CN111719549A - 钢管水泥复合桩及其成桩方法和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢管水泥复合桩及其成桩方法和测试方法，该钢管水泥复合桩的成桩方法，包括：步骤S10，沿竖直方向将外层钢管打入土层；步骤S20，沿竖直方向对所述外层钢管内的土层进行钻孔，形成竖直桩孔；步骤S30，沿竖直方向将内层钢管下入竖直桩孔中，所述内层钢管的底部连接有封板，所述内层钢管的下端下入至所述外层钢管的下方；步骤S40，向所述竖直桩孔内灌注水泥，以形成位于所述外层钢管的下方且包围所述内层钢管的固井水泥环、和位于所述外层钢管与所述内层钢管之间的环空水泥环。通过本发明，缓解了现有技术中的桩基基础沉降与侧向韧性性能较差的技术问题。

Description

钢管水泥复合桩及其成桩方法和测试方法

技术领域

本发明涉及土木建筑的技术领域，尤其涉及一种钢管水泥复合桩及其成桩方法和测试方法。

背景技术

建筑行业中大型设备对于地基基础要求越来越高，尤其是分体式高精度大型设备对于基础沉降、侧向韧性性能提出了更高要求，需要桩基具有更大的承载能力和桩基础韧性。现有的桩基通常为钢筋混凝土结构，存在基础沉降与侧向韧性性能较差的问题，难以为大型设备提供稳定可靠的支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢管水泥复合桩及其成桩方法和测试方法，以缓解现有技术中的桩基基础沉降与侧向韧性性能较差的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种钢管水泥复合桩的成桩方法，包括：

步骤S10，沿竖直方向将外层钢管打入土层；

步骤S20，沿竖直方向对所述外层钢管内的土层进行钻孔，形成竖直桩孔；

步骤S30，沿竖直方向将内层钢管下入竖直桩孔中，所述内层钢管的底部连接有封板，所述内层钢管的下端下入至所述外层钢管的下方；

步骤S40，向所述竖直桩孔内灌注水泥，以形成位于所述外层钢管的下方且包围所述内层钢管的固井水泥环、和位于所述外层钢管与所述内层钢管之间的环空水泥环。

在优选的实施方式中，所述步骤S40包括：步骤S41，下入灌注管道，所述灌注管道位于所述竖直桩孔内，且位于所述内层钢管外；步骤S42，通过所述灌注管道向所述竖直桩孔内灌注水泥。

在优选的实施方式中，所述步骤S41中，下入至少两个所述灌注管道，两个所述灌注管道的下端均下入至所述竖直桩孔的底部，并且两个所述灌注管道关于所述竖直桩孔的轴线对称。

在优选的实施方式中，所述竖直桩孔的直径小于所述外层钢管的内径。

在优选的实施方式中，所述步骤S10中，通过捶打的方式将所述外层钢管打入土层。

在优选的实施方式中，所述外层钢管的外径范围为500mm～1200mm，壁厚范围为10mm～52mm；所述内层钢管的外径范围为240mm～500mm，壁厚范围为5mm～20mm。

在优选的实施方式中，所述外层钢管的外径为60mm，壁厚范围为25mm；所述内层钢管的外径范围为350mm，壁厚范围为10mm。

在优选的实施方式中，所述外层钢管的长度占所述竖直桩孔的长度比的范围为30％～60％。

本发明提供一种钢管水泥复合桩，采用上述的钢管水泥复合桩的成桩方法来施工成桩，所述钢管水泥复合桩包括：

外层钢管，其被沿竖直方向打入土层；

内层钢管，其沿竖直方向设于所述外层钢管内，所述内层钢管的外径小于所述外层钢管的内径，所述内层钢管的下端下入至所述外层钢管的下方；

固井水泥环，且位于所述外层钢管的下方且包围所述内层钢管的；

环空水泥环，其位于所述外层钢管与所述内层钢管之间。

本发明提供一种钢管水泥复合桩的测试方法，用于对上述的钢管水泥复合桩进行纵向加载测试，

步骤P10，施工所述钢管水泥复合桩；

步骤P20，布置纵向加载装置，所述纵向加载装置包括加载横梁、液压千斤顶和多个反力锚桩，多个所述反力锚桩围绕所述钢管水泥复合桩固定设置，所述加载横梁的两端分别与所述反力锚桩连接；所述液压千斤顶沿纵向设置，且分别与所述钢管水泥复合桩的桩头和所述加载横梁连接。

本发明的特点及优点是：

本发明提供的钢管水泥复合桩的成桩方法所施工成桩的钢管水泥复合桩，固井水泥环和环空水泥环，将外层钢管和内层钢管，与土层连接到一起，固井水泥环下方的土层对该钢管水泥复合桩进行支撑，固井水泥环桩身与侧方的土层之间能产生较大的侧摩阻，同时外层钢管的侧壁与土层之间能产生较大的侧摩阻，提高了该钢管水泥复合桩与土层之间连接的牢固性，有利于改善钢管水泥复合桩的基础沉降、侧向韧性性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的钢管水泥复合桩的结构示意图；

图2为图1所示的钢管水泥复合桩的施工成桩的步骤图；

图3为本发明提供的钢管水泥复合桩的成桩方法的示意图；

图4为本发明提供的钢管水泥复合桩的测试方法中的纵向加载装置的结构示意图；

图5为本发明提供的钢管水泥复合桩的测试方法的示意图。

附图标号说明：

10、外层钢管；20、内层钢管；31、环空水泥环；32、固井水泥环；33、底部水泥柱；40、封板；

50、土层；51、竖直桩孔；

60、纵向加载装置；61、反力锚桩；62、加载横梁；63、液压千斤顶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明提供了一种钢管水泥复合桩的成桩方法，如图1～图3所示，该成桩方法包括：步骤S10，沿竖直方向将外层钢管10打入土层50；步骤S20，沿竖直方向对外层钢管10内的土层50进行钻孔，形成竖直桩孔51；步骤S30，沿竖直方向将内层钢管20下入竖直桩孔51中，内层钢管20的底部连接有封板40，内层钢管20的下端下入至外层钢管10的下方；步骤S40，向竖直桩孔51内灌注水泥，以形成位于外层钢管10的下方且包围内层钢管20的固井水泥环32、和位于外层钢管10与内层钢管20之间的环空水泥环31。

该钢管水泥复合桩的成桩方法所施工成桩的钢管水泥复合桩，固井水泥环32和环空水泥环31，将外层钢管10和内层钢管20，与土层50连接到一起，固井水泥环32下方的土层50对该钢管水泥复合桩进行支撑，固井水泥环32桩身与侧方的土层50之间能产生较大的侧摩阻，同时外层钢管10的侧壁与土层50之间能产生较大的侧摩阻，提高了该钢管水泥复合桩与土层50之间连接的牢固性，有利于改善钢管水泥复合桩的基础沉降、侧向韧性性能。

该钢管水泥复合桩与常规混凝土灌注桩相比，具有更高的韧性、刚性、承载性能等，有助于提高建筑工程中桩基承载能力，降低作业成本。此类钢管水泥复合桩尤其适用于需要地表露出金属结构桩身的情况，比如需要与桩身进行焊接的梁、柱等结构，以满足建筑及机电行业中大中型设备、超重型设备对桩基础的高性能要求，尤其是对桩基沉降量、高承载力、高刚性、高强度、高抗弯性能等要求。具体地，灌入竖直桩孔51中的水泥可以为水泥浆或水泥砂浆。

在本发明的一实施方式中，步骤S40包括：步骤S41，下入灌注管道，灌注管道位于竖直桩孔51内，且位于内层钢管20外；步骤S42，通过灌注管道向竖直桩孔51内灌注水泥。灌注管道的上端连接泵车，由泵车通过灌注管道将水泥灌入竖直桩孔51内，直至上层清水排净，且水泥返至表面为止，抽出管道，待泥浆固结即可。

如图1所示，环空水泥环31的外径受到外层钢管10的内壁的限制。水泥注入竖直桩孔51后，水泥会携带土质上返，同时在外层钢管10的下方，水泥会向土层中扩散，所形成固井水泥环32的外部尺寸大于环空水泥环31，扩散至土层中的水泥与土质凝固到一起，所形成的固井水泥环32为水泥与土层混合的结构。

进一步地，步骤S41中，下入至少两个灌注管道，两个灌注管道的下端均下入至竖直桩孔51的底部，并且两个灌注管道关于竖直桩孔51的轴线对称。水泥由竖直桩孔51的底部开始灌入，水泥上返可以推出多余土壤，采用底部向上返浆的方式将水泥返至地面高度，待水泥自行凝固完成该钢管水泥复合桩施工。

步骤S10中，可以通过捶打的方式将外层钢管10打入土层50。在捶打之前，土层50中未设置容置外层钢管10的孔，外层钢管10在捶打力的作用下被打入土层50中，有利于使外层钢管10与土层50之间成成更紧密的配合结构。

外层钢管10可以为单节结构，也可以为多节结构。在外层钢管10为单节结构的情况下，将外层钢管10竖直设置，经过多次捶打可将外层钢管10打入土层50中的设定深度。在外层钢管10为多节结构的情况下，外层钢管10包括多节钢管节，相邻两节钢管节采用焊接的方式连接，可以将一节打入土层50后，再连接下一根钢管节以及捶打。现场锤打作业可以采用打桩机进行现场作业。进一步地，相邻两个钢管节中，上方的钢管节的下端设有桩舌，下方的钢管节的上端设有与桩舌配合的孔，桩舌插入该孔中，便于提高焊接的牢固性。

内层钢管20下入前在外层钢管10桩身内部进行钻孔，钻孔可采用钻井机或者旋挖机，优选地，采用旋挖机。钻孔至设计深度后，进行内层钢管20的下入作业。层钢管通过吊车吊装下放的方式进行下放作业，内层钢管20可以为多节结构，可在场地外预接，也可在下入过程中进行分节焊接作业，最终将内层钢管20连接到需要长度即可。设于内层钢管20的底部的封板40，可以防止灌注水泥过程中水泥流淌至内层钢管20内部，造成浪费；具体地，封板40可以采用焊接的方式与内层钢管20连接。

该钢管水泥复合桩的成桩方法采用打桩机、钻井机、泵车、吊车来施工，具有使用机具少、成本低、成桩简单和速度快的特点。

外层钢管10下入到土层50后，可以使用钻头来进行钻孔，优选地，钻头的钻孔范围的直径小于外层钢管10的内径，使得竖直桩孔51的直径小于外层钢管10的内径，以在钻孔过程中，钻头与外层钢管10之间预留有间隙，避免钻头损伤外层钢管10。灌注水泥时，水泥上返可实现带动竖直桩孔51中的多余土壤上返排出。

在本发明的一实施方式中，外层钢管10的外径范围为500mm～1200mm，壁厚范围为10mm～52mm；内层钢管20的外径范围为240mm～500mm，壁厚范围为5mm～20mm。优选地，外层钢管10的外径为60mm，壁厚范围为25mm；内层钢管20的外径范围为350mm，壁厚范围为10mm。

进一步地，述外层钢管10的长度占竖直桩孔51的长度比的范围为30％～60％。

实施例二

本发明提供一种钢管水泥复合桩，可以采用上述的钢管水泥复合桩的成桩方法来施工成桩，如图1所示，钢管水泥复合桩包括：外层钢管10、内层钢管20、固井水泥环32和环空水泥环31；外层钢管10被沿竖直方向打入土层50；内层钢管20沿竖直方向设于外层钢管10内，内层钢管20的外径小于外层钢管10的内径，内层钢管20的下端下入至外层钢管10的下方；固井水泥环32位于外层钢管10的下方且包围内层钢管20的；环空水泥环31位于外层钢管10与内层钢管20之间。

该钢管水泥复合桩中，固井水泥环32和环空水泥环31，将外层钢管10和内层钢管20与土层50连接到一起，固井水泥环32下方的土层50对该钢管水泥复合桩进行支撑，固井水泥环32桩身与侧方的土层50之间能产生较大的侧摩阻，同时外层钢管10的侧壁与土层50之间能产生较大的侧摩阻，提高了该钢管水泥复合桩与土层50之间连接的牢固性，有利于改善钢管水泥复合桩的基础沉降、侧向韧性性能，使该钢管水泥复合桩具有较大的承载力和侧向弯曲载荷承载能力。

如图2所示，在施工时，竖直桩孔51的深度大于内层钢管20的下入深度，竖直桩孔51的底面与内层钢管20的底面之间设有间隙，灌入的水泥在该间隙中形成底部水泥柱33，底部水泥柱33、固井水泥环32和环空水泥环31一起形成一体结构，有利于增强该钢管水泥复合桩与土层50的连接强度，提高该钢管水泥复合桩的承载力。

实施例三

本发明提供一种钢管水泥复合桩的测试方法，用于对上述的钢管水泥复合桩进行纵向加载测试，如图5所示，该测试方法包括：步骤P10，施工钢管水泥复合桩；步骤P20，布置纵向加载装置60，如图4所示，纵向加载装置60包括加载横梁62、液压千斤顶63和多个反力锚桩61，多个反力锚桩61围绕钢管水泥复合桩固定设置，加载横梁62的两端分别与反力锚桩61连接；液压千斤顶63沿纵向设置，且分别与钢管水泥复合桩的桩头和加载横梁62连接。该测试方法还包括步骤P30，纵向加载装置60对钢管水泥复合桩的桩头施加纵向加载。

该测试方法可以实现对上述钢管水泥复合桩进行纵向加载测试，测试侧向抗弯曲承载能力。采用反力锚桩61作为反力结构，采用液压千斤顶63压载的方式进行纵向加载，反力锚桩61作为反力基础来检测该钢管水泥复合桩的承载性能，反力锚桩61可以为钢板桩、钢管桩、复合桩或者锚桩。在现场，可以利用现场的桩基结构来作为反力锚桩61，在现场的桩基结构上方连接加载横梁62，连接到一起的加载横梁62与桩基机构作为实施纵向加载的反力结构，可以减少物料、设备的运输、进出场及吊装作业，并且相比于堆载重力块来提供反力的方式，该测试方法中的反力结构更加稳定，减少了吊装作业，降低了高处落物的危险。

如图4所示，将加载横梁62架设在需要检测的钢管水泥复合桩上方，加载横梁62与钢管水泥复合桩中间放置液压千斤顶63，采用液压站对液压千斤顶63进行加压从而将作用力加载至钢管水泥复合桩的桩头，钢管水泥复合桩的桩头安装用于检测桩头的沿纵向的沉降的位移传感器，桩头位移量达到预设的破坏条件时停止加载，可以了解该钢管水泥复合桩的极限承载力大小，便于对外层钢管10和内层钢管20的管径、壁厚和长度等参数进行设计。

加载横梁62与反力锚桩61之间可以采用焊接或者螺栓固定连接的方式来连接。反力锚桩61的数量可以为两根也可以大于两根。在反力锚桩61的数量为两根的情况下，两根反力锚桩61分布于钢管水泥复合桩的轴线的两侧，并且反力锚桩61的轴线与钢管水泥复合桩的轴线位于同一个平面；在反力锚桩61的数量大于两根的情况下，例如反力锚桩61的为四根，四根反力锚桩61呈正方形分布，纵向加载装置60还包括两根连接梁，连接梁沿水平方向设置，连接梁的两端分别与一根反力锚桩61的顶端连接，两根连接梁沿该正方形的两条对边分布，加载横梁62与连接梁相垂直，加载横梁62设于两根连接梁的下方且与连接梁抵接，连接梁可以对加载横梁62施加向下的压力。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，包括：

步骤S10，沿竖直方向将外层钢管打入土层；

步骤S20，沿竖直方向对所述外层钢管内的土层进行钻孔，形成竖直桩孔；

步骤S30，沿竖直方向将内层钢管下入竖直桩孔中，所述内层钢管的底部连接有封板，所述内层钢管的下端下入至所述外层钢管的下方；

步骤S40，向所述竖直桩孔内灌注水泥，以形成位于所述外层钢管的下方且包围所述内层钢管的固井水泥环、和位于所述外层钢管与所述内层钢管之间的环空水泥环。

2.根据权利要求1所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤S40包括：

步骤S41，下入灌注管道，所述灌注管道位于所述竖直桩孔内，且位于所述内层钢管外；

步骤S42，通过所述灌注管道向所述竖直桩孔内灌注水泥。

3.根据权利要求2所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤S41中，下入至少两个所述灌注管道，两个所述灌注管道的下端均下入至所述竖直桩孔的底部，并且两个所述灌注管道关于所述竖直桩孔的轴线对称。

4.根据权利要求1所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述竖直桩孔的直径小于所述外层钢管的内径。

5.根据权利要求1所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤S10中，通过捶打的方式将所述外层钢管打入土层。

6.根据权利要求1所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述外层钢管的外径范围为500mm～1200mm，壁厚范围为10mm～52mm；所述内层钢管的外径范围为240mm～500mm，壁厚范围为5mm～20mm。

7.根据权利要求6所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述外层钢管的外径为60mm，壁厚范围为25mm；所述内层钢管的外径范围为350mm，壁厚范围为10mm。

8.根据权利要求1所述的钢管水泥复合桩的成桩方法，其特征在于，所述外层钢管的长度占所述竖直桩孔的长度比的范围为30％～60％。

9.一种钢管水泥复合桩，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的钢管水泥复合桩的成桩方法来施工成桩，所述钢管水泥复合桩包括：

外层钢管，其被沿竖直方向打入土层；

内层钢管，其沿竖直方向设于所述外层钢管内，所述内层钢管的外径小于所述外层钢管的内径，所述内层钢管的下端下入至所述外层钢管的下方；

固井水泥环，且位于所述外层钢管的下方且包围所述内层钢管的；

环空水泥环，其位于所述外层钢管与所述内层钢管之间。

10.一种钢管水泥复合桩的测试方法，用于对权利要求9所述的钢管水泥复合桩进行纵向加载测试，其特征在于，

步骤P10，施工所述钢管水泥复合桩；

步骤P20，布置纵向加载装置，所述纵向加载装置包括加载横梁、液压千斤顶和多个反力锚桩，多个所述反力锚桩围绕所述钢管水泥复合桩固定设置，所述加载横梁的两端分别与所述反力锚桩连接；所述液压千斤顶沿纵向设置，且分别与所述钢管水泥复合桩的桩头和所述加载横梁连接。

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