CN108487231B - 雪花型钢板桩及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雪花型钢板桩及其加工与施工方法，钢板桩包括桩身、位于桩身上端的支盘和桩身顶端的桩帽；分区段打设若干雪花型钢板桩，打设完成后在钢板桩上方铺设钢板，使群桩整体联接。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)雪花型桩身提高了桩体承载力；(2)轴心对称星型设计增加了钢板桩的整体刚度，有效控制桩体变形；(3)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；(4)在已通车高速公路桥头段打设雪花型钢板桩，于桩顶铺设钢板，可有效控制桥头段差异沉降；(5)砂土、软土区域使用吊机打设钢板桩，于上方铺设钢板，使重型机械迅速进场，节省工期，提高工程效益。

Description

雪花型钢板桩及其加工方法
技术领域
本发明涉及岩土及地质工程中的钢板桩，尤其涉及雪花型钢板桩及其加工与施工方法。
背景技术
高速铁路桥头过渡段软土、砂土桩基受到桥梁等上部结构传来的荷载，路基与桥头的差异沉降直接影响到高速铁路线路的平稳性及安全运营，因此差异沉降量，尤其是深厚软土桩基的工后沉降控制效果的优劣从某种程度上决定了高速铁路建设的成败。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。严重的还会引起桩基的松动、开裂，以及不稳定等问题，进而影响了桥梁的使用寿命。因此亟需研究一种能充分利用桩身上下各部位的硬土层，有效提高桩体的承载力，减小施工中对桩体周围土体带来影响的钢板桩。
软土、砂土分布区域，重型机械难以进场，常见桩基础打设困难，严重滞缓工期,克服软土区域不足、快速施工减少工期是一个急需解决的问题，因此亟需研究一种新型钢板桩及其加工与施工方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种雪花型钢板桩及其加工与施工方法，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：雪花型钢板桩，包括桩身、位于桩身上端的支盘和桩身顶端的桩帽，桩身由三个等边星型腹板部与凸缘部组成，支盘呈三角形向外挤扩，桩帽为与桩身相同形状的加宽钢板。
桩身下端为光滑面。
支盘与桩帽表面均有粗糙面。
雪花型钢板桩的加工方法，包括以下步骤：
（1）将桩身加工为中心对称结构；
（2）在桩身下端位置进行降摩擦处理得到光滑面；
（3）将加工后的支盘与桩身通过锁扣进行定位与连接；
（4）将锁扣分别固定在支盘与桩身上；
（5）桩帽下部通过连接板与桩身连接；
（6）对支盘和桩帽加工粗糙面。
步骤（3）中，支盘两侧设置有母锁扣，桩身对应支盘位置处设置子锁扣。
雪花型钢板桩的沉桩施工方法，包括以下步骤：
（1）在沉桩前对现场障碍物进行清查；
（2）将待沉桩的雪花型钢板桩进行桩身划线等预处理；
（3）分区段安插钢板桩；
（4）对钢板桩进行沉桩作业；
（5）在桩体上部铺设钢板，使钢板桩整体联接。
步骤（5）中，在桩顶铺设钢板以控制桥头段差异沉降。
工作原理：雪花型钢板桩大幅扩大了桩身与土体接触面积，提高了桩体承载力；三角形外扩支盘挤压部分土体，变相增加了桩侧摩阻力，支盘位置符合土体应力扩散规律，使桩体受力合理；桩帽的设置增加了桩端强度，不易屈服变形，便于活动循环使用；桩身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土层，有效控制沉降，使桩体沉降较小。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）雪花型桩身提高了桩体承载力；（2）轴心对称星型设计增加了钢板桩的整体刚度，有效控制桩体变形；（3）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；（4）在已通车高速公路桥头段打设雪花型钢板桩，于桩顶铺设钢板或水泥稳定石进行处理，可有效控制桥头段差异沉降；（5）砂土、软土区域使用吊机打设钢板桩，于上方铺设钢板或钢筋网片，使重型机械迅速进场，节省工期，提高工程效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中桩身的横截面图；
图3为本发明除去桩帽后的结构示意图；
图4为本发明中桩帽的结构示意图；
图5为本发明中支盘与桩身链接示意图；
图6为本发明中桩帽与桩身链接示意图；
图7为本发明实施例中施工示意图。
具体实施方式
如图1所示，钢板桩包括桩身1、支盘2和桩帽3；其中桩身1材料选用钢板，其下端1/5长度范围内为光滑面a。支盘2位于桩身1上端长度的1/3处，并呈三角形向外挤扩，进而将部分土体挤向孔壁，以提高钢板桩侧摩阻力；因土体所受附加应力呈纺锤形分布，且在距离地表1/3深度处最大，则支盘2的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。桩帽3为与桩身1形状相同的加宽钢板，并在桩身1外壁形成外扩，增强了钢板桩整体性，增加了桩体和地基土之间的接触面积，进而间接增加了桩体承载力，减少了水平位移和竖直位移，同时防止地基表面雨水渗入桩基导致腐蚀钢板桩。
如图2所示，桩身1为一体成型的中心对称结构，桩身1截面为由三个等边三叉星型组成的图形，包括腹板部4以及凸缘部5，其中桩身腹板部4选用同等型号管桩，且边长为d1；凸缘部5边长d2为d1的0.7-0.9倍；
支盘2呈三角形向外挤扩，且位于桩身长度1/3处，所述桩帽为与桩身相同形状的加宽钢板。
如图3、图4所示，翼型支盘2与桩帽3的表面均有增大摩擦力的粗糙面b。
雪花型钢板桩结构加工方法步骤如下：
（1）钢板桩桩身1为一体成型的中心对称结构，包括腹板部4以及凸缘部5，腹板部4与凸缘部5使用模板加工为120°夹角的结构；
（2）在桩下端位置开始在全长的1/5长度范围内涂覆树脂性材料，进行降摩擦处理后得到光滑面a；
（3）如图5所示，使用模板轧制翼型支盘2，支盘2两侧设置有母锁扣6，桩身对应1/3桩长位置处设置子锁扣7，子锁扣7采用直径30mm的圆钢，由此使翼型支盘2可与桩身1通过锁扣进行定位与连接；
（4）对锁扣进行焊接，锁扣与钢板桩桩身间焊缝为角焊缝，非全熔透焊缝，且加工后的钢板桩锁扣保持平直通顺；
（5）如图6所示，桩帽3采用Q345B钢经切割轧制而成，桩帽3厚15mm，自桩身1处向两侧外延120mm，桩帽3下部设置连接板8，与桩身1之间采用高强螺栓9连接；桩帽宽度为桩体腹板部边长d1的0.2倍，桩帽厚度为桩身钢板厚度的2-3倍。
（6）对桩帽3、支盘2表面进行打磨处理，使其具有粗糙面b。
其中步骤2中，对桩身1表面实施降低摩擦处理后，经试验验证不损失桩体承载力，同时可提高打桩施工时钢板桩的直进性，从而对周边地基不产生负面影响，能够防止施工中的弯曲、倾倒等。即便在施工现场通过焊接等纵向连接多张钢板桩进行打桩的情况下，也能够通过使用本发明而相比现有施工法延长打桩长度。
光滑面采用涂覆树脂性材料、沥青材料、涂料等降低摩擦的材料，或者将可降低摩擦的板状的部件粘贴于钢板桩表面，以及钢板桩的表面实施化学处理等。
本实施例中的桩身1为非标准型号的超宽钢板桩，该钢板桩桩身1厚度为9.75mm，长度15m，腹板部4边长d1为0.6m，凸缘部5边长d2为0.48m。由于此钢板桩桩身1的厚度只有9.75mm，钢板桩本身柔性较大，因此采用锤击沉桩无法实施。鉴于大型雪花型钢板桩打设质量要求比较高，本实施例提供的施工方法如图7所示，具体步骤如下：
（1）在沉桩之前对现场进行检查，在轴线方向利用挖样洞的方法探测是否有地下管线和障碍物，以确保轴线及沉桩质量，避免造成破坏和损失；
（2）将钢板桩运至施工现场，并对桩身1进行划线等预处理；
（3）分区段安插并振沉钢板桩；
（4）由50t履带吊挂60kW的振动锤进行沉桩作业，每一区段沉桩4根，桩基础呈正方形分布；
（5）同一区段的4根钢板桩打设结束后，在桩体上部铺设钢板10或钢筋网片，使钢板桩整体联接，方便重型机械入场，使砂土、软土地基能够快速进行施工。
步骤（5）中，在已通车高速公路桥头段打设雪花型钢板桩，于桩顶铺设钢板或水泥稳定石进行处理，可有效控制桥头段差异沉降；另外，在砂土、软土区域使用吊机打设钢板桩，再于上方铺设钢板10或钢筋网片，使重型机械迅速进场，可节省工期，提高工程效益。

Claims (2)

1.一种雪花型钢板桩的加工方法，其特征在于：所述雪花型钢板桩包括桩身(1)、位于桩身上端的翼型支盘(2)和桩身(1)顶端的桩帽(3)，所述桩身(1)由三个等边星型腹板部(4)与凸缘部(5)组成，所述翼型支盘(2)呈三角形向外挤扩，所述桩帽(3)为与桩身(1)相同形状的加宽钢板；所述桩身(1)下端为光滑面(a)；所述翼型支盘(2)与桩帽(3)表面均有粗糙面(b)；所述加工方法包括以下步骤：
(1)将桩身(1)加工为中心对称结构，包括腹板部以及凸缘部，腹板部与凸缘部使用模板加工为120°夹角的结构；
(2)在桩身(1)下端进行降摩擦处理得到光滑面(a)；所述降摩擦处理包括涂覆树脂性材料、将降低摩擦力的部件粘贴于桩身表面，以及对桩身表面实施化学处理；
(3)使用模板轧制翼型支盘，在翼型支盘两侧设置母锁扣(6)，桩身对应1/3桩长位置处设置子锁扣(7)，所述子锁扣采用圆钢，所述翼型支盘与桩身通过母锁扣与子锁扣进行定位与连接；
(4)对母锁扣和子锁扣进行焊接；
(5)将桩帽宽度加工为桩身腹板部边长d1的0.2倍，桩帽厚度加工为桩身钢板厚度的2-3倍；桩帽自桩身向两侧外延,桩帽下部设置连接板(8)，所述桩帽与桩身之间通过连接板连接；
(6)对桩帽、翼型支盘表面进行打磨使其具有粗糙面。
2.一种雪花型钢板桩的沉桩施工方法，其特征在于：对权利要求1所述的雪花型钢板桩进行沉桩施工，所述沉桩施工方法包括以下步骤：
(1)在沉桩前对现场障碍物进行清查；
(2)将待沉桩的雪花型钢板桩进行桩身划线预处理；
(3)分区段安插钢板桩；
(4)通过振动锤对钢板桩进行分区段沉桩作业，桩基础呈正方形分布；
(5)同一区段的钢板桩打设结束后，在桩体上部铺设多个钢板或钢筋网片，使钢板桩整体联接；具体为，在已通车高速公路桥头段打设雪花型钢板桩，于桩顶铺设钢板或水泥稳定石进行处理；另外，在砂土、软土区域使用吊机打设钢板桩，再于上方铺设多片钢板或钢筋网片。
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