CN108385673B - 微型上部填充滚珠套管桩及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型上部填充滚珠套管桩及其施工方法,属于土木建设工程领域,以解决工程地质情况复杂地基存在的土胀缩病害问题和建筑物在水平荷载作用下变形问题。一种微型上部填充滚珠套管桩,包括外套管、内桩身,外套管内设有内桩身;所述内桩身的上部设有环托板,环托板上设有多层支撑钢珠层;每层支撑钢珠层中的钢珠环绕在内桩身外壁的周围。环托板保持钢珠的位置,钢珠传递外套管与内桩体之间的水平力。本发明与现有技术相比具有以下优点:内桩身能够承担水平荷载作用,抗震性能优越。
Description
技术领域
本发明属于土木建设工程领域,尤其涉及一种地基复杂,耐久性、沉降要求高的套管桩。
背景技术
我国地域广阔,工程地质情况复杂,膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻土广泛分布。近年建筑物地基基础事故频发,建筑物基础易受地基土的沉降、膨胀影响造成巨大的经济损失。基础加固和小型基础工程中,大型设备施工受场地、环境限制,大型机械成孔桩、预制桩等施工困难。国内已申报的套管桩无法有效解决建筑物/构筑物水平力传递问题。
现有的桩能够提高基础抗震能力,无空管腔,解决不了地基土的胀缩问题,工程不能应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型上部填充滚珠套管桩;
本发明的另一个目的是提供一种微型上部填充滚珠套管桩及其施工方法,以解决工程地质情况复杂地基存在的土胀缩病害问题和建筑物在水平荷载作用下变形问题。
本发明采用的技术方案是:一种微型上部填充滚珠套管桩,包括外套管、内桩身,外套管内设有内桩身;所述内桩身的上部设有环托板,环托板上设有多层支撑钢珠层;每层支撑钢珠层中的钢珠环绕在内桩身外壁的周围。环托板保持钢珠的位置,钢珠传递外套管与内桩体之间的水平力。
作为本发明的进一步改进,所述环托板与外套管顶部的距离为1000mm-2000mm。
作为本发明的进一步改进,所述钢珠层中的钢珠的直径为22mm-96mm,钢珠的直径小于内桩身外壁和外套管之间的间隙2-3mm。
作为本发明的进一步改进,所述环托板焊接在内桩身的外壁上,焊脚高6mm-10mm。
作为本发明的进一步改进,套管桩的定桩间距d,一般在1000m—10000m之间。
作为本发明的进一步改进,环托板、支撑钢珠层均采用碳钢。
一种微型上部填充滚珠套管桩的施工方法,包括如下步骤:
(1)、计算单桩竖向承载力;
(2)、计算单桩水平承载力,按下列公式估算单桩水平承载力特征值:
式中
α——桩的水平变形系数;
Rha——单桩水平承载力特征值,±号根据桩顶竖向力性质确定,压力取“+”,拉力取“-”;
γm——桩截面模量塑性系数,圆形截面γm=2,矩形截面γm=1.75;
ft——内桩身混凝土抗拉强度设计值;
W0——内桩身换算截面受拉边缘的截面模量,圆形截面为:
vM——内桩身最大弯距系数,当单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平力方向相垂直时,按桩顶铰接考虑;
ρg——内桩身配筋率;
方形截面为:An=b2[1+(αE-1)ρg]
ζN——桩顶竖向力影响系数,竖向压力取0.5;竖向拉力取1.0;
N——在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力(kN);
(3)成孔后沉入外套管,用重锤夯实桩底的持力层,放入内桩,通过定位栓钉引导对正就位;在内桩身的上部设置环托板,环托板上设有多层支撑钢珠层。
本发明外套管选用钢管,管壁光滑,桩侧地基土的沉降、膨胀对桩基的承载力和沉降影响可以忽略不计,本发明可广泛应用在膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻胀土、强腐蚀地基、强腐蚀地基土的桩基工程中,解决上层地基土的胀缩形成的正负摩阻力问题,同时能够抵抗水平荷载。适用于严格控制竖向变形的基础。投资小,施工便利,无技术难点。
本发明与现有技术相比具有以下优点:内桩身能够承担水平荷载作用,抗震性能优越。内钢桩、外套管做防腐处理,耐久性良好。
附图说明
图1为一种微型上部填充滚珠套管桩的剖视图;
图2为图1中A-A剖面图;
图3为一种微型上部填充滚珠套管桩的布置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
图1中示出的是一种固定内桩,包括外套管8、内桩身1、定位栓钉2、内桩底板3、内桩底板加劲板4,外套管8内设有内桩身1,内桩身1的底部设有内桩底板3和内桩底板加劲板4,下端设有一组定位栓钉2。每组定位栓钉2为四个,垂直于外套管8和内桩身1布置,相邻栓钉的夹角为90°。内桩身1壁和外套管8同心平行,之间留25mm-100mm间隙,保证地基土胀缩空间。图中内桩体上部为被支撑结构或构件9。
内桩身1的上部设有环托板10,环托板10上设有多层支撑钢珠层11;每层支撑钢珠层11中的钢珠环绕在内桩身1外壁的周围。
实施例1
本实施例中桩的布置及桩长由具体设计确定。
外套管8选用直径为200—600mm的钢管,内桩身1选用直径100—400mm的钢管桩。定位栓钉、内桩底板、内桩底板加劲板、环托板、钢珠均采用碳钢。
环托板10与外套管8顶部的距离为1000mm-2000mm。钢珠层11中的钢珠的直径为22mm-96mm,钢珠的直径小于内桩身1外壁和外套管8之间的间隙2-3mm。环托板10焊接在内桩身1的外壁上,焊脚高6mm-10mm。
根据实际情况需要,如图3所示,通过计算定桩间距d一般在1000m—10000m之间,地面和被支撑结构或构件9之间架空间距为150mm-1200mm。
第一步、计算单桩竖向承载力
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,确定单桩极限承载力标准值。
Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp
Qsk:总极限侧阻力标准值;
Qpk:总极限端阻力标准值;
qsik:桩侧第i层土极限侧阻力标准值;
qpk:桩极限端阻力标准值;
Ψsi、ψp:端阻力尺寸效应系数;
U:外套管周长;
Quk:单桩竖向承载力;
Li:第i层土的厚度;
Ap:桩端面积;
土类型Ψsi,粘性土、粉土(0.8/D)1/5,砂土、碎石类土(0.8/D)1/3;
土类型ψp,粘性土、粉土(0.8/D)1/4,砂土、碎石类土(0.8/D))1/3。
注:D-外套管直径。
第二步、计算单桩水平承载力
当缺少单桩水平静载试验资料时,按下列公式估算单桩水平承载力特征值:
式中
α——桩的水平变形系数;
Rha——单桩水平承载力特征值,±号根据桩顶竖向力性质确定,压力取“+”,拉力取“-”;
γm——桩截面模量塑性系数,圆形截面γm=2,矩形截面γm=1.75;
ft——内桩身混凝土抗拉强度设计值;
W0——内桩身换算截面受拉边缘的截面模量,圆形截面为:
vM——内桩身最大弯距系数,按表1(桩顶(身)最大弯矩系数νm和桩顶水平位移系数νx)取值,当单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平力方向相垂直时,按桩顶铰接考虑。
表1
注:1.铰接(自由)的νM系内桩身的最大弯矩系数,固接的νM系桩顶的最大弯矩系数;
2.当αh>4时取αh=4.0。
ρg——内桩身配筋率;
方形截面为:An=b2[1+(αE-1)ρg]
ζN——桩顶竖向力影响系数,竖向压力取0.5;竖向拉力取1.0;
N——在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力(kN)。
桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数可按下列规定确定:
第三步、确定桩的水平变形系数α(1/m)
式中m——桩侧土水平抗力系数的比例系数;
b0——内桩身的计算宽度(m);
圆形桩:当直径d≤1m时,b0=0.9(1.5d+0.5);
当直径d>1m时,b0=0.9(d+1);
方形桩:当边宽b≤1m时,b0=1.5b+0.5;
当边宽b>1m时,b0=b+1。
EI——内桩身抗弯刚度;
桩侧土水平抗力系数的比例系数m,宜通过单桩水平静载试验确定,当无静载试验资料时,可按表2(地基土水平抗力系数的比例系数m值)取值。
表2
注:1.当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高(≥0.65%)时,m值应适当降低;当预制桩的水平向位移小于10mm时,m值可适当提高;
2.当水平荷载为长期或经常出现的荷载时,应将表列数值乘以0.4降低采用。
第四步、通过机械设备或人工成孔5,成孔后沉入外套管8,用重锤夯实桩底7的持力层,放入内桩,桩底间隙可浇筑100mm厚混凝土6固定。通过定位栓钉2引导对正就位,在内桩身1的上部设置环托板10,环托板10上设有多层支撑钢珠层11。
Claims (4)
1.一种微型上部填充滚珠套管桩,包括外套管(8)、内桩身(1),外套管(8)内设有内桩身(1);其特征在于:所述内桩身(1)的上部设有环托板(10),环托板(10)上设有多层支撑钢珠层(11);每层支撑钢珠层(11)中的钢珠环绕在内桩身(1)外壁的周围;所述环托板(10)与外套管(8)顶部的距离为1000mm-2000mm;所述钢珠层(11)中的钢珠的直径为22mm-96mm,钢珠的直径小于内桩身(1)外壁和外套管(8)之间的间隙2-3mm,套管桩的定桩间距为1000m—10000m。
2.根据权利要求1所述的微型上部填充滚珠套管桩,其特征在于:所述环托板(10)焊接在内桩身(1)的外壁上,焊脚高6mm-10mm。
3.根据权利要求1所述的微型上部填充滚珠套管桩,其特征在于:环托板、支撑钢珠层均采用碳钢。
4.权利要求1所述的微型上部填充滚珠套管桩的施工方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)、计算单桩竖向承载力;
(2)、计算单桩水平承载力,按下列公式估算单桩水平承载力特征值:
式中
α——桩的水平变形系数;
Rha——单桩水平承载力特征值,±号根据桩顶竖向力性质确定,压力取“+”,拉力取“-”;
γm——桩截面模量塑性系数,圆形截面γm=2,矩形截面γm=1.75;
ft——内桩身混凝土抗拉强度设计值;
vM——内桩身最大弯距系数,当单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平力方向相垂直时,按桩顶铰接考虑;
ρg——内桩身配筋率;
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ζN——桩顶竖向力影响系数,竖向压力取0.5;竖向拉力取1.0;
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