面为上为梯形、下为矩形相结合的组合形状，其扩底直径为碎石桩身直径的1.6-2倍，其扩底高度范围为600mm-1000mm。
进一步，所述侧扩碎石桩侧扩段的纵截面为上部为三角形、下部为矩形相结合的组合形状，其侧扩段的间距不小于1500mm，其侧扩段的直径及高度应分别小于扩底底座的直径及高度。
进一步，所述扩底底座的中部设置有加固钢筋，所述锚索/杆固定于加固钢筋上形成锚索/杆底部锚固段。
进一步，所述扩底底座轴线上设有泄水孔，所述侧扩碎石桩的碎石料最大直径不大于泄水孔直径的2/3。
进一步，所述锚盘顶部设置有可通过锚索/杆对碎石桩施加预应力的锚板，所述锚板上设置有用于紧固锚索/杆的锁紧螺母。
进一步，所述侧扩碎石桩及碎石垫层所用的碎石料应具有在荷载作用下不破碎的强度和颗粒级配。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：
一种如上述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩的施工方法，所述方法包括如下步骤：
S1.开挖碎石桩孔并进行扩底和侧扩；
S2.施作碎石垫层；
S3施作扩底钢筋混凝土底座并固定锚索/杆于其中；
S4.施作侧扩碎石桩；
S5.施作桩顶锚盘、锚板并施加锚索/杆预应力。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置预应力锚索/杆，通过锚盘和锚板将碎石压紧在碎石孔内形成碎石桩，使得扩底底座、碎石桩、锚盘及锚板形成了一个整体抗拉拔受力结构，有效提高了抗拔能力。
2、通过设置碎石桩，可增大桩身与土体的抗剪滑移阻力，同时，通过碎石桩身段的多段侧扩，进一步较大地增大了桩身与土体的抗剪滑移阻力。
3、通过设置具有扩底的扩底底座，一方面扩底部分将发挥附加的上覆土体重力及底座压缩土体的抗剪力，另一方面拉拔荷载通过预应力锚索/杆从扩底钢筋混凝土底座向上压缩侧扩碎石桩传递，将进一步改善本发明的抗拉拔效果。
4、碎石桩具有很好的渗透性，侧扩碎石桩与扩底钢筋混凝土底座内的泄水孔形成一个开放的集-排水的透水结构，不仅可有效地消除绝大部分的水体浮力，也可起到较好集-排水效果。
5、用碎石块来代替传统的钢筋混凝土桩，也可节省了大量水泥及钢筋成本，并且碎石桩的施工速度更快，施工完成后可立即投入使用，不需要长时间养护。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1是本发明扩底-多段侧扩抗拔预应力锚固碎石桩纵剖面示意图；
图2是图1中A-A横截面示意图；
图3是图1中B-B横截面示意图。
图中标记为：1-碎石垫层；2-底部细砂层；3-扩底底座；4-底座配筋；5-泄水孔；6-预应力锚索/杆；7-侧扩碎石桩；8-侧扩段；9-顶部细砂层；10-锚盘；11-锚盘配筋；12-锚索/杆套管；13-锚板；14-锁紧螺母；15-拉拔荷载；a-侧扩直径；b-侧扩段间距；d-碎桩身直径；h1-碎石垫层厚度；h2-扩底高度；h3-侧扩高度；D-扩底直径。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1、图2、图3所示，本实施例的一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，包括具有多个侧扩段8的侧扩碎石桩7和至少一根预应力锚索/杆6，通过设置碎石桩7，可增大桩身与土体的抗剪滑移阻力，同时，通过碎石桩身段的多段侧扩，进一步较大地增大了桩身与土体的抗剪滑移阻力，所述侧扩段8可以是多个，具体数目应根据实际情况而定，所述侧扩碎石桩7的顶部设置有锚盘10，可将碎石限制在碎石孔内，利于将碎石压实，所述侧扩碎石桩7的底部设置有具有扩底的扩底底座3，所述预应力锚索/杆6穿过碎石桩8，其一端与底座固定，另一端延伸出锚盘10，所述锚盘10顶部设置有可通过锚索/杆6对碎石桩8施加预应力的锚板13，所述锚板13上设置有用于紧固锚索/杆6的锁紧螺母14，对锚索/杆6的紧固可用焊接，也可用螺纹连接，本实施例优选采用锁紧螺母进行紧固，施工时，通在对设置在锚盘10上的锚板12施加预应力，这样使得位于桩顶的锚盘10和扩底底座3间的碎石桩7在预应力的挤压下形成密实的抗拔段，而且在预应力锚索/杆6的挤压与连接作用下也使得底座3、碎石桩7、锚盘10及锚板12形成了一个整体抗拉拔受力结构，最终作用在锚索/杆6顶端的拉拔荷载15主要由碎石桩7与桩周土体之间的摩阻力和扩底的底座抗拔力共同承担，大大提高了结构的抗拔能力。
作为本实施例的改进，所述扩底底座3的底部设置有碎石垫层1，其厚度h1范围为100mm-300mm，可保证扩底底座3下方具有较好的透水性，减少水体浮力对整体结构抗拔能力的影响。
作为本实施例的改进，所述碎石垫层1与扩底底座3之间设置有底部细砂层2，其厚度范围为50-100mm，可防止扩底底座3浇注时混凝土渗入碎石垫层1以致劣化其渗透性，所述锚盘10在锚索/杆6相应位置设置套管12，可使锚索/杆6通过套管12穿过锚盘，方便在锚盘10上施加预应力压实碎石增加摩阻力，也可将锚索/杆6所承受的拉拔荷载15直接传递至底座，分担拉拔荷载15，从而提高其抗拔能力，若锚盘采用现浇结构，可在侧扩碎石桩与锚盘之间设置有顶部细砂层，其厚度范围为15mm-50mm，所述套管12下端应嵌入细砂层9。
作为本实施例的改进，所述扩底底座3的纵截面为上为梯形、下为矩形相结合的组合形状，其扩底直径D为碎石桩身直径d的1.6-2倍，其扩底高度h2范围为600mm-1000mm。采用这种组合形状可以减小底座被拉拔时对其上方岩土体的破坏且可提供较大的抗拔阻力。
作为本实施例的改进，所述侧扩碎石桩侧扩段8的纵截面为上部为三角形、下部为矩形相结合的组合形状，侧扩段间距b根据周围土体地质特性及抗拔力要求确定，周围土体质量越差，间距越大，但不小于1500mm，如图1和图3所示，侧扩段8的纵截面为上部为三角形、下部矩形相结合的组合形状，侧扩直径a及侧扩高度h3应分别小于扩底钢筋混凝土底座直径D及高度h2,以便减小侧扩段8碎石挤压造成其周围土体的破坏并充分发挥其增大摩擦阻力效应。
作为本实施例的改进，如图2所示，扩底底座3的中部(即略小于桩孔直径的宽度范围)需设置加固钢筋4，以增加扩底底座本身及其与锚索/杆6结合部的抗拉拔强度，锚索/杆6应于主要受力钢筋相连，并浇注混凝土与底座3形成整体结构，构成锚索/杆6底部锚固段。所述扩底钢筋混凝土底座(3)竖向中心轴线处设泄水孔(5)，其直径约为50mm-100mm，
作为本实施例的改进，所述扩底底座轴线上设有泄水孔设泄水孔5，其直径约为50mm-100mm，以便侧扩碎石桩及侧扩段(7、8)与碎石垫层1及下伏岩土体间渗透连通，可减小上浮力及排水，同时，为了防止碎石堵死扩底底座中的泄水孔5，侧扩碎石桩及侧扩段(7、8)的碎石料最大直径不应大于竖泄水孔直径的2/3。
作为本实施例的改进，所述侧扩碎石桩7及碎石垫层1所用的碎石料应具有在荷载作用下不破碎的强度和颗粒级配，从而保证碎石桩具有可靠的承载强度及较好的渗透特性。
作为本实施例的改进，锚索/杆6高出锚盘10约300mm-500mm距离，以方便与外部拉拔荷载15连接，方便拉拔荷载15可通过扩底底座3传递到侧扩碎石桩及侧扩段(7、8)，充分发挥碎石桩与周围岩土体间的摩阻力，以及增扩底底座3的与土体之间的抗拔力。
另外，为了保证锚索/杆6的力学性能及使用寿命，位于侧扩碎石桩7内的锚索/杆6需防腐蚀处理。
为了满足拉拔荷载15作用下整个扩底-多段侧扩抗拔预应力锚固碎石桩的安全要求，碎石桩直径及深度，扩底钢筋混凝土底座直径、高度及配筋，锚索/杆强度及股数，侧扩间距、高度及直径，桩顶锚盘及锚板等设计需根据现场地质条件及拉拔荷载强度综合确定，最好通过现场试验确定。
本实施例通过设置预应力锚索/杆，通过锚盘和锚板将碎石压紧在碎石孔内形成碎石桩，使得扩底底座、碎石桩、锚盘及锚板形成了一个抗拉拔受力的整体，有效提高了抗拔能力，并通过碎石桩、碎石桩的多段侧扩和扩底底座，极大地增大了桩身与土体的抗剪滑移阻力，克服了现有技术受地下水水位和地层地质特性的限制的缺陷，增大了该结构的适用范围，且具有结构简单、施工快、工程成本低的优点。
一种如上所述扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩的施工方法，其具体实施步骤如下：
S1.开挖碎石桩孔并进行扩底和侧扩。首先根据拉拔荷载15大小及地层岩土体工程性质，确定桩孔深度及截面大小；进而进行等截面(碎石桩身直径d)桩孔开挖至设计深度；再进行底部底座13扩底和碎石桩侧扩8开挖，并清除扩底及侧扩土石方，维护孔壁稳定。
S2.施作碎石垫层。往施工完毕的桩孔底部投入碎石，振动压实至碎石垫层设计标高。
S3.施作扩底钢筋混凝土底座并固定锚索/杆于其中。首先按设计要求，地面配制扩底钢筋混凝土底座3的钢筋4，并将锚索/杆6固定于多个主钢筋上，并安装泄水管形成泄水孔5；然后在碎石垫层1上平铺一层厚约50mm-100mm的细砂层2，吊放配制及捆绑好的底座钢筋4至底部扩底段；最后浇筑混凝土至扩底钢筋混凝土底座标高，浇筑过程中应防止泄水管堵塞和保证扩底部分的混凝土浇筑饱满。
S4.施作侧扩碎石桩；按分段间距(不超过1000m)向侧扩碎石桩段投放碎石并振动压实，每次投放碎石时，应注意从上端固定锚索/杆6的位置，保证投放过程中锚索/杆竖直；然后投放至最底高程处的侧扩部位时，采用弯管送石，并振捣密实；重复上述两分步骤，直至碎石投放至顶面设计标高。
S5.施作桩顶锚盘并施加锚索/杆预应力。首先在填筑好的侧扩碎石桩身顶面铺设一层15mm-50mm的细砂层9(现浇工况)；将配制好钢筋混凝土锚盘1的钢筋11和预设锚索/杆套管12，浇筑混凝土成型(若为预制结构，只需将预制构件放到相应位置即可)；根据设计要求，在钢筋混凝土锚盘上面安装锚板13，施加锚索/杆6预应力至设计值；最后拧紧高强螺母或焊接14等方式固定锚索/杆6于锚板13上，以维持锚索/杆的预应力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：包括具有多个侧扩段的侧扩碎石桩和至少一根预应力锚索/杆，所述侧扩碎石桩的顶部设置有锚盘，所述侧扩碎石桩的底部设置有具有扩底的扩底底座，所述预应力锚索/杆穿过碎石桩身，其一端与底座固定，另一端延伸出并紧固在锚盘上，所述锚盘和扩底底座均采用钢筋混凝土结构。
2.根据权利要求1所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述扩底底座的底部设置有碎石垫层，其厚度范围为100mm-300mm。
3.根据权利要求2所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述碎石垫层与扩底底座之间设置有底部细砂层，其厚度范围为50-100mm，所述侧扩碎石桩与锚盘之间设置有顶部细砂层，其厚度范围为15mm-50mm。
4.根据权利要求1所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述扩底底座的纵截面为上为梯形、下为矩形相结合的组合形状，其扩底直径为碎石桩身直径的1.6-2倍，其扩底高度范围为600mm-1000mm。
5.根据权利要求1所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述侧扩碎石桩侧扩段的纵截面为上部为三角形、下部为矩形相结合的组合形状，其侧扩段的间距不小于1500mm，其侧扩段的直径及高度应分别小于扩底底座的直径及高度。
6.根据权利要求1所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述扩底底座的中部设置有加固钢筋，所述锚索/杆固定于加固钢筋上形成锚索/杆底部锚固段。
7.根据权利要求1所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述扩底底座轴线上设有泄水孔，所述侧扩碎石桩的碎石料最大直径不大于泄水孔直径的2/3。
8.根据权利要求1所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述锚盘顶部设置有可通过锚索/杆对碎石桩施加预应力的锚板，所述锚板上设置有用于紧固锚索/杆的锁紧螺母。
9.根据权利要求2所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩，其特征在于：所述侧扩碎石桩及碎石垫层所用的碎石料应具有在荷载作用下不破碎的强度和颗粒级配。
10.一种如权利要求1-9任一所述的扩底-多段侧扩的抗拔预应力锚固碎石桩的施工方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1.开挖碎石桩孔并进行扩底和侧扩；
S2.施作碎石垫层；
S3施作扩底钢筋混凝土底座并固定锚索/杆于其中；
S4.施作侧扩碎石桩；
S5.施作桩顶锚盘、锚板并施加锚索/杆预应力。
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