CN106049516A - 波纹钢围堰挖孔空心桩及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波纹钢围堰挖孔空心桩及其制作工艺，该挖孔空心桩包括围堰、围堰内的钢筋砼空心桩以及钢筋砼空心桩上方的墩柱，所述围堰具有若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板，若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板由上至下直径依次变小，相邻的圆环形波纹钢壁板之间的间隙内设置有横向波纹钢连接板。一种波纹钢围堰挖孔空心桩的制作工艺，吊挖机开挖首段桩孔并设置第一层圆环形波纹钢壁板，用同样施工方法完成若干层上大下小的变直径圆环形波纹钢壁板，安装完善空心内模、完成墩基全部砼浇筑，最后预埋墩柱连接钢筋。围堰材料用量少；桩壁摩阻力大；桩径大，明挖比钻孔施工速度快；工艺简便，经济效益好。

Description

波纹钢围堰挖孔空心桩及其制作工艺

技术领域

本发明涉及挖孔空心桩技术领域，尤其是一种波纹钢围堰挖孔空心桩及其制作工艺。

背景技术

人工挖孔桩具有工艺简便、工期短、易普及的特点，挖孔桩的关键技术是复杂地层护壁的安全。传统护壁是分段安置斜模浇筑护孔壁混凝土，质量难以控制，特别是大直径桩更难确保孔壁稳定与施工安全。

我国南方岩溶地层多，采用钻孔灌注桩常遇到串珠式多层溶洞，桩端无法支承在完整基岩上，孔内泥浆在溶洞中流失常导致水位突降而塌孔，遇到孔中有大容积的溶洞空间的情况时，往往造成大量混凝土的流失，成孔成桩代价大。这些特别是在群桩基础实施中，成孔过程往往发生串通，使施工更难控制，然而岩溶地层上部，一般都有较厚的砂卵石或弱风化岩层，使工程施工进入困境。近年来公路波纹钢涵管的普及和推广，为挖孔桩护壁结构的轻型化提供了新的构思，如果在该地层采用大直径波纹钢挖孔空心桩，势必缩短桩长，避免桩进入岩溶层，使工程困境迎刃而解。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是：基于上述问题，本发明一种适用于砂卵石地层，桩径可达Φ16m，单桩墩基承载力可达10000t的波纹钢围堰挖孔空心 桩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种波纹钢围堰挖孔空心桩，该挖孔空心桩包括围堰、围堰内的钢筋砼空心桩以及钢筋砼空心桩上方的墩柱，所述围堰具有若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板，若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板由上至下直径依次变小，相邻的圆环形波纹钢壁板之间的间隙内设置有横向波纹钢连接板。

在上述方案中，所述圆环形波纹钢壁板由若干圆弧状的波纹钢板段合围而成，波纹钢板段之间通过螺栓连接；所述横向波纹钢连接板由若干波纹钢直板段通过螺栓拼接而成。

本发明要解决的另一个技术问题是：基于上述问题，本发明一种波纹钢围堰挖孔空心桩的制作工艺，

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种波纹钢围堰挖孔空心桩的制作工艺，包括如下步骤：

⑴吊挖机开挖首段桩孔并设置第一层圆环形波纹钢壁板，圆弧状的波纹钢板段逐块拼装成圆环结构，用螺栓连接固定，再用密封胶涂缝止水；

⑵第一层圆环形波纹钢壁板周边安置压浆钢管，回填卵石后，注入水泥浆，形成填石压浆砼—波纹钢围堰，在该段围堰内抽水，用小型挖掘机开挖至设计标高，小型挖机配合人工开挖第二节段缩径基坑，再安放直径较前缩小一级的第二层圆环形波纹钢壁板，用同样施工方法完成若干层上大下小的变直径圆环形波纹钢壁板；

⑶小型挖机配合人工完成缩径基坑第三节段开挖，在基底填石后埋置该层注浆钢管；

⑷浇筑第三节段基地砼并待强，安装下节段空心墩基内模，浇筑第二节段砼，安装完善空心内模、完成墩基全部砼浇筑，最后预埋墩柱连接钢筋；

⑸通过计算得到挖孔空心桩的基底应力，与挖孔空心桩基底的容许承载应力做对比，检验该挖孔空心桩是否合格。

本发明的有益效果是：

1、围堰材料用量少；

2、桩壁摩阻力大；

3、桩径大，明挖比钻孔施工速度快；

4、工艺简便，经济效益好：波纹钢质量轻，用汽车吊就能方便地完成吊拼安装，与传统钢筋砼沉井和双壁钢围堰相比较，节省了大量劳动力和原材料。在工期、环保、造价等方面更有明显优势。

本发明分利用了混凝土材料的抗压性能，桩径可以做到很大，承载力高；施工工艺和设备简单，进度快，施工现场噪声小、无振动、环保好，经济效益显著；此外桩身兼有护壁的功能，可减少施工中塌孔的危险，质量可靠；波纹钢的引进更加简化了施工工艺，波纹钢围堰的使用大大提高了挖孔桩的适用性。

附图说明

下面结合附图实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图中：1.围堰，2.钢筋砼空心桩，3.墩柱，4.横向波纹连接板。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

如图1所示，一种波纹钢围堰挖孔空心桩，该挖孔空心桩包括围堰1、围堰1内的钢筋砼空心桩2以及钢筋砼空心桩2上方的墩柱3，围堰1具有若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板，若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板由上至下直径依次变小，相邻的圆环形波纹钢壁板之间的间隙内设置有横向波纹钢连接板4。

其中，圆环形波纹钢壁板由若干圆弧状的波纹钢板段合围而成，波纹钢板段之间通过螺栓连接；横向波纹钢连接板4由若干波纹钢直板段通过螺栓拼接而成。围堰1上涂覆有一层密封胶，密封胶用来堵缝止水。

该挖孔空心桩的制作工艺，包括如下步骤：

吊挖机开挖首段桩孔并设置第一层圆环形波纹钢壁板，圆弧状的波纹钢板段逐块拼装成圆环结构，用螺栓连接固定，再用密封胶涂缝止水；第一层圆环形波纹钢壁板周边安置压浆钢管，回填卵石后，注入水泥浆，形成填石压浆砼—波纹钢围堰，在该段围堰内抽水，用小型挖掘机开挖至设计标高，小型挖机配合人工开挖第二节段缩径基坑，再安放直径较前缩小一级的第二层圆环形波纹钢壁板，用同样施工方法完成若干层上大下小的变直径圆环形波纹钢壁板；小型挖机配合人工完成缩径基坑第三节段开挖，在基底填石后埋置该层注浆钢管；浇筑第三节段基地砼并待强，安装下节段空心墩基内模，浇筑第二节段砼，安装完善空心内模、完成墩基全部砼浇筑，最后预埋墩柱连接钢筋；通过计算得到挖孔空心桩的基底应力，与挖孔空心桩基底的容许承载应力做对比，检验该挖孔空心桩是否合格。

挖孔空心桩的基底应力应由竖向力引起的基底应力、水平力引起的基底应 力和弯矩力引起的基底应力三者共同作用形成，应力叠加。

具体实例：

某大桥的挖孔空心桩，

外荷载:P＝40547(kN)；

自重:G_桩＝31490(kN)；

桩底垂直荷载(恒载)总和：

∑G₀＝P+G_桩＝40547+31490＝72037(kN)。

一、按土壤扩散角计算桩底应力：

1.土坡扩散角：

桩长16m扩散角锥体底面直径如下：

D＝d+h·tanθ＝11+(16×0.0655)×2；

＝11+(1.05×2＝2.10)＝16.10(m)；

$A_D=16.10\×\frac{\mathrm{\π}}{4}=204\left(m^2\right);$

2.外形体积：

∑V_g＝1957(方)；

3.桩长h＝16m中锥体体积：

土的体积：V_土＝V₀-V_g＝2864-1957＝907(方)；

土重：G_土＝907×[19.7t/方]＝17868(kN)；

4.桩端水平线上桩自重，垂直重量在直线D＝16.10(m)中的应力：

∑Q_g＝G_桩+G_土＝31490+17868＝49358(kN)；

应力：

5.考虑桥墩及上部构造恒载后应力：

∑Q_p＝∑Q_g+P＝49358+40547＝89905(kN)；

$\mathrm{\σ}p=\frac{\ΣQ_p}{A_D}=\frac{89905}{204}=441(kN/m^2).$

二、水平力引起的基底应力：

桩身平均直径d＝13m，桩长l＝16m，墩柱及盖梁总高8.2m。

1、制动力：

F₁＝0.1×(10.5×100+360)×2.68＝377.9kN(四车道)；

2、温度力：

F₂＝0.04×36960(上部梁子总的支座反力)＝1478.4kN；

故水平力：H＝186t；

刚性桩在水平力作用下基底反力计算公式：

式中：

d:水平力作用面基础直径或宽度；

H：基础顶面以上所有水平力之和；

b₁：基础的计算宽度：b₁＝kk_f(d+1)；

k：平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数：对单排桩，k＝1.0：

k_f:桩形状换算系数，视水平力作用面而定：圆形或圆端截面k_f＝0.9；

β：深度h处基础侧面的地基系数与基础底面土的地基系数之比：

$\mathrm{\β}=\frac{1}{2}$

λ：地面或局部冲刷线以上所有水平力和竖直力对基础底面重心总弯矩与水平合力之比；仅有水平力作用时，λ＝h₁+h＝8.2+16＝24.2m；

W₀:基础底面的边缘弹性抵抗矩：

$W_0=\frac{{\mathrm{pd}}^3}{32}=215.7;$

b₁＝kk_f(d+1)＝0.9×(13+1)＝12.6(m)，

代入数据，得：

$A=\frac{0.5\×12.6\×{16}^3+18\×13\×215.7}{2\×0.5\×(3\×24.2-16)}=1347.7;$

二、弯矩引起的基底应力：

根据规范：刚性桩在偏心弯矩作用下基底反力计算公式：

$B=\frac{1}{18}{\mathrm{bb}}_1{h}^3+{\mathrm{dW}}_0;$

式中：

d:水平力作用面基础直径或宽度；

M：基础底面处竖向偏心弯矩标准值：M＝H.h₁＝180×8.2＝1476(t.m)；

b₁:基础的计算宽度：b₁＝kk_f(d+1)；

k：平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数：对单排桩，k＝1.0；

k_f:桩形状换算系数，视水平力作用面而定，圆形或圆端截面，k_f＝0.9；

β：深度h处基础侧面的地基系数与基础底面土的地基系数之比：

$\mathrm{\β}=\frac{1}{2};$

W₀:基础底面的边缘弹性抵抗矩：

$W_0=\frac{{\mathrm{pd}}^3}{32}=215.7;$

b₁＝kk_f(d+1)＝0.9×(13+1)＝12.6(m)；

代入数据，

得：B＝4238

代入数据，

得：

空心桩的基底应力应由竖向力、水平力、弯矩三者共同作用形成，应力叠加：

地层不同深度的允许应力：

[f_ah]＝[fa₀]+k₁r₁(b-2)+k₂r₂(h-3)；

粉粘土承载力基本容许值：

[f_a0]＝0.20MPa＝200(kN/m²)；

宽度修正系数：k₁＝0；深度修正系数：k₂＝1.5；

基底埋置深度：h＝16(m)；

[f_ah]＝0.200+1.5×1.97×(16-3)

＝0.200+0.38＝0.58(MPa)＝580(kN/m²)；

故空心桩基底的容许承载应力：

[f_a]＝580(kN/m²)

$\frac{593-580}{580}=\frac{13}{580}=2\%<5\%,$

故能满足要求。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种波纹钢围堰挖孔空心桩，其特征在于：该挖孔空心桩包括围堰(1)、围堰(1)内的钢筋砼空心桩(2)以及钢筋砼空心桩(2)上方的墩柱(3)，所述围堰(1)具有若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板，若干个分层放置的圆环形波纹钢壁板由上至下直径依次变小，相邻的圆环形波纹钢壁板之间的间隙内设置有横向波纹钢连接板(4)。

2.根据权利要求1所述的波纹钢围堰挖孔空心桩，其特征在于：所述圆环形波纹钢壁板由若干圆弧状的波纹钢板段合围而成，波纹钢板段之间通过螺栓连接；所述横向波纹钢连接板(4)由若干波纹钢直板段通过螺栓拼接而成。

3.一种如权利要求1或2任一项所述的波纹钢围堰挖孔空心桩的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：

⑴吊挖机开挖首段桩孔并设置第一层圆环形波纹钢壁板，圆弧状的波纹钢板段逐块拼装成圆环结构，用螺栓连接固定，再用密封胶涂缝止水；

⑵第一层圆环形波纹钢壁板周边安置压浆钢管，回填卵石后，注入水泥浆，形成填石压浆砼—波纹钢围堰，在该段围堰内抽水，用小型挖掘机开挖至设计标高，小型挖机配合人工开挖第二节段缩径基坑，再安放直径较前缩小一级的第二层圆环形波纹钢壁板，用同样施工方法完成若干层上大下小的变直径圆环形波纹钢壁板；

⑶小型挖机配合人工完成缩径基坑第三节段开挖，在基底填石后埋置该层注浆钢管；

⑷浇筑第三节段基地砼并待强，安装下节段空心墩基内模，浇筑第二节段砼，安装完善空心内模、完成墩基全部砼浇筑，最后预埋墩柱连接钢筋；

⑸通过计算得到挖孔空心桩的基底应力，与挖孔空心桩基底的容许承载应力做对比，检验该挖孔空心桩是否合格。