CN110424378B - 处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于处治桩端隐伏溶洞桩基的应力分散套叠钢管桩，它通过多层钢管分别传递竖向荷载，增大单桩在地基中的应力扩散范围以提高承载力，同时使用防腐土工布袋将穿越溶洞部分钢管进行注浆包裹，以保证其抗腐蚀能力并增强其承载力。本发明有效提高了用于处治桩端隐伏溶洞桩基的补强桩的单桩承载力，而且质量稳定可控，长期抗腐蚀性能强，施工方便，性价比高，是一种高效处治桩端隐伏溶洞桩基的应力分散套叠钢管桩。
Description
技术领域
本发明涉及桩基设计领域，特别涉及钢管桩。本发明还涉及降阻防腐涂层材料领域。
背景技术
工程中即便在勘察设计以及施工阶段采取多种措施，如逐桩钻探、一桩多钻、施工现场实地观测判断，仍难以避免在施工完成后发现桩基底部持力层夹存溶洞的情况。因此对这种桩基采取补救措施就显得尤为重要。
以某桥梁桩基采用的钢管微桩为例【1】。钢管布置尽量紧凑,使之落在承台荷载传递范围之内。这种微型钢管桩是使用下述分布多根一定规格的钢管微桩穿过溶洞嵌入岩层中，作为两端的连接。
钢管微桩分布：钢管之间要有一定的间距,既保证嵌岩部分钢管壁有足够的摩擦力；又容许钻孔时桩孔有少量倾斜。由于纵桥向汽车荷载及汽车制动力产生较大的弯矩,纵桥向前后各布设2排抗弯钢管。进行非正常成孔时放孔准确率应控制在5‰,钻孔孔斜率应控制在1.5％,各钢管微桩钻孔径为130～110mm,为保证钢管微桩与岩层间有足够的摩擦力,孔深要求穿过土层、溶洞及其顶板,进入较完整中风化灰岩6m以上。并且有多少微桩就应该打多少孔。之后的步骤为压桩，灌浆和安装栓帽。
微型钢管桩具有小型可调性，高承载力性，抗冲击性能好，接头易于处理，运输方便，施工质量稳定等特点。但是有一个明显的缺点是单根承载力的有效长度有限，即每根桩只有嵌岩部分的端部与岩层摩擦力实现有效承载作用。在一定承载力下桩径越大,嵌岩桩侧摩阻力分布越均匀,嵌岩桩能把荷载传递至更深的岩层,桩径越小,摩阻力在桩身顶部集中,其传递的深度是有限的,在一定的深度处,摩阻力基本为0【2】。因而需要多桩，从而提供足够的承载力。但是多桩即需要对应打出多个孔，还要进行多次安装，这大大增加了施工成本，并且对原有桩基的破坏很严重，影响了建筑的稳定性。
此外，钢管穿过溶洞的部分，由于钢管与溶洞之间会产生间隙，而间隙处会产生水汽，滋生微生物等，容易对此处的钢管产生严重的腐蚀，这大大降低了钢管桩的稳定性和使用寿命。
背景材料：
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发明内容
本发明的目的是提供一种用于桩端隐伏溶洞的桩基承载力补强的钢管桩及其安装方法，其单孔桩的承载能力高，沉降量小，质量稳定可控，长期抗腐蚀性能强。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，包括相互套叠的钢管；临近的两个钢管，处于内侧的钢管两端均凸出处于外侧的钢管的两端；相邻钢管之间形成有间隙13；钢管中部均成形有与溶洞配合的第一注浆孔9；最外侧的钢管包裹有与溶洞18配合的防腐土工布袋11，第一注浆孔9处于防腐土工布袋11内；最外侧的钢管外套设有挡浆环12，挡浆环12处于防腐土工布袋11下方；最外侧的钢管中部还成形有第二注浆孔8，第二注浆孔8处于防腐土工布袋11上方。
进一步的改进，所述钢管顶部均成形有吊筋孔2，吊筋3穿过吊筋孔2将钢管悬挂固定；所述钢管伸入有注浆管7。
进一步的改进,第i-1层钢管和第i层钢管顶端之间的距离其中Qi为第i层钢管顶部所承受的荷载，li为第i层钢管的长度，Di为第i层钢管的外径，Ei为第i层钢管的弹性模量，Ai为第i层钢管不含空心部分的横截面积。
进一步的改进,第i层钢管与第i-1层钢管底端之间的距离Li＝3Di；其中Di为第i层钢管的外径；最外层钢管端部的嵌岩长度L1＝3D1，其中D1为最外层钢管的的外径。
进一步的改进，第i层钢管的壁厚其中Qi为第i层钢管顶部所承受的荷载，di为第i层钢管的公称直径，σp为第i层钢管的抗压强度。
进一步的改进，相邻钢管的重叠部分涂有降阻防腐涂料14；降阻防腐涂料14为添加质量分数为15％石墨粉的油漆涂料。
进一步的改进，所述石墨粉的径粒为30μm～50μm。
一种处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩的安装方法，包括如下步骤：
步骤一、通过吊筋3穿过相互套叠的钢管上的吊筋孔2；其中，临近的两个钢管，处于内侧的钢管两端均凸出处于外侧的钢管；相邻钢管之间形成有间隙13；钢管中部均成形有与溶洞配合的注浆管7；最外侧的钢管包裹有与溶洞18配合的防腐土工布袋11，第一注浆孔9处于防腐土工布袋11内；最外侧的钢管外套设有挡浆环12，挡浆环12处于防腐土工布袋11下；
步骤二、将相互套叠的钢管沉降到预先打出的超前钻孔1内；
步骤三、自注浆管7的顶部注入水泥浆，并且水泥浆最先从注浆管管口10处流出，自下而上填充到超前钻孔1的底部11以及相互套叠的钢管4、钢管5、钢管6等n层钢管之间的间隙13下部；接着水泥浆从第一注浆孔9处流出，直至将防腐土工布袋13完全填充，同时注浆管管口10处继续流出水泥浆，使得水泥浆继续向上填充相互套叠的钢管之间的间隙；然后水泥浆从第二注浆孔8处流出，将最外侧钢管4上部与超前钻孔1之间的空隙进行填充，同时注浆管管口10处继续流出水泥浆，使得水泥浆继续向上填充相互套叠的钢管之间的间隙；直至将超前钻孔1的顶部17完全充满，完成钢管桩的安装。
进一步的改进，所述水泥浆为微膨胀缓凝水泥浆。
采用上述应力分散的套叠钢管桩，可以使桩端隐伏溶洞的桩基承载力恢复甚至超过到设计值：每一层钢管都可以承受相当于一根同等规格的普通钢管桩所能承受的荷载，并将荷载扩散至其周围的土体。那么，理论上在合理钢管层数范围内，有多少层钢管套叠在一起，该套叠钢管桩的承载力就等同于多少与之根相同根数、相同规格的普通钢管桩的承载力。与此同时，由于钢管是提前预制的，质量可以有效地得到控制。由于荷载传递至各层钢管，使得应力不再集中于一根钢管，沉降也随之分摊至各层钢管，从而减少了沉降量。由于我们高规格的防腐设计，使得该钢管的使用寿命得到大大地延长，完全能够符合甚至超过现有的设计年限要求。因此，该套叠钢管桩成倍数地提升了单孔桩的承载力，减少了在桩端隐伏溶洞的桩基上的钻孔数量，有效降低了工程造价，更避免了桩端隐伏溶洞的桩基被废弃的严重后果，从而避免了资源的浪费。而高标准的防腐设计也使得使用年限得到极大的延长，可以取得良好的经济效益以及环保效果。
综上所述，该应力分散的套叠钢管桩是一种单孔桩承载能力高，沉降量小，质量稳定可控，成本较低的且长期抗腐蚀性能强的用于桩端隐伏溶洞的桩基承载力补强的套叠钢管桩。
附图说明
图1为本发明所提供的套叠钢管桩具体实施方式结构图；
图2为本发明所提供的套叠钢管桩俯视截面图。
其中，超前钻孔1；吊筋孔2；吊筋3；钢管4、钢管5、钢管6；注浆管7；第二注浆孔8；第一注浆孔9；注浆管管口10；防腐土工布袋11；挡浆环12；空隙13；降阻防腐涂料14；底部15；注浆16；顶部17；溶洞18。
具体实施方式
本发明的核心是为桩端隐伏溶洞的桩基提供一种高效的承载力补强钢管桩，其单孔桩承载能力高，沉降量小，质量稳定可控，长期抗腐蚀性能强。
为了使本技术领域的人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
如图1所示，套叠钢管桩顶部穿放吊筋的吊筋孔2是在各层钢管在其顶部的相同水平位置左右对称地各打一个直径为6～8毫米的小孔。
如图1所示，套叠钢管桩用的吊筋3采用直径4～6mm的铁丝。
如图1所示，套叠钢管桩直接通过发现桩端隐伏溶洞的超前钻孔1下放至桩端下部即可，无需额外钻孔。
如图1所示，各层钢管顶部之间的距离 进一步说明，如图2所示，其中Q2、Q3分别为第二层、第三层钢管顶部所承受的荷载，l2、l3分别为第二层、第三层钢管的长度，D2、D3分别为第2层、第3层钢管的外径，E2、E3分别为第二层、第三层钢管的弹性模量，A2、A3分别为第二层、第三层钢管不含空心部分的横截面积。
如图1所示，各层钢管下端部之间的距离L2＝3D2、L3＝3D3。进一步说明，如图2所示，其中D2、D3分别为第二层、第三层钢管的外径。
如图1所示，最外层钢管嵌岩长度L1＝3D1。进一步说明，如图2所示，其中D1为第一层钢管的外径。
如图1所示，套叠钢管桩外套的防腐布袋11仅套于外层钢管穿过溶洞的部分并略微向上向下延伸以便将外层钢管封闭包裹并粘结固定，主要抵抗溶洞内部水汽对钢管的侵蚀。
如图1所示，套叠钢管桩外套的防腐土工布袋11采用防腐土工织物袋。
如图1所示，套叠钢管桩各层钢管重叠部分的降阻防腐涂料14采用添加15％石墨粉粒径30μm～50μm的油漆涂料。
如图1所示，通过注浆管7填充水泥浆，水泥浆由注浆管管口10处开始注浆，水泥浆从超前钻孔1底部15向上填充，之后水泥浆从各层钢管间的空隙13开始上升；直至与第一注浆孔9同一水平位置时，水泥浆同时从注浆管管口10、第一注浆孔9处注浆；直至防腐土工布袋被水泥浆充满时，水泥浆同时从注浆管管口10、第二注浆孔8处注浆；直至相互套叠的钢管4、钢管5、钢管6等n层钢管之间的空隙13以及超前钻孔1的顶部17被水泥浆填充完全。
在计算每层钢管所要承受的最大荷载的时候，务必还要对该层钢管的稳定性进行分析，当稳定性不满足要求的时候，应当采用更高强度的或者更厚的钢管桩以满足稳定性的要求。
具体实施方式应当比对发明内容部分进行理解，以避免不必要的误解。另外，本例所述内容只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，包括相互套叠的钢管；其特征在于，临近的两个钢管，处于内侧的钢管两端均凸出处于外侧的钢管的两端；相邻钢管之间形成有间隙(13)；钢管中部均成形有与溶洞配合的第一注浆孔(9)；最外侧的钢管包裹有与溶洞(18)配合的防腐土工布袋(11)，第一注浆孔(9)处于防腐土工布袋(11)内；最外侧的钢管外套设有挡浆环(12)，挡浆环(12)处于防腐土工布袋(11)下方；最外侧的钢管中部还成形有第二注浆孔(8)，第二注浆孔(8)处于防腐土工布袋(11)上方；
第i层钢管与第i-1层钢管底端之间的距离Li＝3Di；其中Di为第i层钢管的外径；最外层钢管端部的嵌岩长度L1＝3D1，其中D1为最外层钢管的的外径，相邻钢管的重叠部分涂有降阻防腐涂料(14)。
2.如权利要求1所述的处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，其特征在于，所述钢管顶部均成形有吊筋孔(2)，吊筋(3)穿过吊筋孔(2)将钢管悬挂固定；所述钢管伸入有注浆管(7)。
3.根据权利要求1所述的处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，其特征在于，第i-
1层钢管和第i层钢管顶端之间的距离Hi-1=，其中Qi为第i层钢管顶部所承受
的荷载，li为第i层钢管的长度，Di为第i层钢管的外径，Ei为第i层钢管的弹性模量，Ai为第i
层钢管不含空心部分的横截面积。
4.根据权利要求1所述的处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，其特征在于，第i
层钢管的壁厚δi=，其中Qi为第i层钢管顶部所承受的荷载，di为第i层钢管的公称直
径，σp为第i层钢管的抗压强度。
5.根据权利要求1所述的处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，其特征在于，降阻防腐涂料(14)为添加质量分数为15％石墨粉的油漆涂料。
6.根据权利要求5所述的处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩，其特征在于，所述石墨粉的径粒为30μm～50μm。
7.一种处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过吊筋(3)穿过相互套叠的钢管上的吊筋孔(2)；其中，临近的两个钢管，处于内侧的钢管两端均凸出处于外侧的钢管；相邻钢管之间形成有间隙(13)；钢管中部均成形有与溶洞配合的注浆管(7)；最外侧的钢管包裹有与溶洞(18)配合的防腐土工布袋(11)，第一注浆孔(9)处于防腐土工布袋(11)内；最外侧的钢管外套设有挡浆环(12)，挡浆环(12)处于防腐土工布袋(11)下；
步骤二、将相互套叠的钢管沉降到预先打出的超前钻孔(1)内；
步骤三、自注浆管(7)的顶部注入水泥浆，并且水泥浆最先从注浆管管口(10)处流出，自下而上填充到超前钻孔(1)的底部(11)以及相互套叠的钢管(4)、钢管(5)、钢管(6)等n层钢管之间的间隙(13)下部；接着水泥浆从第一注浆孔(9)处流出，直至将防腐土工布袋(13)完全填充，同时注浆管管口(10)处继续流出水泥浆，使得水泥浆继续向上填充相互套叠的钢管之间的间隙；然后水泥浆从第二注浆孔(8)处流出，将最外侧钢管(4)上部与超前钻孔(1)之间的空隙进行填充，同时注浆管管口(10)处继续流出水泥浆，使得水泥浆继续向上填充相互套叠的钢管之间的间隙；直至将超前钻孔(1)的顶部(17)完全充满，完成钢管桩的安装。
8.如权利要求7所述的处治桩端隐伏溶洞的应力分散套叠钢管桩的安装方法，其特征在于，所述水泥浆为微膨胀缓凝水泥浆。
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