CN105887807B - 一种立体排水的预制钢筋混凝土桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体排水的预制钢筋混凝土桩及施工方法，包括预制钢筋混凝土桩桩体、至少一条竖向排水凹槽和至少一条竖向排水体、2‑5道水平环向排水凹槽和2‑5道水平环向排水体，预制钢筋混凝土桩桩体包括A类桩、B类桩和C类桩。竖向排水凹槽设于A、B、C三类桩桩体的侧面，竖向排水体设于竖向排水凹槽内；环向排水凹槽设于C类桩桩体的侧面，环向排水体设于环向排水凹槽内。根据地质勘察资料对三类桩进行组合打设并进行接桩，在接桩处对排水体进行搭接形成沿桩身通长分布的连续竖向排水体，竖向排水体与水平环向排水体形成立体排水体系。本发明的有益效果在于：可以有效降低沉桩过程中产生的超孔隙水压力，减少工后固结沉降，同时在地震作用下可有效降低桩周土体的超孔压积累，防止地基液化产生的震害。

Description

一种立体排水的预制钢筋混凝土桩及施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程抗震技术领域，特别涉及一种立体排水的预制钢筋混凝土桩及施工方法。

背景技术

我国地处世界两个地震带环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇部位，是一个地震频发的国家。近几年，从四川省汶川县、青海省玉树藏族自治州玉树县到云南省鲁甸发生的大地震中都可以发现地基土层（砂性土）的液化现象，引起基础破坏，进而导致大量的结构物发生倒塌，对我国人民的生命财产造成了很大的损失。因此，结构物基础的抗震设计显得尤为重要。

液化是造成场地地震损害的主要原因之一，地震引起可液化土层（砂性土）液化的主要原因是在地震荷载作用下，砂性土地基中产生很大的超孔隙水压力且不能快速消散，引起地基土的有效应力降低，相应的抗剪强度指标也降低，进而导致地基液化破坏。因此，地震过程中如何快速消散地基土层的超孔隙水压力，阻止孔压发展等问题已经引起工程界的普遍关注。

对于桩基础在抗震方面的应用，工程上主要通过碎石桩形成竖向排水通道来抵抗地基土层的液化，但是碎石桩具有承载能力相对较低，沉降控制能力弱等缺点，限制了碎石桩的适用范围。

本发明之前，中国专利“散体桩-透水性混凝土桩二元复合地基及处理方法”对碎石桩进行改进，兼具了散体桩的透水性以及透水性混凝土桩的透水性和较高的抗压强度，提高了地基的竖向承载能力，但是透水性混凝土桩为素混凝土桩，它具有较低的抗剪强度，因而难以将其应用于液化土地基的抗震设计中；而在刚性排水桩方面主要是通过桩端或桩侧的透水混凝土将水收集到桩体内部的排水通道中，然后通过真空泵将水抽出，这些方法不仅增加了造价，而且都没有考虑将排水桩的排水通道形成一个立体的排水系统，无法达到快速消除地震过程中产生超孔隙水压力的目的。因此，有必要研发一种新的排水桩以满足工程需要。

发明内容

本发明的目的在于：克服缺陷，研发一种立体排水的预制钢筋混凝土桩及施工方法，不仅可以有效降低沉桩过程中产生的超孔隙水压力，减少工后固结沉降，同时在地震作用下可有效降低桩周土体的超孔压积累，防止地基液化产生的震害，同时也能大幅度提高桩的承载能力。

本发明的技术方案：

一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，包括预制钢筋混凝土桩桩体、至少一条竖向排水凹槽和至少一条竖向排水体、2-5道水平环向排水凹槽和2-5道水平环向排水体，竖向排水凹槽设于预制钢筋混凝土桩桩体的侧面，竖向排水体设于竖向排水凹槽内，竖向排水体的尺寸与竖向排水凹槽的尺寸相适配，竖向排水体的数量与竖向排水凹槽的数量相等；预制钢筋混凝土桩桩体为分体设置的，包括A类桩、B类桩和C类桩，根据地质勘察资料组合打设并连接而成，A类桩的竖向排水凹槽的下端为盲端， B类桩和C类桩的竖向排水凹槽均为通长设置的，且C类桩的侧面根据易液化土层的厚度设置2-5道水平环向排水凹槽，水平环向排水凹槽内设有水平环向排水体， A类桩、B类桩和C类桩内的竖向排水体分别于桩间连接处进行搭接，形成沿预制钢筋混凝土桩桩体通长分布的连续排水体，竖向排水体与水平环向排水体形成立体排水体系。

A类桩位于预制钢筋混凝土桩桩体的最下端，打入易液化土层下的不可液化土层内，A类桩上至少连接一节C类桩，C类桩打入易液化土层内， C类桩的总长度大于等于易液化土层的厚度，C类桩上连接B类桩，B类桩打入易液化土层上的不可液化土层内，且B类桩的上端凸出土层顶面，土层顶面铺设50cm厚的由中粗砂构成的排水砂层，竖向排水体伸出B类桩30 cm -50cm，竖向排水体水平铺设在表面的排水砂层中，竖向排水体顶面用土工布封盖。

A类桩的竖向排水凹槽的开槽部位从距桩端底部30cm-80cm处开始。

竖向排水体由透水材料包裹，并在其侧边压设单排或双排1cm宽的钢条，用钢钉或螺丝将钢条与竖向排水凹槽固定，钢钉或螺丝的固定间距为50 cm -100cm。

A类桩、B类桩和C类桩的桩间连接处分别设有钢帽，相邻的A类桩、B类桩和C类桩之间通过角钢与钢帽进行焊接。

钢帽的尺寸与A类桩、B类桩和C类桩尺寸相匹配，钢帽由低碳钢制成，钢帽的高度为15cm。

桩间连接处的竖向排水凹槽处采用长度为15cm-20cm、宽度为10cm-15cm、厚度为2mm的透水钢板与钢帽焊接固定，透水钢板上阵列有孔径为5mm-10mm的透水孔。

A类桩、B类桩和C类桩的截面为方形或圆形。

竖向排水体和水平环向排水体均为塑料排水板。

一种立体排水的预制钢筋混凝土桩的施工方法，包括以下步骤：

第一步：施工前，先对施工场地进行地质勘察，确定易液化土层的深度以及厚度，同时结合建筑物的荷载及用途，确定桩的截面形式、尺寸及入土深度。

第二步：在预制厂预制A类桩、B类桩和C类桩，根据设计要求绑扎好相应的钢筋，在钢筋两端焊接上预制钢帽，同时预留排水凹槽，完成混凝土浇筑，A类桩从距桩端底部30cm-80cm处开始布置竖向排水凹槽，B类桩和C类桩均通长布置竖向排水凹槽，且根据易液化土层的厚度在C类桩桩侧设置2-5道水平环向排水凹槽，由A类桩、B类桩和C类桩组合拼接而成的预制钢筋混凝土桩桩体的侧面形成贯通的竖向排水凹槽以及水平环向排水凹槽；

第三步：将预制的A类桩、B类桩和C类桩养护7d后，准备尺寸与竖向排水凹槽相匹配的竖向排水体，在竖向排水体表面包裹透水材料，并在其侧边压设单排或双排1cm宽的钢条，用钢钉或螺丝将钢条与竖向排水凹槽固定；

第四步：待A类桩、B类桩和C类桩的混凝土强度达到设计强度的100%后，将其运输到施工现场，采用液压式静力压桩机或动力沉桩的方法进行沉桩；

第五步：根据前期地质勘察资料预先计划桩的打设次序：先打设一节A类桩，之后在易液化土层中布置至少一节C类桩，C类桩的总长度大于等于易液化土层的厚度，若为不可液化土层则布置B类桩，B类桩凸出土层顶面；

第六步：在桩间连接处采用角钢在上下节桩的钢帽的四个角处进行焊接，完成接桩；

第七步：桩间连接处的竖向排水体的连接处采用长度为15cm-20cm、宽度为10cm-15cm、厚度为2mm的透水钢板与钢帽焊接固定，透水钢板上阵列有孔径为5mm-10mm的透水孔；

第八步：在土层顶面铺设50cm厚的由中粗砂构成的排水砂层，形成水平排水系统，竖向排水体伸出B类桩30 cm -50cm，并将竖向排水体水平铺设在表面的排水砂层中，竖向排水体顶面用土工布封盖，形成立体的排水系统。

本发明的优点和效果在于：

（1）这是一种处理液化地基具有很好效果的预制刚性桩，通过桩侧的竖向排水体与水平环向排水体形成立体的排水系统，可以有效降低沉桩过程中产生的超孔隙水压力，减少工后固结沉降，同时在地震作用下可有效降低桩周土体的超孔压积累，防止地基液化产生的震害。

（2）预制钢筋混凝土桩在沉桩之前其桩身质量能够得以保证，同时在接桩部位采用角钢进行焊接，能够确保桩的垂直度以及整体性，其承载能力较碎石桩有大幅度的提高。

（3）预制钢筋混凝土桩预制时接桩所用的钢帽与钢筋焊接，浇筑混凝土时在其侧面预制竖向排水凹槽，技术操作方便可行；同时钢帽也可预制并大批量加工，桩侧所用的塑料排水板也可大批量获取，因此这种立体排水的预制钢筋混凝土桩容易大批量生产，质量也能够得到保证。

（4）本发明的施工只需采用常规的施工机械，并不增加施工难度及成本，易于在实际工程中进行推广。

附图说明

图1为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩的抗液化原理示意图；

图2为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩A类桩的主视图；

图3为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩B类桩的主视图；

图4为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩C类桩的主视图；

图5为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩桩截面为方形时的俯视图；

图6为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩桩截面为圆形时的俯视图；

图7为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩桩截面为方形时接桩部位的示意图；

图8为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩桩截面为圆形时接桩部位的示意图；

图9为本发明立体排水的预制钢筋混凝土桩接桩部位竖向排水体连接处的示意图。

图中，1、预制钢筋混凝土桩桩体；2、竖向排水凹槽；3、竖向排水体；4、竖向排水体顶面；5、排水砂层；6、不可液化土层；7、易液化土层；8、钢帽；9、钢条；10、钢钉；11、角钢；12、透水钢板；13、水平环向排水体；14、透水孔；15、水平环向排水凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述：

如图1至9所示，一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，包括预制钢筋混凝土桩桩体1、至少一条竖向排水凹槽2和至少一条竖向排水体3，竖向排水凹槽2设于预制钢筋混凝土桩桩体1的侧面，竖向排水体3设于竖向排水凹槽2内，竖向排水体3的尺寸与竖向排水凹槽2的尺寸相适配，竖向排水体3的数量与竖向排水凹槽2的数量相等；预制钢筋混凝土桩桩体1为分体设置的，包括A类桩、B类桩和C类桩，根据地质勘察资料组合打设并连接而成，A类桩的竖向排水凹槽2的下端为盲端， B类桩和C类桩的竖向排水凹槽2均为通长设置的，且C类桩的侧面根据易液化土层7的厚度设置2-5道水平环向排水凹槽15，水平环向排水凹槽15内设有水平环向排水体13， A类桩、B类桩和C类桩内的竖向排水体3分别于桩间连接处进行搭接，形成沿预制钢筋混凝土桩桩体1通长分布的连续排水体，竖向排水体3与水平环向排水体13形成立体排水体系。

A类桩位于预制钢筋混凝土桩桩体1的最下端，打入易液化土层7下的不可液化土层6内，A类桩上至少连接一节C类桩，C类桩打入易液化土层7内， C类桩的总长度大于等于易液化土层7的厚度，C类桩上连接B类桩，B类桩打入易液化土层7上的不可液化土层6内，且B类桩的上端凸出土层顶面，土层顶面铺设50cm厚的由中粗砂构成的排水砂层5，竖向排水体3伸出B类桩30 cm -50cm，竖向排水体3水平铺设在表面的排水砂层5中，竖向排水体顶面4用土工布封盖。

A类桩的竖向排水凹槽2的开槽部位从距桩端底部30cm-80cm处开始。

竖向排水体3由透水材料包裹，并在其侧边压设单排或双排1cm宽的钢条9，用钢钉10或螺丝将钢条9与竖向排水凹槽2固定，钢钉10或螺丝的固定间距为50 cm -100cm。

A类桩、B类桩和C类桩的桩间连接处分别设有钢帽8，相邻的A类桩、B类桩和C类桩之间通过角钢11与钢帽8进行焊接，焊条优选E43。

钢帽8的尺寸与A类桩、B类桩和C类桩尺寸相匹配，钢帽8由低碳钢制成，钢帽8的高度为15cm。

桩间连接处的竖向排水凹槽2处采用长度为15cm-20cm、宽度为10cm-15cm、厚度为2mm的透水钢板12与钢帽8焊接固定，透水钢板12上阵列有孔径为5mm-10mm的透水孔14。

A类桩、B类桩和C类桩的截面为方形或圆形。

竖向排水体3和水平环向排水体13均为塑料排水板。

一种立体排水的预制钢筋混凝土桩的施工方法，包括以下步骤：

第一步：施工前，先对施工场地进行地质勘察，确定易液化土层7的深度以及厚度，同时结合建筑物的荷载及用途，确定桩的截面形式、尺寸及入土深度。

第二步：在预制厂预制A类桩、B类桩和C类桩，根据设计要求绑扎好相应的钢筋，在钢筋两端焊接上预制钢帽8，同时预留排水凹槽，完成混凝土浇筑，A类桩从距桩端底部30cm-80cm处开始布置竖向排水凹槽2，B类桩和C类桩均通长布置竖向排水凹槽2，且根据易液化土层7的厚度在C类桩桩侧设置2-5道水平环向排水凹槽，由A类桩、B类桩和C类桩组合拼接而成的预制钢筋混凝土桩桩体1的侧面形成贯通的竖向排水凹槽2以及水平环向排水凹槽15；

第三步：将预制的A类桩、B类桩和C类桩养护7d后，准备尺寸与竖向排水凹槽2相匹配的竖向排水体3，在竖向排水体3表面包裹透水材料，并在其侧边压设单排或双排1cm宽的钢条9，用钢钉10或螺丝将钢条9与竖向排水凹槽2固定；

第四步：待A类桩、B类桩和C类桩的混凝土强度达到设计强度的100%后，将其运输到施工现场，采用液压式静力压桩机或动力沉桩的方法进行沉桩；

第五步：根据前期地质勘察资料预先计划桩的打设次序：先打设一节A类桩，之后在易液化土层7中布置至少一节C类桩，C类桩的总长度大于等于易液化土层7的厚度，若为不可液化土层6则布置B类桩，B类桩凸出土层顶面；

第六步：在桩间连接处采用角钢11在上下节桩的钢帽8的四个角处进行焊接，完成接桩；

第七步：桩间连接处的竖向排水体3的连接处采用长度为15cm-20cm、宽度为10cm-15cm、厚度为2mm的透水钢板12与钢帽8焊接固定，透水钢板12上阵列有孔径为5mm-10mm的透水孔14；

第八步：在土层顶面铺设50cm厚的由中粗砂构成的排水砂层5，形成水平排水系统，竖向排水体3伸出B类桩30 cm -50cm，并将竖向排水体3水平铺设在表面的排水砂层5中，竖向排水体顶面4用土工布封盖，形成立体的排水系统。

地震时，易液化土层7中产生超静孔隙水可以沿着桩侧的竖向排水体3和水平环向排水体13排到土层顶面，再通过表面的排水砂层5排出，从而快速消散地震中产生的超孔隙水压力，有效降低桩周土体的超孔压积累，防止地基液化产生的震害。

Claims (8)

1.一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：包括预制钢筋混凝土桩桩体、至少一条竖向排水凹槽和至少一条竖向排水体，竖向排水凹槽设于预制钢筋混凝土桩桩体的侧面，竖向排水体设于竖向排水凹槽内，竖向排水体的尺寸与竖向排水凹槽的尺寸相适配，竖向排水体的数量与竖向排水凹槽的数量相等；预制钢筋混凝土桩桩体为分体设置，包括A类桩、B类桩和C类桩，根据地质勘察资料对三类桩进行组合打设并连接而成预制钢筋混凝土桩桩体，A类桩的竖向排水凹槽的下端为盲端，B类桩和C类桩的竖向排水凹槽均为通长设置，且C类桩的侧面根据易液化土层的厚度设置2-5道水平环向排水凹槽，水平环向排水凹槽内设有水平环向排水体，A类桩、B类桩和C类桩内的竖向排水体分别于桩间连接处进行搭接，形成沿预制钢筋混凝土桩桩体侧面分布的连续排水体，竖向排水体与水平环向排水体形成立体排水体系；A类桩位于预制钢筋混凝土桩桩体的最下端，打入易液化土层下的不可液化土层内，A类桩上至少连接一节C类桩，C类桩打入易液化土层内，C类桩的总长度大于等于易液化土层的厚度，C类桩上连接B类桩，B类桩打入易液化土层上的不可液化土层内，且B类桩的上端凸出土层顶面，土层顶面铺设50cm厚的由中粗砂构成的排水砂层，竖向排水体伸出B类桩30 cm -50cm，伸出B类桩的竖向排水体水平铺设在表面的排水砂层中，伸出B类桩的竖向排水体顶面用土工布封盖；A类桩的竖向排水凹槽的开槽部位从距桩端底部30cm-80cm处开始。

2.根据权利要求1所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：竖向排水体由透水材料包裹，并在其侧边压设单排或双排1cm宽的钢条，用钢钉或螺丝将钢条与竖向排水凹槽固定，钢钉或螺丝的固定间距为50 cm -100cm。

3.根据权利要求1所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：A类桩、B类桩和C类桩的桩间连接处分别设有钢帽，相邻的A类桩、B类桩和C类桩之间通过角钢与钢帽进行焊接。

4.根据权利要求3所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：钢帽的尺寸与A类桩、B类桩和C类桩尺寸相匹配，钢帽由低碳钢制成，钢帽的高度为15cm。

5.根据权利要求3所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：桩间连接处的竖向排水凹槽处采用长度为15cm-20cm、宽度为10cm-15cm、厚度为2mm的透水钢板与钢帽焊接固定，透水钢板上阵列有孔径为5mm-10mm的透水孔。

6.根据权利要求1所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：A类桩、B类桩和C类桩的截面为方形或圆形。

7.根据权利要求1所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩，其特征在于：竖向排水体和水平环向排水体均为塑料排水板。

8.根据权利要求3所述的一种立体排水的预制钢筋混凝土桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：施工前，先对施工场地进行地质勘察，确定易液化土层的深度以及厚度，同时结合建筑物的荷载及用途，确定桩的截面形式、尺寸及入土深度；

第二步：在预制厂预制A类桩、B类桩和C类桩，根据设计要求绑扎好相应的钢筋，在钢筋两端焊接上预制钢帽，同时预留排水凹槽，完成混凝土浇筑，A类桩从距桩端底部30cm-80cm处开始布置竖向排水凹槽，B类桩和C类桩均通长布置竖向排水凹槽，且根据易液化土层的厚度在C类桩桩侧设置2-5道水平环向排水凹槽，由A类桩、B类桩和C类桩组合拼接而成的预制钢筋混凝土桩桩体的侧面形成贯通的竖向排水凹槽以及水平环向排水凹槽；

第三步：将预制的A类桩、B类桩和C类桩养护7d后，准备尺寸与竖向排水凹槽相匹配的竖向排水体，在竖向排水体表面包裹透水材料，并在其侧边压设单排或双排1cm宽的钢条，用钢钉或螺丝将钢条与竖向排水凹槽固定；

第四步：待A类桩、B类桩和C类桩的混凝土强度达到设计强度的100%后，将其运输到施工现场，采用液压式静力压桩机或动力沉桩的方法进行沉桩；

第五步：根据前期地质勘察资料预先计划桩的打设次序：先打设一节A类桩，之后在易液化土层中布置至少一节C类桩，C类桩的总长度大于等于易液化土层的厚度，若为不可液化土层则布置B类桩，B类桩凸出土层顶面；

第六步：在桩间连接处采用角钢在上下节桩的钢帽的四个角处进行焊接，完成接桩；

第七步：桩间连接处的竖向排水凹槽处采用长度为15cm-20cm、宽度为10cm-15cm、厚度为2mm的透水钢板与钢帽焊接固定，透水钢板上阵列有孔径为5mm-10mm的透水孔；

第八步：在土层顶面铺设50cm厚的由中粗砂构成的排水砂层，形成水平排水系统，竖向排水体伸出B类桩30 cm -50cm，并将伸出B类桩的竖向排水体水平铺设在表面的排水砂层中，伸出B类桩的竖向排水体顶面用土工布封盖，形成立体的排水系统。