CN113981962A - 一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构，包括同轴嵌套的外套管和内套管，外套管与内套管之间具有间隙，外套管的顶端与内套管的顶端之间以可分离的形式封闭连接，内套管的底端为外扩部，外扩部向下以及向外伸出外套管的底端，内套管内用于置入灌入混凝土形成混凝土桩，并与混凝土桩凝固为一体。本发明采用在上部膨胀土层内安装双套管的方法，内套管作为桩体的一部分，外套管主要安置于负摩阻力影响明显的上部区域，可以随着反弹土体自由上浮，避免地基反弹对桩体的影响，反弹结束后，通过桩基承台或基础底板将外套管和桩体形成一个整体，共同承担上部荷载。本发明可广泛应用于地基回弹和软土固结造成的负摩阻力较大的地基中。

Description

一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构及施工方法
技术领域
本发明属于土木施工技术领域，特别涉及一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构，可应用于可能有地基回弹造成负摩阻力的桩周。
背景技术
传统的高层建筑地下室施工通常采用顺作法，该方法存在施工工期长、土体变形大、支护成本高等问题。一柱一桩地下室逆作法施工，在工程桩内插入格构柱解决竖向支撑，利用地下室楼盖结构代替水平支撑；地下室从上往下施工，顶板浇筑完成达到强度后，可做施工场地使用，解决施工场地狭小问题；挖土及下部结构施工在相对封闭的空间内进行，可有效减少污染及扬尘，且一定程度上加快了施工进度。
但在施工过程中，因为地基土开挖，会造成地基回弹，回弹量过大导致基坑底部土地及桩的上浮，桩身上部受拉桩身易发生断桩破坏，造成严重的工程事故。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构，采用在上部膨胀土层内安装双套管的方法，内套管作为桩体的一部分，外套管主要安置于负摩阻力影响明显的上部区域，可以随着反弹土体自由上浮，避免地基反弹对桩体的影响，反弹结束后，通过桩基承台或基础底板将外套管和桩体形成一个整体，共同承担上部荷载。该方法施工工序简单，效果较好，内外套管可以在工厂预制，大大缩短了工期，且套管通过位置调整可以上下自由活动，可广泛应用于地基回弹和软土固结造成的负摩阻力较大的地基中。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构，包括同轴嵌套的外套管和内套管，外套管与内套管之间具有间隙，外套管的顶端与内套管的顶端之间以可分离的形式封闭连接，内套管的底端为外扩部，所述外扩部向下以及向外伸出所述外套管的底端，所述内套管内用于置入灌入混凝土形成混凝土桩，并与混凝土桩凝固为一体。
所述外套管与内套管之间的间隙不超过5mm。
所述外套管的长度等于负摩阻力影响区域。
所述外套管的内壁和/或内套管的外壁，设置有若干端部与内套管的外壁和/或外套管的内壁点接触的定位凸起。
所述定位凸起端部磨圆，所述外套管与内套管之间的间隙涂抹有润滑剂。
所述外套管的顶端和/或内套管的顶端有环形卡槽，外套管的顶端和内套管的顶端通过环形卡槽封闭连接，通过切割环形卡槽实现外套管和内套管的分离。
所述外扩部为周向连续的弧形或者斜支撑结构，外套管的底端卡在所述外扩部的外壁，在外套管与内套管之间形成封闭空间。
本发明还提供了所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构的施工方法，步骤如下：
步骤1，在工厂预制、安装外套管和内套管，并将二者顶端连接；
步骤2，在现场成桩孔后，将连接一体的外套管和内套管下沉至设计标高；
步骤3，在内套管内安装钢筋笼，浇筑混凝土，混凝土凝固后形成混凝土桩，并与内套管成为一体，构成桩体；
步骤4，将外套管和内套管顶端的连接部位切割开使二者分离，上部土体回弹时，外套管随之上浮，内套管与混凝土桩保持静止；
步骤5，土体回弹变形稳定后，将外套管、内套管以及混凝土桩嵌入基础底板，基础底板内钢筋与外套管、内套管以及桩体内钢筋焊接并浇筑在一起，共同承担上部荷载。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)工序简单成熟，操作方便，工期较短。
2)传力途径明确，对负摩阻力的影响消除效果明显。
3)属于可预制、现场组装简单的结构，可适用于多种施工环境。
4)在负摩阻力影响较大的土层中设置外套管，延长了桩基础的耐久性和稳定性。
5)外套管随土体自由上浮或下沉，消除了桩侧负摩擦力对桩基础的不利影响，可广泛应用在湿陷性黄土、填土、冻土、盐渍土等特殊土地基与回弹变形大的地基。
6)适用于灌注桩、预制桩等多种桩型地基中。
附图说明
图1是本发明内外套管分体示意图。
图2是本发明双套管桩基施工过程示意图一。
图3是本发明双套管桩基施工过程示意图二。
图4是本发明双套管桩基施工过程示意图三。
图5是本发明双套管桩基施工过程示意图四。
图中，M表示外套管顶标高，N表示桩孔底标高，d表示产生负阻摩擦力的土层范围，K表示外套管随桩周土上移。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
为防止前述事故的发生，需采用一定的保护措施。例如，可通过加套管的方法，即，在套管桩上段通过桩体外套管隔离桩体与侧胀土层，消除土对上段桩的摩擦力，使其传不到桩体；桩身下段位于稳定土层中，利用稳定土层的摩擦力和端承力，以提供上部结构所需的承载力。
具体地，本发明提供了一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构，以避免负摩阻力对桩基可能造成的不良影响，如图1所示，该结构包括外套管1和内套管2，二者同轴嵌套且具有间隙。外套管1的顶端与内套管2的顶端之间封闭连接，并可根据需要进行分离，内套管2的底端为外扩部21，外扩部21向下以及向外伸出外套管1的底端，以防止混凝土8与外套管1接触，内套管2内用于置入灌入混凝土8形成混凝土桩3，并在混凝土8凝固后与混凝土桩3成为一体，形成桩体。
外套管1和内套管2可在工厂加工后直接沉入桩孔内，内套管2成为灌注桩的一部分，外套管1可以随周围土体自由活动，施工方法简单效率高，前期避免了地基上浮或下沉对桩的影响，后期将外套管1与桩体连接起来，内外套管与桩体共同承担上部荷载，有很好的加固效果与稳定性。
示例地，外套管1的长度大致等于负摩阻力影响区域，外套管1和内套管2之间的间隙一般不超过5mm。
示例地，在外套管1的内壁或内套管2的外壁或者同时在外套管1的内壁和内套管2的外壁，设置定位凸起4，定位凸起4设置在外套管1的内壁时，其端部与内套管2的外壁点接触，定位凸起4设置在内套管2的外壁时，其端部与外套管1的内壁点接触，以减少摩擦面积。可据实际情况确定定位凸起4的数量与位置，定位凸起4起到固定套管间距、减少套管变形与避免套管倾斜的作用，使内外套管间保持合理的距离，且轴心重合。定位凸起4的端部磨圆，且内外套管间隙涂抹润滑剂，减少内外套管间的摩擦力。
示例地，在外套管1的顶端或内套管2的顶端或者同时在外套管1和内套管2的顶端，设置环形卡槽5，外套管1的顶端和内套管2的顶端通过环形卡槽5封闭连接，并可通过切割环形卡槽5实现外套管1和内套管2的分离。环形卡槽5的作用为封住内外套管间隙，防止杂物或者混凝土等落入套管间，也起到将内外套管连接在一起固定内外套管位置的作用。
示例地，外扩部21可为周向连续的弧形或者斜支撑结构，在内套管2提升到设计位置后，外套管1的底端卡在外扩部21的外壁，即利用外扩部21卡住外套管1的底端。可在接触部位适当采取密封措施，构成密封接触部7，从而在外套管1与内套管2之间形成封闭空间，在内套管2内浇筑混凝土8时可防止混凝土8与外套管1接触。通过改变内外套管底部标高的设计，可适用于周围土体上浮或下沉的不同情况。根据需要，可采取必要的防腐蚀措施。
本发明中，内外套管在工厂内预制组装并焊接顶部的环形卡槽5，现场安装与传统套管安装一样，施工技术成熟难度小；内外套管可以相对上提下拉，现场操作简单灵活；定位凸起4固定了两个套管的间距，易于确保中心重合，施工难度小效率高；对原地基和基础干扰小，不会造成附加沉降，施工简单风险小；适用于灌注桩、预制桩等所有桩型，适用于土体沉降和回弹等不同工况，适用范围广。
本发明只在桩基的上部设置内外双套管，内套管2与桩浇筑在一起，外套管1在地基反弹上浮阶段随地基一起上浮，避免地基反弹对桩基的影响。在反弹结束后，将外套管1、桩体嵌入基础底板6，与基础底板6焊接浇筑在一起，共同承担上部荷载。
具体地，如图2、图3、图4和图5所示，本发明的施工步骤为：
第一步
1、在工厂，内套管2与外套管1通过环形卡槽5焊接在一起构成组合套管，确保轴心重合且牢固可靠；
2、混凝土灌注桩成孔后，组合套管一起安装就位；
3、下沉至设计标高，固定牢靠。
第二步
4、安装钢筋笼，
5、浇筑混凝土8；
第三步
6、混凝土8凝固，形成混凝土桩3，且内套管2与混凝土桩3成为一体，构成桩体；
7、拆除环形卡槽5，外套管1与内套管2也即与桩体间分离；
8、土体回弹引起外套管1一起上浮，不影响内套管2与混凝土桩3。
第四步
9、主体结构施工完毕；
10、基础土体回弹变形稳定；
11、内外套管嵌入基础底板6，钢筋和套管焊接在一起，外套管1、桩体与基础底板6成为一个整体，共同承受上部荷载。

Claims (8)

1.一种可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，包括同轴嵌套的外套管(1)和内套管(2)，外套管(1)与内套管(2)之间具有间隙，外套管(1)的顶端与内套管(2)的顶端之间以可分离的形式封闭连接，内套管(2)的底端为外扩部(21)，所述外扩部(21)向下以及向外伸出所述外套管(1)的底端，所述内套管(2)内用于置入灌入混凝土(8)形成混凝土桩(3)，并与混凝土桩(3)凝固为一体。
2.根据权利要求1所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，所述外套管(1)与内套管(2)之间的间隙不超过5mm。
3.根据权利要求1所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，所述外套管(1)的长度等于负摩阻力影响区域。
4.根据权利要求1所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，所述外套管(1)的内壁和/或内套管(2)的外壁，设置有若干端部与内套管(2)的外壁和/或外套管(1)的内壁点接触的定位凸起(4)。
5.根据权利要求4所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，所述定位凸起(4)端部磨圆，所述外套管(1)与内套管(2)之间的间隙涂抹有润滑剂。
6.根据权利要求1所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，所述外套管(1)的顶端和/或内套管(2)的顶端有环形卡槽(5)，外套管(1)的顶端和内套管(2)的顶端通过环形卡槽(5)封闭连接，通过切割环形卡槽(5)实现外套管(1)和内套管(2)的分离。
7.根据权利要求1所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构，其特征在于，所述外扩部(21)为周向连续的弧形或者斜支撑结构，外套管(1)的底端卡在所述外扩部(21)的外壁，在外套管(1)与内套管(2)之间形成封闭空间。
8.权利要求1所述可克服周围土体上浮的双套管桩结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，在工厂预制、安装外套管(1)和内套管(2)，并将二者顶端连接；
步骤2，在现场成桩孔后，将连接一体的外套管(1)和内套管(2)下沉至设计标高；
步骤3，在内套管(2)内安装钢筋笼，浇筑混凝土(8)，混凝土(8)凝固后形成混凝土桩(3)，并与内套管(2)成为一体，构成桩体；
步骤4，将外套管(1)和内套管(2)顶端的连接部位切割开使二者分离，上部土体回弹时，外套管(1)随之上浮，内套管(2)与混凝土桩(3)保持静止；
步骤5，土体回弹变形稳定后，将外套管(1)、内套管(2)以及混凝土桩(3)嵌入基础底板(6)，基础底板(6)内钢筋与外套管(1)、内套管(2)以及桩体内钢筋焊接并浇筑在一起，共同承担上部荷载。
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