CN111395327B - 一种打旋单桩基础及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于单桩基础技术领域，公开了一种打旋单桩基础及其施工方法，根据不同基础就位场地土质条件，桩体外侧设置有倾斜状或螺旋状的打旋承载叶片，打旋承载叶片用于旋入地基；施工时，利用打桩设备进行打桩，打桩过程中桩体在打旋承载叶片与土体的相互作用下自动向下旋转入土。打旋承载叶片的断面面积较大，为基础提供较大的承载能力，因而可以减小桩体直径和长度，提高经济效益；基础打入过程中，桩体在打旋承载叶片的作用下自动旋转，且打旋承载叶片转动对土体有一定的剪切作用，使基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中，施工方便快捷。
Description
技术领域
本发明属于单桩基础技术领域，具体的说，是涉及一种新型的单桩基础及其施工方法。
背景技术
单桩基础桩体连接形式简单，热点应力小，具有较好的抗疲劳性。单桩基础承受的风机荷载、波浪和水流荷载通过桩体传递到深层土体中，单桩基础的水平承载力主要取决于桩周岩土体的水平抗力和桩本身所能提供的水平承载力，而提高单桩基础承载能力是亟待解决的问题。
传统单桩基础桩长较长，打桩过程需要接桩，且遇到工程地质条件比较特殊，覆盖层埋深较浅，覆盖层下为基岩时，由于传统的钢管桩无法嵌岩，难以满足抗拔、抗水平承载力要求，若采用嵌岩桩，需要进行土体开挖，基础施工复杂，效率降低。
发明内容
本发明着力于解决地基基础较硬时单桩基础打桩困难和地基软弱时单桩基础承载能力不足的技术问题，提供一种打旋单桩基础及其施工方法，能够提供较大承载能力，减小桩体直径和长度，施工方便快捷，提高经济效益，使单桩基础更好的应用于实际工程。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种打旋单桩基础，包括桩体，所述桩体外侧设置有倾斜状或螺旋状的打旋承载叶片，所述打旋承载叶片用于旋入地基。
进一步地，基础就位场地存在软弱土层，则基础在位状态下所述桩体对应于软弱土层所在位置的高度布置所述打旋承载叶片。
进一步地，基础就位场地存在硬土层，则所述桩体底部布置所述打旋承载叶片。
进一步地，所述桩体外侧通长布置所述打旋承载叶片。
进一步地，根据基础在位状态下所述打旋承载叶片对应土体土质情况，所述打旋承载叶片的宽度依据土体强度和桩体受力调整；
所述桩体的直径沿高度方向一致，所述打旋承载叶片外延宽度沿高度方向一致；
或者，所述桩体的直径沿高度方向变径，所述打旋承载叶片外延宽度沿高度方向变化，且所述打旋单桩基础的整体外延宽度沿高度方向一致；
或者，所述桩体的直径沿高度方向变径，所述打旋承载叶片外延宽度沿高度方向变化，所述打旋单桩基础的整体外延宽度沿高度方向变化。
进一步地，所述桩体外侧沿所述打旋承载叶片根部设置有叶片管道，所述叶片管道布置有多个叶片喷头。
进一步地，所述桩体在连接有所述打旋承载叶片的区段管壁内侧增厚，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道，所述桩侧管道布置有多个桩侧喷头。
一种上述打旋单桩基础的施工方法，利用打桩设备对打旋单桩基础进行打桩，打桩过程中所述桩体在所述打旋承载叶片与土体的相互作用下自动向下旋转入土。
进一步地，所述桩体外侧沿所述打旋承载叶片根部设置有叶片管道，所述叶片管道布置有多个叶片喷头；打桩过程中通过所述叶片喷头向土体喷水。
进一步地，述桩体在连接有所述打旋承载叶片的区段管壁内侧增厚，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道，所述桩侧管道布置有多个桩侧喷头；打桩过程中通过所述桩侧喷头向土体喷水，打旋单桩基础就位后通过所述桩侧喷头向土体喷浆。
本发明的有益效果是：
(一)本发明根据基础就位场地土质条件，在桩体外侧的不同高位置设置打旋承载叶片，打旋承载叶片的断面面积较大，为基础提供较大的承载能力，因而可以减小桩体直径和长度，提高经济效益；
(二)本发明可以在打旋承载叶片根部和与打旋承载叶片连接桩体侧壁内部布置管道和喷头，一方面在打桩过程中可向四周土体喷水，减小桩土侧模阻力；另一方面在位状态下喷浆，提高基础承载能力；
(三)本发明在基础打入过程中，随着打桩设备的锤击，桩体在打旋承载叶片的作用下自动旋转，且打旋承载叶片转动对土体有一定的剪切作用，使基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中，施工方便快捷。
附图说明
图1是采用倾斜状打旋承载叶片的打旋单桩基础的结构示意图；
图2是采用螺旋状打旋承载叶片的打旋单桩基础的结构示意图；
图3是图2中叶片管道和桩侧管道的布置示意图；
图4是图2的俯视图；
图5是实施例1所提供的打旋单桩基础的施工过程示意图；
图6是实施例3所提供的打旋单桩基础的结构示意图；
图7是实施例3所提供的打旋单桩基础的施工过程示意图；
图8是实施例4所提供的打旋单桩基础的结构示意图；
图9是实施例4所提供的打旋单桩基础的施工过程示意图。
上述图中：1、桩体；2、打旋承载叶片；3、叶片管道；4、桩侧管道；5、打桩锤；6、正常土层；7、岩石层；8、上软弱土层；9、较硬土层；10、下软弱土层；11、淤泥夹层。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图4所示，本发明公开了一种打旋单桩基础，主要包括桩体1和打旋承载叶片2，打旋承载叶片2可采用倾斜状或螺旋状，用于旋入地基中。桩体1为混凝土或钢制材料制成，入泥深度10～100m。根据不同基础就位场地土质条件，打旋承载叶片2布置在桩体1外侧的不同高度，或者通长布置在桩体1外侧。
若基础就位场地存在软弱土层，一般情况下，基础在位状态下桩体1对应于软弱土层所在位置的高度布置打旋承载叶片2，打旋承载叶片2旋入地基后提供主要的承载力，可使桩体1长度减小，施工方便。本发明所指的软弱土层包括但不限于处于软塑/流塑状态的黏性土层、处于松散状态的砂土层、未经处理的填土和其他高压缩性土层。
若基础就位场地存在难以打桩的强度较大硬土层，一般情况下，桩体1底部布置打旋承载叶片2，基础就位后桩体1底部落于硬土层顶部，打旋承载叶片2提供主要的承载力，可使桩体1不用插入硬土层，无需开挖施工，同时桩体1长度减小，施工方便。本发明所指的硬土层包括但不限于岩石层、粗砾石层、碎石层。
如图1所示，打旋单桩基础可采用倾斜状的打旋承载叶片2，多个倾斜状打旋承载叶片2围绕桩体1轴线均匀布置且倾斜方向一致，倾斜状打旋承载叶片2加工下料简单，加工速度快，制作周期短。优选地，每个倾斜状打旋承载叶片2为平面片体结构，其内侧贴合于桩体1表面焊接，其外侧平行于内侧与桩体1的相贯线，保证打旋承载叶片2沿程宽度一致。优选地，倾斜状打旋承载叶片2的数量为2～20个，倾斜角度30～150°，宽度0.1～10m，厚度1～200mm。更为优选地，倾斜状打旋承载叶片2的倾斜角度为45～135°，该范围内的倾斜角度可以更好的形成与土体相互作用模式，保证打旋承载叶片2更有利于剪切土体。
如图2所示，打旋单桩基础可采用螺旋状的打旋承载叶片2，至少一个螺旋状打旋承载叶片2围绕桩体1轴线均匀布置且旋向一致，螺旋状打旋承载叶片2可以有效减少打旋单桩基础下沉阻力，减少打旋过程的锤击能量和次数。优选地，螺旋状打旋承载叶片2的数量为1～20个，螺旋角度18～360°，宽度0.1～10m，厚度1～200mm。更为优选地，螺旋状打旋承载叶片2的螺旋角度为45～135°，该范围内的倾斜角度可以更好的形成与土体相互作用模式，保证打旋承载叶片2更有利于剪切土体。
打旋承载叶片2的叶片组件宽度可根据不同土层的土体强度和桩体1受力沿高度方向变化，土体较弱处叶片组件宽度较宽，土体较强处叶片组件宽度较窄。根据这种变化，桩体1的直径和打旋承载叶片2的外延宽度也可以有以下几种形式：1)桩体1的直径沿高度方向一致，打旋承载叶片2的外延宽度沿高度方向一致；一般适用于基础在位状态下，打旋承载叶片2所对应的土层土质均匀的情况。2)桩体1的直径沿高度方向变径，打旋承载叶片2的外延宽度沿高度方向变化，且打旋单桩基础整体的外延宽度沿高度方向一致；一般适用于基础在位状态下，打旋承载叶片2所对应的土层土质不均匀，且单桩基础整体直径受限的情况。3)桩体1的直径沿高度方向变径，打旋承载叶片2的外延宽度沿高度方向变化，打旋单桩基础的整体外延宽度沿高度方向变化；一般适用于基础在位状态下，打旋承载叶片2所对应的土层土质不均匀的情况。
进一步地，如图3和图4所示，桩体1沿打旋承载叶片2的根部可布置叶片管道3，叶片管道3上均匀间隔设置有多个朝向桩体1外部的叶片喷头。打桩过程中通过叶片喷头向四周土体喷水，以减小桩土侧摩阻力。
进一步地，如图3和图4所示，连接打旋承载叶片2的桩体1区段，其管壁向内侧增厚，该增厚区段的内壁环向均布有多个桩侧管道4，桩侧管道4上均匀间隔设置有多个朝向桩体1内部的桩侧喷头。打桩过程中通过桩侧喷头向四周土体喷水，以减小桩土侧摩阻力；基础就位后通过桩侧喷头喷浆，可增加土体承载能力。
本发明的打旋单桩基础在施工时，采用通用打桩设备(如打桩锤5)进行打桩，随着打桩锤5对桩体1的向下锤击作用力，桩体1在打旋承载叶片2与土体的相互作用下自动向下旋转入土，且桩体1转动过程打旋承载叶片2对地基有一定的剪切作用，扰动周围土体，使四周土体强度减弱，打旋单桩基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中。较为优选的情况，打桩过程中可以通过叶片管道3上的叶片喷头和桩侧管道4上的桩侧喷头向四周土体喷水，以减小桩土侧摩阻力。较为优选的情况，打旋单桩基础就位后通过桩侧管道4上的桩侧喷头喷浆，可增加土体承载能力。
打桩过程中，桩体1在打旋承载叶片2的带动下很容易进入地面，到位后由于打旋承载叶片2提供主要承载力，桩体1有效载荷面积比常规单桩的截面积要大许多，因此打旋单桩基础具有较大的承载能力。打旋单桩基础承载力较大，可使桩体1比常规单桩的桩长减小，施工方便，工程造价和安装成本低；由于打旋承载叶片2对土体有一定的剪切作用，因此施工过程可选用比常规单桩能量更小的打桩锤，减小安装成本。
实施例1
如图2至图4所示，本实施例公开了一种打旋单桩基础及其施工方法，其基础就位场地如下：入土以下0～36m为正常土层6，入土36m以下为岩石层7，考虑到岩石层7强度高，打桩困难，施工不便，因此桩体1入土深度为36m。根据场地情况，采用螺旋状的打旋承载叶片2布置在桩体1底部外侧，基础就位后桩体1底部落于硬土层顶部。截面面积大的打旋承载叶片2提供较大承载力，使桩体不用插入岩石层7，无需开挖施工，减小桩体长度，施工方便，安装成本低。
打旋单桩基础的桩体1采用钢结构，桩体总长68m，土层以上桩长32m，土层以上1m桩体直径8m，土层以上1m-26m桩体为变径段，变径段上截面直径6m，土层以上26m-32m为直径6m的直段；土层中桩体直径8m；桩体2壁厚60mm～75mm。根据场地情况，在桩体1底部(岩石层7上部)外侧布置打旋承载叶片2，打旋承载叶片2采用钢结构，四片打旋承载叶片3的旋向一致，厚度60mm，螺旋角度90°，高度8m，宽度2m。
打旋承载叶片3的根部布置叶片管道3，叶片管道3上均匀分布叶片喷头。桩体1底部和打旋承载叶片3连接区段的管壁内侧增厚，壁厚为200mm，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道4，桩侧管道4上均匀设置有多个桩侧喷头。
采用通用打桩锤5进行打桩，打桩过程中随着打桩锤5的锤击，桩体1在打旋承载叶片2的作用下自动旋转，且打旋承载叶片2转动对地基有一定的剪切作用，扰动周围土体，使四周土体强度减弱，打旋单桩基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中。叶片管道3的叶片喷头在桩体1旋入过程中喷水浸润土体。桩侧管道4的桩侧喷头在桩体1旋入过程中喷水，基础到位后喷浆。
实施例2
如图6至图7所示，本实施例公开了一种打旋单桩基础及其施工方法，其基础就位场地如下：入土深度0～6m为上软弱土层8，入土深度6m-30m为较硬土层9，入土深度30m-36m为下软弱土层10。根据场地情况，桩体1的上部外侧和下部外侧布置两层螺旋状的打旋承载叶片2，上层的打旋承载叶片2对应于基础在位状态下上软弱土层8所在位置的高度，下层的打旋承载叶片2对应于基础在位状态下上软弱土层10所在位置的高度，可以提高土体承载能力，减小桩体长度，施工方便，安装成本低。
打旋单桩基础的桩体1采用钢结构，桩体总长68m，土层以上桩长32m，土层以上1m桩体直径8m，土层以上1m-26m桩体为变径段，变径段上截面直径6m，土层以上26m-32m为直径6m的直段；土层中桩体直径8m；桩体2壁厚60mm～75mm。基础在位状态下，入土深度0～6m处对应桩体1的范围内布置上层的打旋承载叶片2、入土深度30m-36m处对应桩体1的范围内布置下层的打旋承载叶片2。打旋承载叶片2采用钢结构，上层和下层的打旋承载叶片2的旋向一致，厚度60mm，螺旋角度90°，高度6m，宽度2m。
打旋承载叶片3的根部布置叶片管道3，叶片管道3上均匀分布叶片喷头。桩体1底部和打旋承载叶片3连接区段的管壁内侧增厚，壁厚为200mm，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道4，桩侧管道4上均匀设置有多个桩侧喷头。
采用通用打桩锤5进行打桩，打桩过程中随着打桩锤5的锤击，桩体1在打旋承载叶片2的作用下自动旋转，且打旋承载叶片2转动对地基有一定的剪切作用，扰动周围土体，使四周土体强度减弱，打旋单桩基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中。叶片管道3的叶片喷头在桩体1旋入过程中喷水浸润土体。桩侧管道4的桩侧喷头在桩体1旋入过程中喷水，基础到位后喷浆。
实施例3
如图8至图9所示，本实施例公开了一种打旋单桩基础及其施工方法，其基础就位场地如下：泥面以下0～26m为正常土层6，泥面以下26m～36m为强度较弱的淤泥层12(属于软塑/流塑状态的黏性土层)。根据场地情况，采用螺旋状的打旋承载叶片2布置在桩体1底部外侧，可以提高土体承载能力，减小桩体长度，施工方便，安装成本低。
打旋单桩基础的桩体1采用钢结构，桩体总长70m，泥面以上桩长34m，泥面以上1m桩体直径8m，泥面上1m-28m桩体为变径段，变径段上截面直径6m，泥面上26m-32m为直径6m的直段；桩体2壁厚60mm～75mm。基础在位状态下，泥面以下0～12m为桩径8m的直段，泥面以下12m～26m为桩体变径段，桩体变径段下截面直径为4m，泥面下26m～36m为直径4m的直段，并在入泥深度26m～36m桩体1外侧设置打旋承载叶片3，打旋承载叶片3宽度2m，使泥面以下打旋单桩基础的外径保持一致。桩体1底部和打旋承载叶片3连接的区段进行缩径处理，可以达到对周围土体的扰动范围小，到位后注浆范围小的目的。
打旋承载叶片2采用钢结构，四片打旋承载叶片2旋向一致，厚度60mm，螺旋角度90°，高度8m。
打旋承载叶片3的根部布置叶片管道3，叶片管道3上均匀分布叶片喷头。桩体1底部和打旋承载叶片3连接区段的管壁内侧增厚，壁厚为200mm，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道4，桩侧管道4上均匀设置有多个桩侧喷头。
采用通用打桩锤5进行打桩，打桩过程中随着打桩锤5的锤击，桩体1在打旋承载叶片2的作用下自动旋转，且打旋承载叶片2转动对地基有一定的剪切作用，扰动周围土体，使四周土体强度减弱，打旋单桩基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中。叶片管道3的叶片喷头在桩体1旋入过程中喷水浸润土体。桩侧管道4的桩侧喷头在桩体1旋入过程中喷水，基础到位后喷浆。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种打旋单桩基础，包括桩体，其特征在于，所述桩体外侧设置有倾斜状或螺旋状的打旋承载叶片，所述打旋承载叶片用于旋入地基；多个所述倾斜状的打旋承载叶片围绕所述桩体轴线均匀布置且倾斜方向一致，至少一个所述螺旋状的打旋承载叶片围绕所述桩体轴线均匀布置且旋向一致；根据不同基础就位场地土质条件，所述打旋承载叶片布置在所述桩体外侧的不同高度，或者通长布置在所述桩体外侧；
所述桩体外侧沿所述打旋承载叶片根部设置有叶片管道，所述叶片管道布置有多个叶片喷头；所述桩体在连接有所述打旋承载叶片的区段管壁内侧增厚，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道，所述桩侧管道布置有多个桩侧喷头；打桩过程中所述叶片喷头和所述桩侧喷头用于向土体喷水；
打桩过程中随着打桩锤对桩体的向下锤击作用力，桩体在打旋承载叶片与土体的相互作用下自动向下旋转入土，且打旋承载叶片对地基有剪切作用，打旋单桩基础在自身扭力作用下逐渐转入强度减弱的土体中。
2.根据权利要求1所述的一种打旋单桩基础，其特征在于，基础就位场地存在软弱土层，则基础在位状态下所述桩体对应于软弱土层所在位置的高度布置所述打旋承载叶片。
3.根据权利要求1所述的一种打旋单桩基础，其特征在于，基础就位场地存在硬土层，则所述桩体底部布置所述打旋承载叶片。
4.根据权利要求1所述的一种打旋单桩基础，其特征在于，所述桩体外侧通长布置所述打旋承载叶片。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种打旋单桩基础，其特征在于，根据基础在位状态下所述打旋承载叶片对应土体土质情况，所述打旋承载叶片的宽度依据土体强度和桩体受力调整；
所述桩体的直径沿高度方向一致，所述打旋承载叶片外延宽度沿高度方向一致；
或者，所述桩体的直径沿高度方向变径，所述打旋承载叶片外延宽度沿高度方向变化，且所述打旋单桩基础的整体外延宽度沿高度方向一致；
或者，所述桩体的直径沿高度方向变径，所述打旋承载叶片外延宽度沿高度方向变化，所述打旋单桩基础的整体外延宽度沿高度方向变化。
6.一种如权利要求1-4中任一项所述打旋单桩基础的施工方法，其特征在于，利用打桩设备对打旋单桩基础进行打桩，打桩过程中所述桩体在所述打旋承载叶片与土体的相互作用下自动向下旋转入土。
7.根据权利要求6所述的一种打旋单桩基础的施工方法，其特征在于，所述桩体外侧沿所述打旋承载叶片根部设置有叶片管道，所述叶片管道布置有多个叶片喷头；打桩过程中通过所述叶片喷头向土体喷水。
8.根据权利要求6所述的一种打旋单桩基础的施工方法，其特征在于，所述桩体在连接有所述打旋承载叶片的区段管壁内侧增厚，该增厚区段的内壁环向均布有桩侧管道，所述桩侧管道布置有多个桩侧喷头；打桩过程中通过所述桩侧喷头向土体喷水，打旋单桩基础就位后通过所述桩侧喷头向土体喷浆。
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