CN109750663A

CN109750663A - 一种长椎体桩及其施工设计方法

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Publication number: CN109750663A
Application number: CN201910029580.XA
Authority: CN
Inventors: 孙术伟; 邓毅; 王增义
Original assignee: Hebei Zhongdi Zhicheng Civil Engineering Co Ltd
Current assignee: Hebei Zhongdi Zhicheng Civil Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-05-14

Abstract

本发明涉及地基工程的技术领域，具体涉及一种长椎体桩，包括三个或三个以上的横截面直径大小不同的桩身，位于上方的桩身的横截面直径大于下方的桩身的横截面直径，使长椎体桩整体自上而下呈倒锥形结构；本发明还提供了该长椎体桩的施工设计方法，设计得到具有倒锥体结构的长椎体桩；本发明的长锥体桩在成孔过程中，有向下的挤密作用，桩长越长，桩端土质越密，挤密效果越好，承载力越高；置换率大，桩的总根数少，从数量上节省了桩体材料；单根桩体与传统CFG桩比，成锥形，体积小，从单根桩体上节省了桩体材料，且单根桩体可节省约20%的材料。

Description

一种长椎体桩及其施工设计方法

技术领域

本发明涉及地基工程的技术领域，具体涉及一种长椎体桩及其施工设计

方法。

背景技术

桩的垂直受力，一般来说都是从桩顶至桩端向下传递，桩顶最大，桩终端最小，有的桩端在垂直应力上几乎衰减为零，但为了使桩端进入硬地层，控制受力沉降量，即使应力很小，也必须满足一定的长度。

但是，随着桩身的下延变长，垂直应力衰减变小，现有技术中的桩体都是上下一般大小，理论上只考虑垂直应力的桩体应该按应力大小进行桩体设计才能达到最优。而事实上，目前无论规范和实际设计与施工中桩体基本没有变化，造成了桩体材料大量的浪费，尤其是目前地基处理中应用量最广最多的是CFG复合地基处理工法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种可以降低钻孔打桩过程中的桩体材料损耗量的长锥体桩。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

一种长锥体桩，包括三个或三个以上的横截面直径大小不同的桩身，位于上方的桩身的横截面直径大于下方的桩身的横截面直径，使长椎体桩整体自上而下呈倒锥形结构。

通过采用上述技术方案，根据桩受力衰减情况和土层变化情况来配置变径的桩体，变径的桩体在施工过程中，硬地层变径径差较小(约5cm)，软土层变径径差较大(约10cm)，可以达到节约材料的目的。长锥体桩在施工过程中，有向下的挤密作用，桩长越长，桩端土质越密，挤密效果越好，承载力越高；与传统的CFG桩比，成锥形结构，体积小，从单根桩体上节省材料。

作为优选，不同所述桩身的横截面直径范围为700mm-200mm。

作为优选，不同所述桩身的横截面直径范围为600mm-200mm。

作为优选，不同所述桩身的横截面直径范围为500mm-200mm。

作为优选，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身：700mm，500mm和300mm。

作为优选，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身：600mm，400mm，350mm，250mm和200mm。

作为优选，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身：700mm，500mm，450mm，400mm，350mm，300mm，250mm和200mm。

作为优选，自上而下依次包括如下横截面直径的钻杆：700mm，600mm，550mm，500mm，450mm，400mm，350mm，300mm，250mm和200mm。

通过采用上述技术方案，可以满足对不同长度桩体的需求，适用于不同土层变化情况及桩受力衰减情况的要求，实用性强。

作为优选，每根所述桩身的长度为3-6m。

通过采用上述技术方案，可以满足桩长10-40m的配置变化。

本发明的第二个目的是提供一种上述的长椎体桩的施工设计方法，包括如下步骤：

(1)根据长椎体桩的长度与桩身的数量，计算单桩承载力特征值；

(2)根据上述的单桩承载力特征值，计算得到面积置换率；

(3)根据面积置换率，结合施工面积，设计得到长椎体桩的施工分布。

通过采用上述技术方案，首先根据长椎体桩的长度及桩径，设计布桩的基础尺寸，并处理复合地基使之达到设定的复合地基承载力特征值；测定长椎体桩长度范围内的土层厚度，根据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94的阻值表查询桩侧阻力特征值，桩端阻力特征值等土层参数，并将各相关参数代入《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中单桩承载力特征值的计算公式中，求得单桩承载力特征值；根据单桩承载力特征值，代入《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中复合地基承载力特征值的计算公式中，计算得到面积置换率；根据面积置换率，结合长椎体桩的横截面直径及施工面积，即可设计得到长椎体桩的施工分布情况。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

(1)与传统的CFG桩相比，长椎体桩在成孔过程中，有向下的挤密作用，桩长越长，桩端土质越密，挤密效果越好，承载力更高；

(2)开孔孔径大，置换率m大，桩的总根数就少，从数量上节省材料；

(3)单根长椎体桩与传统CFG桩比，呈锥形，体积小，从单根桩体上节省材料，约可节省20％的桩体材料。

附图说明

图1为实施例1的长椎体桩的结构示意图；

图2为实施例2的长椎体桩的结构示意图；

图3为实施例3的长椎体桩的结构示意图；

图4为实施例2的长椎体桩所用的长椎体钻杆的结构示意图。

附图标记：1、桩身；2、钻杆；3、螺旋叶片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进行进一步的说明。

实施例1

实施例1公开了一种长锥体桩，如图1所示，自上至下包括三段桩身1，三段桩身1的横截面直径依次为700mm，500mm和300mm，每段桩身1的长度均为3m，长椎体桩的整体长度为9m。

实施例2

实施例2公开了一种长锥体桩，如图2所示，自上至下包括五根桩身1，五根桩身1的横截面直径依次为500mm，400mm，350mm，250mm和200mm，每根桩身1的长度为6m，长椎体桩的整体长度为30m。

实施例3

实施例3公开了一种长锥体桩，如图3所示，自上至下包括八根桩身1，八根桩身1的横截面直径依次为600mm，500mm，450mm，400mm，350mm，300mm，250mm和200mm，每根桩身1的长度为5m，长椎体桩的整体长度为40m。

实施例4

实施例4公开了一种长锥体桩，自上至下包括十根桩身1，十根桩身1的横截面直径依次为700mm，600mm，550mm，500mm，450mm，400mm，350mm，300mm，250mm和200mm，每根桩身1的长度为4m，长椎体桩的整体长度为40m。

由上述实施例1-4可知，本发明中的长椎体桩自上而下通过多段横截面直径逐渐变小的桩身，形成整体呈倒锥形结构的桩体，与传统CFG桩比，体积更小，从单根桩体上节省了材料。

如图4所示，为本发明中实施例2施工时所用的一种长椎体钻杆，自上至下包括五根钻杆2，五根钻杆2的外壁上均一体连接有螺旋叶片3，自上至下的五根钻杆2上的螺旋叶片3的直径依次为500mm，400mm，350mm，250mm和200mm，各钻杆2之间用螺丝扣可拆卸连接在一起，形成一个整体的倒锥形的长椎体钻杆，每根钻杆2的长度为6m，五根钻杆2上的螺旋叶片3的螺距相同。其中，螺旋叶片3的直径指的是用其施工打出的桩孔的直径。

本发明中，考虑钻杆中空和加工特点，采用直径700mm，500mm，450mm，400mm，350mm，250mm，200mm几种直径来构成变径长椎体钻杆，每3-6m进行变径，这样可以满足桩长10-40m的配置变化。本发明的长椎体桩，还可以由四段、六段、七段、九段甚至更多段的桩身，例如四根时自上而下依次包括如下横截面直径的桩身：700mm，500mm，300mm和200mm；七根桩身时自上而下依次包括如下横截面直径的桩身：700mm，500mm，400mm，350mm，300mm，250mm和200mm；九根桩身时自上而下依次包括如下横截面直径的桩身：700mm，600mm，500mm，450mm，400mm，350mm，300mm，250mm和200mm。也可采用700mm-200mm之间的任意变径组合，每根桩身的长度还可以为3-6m中的任意值，在满足现场施工的土层情况、受力要求及施工要求的基础上，不局限于实施例1-4中列举的情况。

下面结合公式对实施例1的长椎体桩的施工耗材进行计算，具体如下：

单桩承载力计算引用《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012

上式中符号说明：

R_a——单桩竖向承载力特征值(kN)；

u_p——桩身周长(m)；

q_si——桩周第i层土的侧阻力特征值(kPa)，可按地区经验确定；

l_pi——桩长范围内第i层土的厚度(m)；

q_P——桩端阻力特征值(kPa)；

A_P-—桩体截面面积(m²)；

α_p——桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定；

复合地基承载力计算引用《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012

上式中符号说明：

f_spk——复合地基承载力特征值(kPa)；

f_sk——天然地基承载力特征值(kPa)；

β——桩间土承载力发挥系数，0.75-0.90；

Λ——单桩承载力发挥系数，0.7-1.0；

R_a——单桩竖向承载力特征值(KN)；

m——面积置换率；

采用实施例1的长椎体桩复合地基，桩体采用图4所示的长螺旋变直径的长椎体钻杆压灌施工。

初步设计：

1)长椎体桩设计参数：桩体分三段，桩径从上至下分别为700mm-500mm-300mm，每段长度均为3.0m，总长度9.0m。

2)设计条件：基础尺寸42m×22m，处理复合地基承载力特征值到450KPa，桩间土天然地基承载力特征值120Kpa；

3)土层参数：

①土层名称：粉土，土层厚度15m；

②天然地基承载力特征值f_sk＝120KPa(kPa)；

③桩侧阻力特征值q_si＝30KN；

④桩端阻力特征值q_P＝2000KPa；

实施例1的长椎体桩的单桩承载力计算：

R_a＝(0.7×3.14×3×30+0.5×3.14×3×30+0.3×3.14×3×30)×1.3(提高系数)+0.35²×3.14×2000＝1320KN

如图1所示，变截面部位对下方45°范围的土体具有挤压作用，使下部桩侧阻力提高，挤土提高系数为1.3。

注：α_si——第i层土的桩侧侧阻力的增大修正系数，

填土、粘性土、粉土、黄土：α_si＝1.2～1.4；

砂土、砾砂、砂砾土、全风化岩、强风化岩：α_si＝1.2～1.5；

综上，实施例1的长椎体桩的单桩取1300KN。

实施例1的长椎体桩的承载力计算：

450＝m×1300/0.3847+0.85×(1-m)×120

m＝10.6％

实施例1的长椎体桩的布桩情况为：布桩间距1.9m，共布桩231根，方量453m³。

常规CFG桩，桩径400mm，桩长9.0m，单桩承载力计算：

R_a＝(0.4×3.14×9×30)+0.2²×3.14×2000＝590.3KN

因此，常规CFG桩的单桩取590KN。

常规CFG桩承载力计算

450＝m×590×0.9/0.1256+0.85×(1-m)×120

m＝8.43％

常规CFG桩的布桩情况为：布桩间距1.2m，共布桩242根，方量544m³。

因此，综上可知，在同等桩长的情况下，本发明的长椎体桩与常规的CFG桩达到相同的处理效果时，长椎体桩的工作量453m³＜544m³(常规的CFG桩)，证明本发明中的变截面的长椎体桩相对于传统的桩基受力更为合理，材料节省约20％，更为经济实用。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种长锥体桩，其特征在于：包括三个或三个以上的横截面直径大小不同的桩身（1），位于上方的桩身（1）的横截面直径大于下方的桩身（1）的横截面直径，使长椎体桩整体自上而下呈倒锥形结构。

2.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于：不同所述桩身（1）的横截面直径范围为700mm-200mm。

3.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于：不同所述桩身（1）的横截面直径范围为600mm-200mm。

4.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于：不同所述桩身（1）的横截面直径范围为500mm-200mm。

5.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身（1）：700mm，500mm和300mm。

6.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身（1）：500mm，400mm，350mm，250mm 和200mm。

7.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身（1）：600mm，500mm，450mm，400mm ，350mm ，300mm ，250mm 和200mm。

8.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于，自上而下依次包括如下横截面直径的桩身（1）：700mm，600mm，550mm，500mm，450mm，400mm，350mm ，300mm，250mm和200mm。

9.根据权利要求1所述的长锥体桩，其特征在于：每根所述桩身（1）的长度为3-6m。

10.一种权利要求1-9任一项所述的长锥体桩的施工设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据长椎体桩的长度与桩身的数量，计算单桩承载力特征值；

（2）根据上述的单桩承载力特征值，计算得到面积置换率；

（3）根据面积置换率，结合施工面积，设计得到长椎体桩的施工分布。