CN112049158A - 一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于地下施工领域，具体涉及一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于，包括：抗拔桩复合钢筋笼，其包括抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁；复合锚索，复合锚索设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间，复合锚索由隔离体、设置在隔离体内的抗拔锚索组成，隔离体将腐蚀物和抗拔锚索隔开；钻孔底部设置扩头部；抗拔桩复合钢筋笼底部锚固端设置在扩头部内；填装物。本发明易入孔易施工、抗腐蚀、桩笼整体支撑性好、桩体底部抗拔承载性能强、桩顶不易破碎。

Description

一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩及其制备方法
技术领域
本发明属于地下施工领域，具体涉及一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩及其制备方法。
背景技术
主要有4种工程情况需要使用抗拔桩：工程所处位置地下水位较高，而工程上部覆土较薄或上部结构自重无法与地下水浮力进行抵消，这时在地下水浮力的作用下，工程结构部分或整体会受到上拔力，使建筑物发生向上的位移。这种情况多发生在建筑物的地下室，地下停车场等等。这时就需要设计抗拔桩来避免这些情况的出现。
工程结构在施工或后期使用过程中可能出现承受巨大水平荷载的情况，如桥台、挡土墙的斜桩等，高耸的构筑物，大型输电塔的墩基础亦是这种情况。
工程结构基础承受上部结构传来的过大的偏心弯矩，尤其是大偏心受力的情况，会使基础一部分承受压力，而另一部分承受拉力。这时就需设置抗拔桩来抵消这部分的向上的拉力，避免不均匀沉降的出现，影响工程结构的正常使用甚至对安全产生影响。海洋油气钻井平台，承受雪荷载、雨荷载反复作用的膜结构的基础。
地震烈度较高或建筑物重要性高需要考虑地震荷载作用建筑物的桩基，以及建筑物桩基所处区域内有膨胀土或者冻土存在。
现阶段常规抗拔桩都会遇到或造成以下问题：
(1)桩身混凝土全段均为受拉段，桩身易开裂使钢筋受到腐蚀从而抗拔失效，如裂缝控制不好，其耐久性和可靠性可能不能满足要求。尤其是桩顶位置在抗浮情况下经常是干湿交替的位置，腐蚀速度更快，并且因钢筋腐蚀进底板而造成底板涨裂漏水。
(2)为满足抗裂验算桩身钢筋笼的纵向受力钢筋根数多，成本高；拉力不能完全发挥，造成材料浪费；桩与基础连接处的防水易渗水漏水。
(3)泥浆护壁造成桩身侧摩阻力下降，影响承载力发挥。
(4)钢绞线直接制备的钢筋笼没有强度施工困难，钢绞线入孔过程中会搅乱无法放入孔底，需采用钢筋笼制备骨架，钢筋浪费且不发挥任何作用。
(5)抗拔桩为等截面时承载力稍显不足；采用扩底时底端因受力机理原因抗拔能力发挥不足。
发明内容
为了解决上述钢绞线入孔过程中会搅乱无法放入孔底，钢绞线容易被腐蚀、尤其是地下水进入混凝土因拉应力产生微小裂缝导致的腐蚀等问题，也为了让扩底桩真正发挥全部的抗拔承载力，本发明提供一种易入孔易施工、抗腐蚀、桩笼整体支撑性好、桩体底部抗拔承载性能强的扩底式预应力复合锚索抗拔桩及其制备方法。
一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，包括：
抗拔桩复合钢筋笼，其包括抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁；
复合锚索，复合锚索设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间，复合锚索由隔离体、设置在隔离体内的抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)组成，隔离体将腐蚀物和抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)隔开；
钻孔底部设置扩头部；
抗拔桩复合钢筋笼底部锚固端设置在扩头部内；
填装物。
进一步地，有二个以上复合锚索。
进一步地，相邻复合锚索在圆周上的间隔在20cm以上。
进一步地，填装物为注浆体。注浆体能够将抗拔桩笼、钻孔、扩头部内空间填满，从而承受土体的力。
进一步地，腐蚀物为腐蚀液、腐蚀固体、腐蚀气体中的一种或几种。
进一步地，抗拔锚索由有粘结段抗拔锚索和无粘结段抗拔锚索组成。桩身下部的有粘结段抗拔锚索为有粘结预应力钢绞线裸筋，桩身上部的无粘结段抗拔锚索为无粘结预应力钢绞线。
隔离体和抗拔锚索之间注入注浆体，注浆体与隔离体之间能够稳固结合；桩身下部的粘结段抗拔锚索和注浆体能够稳固结合；而桩身上部的无粘结段抗拔锚索，可提前施加预应力。
进一步地，抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)由2股钢绞线组成，3股钢绞线组成、4股钢绞线组成、5股钢绞线组成、6股钢绞线组成、7股钢绞线组成、8股钢绞线组成、9股钢绞线组成中的一种构成。
进一步地，钢绞线由有粘结预应力钢绞线裸筋和无粘结预应力钢绞线组成。桩身下部的粘结段抗拔锚索为有粘结预应力钢绞线裸筋，桩身上部的无粘结段抗拔锚索为无粘结预应力钢绞线。
进一步地，无粘结预应力钢绞线设置套管；无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:4至4:1。
进一步地，无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:3至3:1。
进一步地，无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:2至2:1。
进一步地，无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:1。
进一步地，套管为塑料套管。
进一步地，塑料套管为PPC套管或PVC套管。
进一步地，套管内和钢绞线的空隙注满具有防腐防水特殊材料。
进一步地，隔离体为钢管、波纹管或(其它材料)带肋结构管，钢管为普通钢管或特制钢管。
进一步地，抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由螺旋箍筋围绕组成。
进一步地，腐蚀液为土体层渗透水；扩头部由上部的扩口部和下部的扩大头组成。
一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩的制备方法：
步骤一：钻机取土呈钻孔；钻孔至桩底时采用特殊液压装置在钻孔底部进行扩孔形成扩头部；
步骤二：向钻孔中灌浆，同时提取钻机，让钻孔边缘形成泥浆护壁，保证不塌孔；
步骤三：向钻孔内伸入抗拔桩复合钢筋笼，保证沉桩至桩底；
进一步地，将抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁、设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间的隔离体、下部连接的锚固体一起放入钻孔内；其中锚固体设置在抗拔桩复合钢筋笼下部。
进一步地，接桩，在第一节复合锚索钢筋笼和第二节复合锚索钢筋笼之间采用焊接法或套筒连接，笼顶部用保护装置将隔离体封闭，避免杂物掉入。
步骤四：向钻孔内浇筑混凝土，形成抗拔桩的桩体；
步骤五：打开隔离体封闭口保护装置，将分好桩身下部的粘结段抗拔锚索(锚固段抗拔锚索)和桩身上部的无粘结段抗拔锚索(自由段的抗拔锚索)从桩顶分别放入隔离体内；
进一步地，将抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)由2股钢绞线组成，3股钢绞线组成、4股钢绞线组成、5股钢绞线组成、6股钢绞线组成、7股钢绞线组成、8股钢绞线组成、9股钢绞线组成中的一种构成。
进一步地，钢绞线由有粘结预应力钢绞线裸筋和无粘结预应力钢绞线组成。绞线上部分设置套管。
将分好桩身下部的粘结段抗拔锚索(锚固段抗拔锚索)和桩身上部的无粘结段抗拔锚索(自由段的抗拔锚索)放入隔离体内。
步骤六：从地面向隔离体内从底至顶依次灌入注浆体。
进一步地，注浆体为水泥浆液、水泥砂浆液或者无膨胀特种注浆粘结液中一种或几种。注浆体与隔离体之间能够稳固结合，桩身下部的有粘结段抗拔锚索和注浆体能够稳固结合，桩身上部的无粘结段抗拔锚索，可提前施加预应力。
本发明的有益效果：
该预应力抗拔桩桩身中，下段为集中受拉段，且桩径变大形成扩头部，抗拔性能更突出，上段为受压段。对于受拉段，因复合锚索由半粘结锚索、注浆体和隔离体(如钢管)组成，锚固端和锚固段锚索通过注浆体和隔离体将上拔力传递给桩身混凝土的过程中，三种材料自身有三个粘结面，从而实现了上拔力的部分变形协调，从而使桩身混凝土不会像常规抗拔桩在局部产生过大的拉应力而大规模开裂，即使部分混凝土因拉应力产生微小裂缝而使地下水进入桩身，由于下部桩身直径较大，地下水形成通道的可能性较小，且受力的钢绞线束由隔离体保护，不会受到地下水腐蚀。而上段为受压段，混凝土不会产生开裂现象。经过对比，钢绞线束+注浆体+隔离体组成的复合锚索，本身的抗拔力和造价之比高于普通钢筋，又不需要考虑抗裂问题而增加钢筋；同时由于下部桩身扩径后产生的复合抗拔破坏形式，以及桩身受压而产生正向的泊松效应，该抗拔桩的承载力远高于常规抗拔桩，因此可以实现更高的性价比，造价上相比常规现浇混凝土抗拔桩可降低30％-50％。由于采用预应力技术，上拔力受力初始区域为桩身下部，尤其采用本申请上部收口部下部平直部组成的扩头部能够承受更大的力，该技术使桩顶上拔位移在同样承载力作用下相比常规抗拔桩更小，因此，桩顶被破坏的可能性小，不易发生腐蚀进入腐蚀钢绞线的情况，更兼有隔离体护着防止侵蚀。
附图说明
图1为本发明的抗拔时的结构示意图；
图2为图1中抗拔桩中其中一根复合锚索局部放大示意图；
图3为图1的A-A截面的放大示意图；
图4为图3中复合锚索中钢绞线裸筋(无套管)的放大示意图；
其中：1：抗拔桩笼外壁，2：抗拔桩笼内壁，3：复合锚索，3-1：隔离体，3-2：抗拔锚索，3-3：注浆体，3-4：套管，4：加筋箍，5：保护层，6：上部固定部分，7：砼垫层，8：桩顶标高，9：土体，10：螺旋箍筋，11：钻孔，12：扩头部，12-1：扩口部，12-2：扩大头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，P为抗拔力；N为侧摩阻力。上部固定部分与抗拔桩上部固定，上部固定部分为承台或筏板；
一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，包括：抗拔桩复合钢筋笼，其包括抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁；复合锚索，复合锚索设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间，复合锚索由隔离体、设置在隔离体内的抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)组成，隔离体将腐蚀物和抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)隔开；钻孔底部设置扩头部；抗拔桩复合钢筋笼底部锚固端设置在扩头部内；填装物。填装物为注浆体。注浆体能够将抗拔桩笼、钻孔、扩头部内空间填满，从而承受土体的力。腐蚀物为腐蚀液、腐蚀固体、腐蚀气体中的一种或几种。
抗拔锚索由有粘结段抗拔锚索和无粘结段抗拔锚索组成。桩身下部的有粘结段抗拔锚索为有粘结预应力钢绞线裸筋，桩身上部的无粘结段抗拔锚索为无粘结预应力钢绞线。
隔离体和抗拔锚索之间注入注浆体，注浆体与隔离体之间能够稳固结合；桩身下部的粘结段抗拔锚索和注浆体能够稳固结合；而桩身上部的无粘结段抗拔锚索，可提前施加预应力。
进一步地，抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)由2股钢绞线组成，3股钢绞线组成、4股钢绞线组成、5股钢绞线组成、6股钢绞线组成、7股钢绞线组成、8股钢绞线组成、9股钢绞线组成中的一种构成。
进一步地，钢绞线由有粘结预应力钢绞线裸筋和无粘结预应力钢绞线组成。桩身下部的粘结段抗拔锚索为有粘结预应力钢绞线裸筋，桩身上部的无粘结段抗拔锚索为无粘结预应力钢绞线。
如其他实施方式所示，有二个以上复合锚索。相邻复合锚索在圆周上的间隔在20cm以上。
如其他实施方式所示，无粘结预应力钢绞线设置套管；无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:4至4:1。
进一步地，无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:3至3:1。
进一步地，无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:2至2:1。
如图2所示，无粘结预应力钢绞线(设置套管)与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:1。
图2为图1中抗拔桩中其中一根复合锚索局部放大示意图，为了清晰展示套管，套管外的注浆体未示出。图3、图4为钢绞线裸筋未带套管的情形。
调节不同的设置套管与未设置套管的比例能够调节钢绞线裸筋下部受预应力的大小，以及根据土层的整体的地质情况。其中，当土层上下层较为均匀的情况下，选用钢绞线上设置套管与未设置套管的比例为1:2至2:1，最优选：钢绞线上设置套管与未设置套管的比例为1:1，如图2所示，能够发挥抗拔桩整体受力的效果。
进一步地，套管为塑料套管。塑料套管为PPC套管或PVC套管。
进一步地，套管内和钢绞线的空隙注满具有防腐防水特殊材料。隔离体为钢管、波纹管或带肋结构管，钢管为普通钢管或特制钢管。抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由螺旋箍筋围绕组成。腐蚀液为土体层渗透水；扩头部由上部的扩口部和下部的扩大头组成。
一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩的制备方法：
步骤一：钻机取土呈钻孔；钻孔至桩底时采用特殊液压装置在钻孔底部进行扩孔形成扩头部；
步骤二：向钻孔中灌浆，同时提取钻机，让钻孔边缘形成泥浆护壁，保证不塌孔；
步骤三：向钻孔内伸入抗拔桩复合钢筋笼，保证沉桩至桩底；
进一步地，将抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁、设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间的隔离体、下部连接的锚固体一起放入钻孔内；其中锚固体设置在抗拔桩复合钢筋笼下部。
进一步地，接桩，在第一节复合锚索钢筋笼和第二节复合锚索钢筋笼之间采用焊接法或套筒连接，笼顶部用保护装置将隔离体封闭，避免杂物掉入。
步骤四：向钻孔内浇筑混凝土，形成抗拔桩的桩体；
步骤五：打开隔离体封闭口保护装置，将分好桩身下部的粘结段抗拔锚索(锚固段抗拔锚索)和桩身上部的无粘结段抗拔锚索(自由段的抗拔锚索)从桩顶分别放入隔离体内；
进一步地，将抗拔锚索(包括桩身下部的粘结段抗拔锚索)由2股钢绞线组成，3股钢绞线组成、4股钢绞线组成、5股钢绞线组成、6股钢绞线组成、7股钢绞线组成、8股钢绞线组成、9股钢绞线组成中的一种构成。
进一步地，钢绞线由有粘结预应力钢绞线裸筋和无粘结预应力钢绞线组成。绞线上部分设置套管。将分好桩身下部的粘结段抗拔锚索(锚固段抗拔锚索)和桩身上部的无粘结段抗拔锚索(自由段的抗拔锚索)放入隔离体内。
步骤六：从地面向隔离体内从底至顶依次灌入注浆体。
进一步地，注浆体为水泥浆液、水泥砂浆液或者无膨胀特种注浆粘结液中一种或几种。注浆体与隔离体之间能够稳固结合，桩身下部的有粘结段抗拔锚索和注浆体能够稳固结合，桩身上部的无粘结段抗拔锚索，可提前施加预应力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“几个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于，包括：
抗拔桩复合钢筋笼，其包括抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁；
复合锚索，复合锚索设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间，复合锚索由隔离体、设置在隔离体内的抗拔锚索组成，隔离体将腐蚀物和抗拔锚索隔开；
钻孔底部设置扩头部；
抗拔桩复合钢筋笼底部锚固端设置在扩头部内；
填装物。
2.根据权利要求1所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：填装物为注浆体；注浆体能够将抗拔桩笼、钻孔、扩头部内空间填满，从而承受土体的力。
3.根据权利要求1所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：腐蚀物为腐蚀液、腐蚀固体、腐蚀气体中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：抗拔锚索由有粘结段抗拔锚索和无粘结段抗拔锚索组成。
5.根据权利要求4所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：桩身下部的有粘结段抗拔锚索为有粘结预应力钢绞线裸筋，桩身上部的无粘结段抗拔锚索为无粘结预应力钢绞线。
6.根据权利要求5所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：无粘结预应力钢绞线设置套管；无粘结预应力钢绞线与有粘结预应力钢绞线裸筋的比例为1:4至4:1。
7.根据权利要求1所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：隔离体为钢管、波纹管或带肋结构管，其中钢管为普通钢管或特制钢管。
8.根据权利要求1所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由螺旋箍筋围绕组成。
9.根据权利要求1所述的一种扩底式预应力复合锚索抗拔桩，其特征在于：扩头部由上部的扩口部和下部的扩大头组成。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述扩底式预应力复合锚索抗拔桩的制备方法，其特征在于，将抗拔桩笼外壁、抗拔桩笼内壁、设置在抗拔桩笼外壁和抗拔桩笼内壁之间的隔离体一起放入钻孔内。
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