CN113653087A - 一种桥梁桩基的防沉降装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁桩基的防沉降装置，包括土层和土层内的基坑，所述的基坑内依次铺筑有补偿层和混凝土层。所述的混凝土层内设有桩基，所述的桩基的顶端连接有承台，所述的桩基包括支杆和设于支杆底部的螺杆桩，所述的支杆的侧壁上开设有锯齿部，所述的桩基的支杆和螺杆桩的交接处的外周连接有定位块，所述的定位块底部通过防护筒与混凝土层抵接；本发明提供的防沉降装置，提高桩侧摩阻力和桩基的承载力，减缓沉降的发生。

Description

一种桥梁桩基的防沉降装置

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种桥梁桩基的防沉降装置。

背景技术

桩基础是由多根打入或沉入土中的桩和连接桩顶的承台所构成的基础。外力通过承台分配到各桩头，再通过桩身及桩端把力传递到周围土及桩端深层土中，故属于深基础，桩基础是目前采用较多的一种基础形式，桩基础的应用范围较广，桩可以穿过不良地质，到达持力层，从而将上部结构的荷载可靠且稳定的传到下部的持力层中。

桥梁的不均匀沉降导致路面不平整，尤其是路桥搭接段，桥梁与路基的材料不同，沉降速率有着较大的差别，所以路桥搭接段的沉降不一致且相当复杂，这使得车辆不能平稳行驶，甚至出现桥头跳车现象。

如果地基承载力特征值与桥梁施加在地基上的轴向力差异过大，会加重不同部位地基不均匀压缩变形，进而引起地基和桥梁的不均匀沉降，造成桥梁的倾斜，导致上部结构产生附加应力或附加应力增加，当不均匀沉降超过桥梁所能承受的限度时，即造成开裂等事故，甚至使整个桥梁结构严重倾斜，影响桥梁的稳定性和使用功能，危及安全。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种桥梁桩基的防沉降装置，提高桩侧摩阻力和桩基的承载力，减缓沉降的发生。

本发明的目的是这样实现的：

一种桥梁桩基的防沉降装置，包括土层和土层内的基坑，所述的基坑内依次铺筑有补偿层和混凝土层。所述的混凝土层内设有桩基，所述的桩基的顶端连接有承台，所述的桩基包括支杆和设于支杆底部的螺杆桩，所述的支杆的侧壁上开设有锯齿部，所述的桩基的支杆和螺杆桩的交接处的外周连接有定位块，所述的定位块底部通过防护筒与混凝土层抵接。

优选的，所述的承台底部的桩基采用不等桩长的布桩方式，所述的桩基设若干根，所述的桩基的长度为10-18m，所述的不等桩长的桩基的长度呈沿中间向两侧依次降低。

优选的，在所述的土层的顶面铺筑一层厚度为20-25cm的未筛分碎石作为补偿层，以提高土层的承载力。

优选的，所述的混凝土层包括铺筑于补偿层上方的第一混凝土层和铺筑于第一混凝土层上方的第二混凝土层，所述的第二混凝土层的顶面铺筑有回填土层，所述的螺杆桩被浇筑于第一混凝土层内，所述的承台埋设于回填土层内。

优选的，所述的若干根桩基的相邻桩基之间的支杆之间通过锯齿部相互啮合连接，所述的相邻桩基之间的支杆之间的锯齿部外部通过防护套防护，若干根桩基的相邻桩基之间的定位块之间采用固定的榫槽连接形成一个整体，所述的承台外侧两端的桩基上的定位块分别通过锚栓锚固连接至第一混凝土层内。

优选的，所述的防护筒设于相邻桩基之间的定位块的连接处，所述的防护筒的内部设有与定位块连接的弹性柱。

优选的，所述的弹性柱的顶端通过消除组件连接定位块，所述的消除组件包括设于弹性柱顶端的上固定盘，所述的上固定盘的周向上连接有支撑杆，所述支撑杆远离上固定盘的一端连接有固定片，所述的支撑杆外周套设有弹簧套，所述的定位块的底部设有与支撑杆适配的凹槽，所述的支撑杆通过固定片与凹槽固定连接，所述的弹性柱的底端设有与防护筒的内部底端固定连接的下固定盘。

优选的，所述的桩基与承台之间通过销轴连接，所述的承台的内部和桩基的顶端内部均设有与销轴适配的销孔。

优选的，所述的螺杆桩底部的正下方对应设有阻尼筒，所述的阻尼筒内设有与螺杆桩对应的阻尼圈，所述的阻尼圈的两端通过刚性弹簧柱连接阻尼筒的内侧壁，所述的阻尼圈设1-4个，所述的1-4个阻尼圈沿阻尼筒的顶端至底端间隔均匀分布，所述的1-4个阻尼圈的内径沿阻尼筒的顶端至底端依次减小。

优选的，所述的支杆上的锯齿部结构面受剪切作用，则有其剪切应力满足α₀=F/DL，其中F表示锯齿部的单个锯齿所能承受的最大剪力，D表示单个锯齿的宽度，L表示单个锯齿的长度，相邻两个支杆之间的锯齿部对应切齿时，则有相邻两个支杆的剪切强度α满足：α=βtan(θ+i)，其中β=tanθ，θ为内摩擦角，i为爬坡角，当单个受力锯齿的剪切应力α₀小于剪切强度α时，表示桩基的抗剪能力满足强度需求。

优选的，所述的若干根桩基形成群桩结构，充分利用桩间土承载力，保证整体沉降不超出一定的允许范围，所述的群桩结构的效应系数η满足：

η=P/(n·W)，其中P和W分布为群桩和单桩的最大承载力，n为群桩的桩基的桩数，在承台面积不变情况下，随着桩距的增大，效应系数逐渐增大，当效应系数大于1时，相邻桩基之间的桩基相互影响较小，此时，群桩结构的相邻桩基之间的桩距为6倍的桩径。

优选的，所述的群桩结构具有协助土层地基承载和控制桥梁沉降的作用，所述的群桩结构的布桩方法如下：

1)、根据经验初步确定一个承台分担比λ；

2)、确定桥梁结构中群桩结构分担的载荷P0、承台分担的载荷P1和土层的极限承载力P2，且满足P1≤P2；

3)、根据桩基分担的载荷P0以及单桩的极限承载力W确定所需的桩基的数量n，且n=P0/W；

4)、根据承台分担外荷载的大小确定承台的尺寸并进行布桩；

5)、验算变形能否满足要求如果不满足要求返回到步骤1)重新计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的一种桥梁桩基的防沉降装置，通过在土层内填充补偿层和混凝土层，对土基变形起一种缓冲作用，有效减少由于土基沉降变形引起的基层结构的附加应力，通过定位块提升了对桩基的径向支撑力以及抗扭能力，避免因为单一桩基沉降造成的应力集中导致的变形或者开裂，通过在桩基的支杆和螺旋桩分别对桩身做加法和减法，提高桩侧摩阻力和桩基的承载力，减缓沉降的发生。

2、本发明提供的一种桥梁桩基的防沉降装置，采用不等桩长布桩的结构，在桩长较短的情况下，基础整体的沉降量较大，当桩长达到一定值时，基础整体沉降量较小，并且随着桩长的增加，沉降减少幅度开始变得缓和，随着桩长的增加，桩侧摩阻力变大，单桩极限承载力变大，从而导致沉降量变小，减少承台底面的不均匀沉降。

3、本发明提供的一种桥梁桩基的防沉降装置，桩基上的锯齿部结构面在自由剪胀条件下校核抗剪强度，在补偿锯齿间距的过程中，锯齿先啮合再脱离，这过程中锯齿先受剪切应力然后不受力，齿根上的应力先达到某一最大值，然后再减少为零，接着再增加到最大值，锯齿间不断产生相对接触运动，每个受力接触齿反复受力，增强装置自动补偿功能的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置结构示意图。

图2是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置桩基和定位块连接示意图。

图3是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置桩基示意图。

图4是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置定位块示意图。

图5是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置消除组件示意图。

图6是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置桩基和承台连接示意图。

图7是本发明一种桥梁桩基的防沉降装置阻尼筒示意图。

图中：1、土层；2、补偿层；3、第一混凝土层；4、第二混凝土层；5、回填土层；6、桩基；61、支杆；62、螺杆桩；63、锯齿部；7、承台；8、定位块；9、锚栓；10、防护筒；11、弹性柱；12、上固定盘；13、下固定盘；14、支撑杆；15、弹簧套；16、固定片；17、阻尼筒；18、阻尼圈；19、刚性弹簧柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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1

受到荷载的桩基，理所当然的会发生沉降位移，包括：桩的刺入沉降；桩端下的土体受到上部传递到桩端处的荷载发生的压缩变形；由于桩侧摩阻力扩散到桩端处使桩端土发生压缩变形，所以桩的端部也随之产生向下的位移；桩由于是弹性材料在受到荷载后自身会发生弹性变形，因此桩顶处会发生位移，由上述可以看出，桩顶竖向荷载和桩周土体摩擦力的作用下引起桩的沉降位移。

结合图1，一种桥梁桩基的防沉降装置，包括土层1和土层1内的基坑，所述的基坑内依次铺筑有补偿层2和混凝土层，在所述的土层1的顶面铺筑一层厚度为20-25cm的未筛分碎石作为补偿层2，以提高土层1的承载力，松散类粒料如碎石、砾石等是良好的路基补偿层材料，此类材料可以对路基变形起一种缓冲作用，能够有效减少由于路基沉降变形引起的基层结构的附加应力，在土层路基中设置刚度补偿层，可以有效减小土层路基的工后沉降，且刚度补偿层使用回弹模量较大的材料对路基刚度补偿的效果更为明显。

所述的混凝土层内设有桩基6，所述的桩基6的顶端连接有承台7，所述的桩基6设若干根，所述的承台7底部的桩基6采用不等桩长的布桩方式，所述的桩基6的长度为10-18m，所述的不等桩长的桩基6的长度呈沿中间向两侧依次降低，增加桩长对减少基础的整体沉降量有着明显的作用，在桩长较短的情况下，基础整体的沉降量较大，当桩长达到一定值时，基础整体沉降量较小，并且随着桩长的增加，沉降减少幅度开始变得缓和，这是由于随着桩长的增加，桩侧摩阻力变大，单桩极限承载力变大，从而导致沉降量变小；增加桩长对于减少承台底面的不均匀沉降有一定效果，荷载为200kPa时6m短桩承台底面不均匀沉降差值7.5mm，此时18m长桩承台底面不均匀沉降差值3.4mm，在小载荷的情况下，不同桩长的沉降量差距不大，当载荷增加到150kPa时，6m短桩的承台首先开始出现大幅度沉降，这表明短桩此时已经达到极限承载力，开始出现桩端塑性刺入破坏，同时，10m到18m桩的承台沉降量差距不是十分明显，这表明此时长桩还未出现桩端刺入破坏，当载荷达到200kPa时，长桩也出现一定的沉降差值，但是差距不是特别突出，也就是说当桩长到达一定长度时再继续增加桩长对沉降影响不大。

采用不等桩长布桩，承台底面各点沉降量41-47mm，沉降差6mm，采用10m等桩长，承台底面各点沉降量36-47mm，沉降差11mm，采用14m等桩长，承台底面各点沉降量30-37mm，沉降差7mm，在承台中部采用少量的长桩，对基础的整体沉降影响不大，但可以适当减少基础的不均匀沉降。

实施例2

在实施例1的基础上，结合图3和图4，所述的桩基6包括支杆61和设于支杆61底部的螺杆桩62，所述的支杆61的侧壁上开设有锯齿部63，所述的若干根桩基6的相邻桩基6之间的支杆61之间通过锯齿部63相互啮合连接，所述的相邻桩基6之间的支杆61之间的锯齿部63外部通过防护套防护，若干根桩基6的相邻桩基6之间的定位块8之间采用固定的榫槽连接形成一个整体，所述的承台7外侧两端的桩基6上的定位块8分别通过锚栓9锚固连接至混凝土层内，通过在桩基的支杆和螺旋桩分别对桩身做加法和减法，提高桩侧摩阻力和桩基的承载力，减缓沉降的发生。

结合图3，所述的桩基6的支杆61和螺杆桩62的交接处的外周连接有定位块8，所述的定位块8底部通过防护筒10与混凝土层抵接，所述的防护筒10设于相邻桩基6之间的定位块8的连接处，所述的防护筒10的内部设有与定位块8连接的弹性柱11，通过定位块提升了对桩基的径向支撑力以及抗扭能力，避免因为单一桩基沉降造成的应力集中导致的变形或者开裂。

实施例3

在实施例2的基础上，所述的支杆上的锯齿部结构面受剪切作用，则有其剪切应力满足α₀=F/DL，其中F表示锯齿部的单个锯齿所能承受的最大剪力，D表示单个锯齿的宽度，L表示单个锯齿的长度，相邻两个支杆之间的锯齿部对应切齿时，则有相邻两个支杆的剪切强度α满足：α=βtan(θ+i)，其中β=tanθ，θ为内摩擦角，i为爬坡角，当单个受力锯齿的剪切应力α₀小于剪切强度α时，表示桩基的抗剪能力满足强度需求。

桩基上的锯齿部结构面在自由剪胀条件下校核抗剪强度，在补偿锯齿间距的过程中，锯齿先啮合再脱离，这过程中锯齿先受剪切应力然后不受力，齿根上的应力先达到某一最大值，然后再减少为零，接着再增加到最大值，锯齿间不断产生相对接触运动，每个受力接触齿反复受力，增强装置自动补偿功能的可靠性。

实施例4

结合图1，一种桥梁桩基6的防沉降装置，包括土层1和土层1内的基坑，所述的基坑内依次铺筑有补偿层2和混凝土层。

所述的混凝土层包括铺筑于补偿层2上方的第一混凝土层3和铺筑于第一混凝土层3上方的第二混凝土层4，所述的第二混凝土层4的顶面铺筑有回填土层5，所述的螺杆桩62被浇筑于第一混凝土层3内，所述的承台7埋设于回填土层5内。

在土层的基坑挖好后，先按要求铺筑上补偿层，然后再补偿层上方浇筑第一混凝土层，将桩基的螺杆桩固定入第一混凝土层内，同时将安装块上的锚栓固定入第一混凝土层内，然后浇筑第二混凝土层至承台的底部，桩基全部被封在第二混凝土层内，然后再承台及第二混凝土层的上方填充回填土。

混凝土层在使用过程中，可以提高地基的承载能力，减少沉降量，提高地基的压缩性，使得基底的压力比持力层的容许承载力要小很多，使得软弱土的附加应力直接下降，容许承载力也会随着深度的加深而逐渐增加，使得软弱土的承载力可以满足需要。

混凝土层要有足够的厚度H和宽度，以此来抵抗土层的剪切和挤压，承台荷载通过混凝土层按照一定的扩散角度β到土层，混凝土层的厚度主要是为了防止应力扩散和垫层挤入软弱地基土层中，导致沉降的增大，甚至出现失稳的现象，则有土层基坑底面的宽度B≥b+2Htanβ，土层基坑底面的长度S≥a+2Htanβ，其中a和b分别为承台的长度和宽度。

实施例5

结合图5-7，所述的防护筒设于相邻桩基之间的定位块的连接处，所述的防护筒的内部设有与定位块连接的弹性柱，所述的桩基与承台之间通过销轴连接，所述的承台的内部和桩基的顶端内部均设有与销轴适配的销孔。

所述的弹性柱的顶端通过消除组件连接定位块，所述的消除组件包括设于弹性柱顶端的上固定盘，所述的上固定盘的周向上连接有支撑杆，所述支撑杆远离上固定盘的一端连接有固定片，所述的支撑杆外周套设有弹簧套，所述的定位块的底部设有与支撑杆适配的凹槽，所述的支撑杆通过固定片与凹槽固定连接，所述的弹性柱的底端设有与防护筒的内部底端固定连接的下固定盘，通过消除组件提升了弹性柱对定位块以及桩基的径向支撑力和抗扭能力。

所述的螺杆桩底部的正下方对应设有阻尼筒，所述的阻尼筒内设有与螺杆桩对应的阻尼圈，所述的阻尼圈的两端通过刚性弹簧柱连接阻尼筒的内侧壁，所述的阻尼圈设1-4个，所述的1-4个阻尼圈沿阻尼筒的顶端至底端间隔均匀分布，所述的1-4个阻尼圈的内径沿阻尼筒的顶端至底端依次减小，通过阻尼筒，在桩基沉降过程中，阻尼圈对桩基的阻挡作用可降低沉降量。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种桥梁桩基的防沉降装置，包括土层（1）和土层（1）内的基坑，所述的基坑内依次铺筑有补偿层（2）和混凝土层，所述的混凝土层内设有桩基（6），所述的桩基（6）的顶端连接有承台（7），所述的桩基（6）包括支杆（61）和设于支杆（61）底部的螺杆桩（62），所述的支杆（61）的侧壁上开设有锯齿部（63），所述的桩基（6）的支杆（61）和螺杆桩（62）的交接处的外周连接有定位块（8），所述的定位块（8）底部通过防护筒（10）与混凝土层抵接。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基的防沉降装置，其特征在于：所述的承台（7）底部的桩基（6）采用不等桩长的布桩方式，所述的桩基（6）设若干根，所述的桩基（6）的长度为10-18m，所述的不等桩长的桩基（6）的长度呈沿中间向两侧依次降低。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基的防沉降装置，其特征在于：在所述的土层（1）的顶面铺筑一层厚度为20-25cm的未筛分碎石作为补偿层（2），以提高土层（1）的承载力。

4.根据权利要求2所述的一种桥梁桩基的防沉降装置，其特征在于：所述的混凝土层包括铺筑于补偿层（2）上方的第一混凝土层（3）和铺筑于第一混凝土层（3）上方的第二混凝土层（4），所述的第二混凝土层（4）的顶面铺筑有回填土层（5），所述的螺杆桩（62）被浇筑于第一混凝土层（3）内，所述的承台（7）埋设于回填土层（5）内。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁桩基的防沉降装置，其特征在于：所述的若干根桩基（6）的相邻桩基（6）之间的支杆（61）之间通过锯齿部（63）相互啮合连接，所述的相邻桩基（6）之间的支杆（61）之间的锯齿部（63）外部通过防护套防护，若干根桩基（6）的相邻桩基（6）之间的定位块（8）之间采用固定的榫槽连接形成一个整体，所述的承台（7）外侧两端的桩基（6）上的定位块（8）分别通过锚栓（9）锚固连接至第一混凝土层（3）内。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁桩基的防沉降装置，其特征在于：所述的防护筒（10）设于相邻桩基（6）之间的定位块（8）的连接处，所述的防护筒（10）的内部设有与定位块（8）连接的弹性柱（11）。

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