CN107190762A - 一种减小侧摩阻力的桩基结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轨道交通工程、房屋建筑工程等工程技术领域，具体地涉及一种减小侧摩阻力的桩基结构，其包括桩身主体和外套筒、以及润滑剂，所述桩身主体采用预先成型的预制桩或采用现场灌注而成的桩结构，所述桩身主体的顶部与支承台连接、其底部伸入持力层起到支撑作用；所述外套筒套设在所述桩身主体的外围，外套筒的底端均伸入持力层并固定；所述桩身主体与外套筒之间间隙处填充有润滑剂。本发明的桩基结构能够同时抵抗正摩阻力和负摩阻力的影响，从两个方面控制桩基结构及周围建筑物的变形，且该桩基结构适用于预制桩和灌注桩，还具有施工简便、结构安全可靠等优点，因而尤其适用于敏感建(构)筑物的保护工程。

Description

一种减小侧摩阻力的桩基结构
技术领域
本发明属于轨道交通工程、房屋建筑工程等工程技术领域，更具体地，涉及一种减小侧摩阻力的桩基结构。
背景技术
桩基按承载力原理可分为摩擦桩和端承桩，其中，摩擦桩桩顶竖向荷载主要由桩侧摩擦力承担，桩端支承力较小。一般情况下，桩受到轴向荷载作用后，相对于桩侧土体向下位移，因此土对桩产生向上的摩阻力，称为正摩阻力；但是，当桩周土体因某种原因发生下沉，土体沉降速率大于桩的下沉速率时，则桩侧土就相对于桩做向下的位移，从而使土对桩产生向下的摩阻力，称其为负摩阻力。
软土地基分布广泛，且由于其土质松软易发生沉降。在软土地区工程中，经常会遇到对变形敏感需要保护的地下建(构)筑物，如轨道交通的区间隧道、文保建筑、燃气管等。当摩擦桩设置在软土地基中时，其桩顶载荷主要由桩侧的侧摩阻力承担。当桩基与上述建(构)筑物间距较近时，由桩顶荷载造成的侧摩阻力会对此类保护对象向下拖拽沉降变形，导致道路、建筑或管道产生变形，既不美观，还容易导致事故发生。其原因是因为桩基本身沉降较小，而桩基周围的软土沉降严重，导致桩基侧向产生了较大的摩擦力。
针对摩擦桩在使用过程中所遇到的上述问题，目前一般采取对因沉降产生变形的路面和建筑物进行运用修护变形的方法，然而现有的运营维护都是在变形已经发生的情况下进行的修复，因此仍存在以下问题：(1)沉降变形带来的安全隐患不能及时发现和消除，容易导致事故发生；(2)由于沉降变形会反复出现，导致后期运行维护投入的资金大，运营维护成本高。而为了减少软土地基桩基摩阻力，目前一般待软基沉降一定标准后，再施工钻孔灌注桩，但工后沉降引起桩基的负摩阻力也不能从根本上解决。
此外，已公开的中国专利CN1078281A提供了一种桩基消除负摩擦阻力装置，该装置通过桩基和卸荷套之间的隔离层，消除负摩阻力的作用；专利CN104372795公开了一种消除软土地基桩基负摩阻力的装置及施工方法，在运营阶段出现桩基周边的软土地基发生工后沉降时，能通过内、外筒之间的无摩阻相对运动消除负摩阻力导致的路面凸出现象。但上述专利所述提供的技术方案均只能够应对负摩阻力带来的影响，对于桩基侧向的正摩阻力带来的影响无法消除，而正摩阻力与负摩阻力一样，也会对桩基及其周围建筑物的状态产生影响，因此，消除正摩阻力的影响也至关重要。此外，且上述技术方案所针对的主体较单一，不能同时适用于预制桩和灌注桩。
由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种新的桩基结构，使其能够避免软土地基沉降造成的影响。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种减小侧摩阻力的桩基结构，其中结合现有的摩擦桩的侧摩阻力大的特点，相应设计了桩基的结构和施工方法，并通过对桩基的具体结构设置和施工工序等方面进行研究和设计，使其适用于预制桩和灌注桩，相应还可有效减少或者解决由桩侧摩阻力对临近地下建(构)筑物的影响，同时具有施工简便、结构安全可靠等优点，因而尤其适用于敏感建(构)筑物的保护工程。
为实现上述目的，本发明提供了一种减小侧摩阻力的桩基结构，其特征在于，其包括桩身主体和外套筒、以及润滑剂，其中，
所述桩身主体采用预先成型的预制桩或采用现场灌注而成的桩结构，所述桩身主体的顶部与桩基结构的支承台连接、其底部伸入地下的持力层，起到支撑作用；
所述外套筒套设在所述桩身主体的外围，将侧面的土层与桩身主体分离，且所述外套筒的底端也伸入持力层；
所述桩身主体与外套筒之间间隙处填充有润滑剂，用于减少外套筒与所述桩身主体之间的摩擦力。
具体地，该桩基结构通过在预制桩或灌注桩的外围套设外套筒，并通过在外套筒内部与预制桩或灌注桩之间填充润滑剂，能够有效地减少摩擦力，使桩体的变形和桩侧土的变形分离开来，能够有效地抵抗软土地基下沉带来的负摩阻力，而通过将支撑桩的底部伸入至持力层，通过持力层将桩身主体和外套筒进行支撑，使桩基的桩顶竖向荷载主要由桩侧摩阻力承担转变为主要由桩端支承力承担，则能够有效地抵抗正摩阻力，从两个方面控制桩基结构及周围建筑物的变形。且该桩基结构的方案原理清晰，简便易行，经济合理，技术成熟，前景广阔，效益良好。
进一步优选地，所述现场灌注而成的桩结构包括内套筒和在内套筒内灌注成形的灌注桩，所述灌注桩内还设置有灌注桩钢筋进行加强。通过现场灌注，能够满足不同环境和不同规格尺寸的桩基结构的需要，适应性广。而灌注桩钢筋的添加能够进一步加强灌注桩的强度。
优选地，所述预制桩或灌注桩的材质为玻璃钢或钢筋混凝土材质。
优选地，所述外套筒部分设置或通长设置在所述桩身主体的外围。根据实际情况将外套筒部分设置或通长设置，将桩身主体与侧边的土层全部或部分分离，实现对侧摩阻力的控制，从而满足不同使用环境的需求。
优选地，所述外套筒和内套筒的材质为钢材、玻璃纤维或PVC。
优选地，所述桩身主体的横截面为圆形、矩形或多边形。
优选地，对于内部为预制桩的桩基结构，该结构在施工时，先在地基上钻孔并下放外套筒；然后将预制桩下放至外套筒内；最后在外套筒与预制桩之间的间隙处填充润滑剂。
优选地，对于内部为现场灌注而成的桩结构的桩基结构，该桩基结构在施工时，先在地基上钻孔并下放外套筒；然后将内套筒放至外套筒内；在两个套筒之间的间隙处填充润滑剂，准备内套筒的灌注桩钢筋，最后进行灌注。
根据需要选择预制桩和现场灌注桩机构，能够满足不同环境和不同规格尺寸的桩基结构的需要。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的桩基结构，其中结合摩擦桩的侧摩阻力大的特点，相应设计了桩基的结构和施工方法，并通过对桩基的具体结构设置和施工工序等方面进行研究和设计，相应可有效减少或者解决由桩侧摩阻力对临近地下建(构)筑物的影响，同时具有施工简便、结构安全可靠等优点，为设计施工人员提供了一种优越的解决方案，尤其适用于敏感建(构)筑物的保护工程。
(2)当桩基与此类建(构)筑物间距较近时，为减少或者解决由桩侧摩阻力对临近地下建(构)筑物的影响，需要将桩基的桩顶竖向荷载由以前的主要由桩侧摩阻力承担转变为主要由桩端支承力承担。本发明采用外套筒和桩身主体分离的结构，二者之间填充润滑剂，将桩身主体与周围土层分离，将侧摩阻力转化为桩端的支撑力，有效地减少了侧摩阻力的影响。
(3)本发明的桩基结构，通过将桩身主体和外套筒的底部均伸入至坚实的持力层，通过持力层将桩和外套筒固定，避免其下沉，能够减少正摩阻力造成的影响，从而使该桩基结构能够同时对抗正摩阻力和负摩阻力对周围建筑物的影响。且该桩基结构不仅能够采用预制桩结构，也能采用混凝土灌注的灌注桩，其能够适用不同环境和规格尺寸的需求，适应性更广泛。
(4)根据实际情况将外套筒部分设置或通长设置，将桩身主体与侧边的土层全部或部分分离，实现对侧摩阻力的控制，同时将桩基结构的桩身主体和内外套筒选择合适的材质和形状，能够满足不同使用环境的需求。
(5)本发明的方案可以解决桩基桩侧阻力其对周边地下结构影响的问题，为设计和施工人员消除一大困扰。该技术还具有设计和施工简便、缩短施工工期、结构安全可靠等优点，极大的减少了为了控制变形投入的大量造价高昂的工程措施，适用于轨道交通结构保护及类似敏感建(构)筑物保护工程，具有较高的社会经济效益。
附图说明
图1是地下结构与本发明的内设预制桩的桩基结构剖面位置图；
图2是本发明的内设预制桩的桩基结构断面图；
图3是地下结构与本发明的内设灌注桩的桩基结构剖面位置图；
图4是是本发明的内设灌注桩的桩基结构断面图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-地下结构，2-外套筒,3-预制桩,4-润滑剂,5-灌注桩,6-内套筒,7-灌注桩钢筋。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种减小侧摩阻力的桩基结构，其特征在于，其包括桩身主体和外套筒2、以及润滑剂4，其中，
所述桩身主体采用预先成型的预制桩3或采用现场灌注而成的桩结构，所述桩身主体的顶部与支承台连接、其底部伸入持力层起到支撑作用；
所述外套筒2套设在所述桩身主体的外围，将侧面的土层与桩身主体分离，且所述外套筒2的底端均伸入持力层并固定；
所述桩身主体与外套筒2之间间隙处填充有润滑剂4，用于减少外套筒与所述桩身主体之间的摩擦力。
在本发明的一个具体实施例中，所述现场灌注而成的桩结构包括内套筒6和在内套筒6内灌注成形的灌注桩5，所述灌注桩5内还设置有灌注桩钢筋7进行加强。
在本发明的另一个具体实施例中，所述预制桩3或灌注桩5的材质为玻璃钢或钢筋混凝土材质。
在本发明的另一个具体实施例中，所述外套筒2部分设置或通长设置在所述桩身主体的外围。
在本发明的另一个具体实施例中，所述外套筒2和内套筒6的材质为钢材、玻璃纤维或PVC。
在本发明的另一个具体实施例中，所述桩身主体的横截面为圆形、矩形或多边形。
在本发明的另一个具体实施例中，对于内部为预制桩3的桩基结构，该结构在施工时，先在地基上钻孔并下放外套筒2；然后将预制桩3下放至外套筒2内；最后在外套筒2与预制桩之间的间隙处填充润滑剂。
在本发明的另一个具体实施例中，对于内部为现场灌注而成的桩结构的桩基结构，该桩基结构在施工时，先在地基上钻孔并下放外套筒2；然后将内套筒6放至外套筒2内；在两个套筒之间的间隙处填充润滑剂4，准备内套筒6的灌注桩钢筋7，最后进行灌注。
为更好地解释本发明，以下给出两个具体实施例：
实施例1
如图1所示，为一种减小侧摩阻力的桩基结构，其包括桩身主体和外套筒2、以及润滑剂4，其中，
所述桩身主体采用预先成型的预制桩3，所述桩身主体的顶部与支承台连接、其底部伸入持力层起到支撑作用；
所述外套筒2套设在所述桩身主体的外围，将侧面的土层与桩身主体分离，且所述外套筒2的底端均伸入持力层并固定；
所述桩身主体与外套筒2之间间隙处填充有润滑剂4，用于减少外套筒与所述桩身主体之间的摩擦力，
所述外套筒2和预制桩3为玻璃钢材质，所述外套筒2通长设置在所述桩身主体的外围，所述桩身主体的横截面为圆形。
该桩基结构由外套筒2、预制桩3组成，施工工序如下：
1)钻机钻孔后下放外套筒2；
2)下放预制桩3于外套筒2内；
3)在外套筒2与预制桩之间填充润滑剂4。
实施例2
如图2所示，为一种减小侧摩阻力的桩基结构，其包括桩身主体和外套筒2、以及润滑剂4，其中，
所述桩身主体采用采用现场灌注而成的桩结构，所述桩身主体的顶部与支承台连接、其底部伸入持力层起到支撑作用；
所述外套筒2套设在所述桩身主体的外围，将侧面的土层与桩身主体分离，且所述外套筒2的底端均伸入持力层并固定；
所述桩身主体与外套筒2之间间隙处填充有润滑剂4，用于减少外套筒与所述桩身主体之间的摩擦力，
所述现场灌注而成的桩结构包括内套筒6和灌注在内套筒6内的灌注混凝土形成灌注桩5，所述灌注桩5内还设置有灌注桩钢筋7进行加强，所述外套筒2通长设置在所述桩身主体的外围，所述外套筒2和内套筒6的材质为或PVC。所述桩身主体的横截面为圆形。
该桩基结构由外套筒2、内套筒6、灌注桩5组成，施工工序如下：
1)钻机钻孔，然后下放外套筒2；
2)将内套筒6下放至外套筒2内，所述外套筒2直径大于内套筒6；
3)在两个套筒间填充润滑剂4；
4)在内套筒6内准备灌注桩钢筋7；
5)在内套筒6内灌注混凝土。
新发明的解决方案，理念先进，设计理论清晰，将复杂问题简单化，具有设计简单、施工便捷、节省投资、结构安全可靠等优点，在轨道交通等变形敏感性工程保护领域具有较好的应用前景。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种减小侧摩阻力的桩基结构，其特征在于，其包括桩身主体和外套筒(2)、以及润滑剂(4)，其中，
所述桩身主体采用预先成型的预制桩(3)或采用现场灌注而成的桩结构，所述桩身主体的顶部与桩基结构的支承台连接、其底部伸入地下的持力层，起到支撑作用；
所述外套筒(2)套设在所述桩身主体的外围，将侧面的土层与桩身主体分离，且所述外套筒(2)的底端也伸入持力层；
所述桩身主体与外套筒(2)之间间隙内填充有润滑剂(4)，用于减少外套筒与所述桩身主体之间的摩擦力。
2.如权利要求1所述的桩基结构，其特征在于，所述现场灌注而成的桩结构包括内套筒(6)和在内套筒(6)内灌注成形的灌注桩(5)，所述灌注桩(5)内还设置有灌注桩钢筋(7)进行加强。
3.如权利要求1或2所述的桩基结构，其特征在于，所述预制桩(3)或灌注桩(5)的材质为玻璃钢或钢筋混凝土材质。
4.如权利要求3所述的桩基结构，其特征在于，所述外套筒(2)部分设置或通长设置在所述桩身主体的外围。
5.如权利要求4所述的桩基结构，其特征在于，所述外套筒(2)和内套筒(6)的材质为钢材、玻璃纤维或PVC。
6.如权利要求5所述的桩基结构，其特征在于，所述桩身主体的横截面为圆形、矩形或多边形。
7.如权利要求6所述的桩基结构，其特征在于，对于内部为预制桩(3)的桩基结构，该结构在施工时，先在地基上钻孔并下放外套筒(2)；然后将预制桩(3)下放至外套筒(2)内；最后在外套筒(2)与预制桩之间的间隙处填充润滑剂。
8.如权利要求6所述的桩基结构，其特征在于，对于内部为现场灌注而成的桩结构的桩基结构，该桩基结构在施工时，先在地基上钻孔并下放外套筒(2)；然后将内套筒(6)放至外套筒(2)内；在两个套筒之间的间隙处填充润滑剂(4)，准备内套筒(6)的灌注桩钢筋(7)，最后进行灌注。
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