CN110029665B - 抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基及其施工方法，包括一微型桩，其下端为实心锤形柱；一混凝土制的保护外壳，呈中空且上大下小的锥形体，套设于微型桩的上半段，及；一钢筋笼，由多条钢筋绑扎而成，位于保护外壳外壁，其形状与保护外壳一致；一缓冲体，填充在微型桩与保护外壳之间；其中，缓冲体用于通过有限变形吸收表层土对保护外壳的挤压；本发明通过在桩身的上部设置容易变形的缓冲体，使得桩身与表层土体进行“隔离”，克服了膨胀土反复膨胀收缩导致的桩身单侧混凝土的拉压循环引起的疲劳破化；减小了膨胀土不良工程特性导致桩身受到的侧向力，减小了膨胀土膨胀产生的上浮力对桩身的影响。
Description
【技术领域】
本发明属于滑坡防治及桩基工程领域，尤其涉及抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基及其施工方法。
【背景技术】
近地表的浅层膨胀土不仅裂隙特别发育，而且对气候变化特别敏感，是一种典型的非均匀三相介质。土质干湿效应明显，吸水时，土体膨胀、软化，强度下降；失水后土体收缩，随之产生裂隙。膨胀土的这种胀缩特性，当含水量变化时就会充分显示出来。反复的胀缩导致了膨胀土土体的松散，并在其中形成许多不规则的裂隙，从而为膨胀土表面的进一步风化创造了条件。裂隙的存在破坏了土体的整体性，降低了土体的强度，同时为雨水的侵入和土中水分的蒸发开启了方便之门，于是，天气的变化进一步导致了土中含水量的波动和胀缩现象的反复发生，这进一步导致了裂隙的扩展和向土层深部发展，使该部分土体的强度大为降低，形成风化层。这种风化层的最大深度大致在气候的影响深度范围内，一般在1.5-2.0m，最大深度可达4.0m。
膨胀土土粒中粘粒成分最主要的特征是含有大量的亲水性矿物，其亲水性矿物的主要组成成分是高岭石、蒙脱石、伊利石。所以其具有明显的吸水膨胀失水收缩变形的特性。在天然状态下膨胀土常处于较坚硬状态，但其对气候和水文等因素的变化有较大敏感性，而且这种敏感性通常对工程建筑物会产生严重的危害。
【发明内容】
本发明的目的是提供抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基及其施工方法，以解决表层膨胀土的位移和上浮力对桩基冲击的问题。
本发明采用以下技术方案：抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基，包括：
一微型桩，其下端为实心锤形柱；
一混凝土制的保护外壳，呈中空且上大下小的锥形体，套设于微型桩的上半段，及；
一钢筋笼，由多条钢筋绑扎而成，位于保护外壳外壁，其形状与保护外壳一致；
一缓冲体，填充在微型桩与保护外壳之间；
其中，缓冲体用于通过有限变形吸收表层土对保护外壳的挤压。
进一步地，保护外壳为圆锥体。
进一步地，圆锥体的高为2-4m，底面半径为直径1-1.5m，保护外壳的壁厚为50-100mm。
进一步地，微型桩为钢管混凝土桩，其外圆直径为150-200mm。
进一步地，缓冲体由缓冲材料凝结而成，缓冲材料为吸水海绵、聚苯乙烯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料中的一种或多种。
抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，由以下步骤组成：
微型桩通过打桩机直接打入土中；
开挖微型桩桩基上部土体呈锥形；
将绑扎好的钢筋笼套入微型桩中上部，使得钢筋笼位于呈锥形的土体表面；
将内模板套入微型桩中上部；
在内模板与钢筋笼之间浇注混凝土；
取出内模板，形成具有钢筋笼外壳的保护外壳；
在微型桩桩壁上涂抹粘结剂；
在保护外壳与微型桩之间倒入缓冲材料，凝固完成形成一体连接的保护外壳和缓冲体；
适当的土体回填。
抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，由以下步骤组成：
微型桩通过打桩机直接打入土中；
开挖微型桩桩基上部土体呈锥形；
在呈锥形的土体表面铺设钢筋，并绑扎形成贴合土体的锥形钢筋笼；
将内模板套入微型桩中上部；
在内模板与钢筋笼之间浇注混凝土；
取出内模板，形成具有钢筋笼外壳的保护外壳；
在微型桩桩壁上涂抹粘结剂；
在保护外壳与微型桩之间倒入缓冲材料，凝固完成形成一体连接的保护外壳和缓冲体；
适当的土体回填。
抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，由以下步骤组成：
微型桩通过打桩机直接打入土中；
开挖微型桩桩基上部土体呈锥形基坑；
在微型桩桩基上部刷粘结剂；
然后将预制成型一体连接的缓冲体和保护外壳套入微型桩上部，使其位于锥形基坑内；
最后进行适当的土体回填。
本发明的有益效果是：通过在桩身的上部设置容易变形的缓冲体，使得桩身与表层土体进行“隔离”，克服了膨胀土反复膨胀收缩导致的桩身单侧混凝土的拉压循环引起的疲劳破化；减小了膨胀土不良工程特性导致桩身受到的侧向力，减小了膨胀土膨胀产生的上浮力对桩身的影响；一定程度上增加了桩基的承载力。
【附图说明】
图1为本发明的剖面图；
图2为本发明安装后的效果图；
图3为本发明安装后的俯视图。
图4为本发明的模具结构示意图；
图5为本发明的模具俯视图。
其中：1.微型桩本体；2.保护外壳(2)；3.缓冲体；4.定位环；5.内模板；6.外模板；7.圆柱模具；8.加强筋。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基，如图1、图2和图3所示，包括：
一微型桩1，其下端为实心锤形柱；
一混凝土制的保护外壳2，呈中空且上大下小的锥形体，套设于微型桩1的上半段，及；
一钢筋笼，由多条钢筋绑扎而成，位于保护外壳2外壁，其形状与保护外壳2一致，呈中空且上大下小的锥形体；
一缓冲体3，填充在微型桩1与保护外壳2之间；
其中，缓冲体3用于通过有限变形吸收表层土对保护外壳2的挤压，保护外壳2位于缓冲体3的外侧、并与土体接触，缓冲体3位于微型桩1与保护外壳2之间、并用于填充两者之间的空隙，微型桩1为钢管混凝土桩，其外圆直径为150-200mm。
由于近地表的浅层膨胀土不仅裂隙特别发育，而且对气候变化特别敏感，是一种典型的非均匀三相介质。土质干湿效应明显，吸水时，土体膨胀、软化，强度下降；失水后土体收缩，随之产生裂隙。因此其不适合作为持力层，在可以考虑绕过该土层，因此在上部桩身与表层土体进行“隔离”，隔离方法在上部桩身的周围套上截面呈圆形的有一定壁厚的水泥管，管体呈锥形，再在桩身与管之间填充满缓冲材料形成缓冲体3，缓冲体3由缓冲材料凝结而成，缓冲材料为吸水海绵、聚苯乙烯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料中的一种或多种。
本发明的工作原理如下，表层土受外界因素发生位移时或受外界力的变化时，会对外部管片有力的作用，力沿管片传递到缓冲材料上，缓冲材料通过有限变形吸收掉这部分力，从而保护内部桩体不受影响。但是此时桩的承载力是要从管片埋藏深度以下算起的，由于管片内桩身是埋藏在缓冲材料当中，缓冲材料具有一定的变形能力，当桩基收到竖向轴力时，缓冲材料发生相应的形变，从而不能为桩提供正常土体中产生的摩擦力，也就是说其不能阻止桩基下沉的趋势，因此在计算桩的承载力是只考虑桩身直接与土体接触的下部。
保护外壳2呈中空且上大下小的锥形，土体的变形位移由潜到深呈递减的趋势，对应的缓冲体3厚度由潜到深也呈递减趋势，保护外壳2的具体深度由土层受扰动的深度决定，一般在1.5-2.0m，最大深度4m，因此保护外壳2可以设置为圆锥体，圆锥体的高为2-4m，底面半径为1-1.5m，保护外壳2的壁厚为50-100mm，微型桩1下端的锥形体为实心，方便打入土体，降低操作的难度，下部桩体的长度尺寸由承载力确定，具体方法参照普通桩基承载力计算方法，依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008和相应项目的地勘报告确定。
本发明的施工方法有三种，可抵御膨胀土的微型桩1的实现有预制和现浇两种方式，具体详见实施例。
实施例一
实施例一为第一种现浇方式，具体步骤如下：
微型桩1通过打桩机直接打入土中；
开挖微型桩1桩基上部土体呈锥形；
将绑扎好的钢筋笼套入微型桩1中上部，使得钢筋笼位于呈锥形的土体表面；
将内模板5套入微型桩1中上部，钢筋笼与内模板5之间确保有20mm的距离；
在内模板5与土体之间浇注混凝土；
3-5天后取出内模板5，形成具有钢筋笼外壳的保护外壳2；
在微型桩1桩壁上涂抹粘结剂；
在保护外壳2与微型桩1之间倒入缓冲材料，1-3天后凝固完成形成一体连接的保护外壳2和缓冲体3，需要注意的是要避免微型桩1直接与保护外壳2接触，对微型桩1产生应力使得微型桩1受损；
适当的土体回填。
其中，内模板5由以下步骤制得，如图4和图5所示：
裁剪压型钢板成扇形；
将扇形压型钢板焊接成锥形；
在锥形钢板上、中、下部位处、绕锥形钢板内壁焊接钢筋进行加固；
在位于中间的加固钢筋上面焊接定位环4，其中，定位环4由多条钢筋焊接而成，定位环4为锥形体，定位环4用于套入微型桩1中上部，其上底面的直径不小于微型桩1的外径，其下底面焊接于加固钢筋上，其下底面的直径等于锥形钢板中部的直径。
其中，钢筋笼由多条钢筋绑扎而成，钢筋笼呈锥形体，钢筋笼用于套入微型桩1中上部，钢筋笼还用于与内模板5形成空间，使得钢筋笼与内模板5之间填充混凝土，并形成保护外壳2，钢筋笼的上底面与呈锥形土体的直径相等，其下底面大于等于微型桩1的外径。
实施例二
实施例二为第二种现浇方式，具体步骤如下：
微型桩1通过打桩机直接打入土中；
开挖微型桩1桩基上部土体呈锥形；
在呈锥形的土体表面铺设钢筋，并绑扎形成贴合土体的锥形钢筋笼；
将内模板5套入微型桩1中上部，钢筋笼与内模板5之间确保有20mm的距离；
在内模板5与钢筋笼之间浇注混凝土；
3-5天后取出内模板5，形成具有钢筋笼外壳的保护外壳2；
在微型桩1桩壁上涂抹粘结剂；
在保护外壳2与微型桩1之间倒入缓冲材料，1-3天后凝固完成形成一体连接的保护外壳2和缓冲体3，需要注意的是要避免微型桩1直接与保护外壳2接触，对微型桩1产生应力使得微型桩1受损；
适当的土体回填。
其中，内模板5由以下步骤制得，如图4和图5所示：
裁剪压型钢板成扇形；
将扇形压型钢板焊接成锥形；
在锥形钢板上、中、下部位处、绕锥形钢板内壁焊接钢筋进行加固；
在位于中间的加固钢筋上面焊接定位环4，其中，定位环4由多条钢筋焊接而成，定位环4为锥形体，定位环4用于套入微型桩1中上部，其上底面的直径不小于微型桩1的外径，其下底面焊接于加固钢筋上，其下底面的直径等于锥形钢板中部的直径。
设置定位环4后，可以保证微型桩1相对于保护外壳2的位置，保证微型桩1的姿态，避免微型桩1偏向两侧，影响内模板5与土体之间浇注混凝土时，混凝土的厚度，进而影响保护外壳2的厚度，避免桩基走形，通过设置定位环4，还可以方便提拉内模板5，使其易于脱离混凝土。
实施例三
实施例三为预制方式，具体步骤如下：
内模板5预制：
裁剪压型钢板成扇形，
将扇形压型钢板焊接成锥形；
在锥形钢板内壁上、中、下的截面上利用钢筋加固。
保护外壳2预制：
取一倒锥形模板在其内腔沿内壁铺设钢筋并绑扎形成锥形的钢筋笼；
在钢筋笼上面放入内模板5；钢筋笼与内模板5之间确保有20mm的距离；
在钢筋笼与内模板5之间浇注混凝土，形成具有钢筋笼外壳的保护外壳2。
缓冲体3预制：
在保护外壳2内插入圆柱模具7；圆柱模具7的直径≥微型桩1的直径，且圆柱模具7的直径小于保护外壳2较小底面的直径，避免圆柱模具7直接与保护外壳2接触；
在保护外壳2和圆柱模具7之间浇注缓冲材料；
待凝固后，取出圆柱模具7。
施工时，微型桩1通过打桩机直接打入土中；
开挖微型桩1桩基上部土体呈锥形基坑；
在微型桩1桩基上部刷粘结剂；
然后将预制成型一体连接的缓冲体3和保护外壳2套入微型桩1上部，使其位于锥形基坑内；
最后进行适当的土体回填。
采用预制的方式是因为工厂养护条件更好，尤其是可以做蒸汽养护，强度更高，效果更好。
本发明的微型桩1桩基的预制模具，如图4所示，包括：
一外模板6，为中空且上大下小的锥形体；
一钢筋笼，由多条钢筋绑扎而成，铺设于外模板6内壁，其形状与外模板6一致；
一内模板5，为中空且上大下小的锥形体，位于钢筋笼内部；
一定位环4，焊接于内模板5的中部，由多条钢筋焊接而成，呈中空且上小下大的锥形体，用于施工时微型桩1穿过并对微型桩1定位；
一圆柱模具7，垂直贯穿外模板6、定位环4、钢筋笼和内模板5设置；
其中，外模板6、定位环4、钢筋笼和内模板5的轴线相互重合，钢筋笼与内模板5之间的区域用于浇注混凝土形成保护外壳2，内模板5与圆柱模具7之间的区域用于浇注缓冲材料形成缓冲体3。绕内模板5内壁一周焊接有对条加强筋8，其中位于内模板5中部的加强筋8用于焊接定位环4。外模板6、定位环4、钢筋笼和内模板5均为圆锥体，其中，外模板6的上底面直径为1-1.5m，其下底面直径大于微型桩1桩径，其高为2-4m。钢筋笼与内模板5之间的距离为20mm。
通过设置定位环4，使得内模板5易于拉出，并对整个模具的姿态进行调整，可以保证圆柱模具7相对于外模板6的位置，避免圆柱模具7偏向两侧，影响内模板5与外模板6之间浇注混凝土时，混凝土的厚度，进而影响保护体的厚度，以及影响内模板5与圆柱模具7之间浇注缓冲材料时，进而影响形成缓冲体3的厚度。
内模板5由以下步骤制得：
步骤1：裁剪压型钢板成扇形；
步骤2：将扇形压型钢板焊接成锥形即制得内模板5；
步骤3：在内模板5上、中、下部位处、绕内模板5内壁焊接钢筋进行加固，其中位于中部为加强筋8；
步骤4：在内模板5的中部加强筋8上焊接定位环4，定位环4由多条钢筋焊接而成，呈中空且上小下大的锥形体，保证定位环4和内模板5的轴线相互重合。
外模板6由以下步骤制得：
步骤1：裁剪压型钢板成扇形；
步骤2：将扇形压型钢板焊接成锥形。
利用压型钢板制作内模板5和外模板6，由于压型钢板载荷较大，制作得到的内模板5和外模板6经济性更好，不用在对内模板5和外模板6的轴向荷载力进行处理和加工，而且压型钢板内壁具有凹槽，就会增大混凝土和缓冲材料与对应外模板6和内模板5之间的接触面积，增大粘结面积，进而粘结力较好，而且当外模板6为压型钢板时，会增大其与土体的接触面积，增大抗滑力。
本发明还公开了用于微型桩以抵御膨胀土保护体模具的制作方法，由以下步骤组成：
步骤1：在外模板6内腔沿内壁铺设钢筋并绑扎形成锥形的钢筋笼；
步骤2：将内模板5连同定位环4放置于钢筋笼内；
步骤3：将圆柱模具7贯穿垂直插入定位环4和内模板5中心；
步骤4：在钢筋笼与内模板5之间浇注混凝土；
步骤5：待混凝土凝结成板后，通过提拉定位环4取出内模板5，形成具有钢筋笼外壳的保护外壳2；
步骤6：在保护外壳2与圆柱模具7之间浇注缓冲材料，凝固完成形成一体连接的由保护外壳2和缓冲体3组成的保护体；
步骤7：待缓冲材料凝结后，取出圆柱模具7和外模板6，即得可抵御膨胀土地基的保护体。
由本发明的模具制作出来的保护体呈中空且上大下小的锥形体，土体的变形位移由潜到深呈递减的趋势，对应的缓冲体3厚度由潜到深也呈递减趋势，保护外壳2的具体深度由土层受扰动的深度决定，一般在1.5-2.0m，最大深度4m，因此保护外壳2为圆锥体，圆锥体的高为2-4m，底面半径为1-1.5m，保护外壳2的壁厚为50-100mm。
通过本发明的模具生产出来的保护体，尺寸、姿态和形状均一，适合大规模的生产，而现浇方式生产的保护体，操作难度大，尺寸不均一，施工时间长，人力成本高，不适合大面积使用。
本发明的用于微型桩以抵御膨胀土保护体模具的使用方法，由以下步骤组成：
步骤1：微型桩1通过打桩机直接打入土中；
步骤2：开挖微型桩1桩基上部土体呈锥形基坑；
步骤3：在微型桩1桩基上部刷粘结剂；
步骤4：将预制的保护体贯穿套入微型桩1上部，使得保护体位于锥形基坑内；
步骤5：最后进行适当的土体回填。
Claims (5)
1.一种抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，其特征在于，所述微型桩桩基包括：
一微型桩（1），其下端为实心锤形柱；
一混凝土制的保护外壳（2），呈中空且上大下小的锥形体，套设于所述微型桩（1）的上半段，及；
一钢筋笼，由多条钢筋绑扎而成，位于所述保护外壳（2）外壁，其形状与所述保护外壳（2）一致；
一缓冲体（3），填充在所述微型桩（1）与保护外壳（2）之间；
其中，所述缓冲体（3）用于通过有限变形吸收表层土对保护外壳（2）的挤压；
施工方法由以下步骤组成：
所述微型桩（1）通过打桩机直接打入土中；
开挖所述微型桩（1）桩基上部土体呈锥形；
将绑扎好的钢筋笼套入所述微型桩（1）中上部使得钢筋笼位于呈锥形的土体表面或者在呈锥形的土体表面铺设钢筋并绑扎形成贴合土体的锥形钢筋笼；
将内模板（5）套入所述微型桩（1）中上部；
在所述内模板（5）与钢筋笼之间浇注混凝土；
取出所述内模板（5），形成具有钢筋笼外壳的保护外壳（2）；
在所述微型桩（1）桩壁上涂抹粘结剂；
在所述保护外壳（2）与微型桩（1）之间倒入缓冲材料，凝固完成形成一体连接的保护外壳（2）和缓冲体（3）；
适当的土体回填。
2.根据权利要求1所述的一种抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，其特征在于，所述保护外壳（2）为圆锥体。
3.根据权利要求2所述的一种抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，其特征在于，所述圆锥体的高为2-4m，底面半径为1-1.5m，保护外壳（2）的壁厚为50-100mm。
4.根据权利要求1所述的一种抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，其特征在于，所述微型桩（1）为钢管混凝土桩，其外圆直径为150-200mm。
5.根据权利要求1所述的一种抵御膨胀土地基不良工程特性的微型桩桩基的施工方法，其特征在于，所述缓冲体（3）由缓冲材料凝结而成，所述缓冲材料为吸水海绵或聚苯乙烯泡沫塑料。
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