CN114517473A - 一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩及其施工方法 - Google Patents

一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩及其施工方法，包括桩帽、预制管桩和桩尖，所述预制管桩桩身侧面沿桩体轴向设有若干排通槽，所述通槽贯穿预制管桩管壁；每个所述槽道内均设有挤土单元，所述挤土单元处于预制管桩内部的一端设有斜向切面，同一排的多个挤土单元之间通过受到外力可分开的连接结构连接；吊物，设置在预制管桩内部底端，钢丝绳，一端与所述吊物连接，另一端与桩帽上的倒钩相连；当钢丝绳提拉所述吊物在预制管桩内部向上移动时，所述吊物的顶端能够刺破所述连接机构，并将所述挤土单元挤入预制管桩外侧的土中。本发明实现了在桩径和桩长恒定的前提下增加预制管桩的竖向承载能力和抗拔能力。

Description

一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩及其施工 方法
技术领域
本发明属于地基加固工程领域，特别涉及一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩及其施工方法。
背景技术
本发明涉及桩基础领域，特别涉及一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩。
桩基础的竖向承载力一般由其与土体之间的桩侧摩阻力和桩端阻力两部分构成，在黏土地基尤其是深厚软黏土地基中桩侧摩阻力显得更为重要，当上部建筑物荷载过大时往往会选择通过增大桩径和桩长以获得较大的桩侧摩阻力。此外，地下水位上升时，当上部结构不能平衡地下水浮力的时候，结构的整体或局部就会受到向上浮力的作用，因此，在桩基础设计还应进行抗浮验算以保证建筑物基础的安全，常规的做法依然是增大桩径和桩长得到较大的桩侧摩阻力来抵抗上浮力，但桩径和桩长过大不仅会带来施工技术上的难题，也会极大地增加了工程造价成本。
在本发明前，中国申请发明专利“一种螺纹夯扩桩及其施工方法 ”（专利申请号：201810075911.9）公开了一种由螺纹桩体和夯扩桩头组成的螺纹桩，该发明技术除了通过冲击挤密桩端持力层，增大了桩端土层的承载力以外，在由桩侧摩阻力和桩端阻力外，添加了桩身螺纹与土体的咬合力提供竖向承载力和抗拔能力，但螺纹宽度过小导致提供的咬合力有限，且在沉桩过程中对于沉桩机械要求过高，从而影响了其实际使用效果，存在较大的应用局限性。因此提出一种既能有效增强竖向承载力和抗拔力，又能尽量减少工程造价的预制管桩就显得尤为必要了。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩及其施工方法，解决了软土地层桩基础设计中上部荷载过大时带来的施工难度和造价成本上的难题，实现了在桩径和桩长恒定的前提下增加预制管桩的竖向承载能力和抗拔能力。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，包括：桩帽、预制管桩和桩尖，所述预制管桩桩身侧面沿桩体轴向设有若干排通槽，所述通槽贯穿预制管桩管壁；
每个所述槽道内均设有挤土单元，所述挤土单元处于预制管桩内部的一端设有斜向切面，同一排的多个挤土单元之间通过受到外力可分开的连接结构连接；
吊物，设置在预制管桩内部底端，；
钢丝绳，一端与所述吊物连接，另一端与桩帽上的倒钩相连；
当钢丝绳提拉所述吊物在预制管桩内部向上移动时，所述吊物的顶端能够刺破所述连接机构，并将所述挤土单元挤入预制管桩外侧的土中。
每排通槽包括多个通槽单元，多个通槽单元沿预制管桩桩身周向均匀布置。
所述通槽单元为设置在预制管桩桩身侧面的横向孔洞单元；
所述挤土单元为挤土管，所述挤土管一端设置在所述横向孔洞单元内，另一端设置在预制管桩内部，设置在横向孔洞单元内的挤土管一端呈尖刺状。
预制管桩桩身上相邻水平面的所述横向孔洞单元在水平方向上错开角度设置。
所述连接结构为胶带。
所述挤土管材质为不锈钢。
所述挤土管管身设有横向凹槽，所述横向凹槽的长度L为预制管桩壁厚d的1~1.5倍。
所述吊物为圆锥形，圆锥形吊物的母线与其底面的夹角b等于所述挤土管尾部斜向切面角a。
本发明进一步公开了所述适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：根据现场实际情况，情况包括现场土质的物理化学参数、建筑物上部荷载，确定预制管桩的桩长、桩径、桩的数量和位置，施工开始前进行场地平整，测量人员放线以确定桩位，监理单位对放线结果进行复核，桩位偏差应满足相关规范要求；
步骤二：在首节预制管桩一端安装桩尖，另一端安装桩，起吊至指定桩位就位，起吊过程中保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于3°，桩尖位置与设计桩位偏差不大于40mm；
步骤三：利用沉管机或静压方式压桩，直至预制管桩至设计标高；
步骤四：收紧钢丝绳提升所述吊物至地面，吊物在提升经过各挤土管时扯断同一水平面上的多个挤土管之间连接结构，推动各挤土管刺入土中；
步骤五：浇筑桩顶承台。
本发明进一步公开了所述适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：根据现场实际情况，情况包括现场土质的物理化学参数、建筑物上部荷载，确定预制管桩的桩长、桩径、桩的数量和位置，施工开始前进行场地平整，测量人员放线以确定桩位，监理单位对放线结果进行复核，桩位偏差应满足相关规范要求；
步骤二：在首节预制管桩一端安装桩尖，另一端安装桩，起吊至指定桩位就位，起吊过程中保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于3°，桩尖位置与设计桩位偏差不大于40mm；
步骤三：利用沉管机或静压方式压桩，直至预制管桩至设计标高；
步骤四：收紧钢丝绳提升所述吊物至地面，吊物在提升经过各挤土管时扯断同一水平面上的多个挤土管之间连接结构，推动各挤土管刺入土中；同时再压桩，使得挤土管上的横向凹槽卡住预制管桩的管壁，固定挤土管位置；
步骤五：浇筑桩顶承台。
有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明技术工艺简单、可操作性强，可在桩径和桩长恒定的前提下增加单桩的竖向承载能力和抗拔能力；
本发明技术创新地在桩侧摩阻力和桩端阻力外增加了挤土管与土体的咬合力来提供竖向承载力和抗拔能力，且桩侧挤土管的存在极大地保证了桩体的整体性能。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明桩帽与单节预制管桩连接结构示意图；
图3是本发明每两节预制管桩连接结构示意图；
图4是本发明桩尖与单节预制管桩连接结构示意图；
图5是本发明施工完成后示意图；
图6是本发明挤土管放大图；
图7是本发明的俯视图；
图8是本发明另一整体结构示意图。
图9是本发明吊物刚刺入连接结构时挤土管位置一的状态图；
图10是本发明吊物刺入连接结构中挤土管位置二的状态图；
图11是本发明吊物完全刺入连接结构挤土管位置三的状态图；
其中：1为桩帽；2为倒钩；3为预制管桩；4为胶带；5为钢丝绳；6为螺栓；7为法兰垫；8为法兰盘；9为挤土管；10为尖刺；11为横向孔洞；12为横向凹槽；13为吊物；14为桩尖。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
实施例1
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明专利，但是，本发明专利还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明专利的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
为了能够更清楚地理解本发明专利的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明专利进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-6图所示，一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，包括桩帽1、预制管桩3、挤土管9、桩尖14以及钢丝绳5。
所述预制管桩3为预制混凝土管桩；每节管桩长5m，内径100cm，外径120cm，桩身侧面设有2排通槽，两排通槽的竖向间距100cm。
所述挤土单元为不锈钢构件，一端设有尖头，另一端设有45°斜向切面；
所述钢丝绳为Q235无粘结钢绞线4，直径为Φ22，材质为紫铜线；一端连接吊物，另一端与倒钩相连。各节管桩通过法兰连接；
同一排的多个挤土单元之间通过受到外力可分开的连接结构连接。
优选地，所述通槽为在预制管桩桩身侧面设置的若干排横向孔洞，以方面后续施工中挤土管通过刺入土中。所述相邻水平面的横向孔洞在水平方向上错开90°
优选地，所述连接结构为胶带。
优选地，所述吊物为圆锥形钢构件，所述吊物的母线与其底面的夹角b等于所述挤土管尾部斜向切面角a。
下面详述本发明中挤土管插入土体过程。如图9-图11所示，当预制管桩沉桩到位后，施工人员通过钢丝绳向上移动吊物，所述吊物为圆锥形。当吊物上升至挤土管附近时，吊物的侧面与挤土单元尾部的斜向切面相贴合。随着吊物位置继续上升，同一水平面的挤土单元间的胶带被扯破，同时吊物通过挤土单元尾部的斜向切面给挤土管施加水平力，使得挤土单元逐渐刺入土体中。当吊物完全通过挤土单元所在水平面后，挤土单元的横向凹槽刚好处于预制管桩管壁的正下方，此时通过沉桩设备再次轻轻锤击预制管桩，使得挤土单元的横向凹槽卡住预制管桩的管壁，由此所带来的的桩位竖向位移偏差在规范允许范围内，可不予考虑。
图5展示了本发明施工完成后的情形，此时挤土单元已完全刺入土体中。对于挤土单元下部与预制管桩管壁所形成的间隙，在桩周水土压力作用下土体会自动填充间隙，以达到完全固定挤土单元位置的目的。
实施例2
作为本发明的另一个实施例，该实施例相比于实施例1的区别在于，所述挤土单元上设有开口朝上的横向凹槽，所述横向凹槽长为12cm；所述挤土单元全长40cm，所述横向凹槽的长度L略大于预制管桩的壁厚，固定挤土管位置。
所述预制管桩顶部设有与桩帽相配合的卡槽。
本发明适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩的施工方法：
步骤一：根据现场实际情况（包括现场土质的物理化学参数、建筑物上部荷载等）确定桩长、桩径、桩的数量和位置，本实例中所需桩长为10m，桩径120cm，单桩需要准备管桩2根，法兰1套，桩帽、桩尖各一个；施工开始前进行场地平整，测量人员放线以确定桩位，监理单位对放线结果进行复核，桩位偏差应满足相关规范要求；
步骤二：在首节预制管桩一端安装桩尖，另一端安装桩，起吊至指定桩位就位，起吊过程中保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于3°，桩尖位置与设计桩位偏差不大于40mm；
步骤三：启动静力压桩机，最大压桩力860tf。当首节预制管桩桩顶距地面500mm时卸下桩帽，安装法兰盘，并通过螺栓与另一已安装法兰盘的预制管桩相连，法兰盘之间设置法兰垫；第二节管桩另一端安装桩帽，继续使用液压式静力压桩机压桩；
步骤四：重复步骤三，直至预制管桩至设计标高；
步骤五：收紧钢丝线提升吊物至地面，吊物在提升经过各挤土管时扯断胶带，推动各挤土管刺入土中，同时再次使用液压式静力压装机，使得横向凹槽卡住管，桩固定挤土管位置；
步骤六：浇筑桩顶承台。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，包括：桩帽、预制管桩和桩尖，其特征在于，所述预制管桩桩身侧面沿桩体轴向设有若干排通槽，所述通槽贯穿预制管桩管壁；
每个所述槽道内均设有挤土单元，所述挤土单元处于预制管桩内部的一端设有斜向切面，同一排的多个挤土单元之间通过受到外力可分开的连接结构连接；
吊物，设置在预制管桩内部底端，；
钢丝绳，一端与所述吊物连接，另一端与桩帽上的倒钩相连；
当钢丝绳提拉所述吊物在预制管桩内部向上移动时，所述吊物的顶端能够刺破所述连接机构，并将所述挤土单元挤入预制管桩外侧的土中。
2.根据权利要求1所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：，每排通槽包括多个通槽单元，多个通槽单元沿预制管桩桩身周向均匀布置。
3.根据权利要求2所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：所述通槽单元为设置在预制管桩桩身侧面的横向孔洞单元；
所述挤土单元为挤土管，所述挤土管一端设置在所述横向孔洞单元内，另一端设置在预制管桩内部，设置在横向孔洞单元内的挤土管一端呈尖刺状。
4.根据权利要求2所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：预制管桩桩身上相邻水平面的所述横向孔洞单元在水平方向上错开角度设置。
5.根据权利要求1所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：所述连接结构为胶带。
6.根据权利要求3所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：所述挤土管材质为不锈钢。
7.根据权利要求6所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：所述挤土管管身设有横向凹槽，所述横向凹槽的长度L为预制管桩壁厚d的1~1.5倍。
8.根据权利要求1所述的一种适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩，其特征在于：所述吊物为圆锥形，圆锥形吊物的母线与其底面的夹角b等于所述挤土管尾部斜向切面角a。
9.根据权利要求1~8中任一所述适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据现场实际情况，情况包括现场土质的物理化学参数、建筑物上部荷载，确定预制管桩的桩长、桩径、桩的数量和位置，施工开始前进行场地平整，测量人员放线以确定桩位，监理单位对放线结果进行复核，桩位偏差应满足相关规范要求；
步骤二：在首节预制管桩一端安装桩尖，另一端安装桩，起吊至指定桩位就位，起吊过程中保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于3°，桩尖位置与设计桩位偏差不大于40mm；
步骤三：利用沉管机或静压方式压桩，直至预制管桩至设计标高；
步骤四：收紧钢丝绳提升所述吊物至地面，吊物在提升经过各挤土管时扯断同一水平面上的多个挤土管之间连接结构，推动各挤土管刺入土中；
步骤五：浇筑桩顶承台。
10.根据权利要求7所述适用软土地层可有效增强承载力的预制管桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据现场实际情况，情况包括现场土质的物理化学参数、建筑物上部荷载，确定预制管桩的桩长、桩径、桩的数量和位置，施工开始前进行场地平整，测量人员放线以确定桩位，监理单位对放线结果进行复核，桩位偏差应满足相关规范要求；
步骤二：在首节预制管桩一端安装桩尖，另一端安装桩，起吊至指定桩位就位，起吊过程中保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于3°，桩尖位置与设计桩位偏差不大于40mm；
步骤三：利用沉管机或静压方式压桩，直至预制管桩至设计标高；
步骤四：收紧钢丝绳提升所述吊物至地面，吊物在提升经过各挤土管时扯断同一水平面上的多个挤土管之间连接结构，推动各挤土管刺入土中；同时再压桩，使得挤土管上的横向凹槽卡住预制管桩的管壁，固定挤土管位置；
步骤五：浇筑桩顶承台。
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