CN112211189A - 一种抗冻拔抗震套筒桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冻拔抗震套筒桩，包含钢管混凝土桩，外套筒，为空心圆柱状体，其与钢管混凝土桩同轴心设置并套设于钢管混凝土桩外围，由至少两个套筒单元拼装构成，相邻套筒单元拼装处夹设止水带；阻尼装置，设置于钢管混凝土桩和外套筒间，包含夹具、轴承和阻尼棒，夹具包含主体和第一铰支座，第一铰支座固定设置在主体横梁上；轴承通过铰接轴枢设于主体上，阻尼棒一端均具有第二铰支座，另一端分别固定连接在两个轴承上；其中第一铰支座与外套筒的内周面固定，第二铰支座与钢管混凝土桩的外周面固定；本方案阻尼棒沿竖向和径向伸缩变形，具有可减轻冻土区桩基础周围土冻胀引起的冻拔力和融沉现象对桩基础的破坏作用以及提高抗震作用。

Description

一种抗冻拔抗震套筒桩

技术领域

本发明属于桩基础工程领域，具体涉及一种抗冻拔抗震套筒桩。

背景技术

近年来我国基础设施建设规模日益增加，越来越多的桩基础工程不可避免的出现在多年冻土区，而我国多年冻土主要分布区域之—青藏高原位于阿尔卑斯-喜马拉雅火山地震带，属于高烈度地震区。由于多年冻土区活动层随季节变化发生冻胀融沉现象，活动层冻胀会对冻土区的桩基础产生冻拔作用，活动层融沉下陷产生的负摩阻力会增加桩的沉降，增加了基础设施运营维护成本，严重时还会导致桩基上部结构倾斜、开裂等安全事故，严重影响上部建筑物的使用安全。此外，位于地震区的桩基工程也会常遭受地震破坏，目前对于桩基础一类的地下结构减隔震技术研究较少，桩基础一旦发生严重的震害，不仅本身修复困难和修复费用昂贵，而且会对上部建筑物造成危害。如何消除多年冻土区桩基础的冻拔以及融沉作用，并确保桩基础在地震作用后不损坏或轻微损坏，成为亟待研究和解决的问题。

目前国内外针对桩基础进行的抗冻拔抗震措施设计主要有：(1)在桩周铺设无机填料、泡沫等非冻胀柔软材料，此类设计采用的非冻胀柔软材料在地震作用下可以起到耗能减阻作用，减小桩基础的地震反应，但是其在野外条件下容易腐蚀失效，不利于长期发挥防冻拔和抗震作用；(2)设置套筒桩，在套筒与基桩之间的空隙设置滑轮、支柱等滚动结构来消除桩周土冻胀对基桩的冻拔作用，此类设计中套筒与基桩为刚性连接，抗震性能差，仍无法解决桩基础抗震问题；(3)目前桩基础抗震设计主要通过提高桩身强度和刚度来加强其抗震性能，在地震作用下通过自身的刚度来抵抗周围土体的变形，但是桩身和桩周土体之间的刚度差异较大，在地震时由于刚度差异很容易产生地层大变形，进而导致桩基础破坏。

专利文献CN108867714A提出一种在桩侧壁设置自制冷装置的桩结构，包括桩侧壁自制冷冻结结构和锁扣，桩侧壁自制冷冻结结构设于桩基的外围，其包括温度传感器、温度控制装置、控制开关、液氮储藏罐、蛇型管和真空发生器，温度传感器用于设在桩基的侧壁，温度传感器连接所述温度控制装置，温度控制装置连接并控制控制开关，控制开关连接液氮储藏罐和蛇形管的一端，液氮储藏罐靠近桩基设置，蛇型管设于桩基的外围，蛇型管的另一端连接真空发生器，空发生器靠近桩基设置，锁扣设于桩基上。该装置使桩基有效的抵抗冻土膨胀力所产生的上拔力和融沉作用，但这种做法会导致工程成本增加，且埋置于土中的自制冷装置维修维护较困难，导致后期运营成本进一步增加，无法满足经济性要求，很难推广应用。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种抗冻拔抗震套筒桩。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种抗冻拔抗震套筒桩，包含：

钢管混凝土桩，为圆柱状体；

外套筒，为空心圆柱状体，其与钢管混凝土桩同轴心设置并套设于钢管混凝土桩外围，由至少两个套筒单元拼装构成，相邻套筒单元拼装处夹设止水带；

阻尼装置，设置于钢管混凝土桩外周面和外套筒内周面间，包含夹具、两个轴承和两个阻尼棒，所述夹具包含主体和第一铰支座，主体为门式架，第一铰支座固定设置在主体横梁上；所述两个轴承通过铰接轴枢设于主体上，所述两个阻尼棒一端均具有第二铰支座，另一端分别固定连接在另个轴承上；其中第一铰支座与外套筒的内周面固定，第二铰支座与钢管混凝土桩的外周面固定。

进一步，上述的抗冻拔抗震套筒桩，所述外套筒的内周面上设有通孔A，钢管混凝土桩外周面上设有通孔B，第一铰支座固定于所述通孔A中，第二铰支座固定在所述通孔B中。

进一步，上述的抗冻拔抗震套筒桩，所述第一铰支座和第二铰支座均为球形铰支座，对应的通孔A和通孔B均设置为半球形孔。

进一步，上述的抗冻拔抗震套筒桩，所述阻尼装置沿外套筒内周面环形布置有多组，间距10～20cm。

进一步，上述的抗冻拔抗震套筒桩，所述外套筒的直径大于2倍钢管混凝土桩直径。

一种抗冻拔抗震套筒桩的施工方法，包含以下施工步骤；

1)、设计计算：根据地质条件和工程要求，设计计算所采用的钢管混凝土桩桩身直径和桩身长度；

2)、预制外套筒：根据1)计算结果定制内周面设有通孔A的套筒单元，将多个套筒单元用阻尼棒拼装并在接头内外两侧夹止水带，形成组合式外套筒；

3)、预制钢管混凝土桩：按步骤1)设计尺寸加工钢管混凝土桩，并在钢管混凝土桩外周面表开设半球形通孔B；

4)组装外套筒和钢管混凝土桩：将外套筒和钢管混凝土桩同轴心布置，通过阻尼装置连接钢管混凝土桩外周面和外套筒内周面间，组装形成套筒桩，并将顶部密封；

5)、桩孔开挖：根据设计钢管混凝土桩的位置进行测量定位，按照步骤1)设计的桩径、桩长开挖桩孔，并施作护壁；

6)、沉放组装外套筒和钢管混凝土桩：将组装的外套筒和钢管混凝土桩一同沉放至开挖完成的桩孔内；

7)、浇筑混凝土：往混凝土钢管内浇筑混凝土，并振捣密实；

8)、将套筒桩顶部密封，并养护混凝土至一定龄期。

本发明实施例提供方案的有益效果是：在混凝土钢管和外套筒间设置的阻尼装置，阻尼棒可以沿竖向伸缩变形，从而可减轻冻土区桩基础周围土冻胀引起的冻拔力和融沉现象对桩基础的破坏作用；阻尼棒还可以沿钢管混凝土桩径向变形，受地震作用时可以吸收大部分的地震能量，减轻地震波对桩基础的冲击剪切作用，极大的提高了位于寒区地震带的建筑物的抗震等级。

附图说明

图1为本发明抗冻拔抗震套筒桩的结构示意图；

图2为套筒单元立体图；

图3为钢管混凝土桩的半剖立体图；

图4为阻尼装置立体图；

图5为阻尼棒立体图。

说明书附图中的附图标记包含：钢管混凝土桩1、外套筒2、套筒单元20、阻尼装置3、夹具30、主体301、第一铰支座302、轴承31、阻尼棒32、第二铰支座320、弹性件321、铰接轴4、通孔A 5、通孔B 6、止水带7。

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，下面将结合附图对本发明具体实施方式作进一步地详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：参照图1至图5

本方案提供一种抗冻拔抗震套筒桩，包含，钢管混凝土桩1，为圆柱状体；外套筒2，为空心圆柱状体，例如外套筒2的直径大于2倍钢管混凝土桩1直径，其与钢管混凝土桩1 同轴心设置并套设于钢管混凝土桩1外围，由至少两个套筒单元20拼装构成附图具体示意出两个空心半圆柱状体的套筒单元20，相邻套筒单元20拼装处夹设止水带7，附图中具体示意出两条止水带7；阻尼装置3，设置于钢管混凝土桩1外周面和外套筒2内周面间，包含夹具30、两个轴承31和两个阻尼棒32，夹具30包含主体301和第一铰支座302，主体 301为门式架，第一铰支座302固定设置在主体301横梁上；所述的两个轴承31通过铰接轴 4枢设于主体301上，两个阻尼棒32一端均具有第二铰支座320，另一端设置成半圆柱形分别固定连接在两个轴承31上，中部设有弹性件321用于吸收能量；其中第一铰支座302与外套筒2的内周面固定，第二铰支座320与钢管混凝土桩1的外周面固定，其中第一铰支座 302和第二铰支座320与钢管混凝土桩1外周面和外套筒2的内周面的固定方式可以是焊接、螺纹连接或铰接等。

本发明在在混凝土钢管和外套筒2间设置阻尼装置3，阻尼装置3的阻尼棒32连接在轴承31上，可以沿竖向伸缩变形，从而可减轻冻土区桩基础周围土冻胀引起的冻拔力和融沉现象对桩基础的破坏作用；阻尼棒32还可以沿钢管混凝土桩1径向变形，受地震作用时可以吸收大部分的地震能量，减轻地震波对桩基础的冲击剪切作用，极大的提高了位于寒区地震带的建筑物的抗震等级。

实施例2：参照图2和图3

与实施例1相比，区别是在外套筒2的内周面上设有通孔A(5)，钢管混凝土桩1外周面上设有通孔B(6)，第一铰支座302固定于所述通孔A(5)中，第二铰支座320固定在所述通孔B(6)中；孔式固定相比其他例如焊接或螺纹连接的固定方式在满足固定紧固性要求时，固定更加方便快捷，有益于提高施工进度，而且也可避免工人操作偏差引起的固定不稳定的现象。

实施例3：参照图2和图3

与实施例2相比，区别是第一铰支座302和第二铰支座320均为球形铰支座，对应的通孔A(5)和通孔B(6)均设置为半球形孔；可以实现第一铰支座302和第二铰支座320快速铰接在混凝土钢管外周面和外套筒2内周面上。

实施例4：参照图1

与上述实施例相比，区别是阻尼装置3沿外套筒2内周面环形布置有多组，间距 10～20cm，密集式阻尼装置3的设置可以进一步降低冻土区桩基础周围土冻胀引起的冻拔力和融沉现象对桩基础的破坏作用以及提高抗震作用。

一种抗冻拔抗震套筒桩的施工方法，包含以下施工步骤；

1)、设计计算：根据地质条件和工程要求，设计计算所采用的钢管混凝土桩1桩身直径和桩身长度；

2)、预制外套筒2：根据1)计算结果定制内周面设有通孔A 5的套筒单元20，将多个套筒单元20用阻尼棒32拼装并在接头内外两侧夹止水带7，形成组合式外套筒2；

3)、预制钢管混凝土桩1：按步骤1)设计尺寸加工钢管混凝土桩1，并在钢管混凝土桩1外周面表开设半球形通孔B 6；

4)组装外套筒2和钢管混凝土桩1：将外套筒2和钢管混凝土桩1同轴心布置，通过阻尼装置3连接钢管混凝土桩1外周面和外套筒2内周面间，组装形成套筒桩，并将顶部密封；

5)、桩孔开挖：根据设计钢管混凝土桩1的位置进行测量定位，按照步骤1)设计的桩径、桩长开挖桩孔，并施作护壁；

6)、沉放组装外套筒2和钢管混凝土桩1：将组装的外套筒2和钢管混凝土桩1一同沉放至开挖完成的桩孔内；

7)、浇筑混凝土：往混凝土钢管内浇筑混凝土，并振捣密实；

8)、将套筒桩顶部密封，并养护混凝土至一定龄。

虽然本发明易受各种修改形式和替代形式影响，但是以附图及其在以示例的方式示出本发明的特定实施例。然而应当理解的是，本发明特定实施例及其附图详细描述并不旨在将本发明限制在所公开的特定形式，而相反，本发明将覆盖落入如所附权利要求书所限定的本发明的精神与范围之内的所有修改型式、等效型式和替代型式。

Claims (6)

1.一种抗冻拔抗震套筒桩，其特征在于：包含，

钢管混凝土桩(1)，为圆柱状体；

外套筒(2)，为空心圆柱状体，其与钢管混凝土桩(1)同轴心设置并套设于钢管混凝土桩(1)外围，由至少两个套筒单元(20)拼装构成，相邻套筒单元(20)拼装处夹设止水带(7)；

阻尼装置(3)，设置于钢管混凝土桩(1)外周面和外套筒(2)内周面间，包含夹具(30)、两个轴承31)和两个阻尼棒(32)，所述夹具(30)包含主体(301)和第一铰支座(302)，主体(301)为门式架，第一铰支座(302)固定设置在主体(301)横梁上；所述的两个轴承31)通过铰接轴(4)枢设于主体(301)上，所述的两个阻尼棒(32)一端均具有第二铰支座(320)，另一端分别固定连接在两个轴承31)上；其中第一铰支座(302)与外套筒(2)的内周面固定，第二铰支座(320)与钢管混凝土桩(1)的外周面固定。

2.根据权利要求1所述的抗冻拔抗震套筒桩，其特征在于：所述外套筒(2)的内周面上设有通孔A(5)，钢管混凝土桩(1)外周面上设有通孔B(6)，第一铰支座(302)固定于所述通孔A(5)中，第二铰支座(320)固定在所述通孔B(6)中。

3.根据权利要求2所述的抗冻拔抗震套筒桩，其特征在于：所述第一铰支座(302)和第二铰支座(320)均为球形铰支座，对应的通孔A(5)和通孔B(6)均设置为半球形孔。

4.根据权利要求1～3任一所述的抗冻拔抗震套筒桩，其特征在于：所述阻尼装置(3)沿外套筒(2)内周面环形布置有多组，间距10～20cm。

5.根据权利要求4所述的抗冻拔抗震套筒桩，其特征在于：所述外套筒(2)的直径大于2倍钢管混凝土桩(1)直径。

6.一种抗冻拔抗震套筒桩的施工方法，其特征在于:包含以下施工步骤；

1)、设计计算：根据地质条件和工程要求，设计计算所采用的钢管混凝土桩(1)桩身直径和桩身长度；

2)、预制外套筒(2)：根据1)计算结果定制内周面设有通孔A(5)的套筒单元(20)，将多个套筒单元(20)用阻尼棒(32)拼装并在接头内外两侧夹止水带(7)，形成组合式外套筒(2)；

3)、预制钢管混凝土桩(1)：按步骤1)设计尺寸加工钢管混凝土桩(1)，并在钢管混凝土桩(1)外周面表开设半球形通孔B(6)；

4)组装外套筒(2)和钢管混凝土桩(1)：将外套筒(2)和钢管混凝土桩(1)同轴心布置，通过阻尼装置(3)连接钢管混凝土桩(1)外周面和外套筒(2)内周面间，组装形成套筒桩，并将顶部密封；

5)、桩孔开挖：根据设计钢管混凝土桩(1)的位置进行测量定位，按照步骤1)设计的桩径、桩长开挖桩孔，并施作护壁；

6)、沉放组装外套筒(2)和钢管混凝土桩(1)：将组装的外套筒(2)和钢管混凝土桩(1)一同沉放至开挖完成的桩孔内；

7)、浇筑混凝土：往混凝土钢管内浇筑混凝土，并振捣密实；

8)、将套筒桩顶部密封，并养护混凝土至一定龄期。

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