CN108385676B - 一种预制混凝土三角挤扩支盘桩及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预制混凝土三角挤扩支盘桩及其施工方法，该支盘桩包括桩身、桩帽、加劲肋、三角支盘和桩端扩底，桩身为三角型等截面桩体，桩帽设于桩顶端部，桩端扩底为膨胀混凝土扩底，加劲肋设于桩帽、桩端扩底与桩身交接处，三角支盘设于桩身外壁的三个表面，并位于桩身长度上部1/3处。与现有技术相比，本发明支盘桩将部分土体挤向孔壁，以提高桩侧摩阻力；支盘位于桩身长度1/3处，符合土体应力扩散规律，增大了桩身有效面积，扩大了桩土接触面积，提高了桩基承载力；通过桩端扩孔压入膨胀混凝土对桩端型成预压力，提高桩端阻力；桩体结合了端承桩与摩擦桩优点，可充分利用桩身上下各部位的硬土层，有效控制沉降，使桩体沉降较小。

Description

一种预制混凝土三角挤扩支盘桩及其施工方法
技术领域
本发明涉及岩土工程及地质工程领域，尤其涉及一种预制混凝土三角挤扩支盘桩及其施工方法。
背景技术
高速铁路桥梁桩基工作后，会受到桥梁等上部结构传来的荷载，产生的沉降直接影响到高速铁路线路的平稳性及安全运营,其沉降量控制效果的优劣甚至从某种程度上决定了高速铁路建设的成败。尤其是深厚软土桩基的工后沉降。产生较大沉降的原因是桩体不能提供足够大的桩侧阻力和桩端阻力,桩体不能充分利用各个土层的承载力，导致桩体产生较大的沉降。严重的还会容易引起桩基的松动,开裂,不稳定等问题，导致严重影响了桥梁的使用寿命。
因此亟需研究一种新型桩，能充分利用桩身上下各部位的硬土层，以有效的提高桩体的承载力，减小桩身沉降和桩体施工对桩周土体带来的影响。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种预制混凝土三角挤扩支盘桩及其施工方法，以解决目前软土地区单桩承载力不够高、桩体沉降过大的技术问题。
技术方案：预制混凝土三角挤扩支盘桩，包括桩身、桩帽、加劲肋、三角支盘和桩端扩底，桩身为三角型等截面桩体，桩帽设于桩顶端部，桩端扩底设于桩身底部，加劲肋设于桩帽、桩端扩底与桩身交接处，三角支盘设于桩身外表面，并位于桩身长度上部1/3处。
桩身、三角支盘、桩帽与加劲肋整体浇筑。
桩帽为对称六边形，并与桩身交错，在桩身外壁形成外扩。
加劲肋设于桩帽、桩端扩底与桩身交界处，并布置在桩身外表面。
桩帽与三角支盘表面均有增大摩擦力的粗糙面。
桩身内为中空，两端为平头。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)三角挤扩支盘桩将部分土体挤向孔壁，以提高桩侧摩阻力；(2)三角支盘位于桩身长度1/3处，符合土体应力扩散规律，增大了桩身有效面积，扩大了桩土接触面积，提高了桩基承载力；(3)通过桩端扩孔压入膨胀混凝土对桩端型成预压力，提高桩端阻力；(4)桩体结合了端承桩与摩擦桩优点，可充分利用桩身上下各部位的硬土层，有效控制沉降，使桩体沉降较小。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为桩帽、桩端扩底的结构示意图；
图3为本发明中实施例的剖视图；
图4为施工中掘扩底设备的结构示意图；
图5为施工中钻头的剖视图。
具体实施方式
如图1所示，支盘桩包括桩帽1、加劲肋2、三角支盘3、桩端扩底4和桩身5，其中桩身5为三角形等截面桩体，制作过程中通过把桩身5中间做空以减少混凝土用量。相同预制桩在表面积相同条件下，三角形桩的体积重量比方形桩小30％，比圆形桩小65％。加劲肋2设于桩帽1、桩端扩底4与桩身5交界处，其外形为等腰直角三角形，在桩身外壁表面布置，每一表面布置两道，间隔距离与桩身内接圆直径d1相同，厚度与桩帽厚度相同，以防止单道加劲肋2可能出现的桩帽1偏心压屈等情况，增加桩端承载力。支盘桩材料均使用高强混凝土进行预制，在预制厂内加工，三角支盘3与桩身5混凝土一起浇筑，具有很好的整体性。
如图2所示，桩帽1采用水泥土、削减自等边三角型而成的对称六边型，其内接圆直径d2为桩身5内接圆直径d1的2.5倍，桩端扩底4采用与桩帽1相同外型，扩底内接圆直径为桩身内接圆直径d1的2-3倍，桩帽1厚度为桩身5内接圆直径d1的0.5倍。六边型桩帽1与三角型桩身5交错，在桩身三个外壁形成外扩，便于加劲肋2的设置，可增强预制桩整体性，增加桩体和地基土接触面积，从而间接增加桩体承载力，减少水平位移和竖直位移，同时防止地基表面雨水渗入桩基。
如图3所示，三角支盘3的纵剖面为等边三角型，边长为桩身边长的1倍，外伸长度为桩身5内接圆直径d1的1.2倍，横截面采用等截面式，三角支盘3形心位于桩身上部1/3桩长处，因土体所受附加应力在呈纺锤形分布且在距离地表1/3深度处最大，支盘位置布置符合桩周土体应力扩散规律，有利于桩体充分受力，使桩体达到较小沉降。预制桩相比普通泥浆护壁灌注形成相同承载力的桩，成孔后排放量减少，对环境污染小。
三角挤扩支盘桩加工及施工步骤如下：
(1)支盘桩桩体中空，用以减少混凝土用量，桩身5与三角支盘3、桩帽1、加劲肋2在预制厂内使用模板整体浇筑成型；
(2)对桩帽1、三角支盘3表面进行打磨处理，使其具有可增大摩擦力的粗糙面，完成后运输至施工现场；
(3)沉桩施工前，应掌握现场土质情况，做好沉桩设备的检验和调试，防止施工中途间断引起间歇后沉桩阻力增大，发生滞桩事故；
(4)通过静压法沉桩，沉桩过程中应随时注意保持桩体处于轴心受压状态，如有偏移及时调整，以免发生桩顶破坏和断桩事故，接桩过程中，应保持上下桩节的轴线一致，并尽可能缩短接桩时间，防止节点变形不均而引起桩体歪斜；
(5)如图4所示，当空心桩下沉至接近的设计标高后，沿空心桩体内部伸入带有扩径的钻头7的中掘扩底设备6至桩孔下端，达到底部后打开中掘扩底设备6上的钻头7，在桩端以下0.2m范围内进行扩底，形成同桩帽1相同形状的桩端扩大空腔；
(6)如图5所示，中掘扩底设备6的钻头7上联通有混凝土喷嘴，在桩端扩径过程中，同时利用钻头7下的环管8上的水平喷嘴9和竖直喷嘴10向桩端扩大空腔四周内喷射膨胀混凝土与周围土体混合，对桩端形成预压力，形成桩端扩底；
(7)使用带有喷嘴的中掘扩底设备6时，在中掘扩底设备6下放过程中，喷嘴上设有可弹性回缩的喷嘴护帽，防止下放过程中堵塞喷嘴；
(8)扩底完成后，在桩体中心浇注水泥土，使桩体更加密实、整体性更强，在荷载作用下，荷载传递到桩中心水泥土，水泥土通过侧壁、桩端扩底等将荷载传递到周围土体，使桩体充分受力，增加承载力，三角支盘发挥最大摩阻力，减小沉降，产生良好的工程效益与经济效益。

Claims (1)

1.一种预制混凝土三角挤扩支盘桩的施工方法，其特征在于：采用预制混凝土三角挤扩支盘桩进行施工，所述三角挤扩支盘桩包括桩身（5）、桩帽（1）、加劲肋（2）、三角支盘（3）和桩端扩底（4），所述桩身（5）为三角型等截面桩体，所述桩帽（1）设于桩顶端部，所述桩帽（1）为对称六边形，并与桩身（5）交错，在桩身（5）外壁形成外扩；所述桩端扩底（4）设于桩身（5）底部，所述桩端扩底在沉桩过程中通过中掘扩底设备扩底形成，所述桩端扩底外型与桩帽相同；所述加劲肋（2）设于桩帽（1）、桩端扩底（4）与桩身（5）交接处，并布置在桩身（5）外表面；所述三角支盘（3）设于桩身（5）外表面，并位于桩身（5）长度上部1/3处；所述桩身（5）内为中空，两端为平头；所述桩身（5）、三角支盘（3）、桩帽（1）与加劲肋（2）整体浇筑；所述桩帽（1）与三角支盘（3）表面均有增大摩擦力的粗糙面；桩帽的内接圆直径为桩身内接圆直径的2.5倍，桩端扩底内接圆直径为桩身内接圆直径的2-3倍，桩帽厚度为桩身内接圆直径的0.5倍；所述预制混凝土三角挤扩支盘桩的施工方法步骤如下：
（1）支盘桩桩体中空，桩身与三角支盘、桩帽、加劲肋使用模板整体浇筑成型；
（2）对桩帽、三角支盘表面进行打磨处理得到增大摩擦力的粗糙面；
（3）沉桩施工前，做好沉桩设备的检验和调试；
（4）通过静压法沉桩，沉桩过程中保持桩体处于轴心受压状态，如有偏移及时调整；接桩过程中，保持上下桩节的轴线一致，防止节点变形不均而引起桩体歪斜；
（5）当空心桩下沉至接近的设计标高后，沿空心桩体内部伸入带有扩径的钻头的中掘扩底设备至桩孔下端，达到底部后打开中掘扩底设备上的钻头，在桩端以下0.2m范围内进行扩底，形成同桩帽相同形状的桩端扩大空腔；
（6）中掘扩底设备的钻头上联通有混凝土喷嘴，在桩端扩径过程中，同时利用钻头下的环管上的水平喷嘴和竖直喷嘴向桩端扩大空腔四周内喷射膨胀混凝土与周围土体混合，对桩端形成预压力，形成桩端扩底；
（7）使用带有喷嘴的中掘扩底设备时，在中掘扩底设备下放过程中，喷嘴上设有可弹性回缩的喷嘴护帽以防止下放过程中堵塞喷嘴；
（8）扩底完成后，在桩体中心浇注水泥土，在荷载作用下，荷载传递到桩中心水泥土，水泥土通过侧壁、桩端扩底将荷载传递到周围土体使桩体增加承载力，三角支盘通过最大摩阻力减小沉降。
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