CN106284329A - 一种异形的劲性复合桩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异形的劲性复合桩，包括一个水泥或固化剂搅拌桩，和一个预制的高强钢筋混凝土体或钢桩，通过预制桩体凹凸表面与固化土的复合作用，提高了软土地基中桩基的竖向承载力(抗压和抗拔承载力)和水平承载力。预制桩体的凹凸表面与水泥基固化土旋喷搅拌桩咬合在一起，增加桩基与岩土层的接触面积；扩大的顶部和底部对基坑开挖过程的桩基保护起到积极作用，桩体采用螺锁式机械连接，解决了桩基的耐久性难题，并有效地缩短了施工工期，降低了工程成本。

Description

一种异形的劲性复合桩

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及地基基础及地下构筑物抗压和抗拔桩，高耸建筑的抗压和抗拔桩。

背景技术

随着城市建设、交通工程的高速发展，地下空间的开发与利用发展已成趋势。随之而来，由地下水产生的浮力对地下结构的影响尤为突出，当地下结构埋深越大，则由地下水产生的浮力则越高。地下水压力对地下结构的作用主要表现在：地下室底板隆起，地下室漏水直到底板破坏；地下建筑物整体的不均匀浮起，会引起梁柱结点处开裂、底板开裂以及建筑物的倾斜等。为了满足这种基础受力平衡的需要，目前一般采用抗拔桩技术或增加建筑物配重等形式来解决，其中的抗拔桩在地下建筑工程中的使用较普遍，抗拔桩作为桩基础中的一种，目前越来越被工程界重视。通过抗拔桩产生的抗拔力来抵消地下水对地下结构产生的上浮力。抗拔桩经过几十年的发展，涌现出了多种抗拔桩体结构形式，从等截面钻孔灌注桩到预应力抗拔桩和变径抗拔桩等等，但这些桩型仍存在不少缺陷。

对于城市中普遍建设的小高层或高层建筑，地基中均需设置承压桩基，预制桩和钻孔灌注桩是普遍使用的桩型，由于预制桩的承载力有限和沉桩过程的挤土对围边环境造成的破坏，导致预制桩在这些地区的使用被大大地限制了。

钻孔或旋挖灌注桩，作为最常用的承压和抗拔桩基，在应用过程中存在如下问题：

(1)灌注桩的钢筋保护层厚度要求难以保证，例如现行的《建筑桩基技术规范》JGJ94允许灌注桩成孔施工桩径偏差-50mm，在出现桩径负偏差时，保护层厚度为零。

(2)灌注桩的砼施工质量问题，例如桩体缩颈、孔壁坍塌、孔底沉渣、桩身空洞、蜂窝、断桩、夹泥等质量缺陷，混凝土的质量缺陷失去对钢筋的保护作用，影响灌注桩的耐久性。

(3)剥出桩端钢筋过程对钢筋的损伤问题，例如在破除桩端混凝土剥出钢筋，导致主筋受损严重，钢筋的抗拉强度降低较多。

(4)灌注桩的护壁泥浆产生的泥皮降低了桩身的摩阻力，从而减少了桩基的承载力；

(5)泥浆的排放造成了环境的破坏。

钻孔灌注桩处于地下，尤其是干湿交界面附近是强腐蚀区域，当混凝土桩体不密实、出现裂隙时，必然会引起钢筋的锈蚀，从而影响了桩基的耐久性。对于抗拔桩尤其要要控制裂缝的宽度，则需大幅提高其配筋率，必然导致工程造价的大幅提高，也就是说，钻孔灌注桩的工程造价将大幅提高。

对于预应力管桩和方桩，虽然工程造价较低，但存在着如下问题：

(1)桩材本身的耐久性问题，钢制端板与砼脱离产生缝隙引起内部主筋的锈蚀。

(2)桩间连接接头焊缝质量不可靠、钢板连接件的锈蚀。

(3)桩端与承台和底板等连接采用灌芯连接或端板焊接质量、钢构件的外露导致连接件腐蚀。

(4)静压或锤击沉桩过程，预制桩身的排土对地基土产生挤压，引起周边的管线、建筑物地基破损或开裂，导致较高的工程损失。

(5)沉桩过程对桩材的损伤---锤击或静压均对桩材的砼产生损伤，使桩体受损产生的裂缝。

基于目前普通的预制桩和钻孔灌注桩或旋挖灌注桩所存在的问题，工程界急需要研发一种新型的抗拔桩，即能提供足够的承载力，又能解决桩体耐久性和使用寿命问题。

劲性复合桩，作为一种新桩型，其结构如图1a、图1b所示。他是一种水泥土桩X1与预制桩X2的组合体，克服了普通预制桩所存在的一些问题，但在使用过程发现存在如下缺陷：

(1)在软土中形成的水泥土搅拌桩，其桩身强度较低，一般只有0.2MPa，导致这种复合桩的承载力较低，发挥不了与预制桩的复合作用；

(2)预制桩身的外表光滑，与水泥土搅拌桩的粘结力较低，在受力过程中出现脱壳现象，复合桩的承载力较低且具有不确定性；

(3)为了实现复合桩与承台或底板相连，常采用灌芯法连接，施工中管桩的内孔封闭不允许充填水泥土，致使得沉桩过程中出现挤土现象，引起周边的环境受损；

(4)预制桩的接头仍采用焊接，焊接质量不可靠；焊接施工时间长，导致现场搅拌的水泥土初凝后又与被预制桩破坏，使水泥土桩体的质量较差；

(5)预制桩沉桩过程中桩中心孔封闭，排出的泥浆或水泥土量较大，导致环境污染。

(6)等直径的水泥土搅拌桩体，使得这种复合桩的水平承载力较低，在基坑开挖过程中常出现预制桩发生偏斜损坏现象。

针对上述的各种问题，我们发明了一种异形的劲性复合桩，基本克服了目前各类桩基所存在的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有桩基存在的技术难题和结构缺陷，提供一种高承载力的抗压桩和抗拔桩，其基本原理如下：

当劲性复合桩的内芯采用等直径光滑表面的普通预制桩时，由于外芯水泥土的收缩变形较大而内芯预制桩的收缩量极小，外芯水泥土与桩内芯预制桩之间将出现间隙而接触不够紧密，且随着时间推移内芯、外芯之间裂缝会加大，导致内芯预制桩承受的荷载不能有效向外芯水泥土桩传递，普通劲性复合桩质量存在隐患。纵向不等面截面的异型桩，其内芯预制桩的凹凸面能分段承担各段桩身与水泥土桩的剪切力，增强了桩身摩擦力，避免了内芯、外芯之间出现裂缝后桩身荷载不能有效传递的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种异形的劲性复合桩，包括水泥或固化剂搅拌桩，和预制桩，其特征是，预制桩体表面呈凹凸型；预制桩分节构成；水泥或固化剂搅拌桩的上部、中部和下部呈不同直径；预制桩节之间采用螺锁式机械连接，桩端接触面之间采用高强树脂粘接。

预制桩截面呈空心的圆形或矩形。

预制桩截面呈空心的圆形或矩形。

预制桩截面呈T形。

水泥或固化剂搅拌桩的顶部为大直径。

水泥或固化剂搅拌桩底部为大直径。

水泥或固化剂搅拌桩在淤泥软土中的无侧限抗压强度1000KPa以上。

预制桩作为芯桩，与水泥或固化剂搅拌桩的复合，所述芯桩的长度呈等芯、长芯或短芯分布；与岩土直接接触的芯桩表面是光滑的。

预制桩无钢制端板，芯桩的钢筋和连接件均处理混凝土和高强树脂的保护中；预制桩身处于水泥或固化剂搅拌桩的充填和包裹。

预制桩节连接是受力主筋的一一对接，在抗拔桩的接头处增加连接筋。

预制桩的外表面凹凸呈异形。

本发明的方案，提高了内芯预制桩与水泥或固化剂搅拌桩之间的粘结力和摩擦力；

使外芯的水泥或固化剂搅拌桩的上部、中部和下部呈不同直径。水泥或固化剂搅拌桩的顶部直径大，用于加固桩基顶部的软土，提高了桩基的水平承载力，便于开挖过程中对桩基的保护；水泥或固化剂搅拌桩的底部直径大，用于加固桩基底部的岩土体，提高了桩基的端承力；

采用软土固化剂，使水泥或固化剂搅拌桩体在淤泥软土中的无侧限抗压强度达到1000KPa以上；

预制桩节之间采用螺锁式机械连接，桩端接触面之间采用高强树脂粘接。

针对地层分布和承载力不同的要求，将预制桩作为芯桩，在与水泥基固化土旋喷搅拌桩的复合时，其芯桩的长度呈等芯、长芯或短芯分布。

取消了桩钢制端板，使预制桩的受力筋和连接件均处于混凝土的保护之中，使之不易锈蚀。

预制空腹桩体的内孔、外表大部份处于水泥或固化剂搅拌桩的充填和包裹中，使之具有较高的耐久性；

为提高预制桩接头的连接强度，将预制桩的受力主筋的一一对接，并在抗拔桩的接头处增加了连接筋。

预制桩的材料为钢筋混凝土或型钢

通过以上技术方案，制造的复合桩基将能获得较高的桩基承载力和耐久性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1a为现有技术中劲性复合桩结构示意图。

图1b为现有技术中劲性复合桩截面结构示意图。

图1为本发明所述的一种等芯异形的劲性复合桩结构示意图。

图2为本发明所述的一种长芯异形的劲性复合桩结构示意图。

图3为本发明所述的一种短芯异形的劲性复合桩结构示意图。

图4为本发明所述的一种上部扩径异形的劲性复合桩结构示意图。

图5为本发明所述的一种底部扩径异形的劲性复合桩结构示意图。

图6为本发明所述的一种二端扩径异形的劲性复合桩结构示意图。

图7为本发明所述的一种变径异形的劲性复合桩结构断面图。

图8为本发明所述的一种等径异形的劲性复合桩结构断面图。

图9为本发明所述的一种内芯为方桩异形的劲性复合桩结构断面图。

图10为本发明所述的一种内芯为空心方桩异形的劲性复合桩结构断面图。

图11为本发明所述的一种内芯为矩形桩异形的劲性复合桩结构断面图。

图12为本发明所述的一种内芯为T形桩异形的劲性复合桩结构断面图。

图13为本发明所述的一种外断面呈方形内芯为空心圆桩的劲性异形劲性复合桩结构断面图

图14为本发明所述的一种外断面呈方形内芯为空心方桩的劲性异形劲性复合桩结构断面图

图15为本发明所述的一种外断面呈方形内芯为T形桩的劲性异形劲性复合桩结构断面图

图16为本发明所述的一种异形的劲性复合桩的接头连接示意图。

图示：1---水泥或固化剂搅拌桩；2---预制的异形桩；21---预制的等直径桩；3---预制桩身的凸面；4---预制的方桩；5—预制的空心方桩；6—预制矩形桩；61---预制T形桩7—高强树脂粘合的接头缝；8—高强钢筋；9—接头螺孔；10---接头螺锁连接件；11---扩径的水泥或固化剂搅拌桩。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参看图1、图2、图3，本实施例中异形劲性复合桩结构，是分步施作完成的，既可在较为坚硬的岩土层中施作，也可在软弱的土层如淤泥质土、流砂和粉质土中施作；先用旋喷搅拌技术，掺入水泥基土体固化剂混合，施作完成水泥基固化土旋喷搅拌桩体1；然后同心植入异形的预制钢筋混凝土桩2；预制钢筋混凝土桩身的凸面3与旋呀搅拌桩体1咬合在一起，增加了复合桩的粘合面，提高了其粘接力。

采用螺锁式机械连接接长预制桩达设计长度，并植入到位，该复合桩在养护一定时间后即能得到较高的承载力。参看图16，在高强树脂粘合的桩接头缝7处，预制桩端部的高强钢筋8，通过接头螺锁连接件10连接，在接头螺锁连接件里面设置有接头螺孔9。

实例一：等芯异形的劲性复合桩

该种复合桩的内芯桩和外裹桩是等长度的，一般用于土体较均匀的地基中。在周边环境较复杂，以粘性土体为地基的区域，沉桩挤土效应对周边环境影响较严重时，常用这种桩型。此处参看图1。

实例二：长芯异形的劲性复合桩

该种复合桩的内芯桩长度大于外裹桩，一般用于上部土层较软且以粘性土为主，下部土层较硬且以砂性土为主的地基中。当桩基的承载力要求不高，而对变形控制较严时，需用较长的预制桩控制沉降时，常用这种桩型；主要用作抗压桩。与岩土体直接接触的预制桩采用等直径钢筋混凝土桩21，减少了底部沉桩过程对土体的扰动，利于沉桩后土体摩阻力的恢复。此处参看图2。

实例三；短芯异形的劲性复合桩

该种复合桩的内芯桩长度短于外裹桩，一般用于土体较均匀的地基中。在周边环境较复杂，以粘性或淤泥土体为地基的区域，沉桩挤土效应对周边环境影响较严重时，并且对桩基的沉降要求不严时，常用该桩型。此处参看图3。

实例四：上部扩径异形的劲性复合桩

该种复合桩的外裹桩在上部的直径较下部大一些，主要用于对开挖面软土地基的加固，以提高桩基顶端的水平承载力。当在淤泥层中开挖基坑时，为保护已施工的工程桩，采用该种桩型，即可保证预制钢筋混凝土桩不发生侧移、断桩等事故。此处参看图4。

实例五：底部扩径异形的劲性复合桩结构

该种复合桩的外裹桩在底部的直径较上部大一些，主要用于对桩端土体的加固，以提高桩基端承力。当桩端位于较软土层或风化破碎区域时，靠桩端土提供的端承力较小，为了不增加芯桩的长度，采用该种桩型，即可提高复合桩的承载力。此处参看图5。

实例六：二端扩径异形的劲性复合桩结构

参看图6，该种复合桩的外裹桩在上部和下部直径均较大，而中部直径较小，主要用于对开挖面软土地基和桩端土体的加固，既可以提高桩基顶端的水平承载力又能提高基端承力。等径异形的劲性复合桩(参看图7)。当然也可以设计为等径异形的劲性复合桩(参看图8)。

实例七：内芯为方桩异形的劲性复合桩

该种复合桩的内芯为方桩，主要用于既承压又抗拔的区域。在周边环境较复杂，以粘性或淤泥土体为地基的区域，沉桩挤土效应对周边环境影响较严重时，采用该桩型既可消除挤土效应，又能提供较高的承载力。内心的方桩为实心或空心方桩。图9内芯为实心方桩4示意图；图10为内芯为空心方桩5示意图。

实例八：内芯为矩形桩异形的劲性复合桩

该种复合桩的内芯为矩形桩6或T形桩61，主要用作承受沿长边方向作用较高水平荷载的桩基。在超高层的建筑物中，需要提供很高的水平承载力，同时周边环境较复杂，沉桩挤土效应对周边环境影响又很严重时，采用该桩型既可消除挤土效应，又能提供较高的水平承载力。此处参看图11和图12。

实例九：外断面为方形内芯为空心矩形桩异形的劲性复合桩

该种复合桩的内芯为空心圆形桩、矩形桩或T形桩，外裹桩采用多轴旋喷搅拌桩机形成拟方形旋喷搅拌桩体，减少了外裹桩的截面积，可以插入较大断面的圆形桩或矩形桩，提供了较大的摩擦面积和较高的抗拔力，常用作抗浮桩基。内芯为空心圆形桩参看图13，内芯为空心矩形桩参看图14，内芯为T形桩参看图15。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种异形的劲性复合桩，包括水泥或固化剂搅拌桩和预制钢筋混凝土桩或钢桩，其特征是，预制桩体表面呈凹凸型；预制桩分节构成；水泥或固化剂搅拌桩的上部、中部和下部呈不同直径；预制桩节之间采用螺锁式机械连接，桩端接触面之间采用高强树脂粘接。

2.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：预制桩截面呈空心的圆形或方形。

3.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：预制桩截面呈实心圆型或方形。

4.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：预制桩截面呈T形。

5.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：水泥或固化剂搅拌桩的顶部为大直径。

6.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：水泥或固化剂搅拌桩的底部为大直径。

7.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：水泥或固化剂搅拌桩在淤泥软土中的无侧限抗压强度1000KPa以上。

8.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：预制桩作为芯桩，与水泥或固化剂搅拌桩的复合，所述芯桩的长度呈等芯、长芯或短芯分布；与岩土直接接触的芯桩表面是光滑的。

9.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：预制桩无钢制端板，芯桩的钢筋和连接件均处理混凝土和高强树脂的保护中；预制高强桩身处于水泥或固化剂搅拌桩的充填和包裹。

10.根据权利要求1所述的一种异形的劲性复合桩，其特征是：预制桩节连接是受力主筋的一一对接，在抗拔桩的接头处增加连接筋。