CN110219323A - 一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法，包括桩体、位于桩体内部的钢筋笼，还包括承台，承台上表面设置环形的套筒，承台内设置若干预置筋，预置筋从套筒内部的承台上表面伸出，若干伸出的预置筋与钢筋笼底端的主筋一一正对；预置筋的顶端设置插口，钢筋笼上的主筋的底端设置与插口相匹配的插入部，每个插入部均插入至对应的插口中；插入部与插口的连接处还设置保护套；承台上设置若干通孔，通孔与预置筋互不干涉。本发明的目的在于提供一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法，以解决现有技术中扩底抗浮桩底部受剪切破坏影响的问题，实现降低扩底抗浮桩受剪切应力的破坏、提高抗浮桩强度目的。
Description
技术领域
本发明涉及抗浮桩领域，具体涉及一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法。
背景技术
抗浮桩不同于一般的基础桩，有其自身的独特性能，与一般基础桩的最大区别在于：基础桩通常为抗压桩，桩体承受建筑荷载压力，受力自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着建筑荷载的变化而变化；而抗浮桩则为抗浮桩，桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化，但两者受力机制恰好相反。
抗浮桩作为当今主流的抗浮措施，因为其经济、高效、便捷等优势得到广泛使用：用作承受上拔荷载的建筑物基础，如桥墩的锚桩、海洋石油钻井平台的基础；也用作特殊地质条件下或结构位置的建筑物基础，如膨胀土或冻土地基、受地下水控制的软土地基等。扛把子按截面形状进行分类，可以分为等截面抗浮桩和扩底抗浮桩。传统意义上的等截面抗浮桩，其抗拔能力十分有限，因此为了提高抗拔能力，通常将桩作成非等截面形式，通常为扩底桩。其主要目的是使桩体不仅能发挥桩土间侧摩阻力，而且还能充分发挥扩底部分的扩孔阻力。
但是对于扩底抗浮桩而言，现有技术中长期受到剪切破坏的困扰。剪切破坏的原理为：在集中力作用下，在扩底抗浮桩的底板内引起正应力和剪应力，在集中力周围合成较大的主拉应力，当主拉应力超过桩身混凝土的抗拉强度时，则开始在集中力周围产生斜裂缝，斜裂缝发展形成锥体或斜截面等三维空间内的破坏。如附图1所示，图1中箭头方向表示受力方向，可以看出现有的扩底抗浮桩底部扩底形成的台阶结构是引起剪切破坏的主因。但是对此，现有技术中还没有有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法，以解决现有技术中扩底抗浮桩底部受剪切破坏影响的问题，实现降低扩底抗浮桩受剪切应力的破坏、提高抗浮桩强度目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于软土地基中的抗浮桩结构，包括桩体、位于桩体内部的钢筋笼，还包括承台，承台上表面设置环形的套筒，承台内设置若干预置筋，所述预置筋从套筒内部的承台上表面伸出，若干伸出的预置筋与钢筋笼底端的主筋一一正对；所述预置筋的顶端设置插口，所述钢筋笼上的主筋的底端设置与所述插口相匹配的插入部，每个插入部均插入至对应的插口中；插入部与插口的连接处还设置保护套；所述承台上设置若干通孔，所述通孔与预置筋互不干涉。
现有技术中在集中力作用下，在扩底抗浮桩的底板内引起正应力和剪应力，在集中力周围合成较大的主拉应力，当主拉应力超过桩身混凝土的抗拉强度时，则开始在集中力周围产生斜裂缝，斜裂缝发展形成锥体或斜截面等三维空间内的破坏。如附图1所示，图1中箭头方向表示受力方向，可以看出现有的扩底抗浮桩底部扩底形成的台阶结构是引起剪切破坏的主因。为此，本申请首先提出一种用于软土地基中的抗浮桩结构，桩体内部设置钢筋笼是为了提高桩体自身的结构强度。本申请设置承台作为扩底抗浮桩的扩底部分，承台上的套筒对钢筋笼底部进行包围，避免软质土体堆积在钢筋笼底部，同时便于钢筋笼的整体下放。钢筋笼下放至预置筋上，使得每个插入部均插入至对应的插口中，实现钢筋笼与预置筋的完全对接。预置筋预埋在承台内，其上端从承台上表面伸出，因此当预置筋与钢筋笼对接后，上方传来的正应力通过钢筋笼传递至预置筋，借由预置筋传递至承台内部。由于承台上设置若干通孔，因此下方传来的浮力仅仅作用在承台未设置通孔的部分，大量的通孔处都不会有浮力向上进行剪切，因此正应力和剪应力合成的主拉应力显著降低，剪切效应明显减弱，从而确保主拉应力不会超过桩身混凝土的抗拉强度。此外承台内由于有预置筋的存在，承台自身的结构强度能够得到有效的保证，因此通过预置筋的设置克服了开设若干通孔带来的强度损失。通孔与预置筋互不干涉，即是任意预置筋都不会从任意通孔内穿过，确保预置筋全部有效预埋在承台内部实心部位。本结构摒弃了现有技术中扩底抗浮桩底部扩底形成的台阶结构，仅仅通过承台来进行扩底，解决了现有技术中扩底抗浮桩底部受剪切破坏影响的问题，通过承台保证了扩底效果，同时实现了降低扩底抗浮桩受剪切应力的破坏、提高抗浮桩强度目的。其中，钢筋笼由主筋与绕筋组成，钢筋笼上的主筋即是平行于轴线方向的钢筋。
进一步的，所述承台包括外框、中心圆环，所述套筒固定在中心圆环上，所述预置筋从中心圆环上伸出，若干预置筋在中心圆环上呈环形发散状分布；还包括固定连接外框与中心圆环的连接部，所述预置筋与连接部一一对应，所述预置筋远离中心圆环的一端位于对应的连接部内。本方案中，外框作为承台的边界，中心圆环位于外框内部，外框与中心圆环之间通过若干连接部进行固定连接。本方案中的承台仅仅由上述三个部分构成，没有其余多余部分，剩余的位置均为通孔，即是中心圆环内部就是一个通孔，外框、连接部、中心圆环还围绕形成若干通孔，从而在承台上自动形成大量的不会承受下方浮力的通孔结构。预置筋与连接部一一对应，所述预置筋远离中心圆环的一端位于对应的连接部内。更优选的，连接部呈杆状，连接部的外径为预置筋外径的两到三倍，从而在确保连接部对预置筋的有效包覆的同时，尽可能的增大通孔面积、降低剪切效应。
优选的，所述承台、套筒均为预制混凝土结构。承台与套筒由混凝土预制浇筑而成，便于提前布置预置筋，并在现场直接使用，减少现场浇筑量，降低工期与成本。
优选的，还包括固定在套筒顶部的限位板，限位板上设置若干环形分布的穿孔，若干穿孔与钢筋笼底端的主筋一一正对，钢筋笼底端的主筋分别从若干穿孔中穿过。通过限位板对钢筋笼下放过程中进行引导，确保钢筋笼稳定到底与预置筋进行对接。
优选的，所述穿孔与所述保护套一一正对。保护套对预置筋与钢筋笼的对接处提供物理保护，避免软土进入插口内造成堵塞，同时确保浇筑混凝土能够充填插口与插入部之间的缝隙。穿孔与保护套一一正对，从而使得钢筋笼通过限位板后，只需直线下放即可稳定的与预置筋完成对接，显著提高本结构的安装方便程度。
优选的，所述保护套包括上下分布的扩径部、安装部，所述安装部与预置筋的顶端螺纹连接，所述扩径部的内径大于钢筋笼上主筋的外径。在现场灵活的对保护套进行安装，避免运输过程中保护套受损。保护套通过安装部与预置筋顶端进行螺纹连接即可。扩径部的内径大于钢筋笼上主筋的外径，使得预置筋与钢筋笼的主筋对接后，扩径部与主筋之间还具有间隙，通过该间隙便于后期现浇混凝土时，混凝土能够充分进入插口内，充填插口与插入部之间的缝隙，提高浇筑完成后抗浮桩的整体性，避免丰水期地下水位上升时钢筋笼被顶起、脱离与预置筋之间的对接。
用于软土地基中的抗浮桩结构的丰水期施工方法，包括以下步骤：
(a)开挖基坑，基坑尺寸需能够容纳承台；
(b)起吊承台，置于基坑底部；
(c)竖直起吊钢筋笼，使钢筋笼底端的主筋上的插入部均插入至对应的预置筋顶端的插口中；
(d)在钢筋笼外设置模板，回填模板外侧的基坑；
(e)向模板内浇筑混凝土，浇筑完成后取出模板，侯凝。
本方法除了实现前述有益效果外，由于承台上若干通孔的存在，在浇筑混凝土时，混凝土还能够通过承台上的通孔灌注至承台下方与侧面，从而提高承台与地基之间的连接稳定性，因此本方法特别适用于软土地基内的抗浮桩施工。
此外，传统的扩底结构在丰水期施工时，强行压住地下水，地下水液面上涨受阻，会使得抗浮桩在浇筑过程中始终处于上抬状态，不利于现浇过程中的混凝土稳定，也不利于保证成桩质量。本方法由于承台上有若干通孔的存在，地下水水位上涨时能够直接通过通孔漫至承台上方，便于在浇筑前进行抽水排放，地下水能够轻易漫过承台，因此避免了丰水期地下水对抗浮桩的上抬效应，显著提高了丰水期施工的工程质量。
优选的，还包括固定在套筒顶部的限位板，钢筋笼下放过程中，使每根主筋各从一个限位板上的穿孔中穿过。
优选的，所述预置筋预埋在承台内，所述承台由混凝土预制而成。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法，摒弃了现有技术中扩底抗浮桩底部扩底形成的台阶结构，仅仅通过承台来进行扩底，下方传来的浮力仅仅作用在承台未设置通孔的部分，大量的通孔处都不会有浮力向上进行剪切，因此正应力和剪应力合成的主拉应力显著降低，剪切效应明显减弱，从而确保主拉应力不会超过桩身混凝土的抗拉强度。此外承台内由于有预置筋的存在，承台自身的结构强度能够得到有效的保证，因此通过预置筋的设置克服了开设若干通孔带来的强度损失，解决了现有技术中扩底抗浮桩底部受剪切破坏影响的问题，通过承台保证了扩底效果，同时实现了降低扩底抗浮桩受剪切应力的破坏、提高抗浮桩强度目的。
2、本发明一种用于软土地基中的抗浮桩结构及其丰水期施工方法，由于承台上若干通孔的存在，在浇筑混凝土时，混凝土还能够通过承台上的通孔灌注至承台下方与侧面，从而提高承台与地基之间的连接稳定性，因此本方法特别适用于软土地基内的抗浮桩施工。
3、传统的扩底结构在丰水期施工时，强行压住地下水，地下水液面上涨受阻，会使得抗浮桩在浇筑过程中始终处于上抬状态，不利于现浇过程中的混凝土稳定，也不利于保证成桩质量。本方法由于承台上有若干通孔的存在，地下水水位上涨时能够直接通过通孔漫至承台上方，便于在浇筑前进行抽水排放，地下水能够轻易漫过承台，因此避免了丰水期地下水对抗浮桩的上抬效应，显著提高了丰水期施工的工程质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有的扩底抗浮桩底部受力示意图；
图2为本发明具体实施例的结构示意图；
图3为本发明具体实施例下放钢筋笼过程中的示意图；
图4为本发明具体实施例中承台的正视图；
图5为本发明具体实施例中预置筋和钢筋笼的主筋连接处的示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-桩体，2-钢筋笼，3-承台，301-外框，302-中心圆环，303-连接部，4-预置筋，5-套筒，6-插口，7-插入部，8-保护套，801-扩径部，802-安装部，9-通孔，10-限位板，11-穿孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图2至图5所示的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，包括桩体1、位于桩体1内部的钢筋笼2，其特征在于，还包括承台3，承台3上表面设置环形的套筒5，承台3内设置若干预置筋4，所述预置筋4从套筒5内部的承台3上表面伸出，若干伸出的预置筋4与钢筋笼2底端的主筋一一正对；所述预置筋4的顶端设置插口6，所述钢筋笼2上的主筋的底端设置与所述插口6相匹配的插入部7，每个插入部7均插入至对应的插口6中；插入部7与插口6的连接处还设置保护套8；所述承台3上设置若干通孔9，所述通孔9与预置筋4互不干涉。
本实施例中，所述承台3包括外框301、中心圆环302，所述套筒5固定在中心圆环302上，所述预置筋4从中心圆环302上伸出，若干预置筋4在中心圆环302上呈环形发散状分布；还包括固定连接外框301与中心圆环302的连接部303，所述预置筋4与连接部303一一对应，所述预置筋4远离中心圆环302的一端位于对应的连接部303内。
本实施例设置承台作为扩底抗浮桩的扩底部分，承台上的套筒对钢筋笼底部进行包围，避免软质土体堆积在钢筋笼底部，同时便于钢筋笼的整体下放。钢筋笼下放至预置筋上，使得每个插入部均插入至对应的插口中，实现钢筋笼与预置筋的完全对接。预置筋预埋在承台内，其上端从承台上表面伸出，因此当预置筋与钢筋笼对接后，上方传来的正应力通过钢筋笼传递至预置筋，借由预置筋传递至承台内部。由于承台上设置若干通孔，因此下方传来的浮力仅仅作用在承台未设置通孔的部分，大量的通孔处都不会有浮力向上进行剪切，因此正应力和剪应力合成的主拉应力显著降低，剪切效应明显减弱，从而确保主拉应力不会超过桩身混凝土的抗拉强度。此外承台内由于有预置筋的存在，承台自身的结构强度能够得到有效的保证，因此通过预置筋的设置克服了开设若干通孔带来的强度损失。通孔与预置筋互不干涉，即是任意预置筋都不会从任意通孔内穿过，确保预置筋全部有效预埋在承台内部实心部位。
本方案中的承台，中心圆环内部就是一个通孔，外框、连接部、中心圆环还围绕形成若干通孔，从而在承台上自动形成大量的不会承受下方浮力的通孔结构。预置筋与连接部一一对应，所述预置筋远离中心圆环的一端位于对应的连接部内。
更优选的，连接部呈杆状，连接部的外径为预置筋外径的两到三倍，从而在确保连接部对预置筋的有效包覆的同时，尽可能的增大通孔面积、降低剪切效应。
实施例2：
如图2至图5所示的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，在实施例1的基础上，所述承台3、套筒5均为预制混凝土结构。还包括固定在套筒5顶部的限位板10，限位板10上设置若干环形分布的穿孔11，若干穿孔11与钢筋笼2底端的主筋一一正对，钢筋笼2底端的主筋分别从若干穿孔11中穿过。所述穿孔11与所述保护套8一一正对。所述保护套8包括上下分布的扩径部801、安装部802，所述安装部802与预置筋4的顶端螺纹连接，所述扩径部801的内径大于钢筋笼2上主筋的外径。施工时，承台到位后再手动通过安装部旋入保护套。
实施例3：
如上述任一实施例中抗浮桩结构的丰水期施工方法，包括以下步骤：
(a)开挖基坑，基坑尺寸需能够容纳承台3；
(b)起吊承台3，置于基坑底部；
(c)竖直起吊钢筋笼2，使钢筋笼2底端的主筋上的插入部7均插入至对应的预置筋4顶端的插口6中；
(d)在钢筋笼2外设置模板，回填模板外侧的基坑；
(e)向模板内浇筑混凝土，浇筑完成后取出模板，侯凝。
更优选的实施方式是，还包括固定在套筒5顶部的限位板10，钢筋笼2下放过程中，使每根主筋各从一个限位板10上的穿孔11中穿过。所述预置筋4预埋在承台3内，所述承台3由混凝土预制而成。
传统的扩底结构在丰水期施工时，强行压住地下水，地下水液面上涨受阻，会使得抗浮桩在浇筑过程中始终处于上抬状态，不利于现浇过程中的混凝土稳定，也不利于保证成桩质量。本方法由于承台上有若干通孔的存在，地下水水位上涨时能够直接通过通孔漫至承台上方，便于在浇筑前进行抽水排放，地下水能够轻易漫过承台，因此避免了丰水期地下水对抗浮桩的上抬效应，显著提高了丰水期施工的工程质量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于软土地基中的抗浮桩结构，包括桩体(1)、位于桩体(1)内部的钢筋笼(2)，其特征在于，还包括承台(3)，承台(3)上表面设置环形的套筒(5)，承台(3)内设置若干预置筋(4)，所述预置筋(4)从套筒(5)内部的承台(3)上表面伸出，若干伸出的预置筋(4)与钢筋笼(2)底端的主筋一一正对；所述预置筋(4)的顶端设置插口(6)，所述钢筋笼(2)上的主筋的底端设置与所述插口(6)相匹配的插入部(7)，每个插入部(7)均插入至对应的插口(6)中；插入部(7)与插口(6)的连接处还设置保护套(8)；所述承台(3)上设置若干通孔(9)，所述通孔(9)与预置筋(4)互不干涉。
2.根据权利要求1所述的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，其特征在于，所述承台(3)包括外框(301)、中心圆环(302)，所述套筒(5)固定在中心圆环(302)上，所述预置筋(4)从中心圆环(302)上伸出，若干预置筋(4)在中心圆环(302)上呈环形发散状分布；还包括固定连接外框(301)与中心圆环(302)的连接部(303)，所述预置筋(4)与连接部(303)一一对应，所述预置筋(4)远离中心圆环(302)的一端位于对应的连接部(303)内。
3.根据权利要求1所述的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，其特征在于，所述承台(3)、套筒(5)均为预制混凝土结构。
4.根据权利要求1所述的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，其特征在于，还包括固定在套筒(5)顶部的限位板(10)，限位板(10)上设置若干环形分布的穿孔(11)，若干穿孔(11)与钢筋笼(2)底端的主筋一一正对，钢筋笼(2)底端的主筋分别从若干穿孔(11)中穿过。
5.根据权利要求4所述的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，其特征在于，所述穿孔(11)与所述保护套(8)一一正对。
6.根据权利要求1所述的一种用于软土地基中的抗浮桩结构，其特征在于，所述保护套(8)包括上下分布的扩径部(801)、安装部(802)，所述安装部(802)与预置筋(4)的顶端螺纹连接，所述扩径部(801)的内径大于钢筋笼(2)上主筋的外径。
7.基于权利要求1至6中任一所述的一种用于软土地基中的抗浮桩结构的丰水期施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)开挖基坑，基坑尺寸需能够容纳承台(3)；
(b)起吊承台(3)，置于基坑底部；
(c)竖直起吊钢筋笼(2)，使钢筋笼(2)底端的主筋上的插入部(7)均插入至对应的预置筋(4)顶端的插口(6)中；
(d)在钢筋笼(2)外设置模板，回填模板外侧的基坑；
(e)向模板内浇筑混凝土，浇筑完成后取出模板，侯凝。
8.根据权利要求7所述的抗浮桩结构的丰水期施工方法，其特征在于，还包括固定在套筒(5)顶部的限位板(10)，钢筋笼(2)下放过程中，使每根主筋各从一个限位板(10)上的穿孔(11)中穿过。
9.根据权利要求7所述的抗浮桩结构的丰水期施工方法，其特征在于，所述预置筋(4)预埋在承台(3)内，所述承台(3)由混凝土预制而成。
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