CN114737559B - 一种抗多向荷载的小型预制桩基础及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗多向荷载的小型预制桩基础及施工方法，包括一体连接的桩顶、桩体和桩尖，桩体内设置注浆管道，注浆管道一端连接与桩顶上平面平齐的嵌套管接，注浆管道另一端连接环形注浆管道，环形注浆管道另一端与多个出浆短管连接，并在桩体外壁设置与出浆短管连通的出浆孔；桩体上部设置翼板，桩体底部外壁固定安装上大下小的螺旋叶片，出浆孔环向分布在不同高度的螺旋叶片上表面处以及环向分布在桩体和桩尖连接处。螺旋叶片的设计、多个出浆孔的位置设计以及添加的翼板使得小型桩基础能实现不同截面注浆以提高桩的抗压、抗拔、抗水平向荷载的多向承载能力，同时防止翼板附近的土壤流失，采用螺旋压桩和搅拌注浆相结合，安装方便且工期短。

Description

一种抗多向荷载的小型预制桩基础及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体为一种抗多向荷载的小型预制桩基础及施工方法。

背景技术

桩基础是目前工程运用广泛的一直基础形式，其中又以大型的钻孔灌注桩以及预制桩作为主要桩型。此类桩基虽然可以提供较大的承载力，但是施工多较为复杂。例如钻孔灌注桩需要机械先成孔，然后下钢筋笼、浇灌混凝土等工序，步骤较多、工期较长，而目前的预制桩施工多涉及大型打桩机械，对于一些狭窄的场区，常常造成施工难题，增大工程成本。微型桩常泛指小直径的桩基础，尺寸有限，施工相对较为便捷，常用于老旧建筑物的地基补强和托换，以及边坡加固等领域。但是相比常规尺寸的桩基础，微型桩的局限性在于单个基础承载能力差，由于入土深度有限，易受桩身周围软弱土影响，影响桩的稳定性，所以一般仅用于工程的辅助和补修工作，作为主要基础形式承担建筑物上部荷载难以实现较好的工程效果。

在工程建设中常常遇见一些工期要求短并且具有较大荷载作用的情况，传统的钻孔灌注桩和预制桩较难满足快速施工的要求，而常规的微型桩无法有效符合工程承载安全的要求，如何在满足快速建造的工程需求基础上，实现较大的抗拔、抗压等多向承载能力，尚无明确的解决途径，亟需研发一种集快速安装以及多向承载能力的小型桩基础。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗多向荷载的小型预制桩基础及施工方法，该小型桩基础能实现不同截面注浆以提高桩的抗压、抗拔、抗水平向荷载的多向承载能力，同时防止翼板附近的土壤流失，装置简单，施工方便。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种抗多向荷载的小型预制桩基础，包括一体连接的桩顶、桩体和桩尖，所述桩体底部外壁固定安装螺旋叶片，桩体内部设置注浆管道，注浆管道的一端连接与桩顶上平面平齐的嵌套管接，注浆管道的另一端连接水平放置的环形注浆管道，环形注浆管道上均匀设置多个出浆短管，并在桩体外壁设置与出浆短管另一端连通的出浆孔；

所述注浆管道包括第一注浆管和第二注浆管，与第一注浆管匹配的第一环形注浆管设置在与螺旋叶片最上层等高的桩体内部，与第一环形注浆管相匹配的第一出浆孔环向分布在不同高度的螺旋叶片上表面处；与第二注浆管匹配的第二环形注浆管设置在桩体和桩尖连接处，与第二环形注浆管相匹配的第二出浆孔环向分布在桩体和桩尖连接处；

第一注浆管和第一出浆孔相匹配，并通过第一环形注浆管连通，第一环形注浆管与第一出浆孔间通过出浆短管连通；第二注浆管和第二出浆孔相匹配，并通过第二环形注浆管连通，第二环形注浆管与第二出浆孔间通过出浆短管连通。

进一步的，所述螺旋叶片包括两层，上层螺旋叶片大于下层螺旋叶片。

进一步的，所述一体连接的桩体和桩顶均为内径相同的中空圆柱体，且桩顶的外径大于桩体的外径，中空圆柱体以便外接的上层结构与小型桩基础连接。

进一步的，所述桩体上部外壁还设置有多个沿着桩体轴部环向分布的翼板，翼板与桩体之间设置翼板套，翼板与翼板套固定连接，翼板套和桩体滑动连接。

进一步的，所述翼板套上方抵靠在桩顶底部；翼板下方设置固定支架，所述固定支架安装在桩体外壁，且固定支架沿桩体轴部环向分布。

进一步的，所述翼板为上窄下宽的直角梯形板。

进一步的，所述桩顶为圆盘状，桩顶底部连接桩体，桩顶表面设置多个均匀分布的用于连接旋转压桩机的螺纹孔，桩顶内同时设置两个嵌套管接，嵌套管接分别与所述第一注浆管和第二注浆管连接。

进一步的，所述桩顶上设置用于调平的可拆卸的桩帽，所述桩帽为瓶盖状，中间设置有与桩体内径相同的中空圆柱体，方便安装桩帽后不影响外接的上层结构与小型桩基础的连接。

进一步的，所述桩帽侧面内壁设置有内螺纹，且桩顶侧面设置有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。

本发明的第二个目的是提供一种上述抗多向荷载的小型预制桩基础的施工方法，包括：

竖直放置小型预制桩基础，用桩顶的螺纹孔连接旋转压桩机，启动旋转压桩机通过桩尖和螺旋叶片将小型预制桩基础的端部初步压入土体；

当两层螺旋叶片完全没入土体后，停止下沉，旋转压桩机锁定并继续旋转桩体，使桩体水平移动，在桩体移动的同时外接压浆装置并通过注浆管道注浆，此时的螺旋叶片充当搅拌叶片进行搅拌注浆，形成搅拌处理区域，搅拌范围控制在翼板直径内；

充分搅拌后停止注浆，桩体重新定位，继续启动旋转压桩机将桩体压入土体直至翼板底部接触地面时停止；

手动固定翼板，继续启动旋转压桩机，依靠下沉的桩顶将翼板压入土体，在桩体下沉过程中确保翼板不发生转动，使翼板垂直插入搅拌处理区域，直到翼板完全进入搅拌处理区域时关闭旋转液压机，并启动压浆装置进行桩尖注浆和螺旋叶片上层注浆；

注浆完毕后，在桩顶处安装桩帽，如果桩在安装后发生倾斜，通过切割桩帽来调平；

其中压浆装置下方的注浆管为注浆软管，而桩体内的各个注浆管均采用钢制结构，所以压浆装置的注浆软管和第一注浆管以及第二注浆管采用嵌套管接连接；

第二注浆管和第一环形注浆管交叉部分采用曲形注浆管分隔开，出浆短管和螺旋叶片上的出浆孔连接的部分采用直角管接进行连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

(1)螺旋叶片的设置，一方面可以有效促进桩体自上而下压入土层的施工，无需施加过多的下压荷载，易保证实际工程中足够的入土深度，沿螺旋叶片环向多个出浆孔的设置能保证注浆液外渗的均匀性；另一方面螺旋叶片可充当搅拌叶片，实现上部土层的搅拌注浆施工，固化上部土层、提高土体侧向刚度；而注浆管道-环形注浆管-出浆短管-出浆孔的通路设计中，环形注浆管同时匹配多个出浆孔，并将出浆孔环向分布在不同高度的螺旋叶片上表面处以及桩体和桩尖连接处，从而进行不同截面注浆以强化螺旋叶片上层土体来提高抗拔能力和桩体的抗压能力；

(2)将螺旋叶片设计成上层大下层小的结构，上层大螺旋叶片可以进一步提高抗拔破裂面向上扩大、提高竖向抗拔能力，并且受压时上层大螺旋叶片可限制桩端土体破坏滑移开展，提升竖向抗压性能；同时大小螺旋叶片设置也可提高压桩的稳定性；

(3)在桩体上部设置多个沿着桩体轴部环向分布的翼板以抵抗不同方向的水平荷载，同时翼板与翼板套固定连接，翼板套与桩体滑动连接，以保证桩体螺旋压入土体时，翼板可以保持平移向下而不因旋转破坏土体；

(4)翼板形状设置成上窄下宽的直角梯形结构，因土压力随下沉深度逐渐增大，此结构能有效提高桩的抵抗水平荷载能力；

(5)本发明在单一桩体上综合实现了高效的抗压抗拔和抗水平向荷载的能力，而且都是预制构件，施工快捷，相比传统的钻孔灌注桩和预制桩，本发明采用螺旋压入的方式打桩实现小型桩基施工，不需要钻孔和桩基打设机械使用钢筋笼，减少桩基施工泥浆对环境污染以及工程施工工作量，安装方便且工期短快速。

附图说明

图1为实施例1中小型预制桩基础正视图；

图2为实施例1中小型预制桩基础俯视图；

图3为实施例1中桩顶俯视图；

图4为实施例1中小型预制桩基础断面图；

图5为图4中的A-A剖视图；

图6为图4中B-B剖视图；

图7为图4中C-C剖视图；

图8为实施例1中小型预制桩基础的注浆施工示意图。

附图标记：桩顶1；螺纹孔101；桩帽102；

桩体2；螺旋叶片201；第一注浆管202；第二注浆管203；第一出浆孔204；第二出浆孔205；第一环形注浆管206；第二环形注浆管207；出浆短管208；翼板209；翼板套210；支架211；嵌套管接212；曲形注浆管213；直角管接214；

桩尖3；

压浆装置4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种抗多向荷载的小型预制桩基础，包括一体连接的桩顶1、桩体2和桩尖3，一体连接的桩体2和桩顶1均为内径相同的中空圆柱腔体，且桩顶1的外径大于桩体2的外径。桩体2内部设置注浆管道，注浆管道的一端连接与桩顶上平面平齐的嵌套管接212，并在桩体2外壁设置与注浆管道另一端连通的出浆孔。

如图1-3所示，在本实施例中，桩顶1为圆盘状，桩顶1表面设置4个均匀设置的螺纹孔101，螺纹孔101用于连接外接的旋转压桩机，对整个小型桩基础进行旋转压入。圆盘状的桩顶1侧壁设置有外螺纹，通过外螺纹可拆卸地安装调平用的桩帽102，桩帽102为瓶盖状，中间设置有与桩体2内径相同的中空圆柱腔体，以便外接的上层结构与小型桩基础连接。

在本实施例中，桩体2底部外壁焊接有螺旋叶片201，螺旋叶片201配合桩尖3能极大的方便施工者通过旋转压桩机将桩体2压入到施工的地面下，同时在注浆时也能起到搅拌的作用。

本发明通过在桩体2底部设置有螺旋叶片201，并通过在螺旋叶片201的上表面的不同位置以及桩体2底部不同位置设置出浆孔进行注浆，螺旋叶片201的设置既可以有效促进桩体2自上而下压入土层的施工，无需施加过多的下压荷载，易保证实际工程中足够的入土深度，避免过多的施工扰动，也可以充当搅拌叶片，实现翼板209所在上部土层的搅拌注浆施工，固化上部土层、提高土体侧向刚度，同时令翼板209周围土体不容易流失，更加高效利用翼板209以提高桩的水平承载能力。多个出浆孔的设置位置能提高小型桩基础的抗压、抗拔、抗水平向荷载的多向承载能力。

如图4-7所示，在本实施例中，桩体2内部的注浆管道包括第一注浆管202和第二注浆管203，出浆孔包括第一出浆孔204和第二出浆孔205，其中第一出浆孔204和第二出浆孔205均包含多个，第一出浆孔204分别设置在螺旋叶片201上表面的不同位置，第二出浆孔205设置在桩体2和桩尖3连接处的各个方位，第一注浆管202和第一出浆孔204相匹配，并通过第一环形注浆管206连通，第一环形注浆管206与第一出浆孔204间通过出浆短管208连通；第二注浆管203和第二出浆孔205相匹配，并通过第二环形注浆管207连通，第二环形注浆管207与第二出浆孔205间通过出浆短管208连通，注浆管道-环形注浆管-出浆短管-出浆孔的通路结构，使得注入的注浆液经过两个注浆管以及两个环形注浆管，从各个出浆孔排出，在桩体2底部环向上的各个位置进行注浆能有效提高小型桩基础的抗压能力，在螺旋叶片201的上表面环向上的各个位置进行注浆能有效提高小型桩基础的抗拔能力。

为了进一步提高小型桩基础的抗拔能力，在本实施例中，螺旋叶片201分为两层，上层螺旋叶片大于下层螺旋叶片，这样一方面下层小螺旋叶片能方便将桩体2更容易压入土体，减少压桩入土阻力，另一方面上层大螺旋叶片可以进一步提高抗拔破裂面向上扩大、提高竖向抗拔能力，并且受压时上层大螺旋叶片可限制桩端土体破坏滑移开展，提升竖向抗压性能，且可以阻止桩体2底部土体受压呈现向上移动的趋势，适当扩大可形成对受压桩端整体破坏土滑移的限制，进一步提高桩体2的抗压能力，同时大小螺旋叶片设置也可提高压桩的稳定性。

为了使小型桩基础具有一定的抗水平向荷载能力，桩体2上部外壁设置有多个沿着桩体2轴部环向分布的翼板209，在本实施例中翼板209数量为4个，均匀分布在桩体2外壁。翼板209与桩体2之间设置翼板套210，翼板209底部通过L形的支架211固定，支架211安装在桩体2外壁，且支架211沿桩体2轴部环向分布。翼板209上部通过翼板套210顶部和桩顶1的底部进行限位固定，使翼板套210上方能抵靠在桩顶2底部。这样在桩体2完全进入地面时，翼板209的存在能有效防止桩体2在地下水平位移，增强小型桩基础的抗水平多向承载能力。

将翼板209设置在桩体2上时，为了方便施工，翼板209与翼板套210焊接固定，翼板套210和桩体2滑动连接，在旋转压桩机旋转桩体2压入土体时，翼板209可以保持不动，翼板209靠桩顶1拖入土体，翼板209下侧靠支架211固定。

为了进一步通过翼板209来提高小型桩基础的水平承载能力，翼板209设计成上窄下宽的直角梯形板，这是因为在桩体2下沉如地下土体时，土压力随下沉深度增大，有效提高桩的抵抗水平荷载能力。

实施例2

如图8所示，本实施例提供了实施例1中所述的小型预制桩基础的施工方法如下：

(1)竖直放置小型预制桩基础，用桩顶1的螺纹孔101连接旋转压桩机，启动旋转压桩机通过桩尖3和螺旋叶片201将小型预制桩基础的端部初步压入土体；

(2)当两层螺旋叶片201没入地面后，停止下沉，旋转压桩机锁定并继续旋转桩体2，使得桩体2进行水平移动，在桩体2移动的同时外接压浆装置4并通过注浆管道注浆，此时的螺旋叶片201充当搅拌叶片进行搅拌注浆，形成搅拌处理区域，搅拌范围控制在翼板209直径内；

(3)充分搅拌后停止注浆，桩体2重新定位，继续启动旋转压桩机将桩体2压入地面至翼板209底部接触地面时停止；

(4)由施工人员手动稳住翼板209，避免翼板209跟随桩体2发生转动，破坏土体。继续启动旋转压桩机，依靠下沉的桩顶1将翼板209拖入土体，在桩体2下沉过程中要确保翼板209不发生转动，使翼板209垂直插入搅拌处理区域，直到翼板209完全进入搅拌处理区域时关闭旋转液压机；

(5)压浆装置4连接桩顶1上的两个嵌套管接212进行注浆。

(6)注浆完毕后，在桩顶1处安装桩帽102，如果桩在安装后发生倾斜，通过切割桩帽102来调平。

其中压浆装置4下方的注浆管为注浆软管，而桩体2内的各个注浆管均采用钢制结构，所以压浆装置4的注浆软管和第一注浆管202以及第二注浆管203采用嵌套管接212连接。另外在第二注浆管203和第一环形注浆管206交叉部分采用曲形注浆管213分隔开，出浆短管208和螺旋叶片201上的出浆孔连接的部分采用直角管接214进行连接。

本发明在单一桩体上综合实现了高效的抗压抗拔和抗水平向荷载的能力，而且都是预制构件，施工快捷，相比传统的钻孔灌注桩和预制桩，本发明采用螺旋压入的方式打桩实现小型桩基施工，不需要钻孔和桩基打设机械使用钢筋笼，减少桩基施工泥浆对环境污染以及工程施工工作量，安装方便且工期短快速。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗多向荷载的小型预制桩基础，其特征在于，包括一体连接的桩顶、桩体和桩尖，所述桩体底部外壁固定安装螺旋叶片，桩体内部设置注浆管道，注浆管道的一端连接与桩顶上平面平齐的嵌套管接，注浆管道的另一端连接水平放置的环形注浆管道，环形注浆管道上均匀设置多个出浆短管，并在桩体外壁设置与出浆短管另一端连通的出浆孔；

所述注浆管道包括第一注浆管和第二注浆管，与第一注浆管匹配的第一环形注浆管设置在与螺旋叶片最上层等高的桩体内部，与第一环形注浆管相匹配的第一出浆孔环向分布在不同高度的螺旋叶片上表面处；与第二注浆管匹配的第二环形注浆管设置在桩体和桩尖连接处，与第二环形注浆管相匹配的第二出浆孔环向分布在桩体和桩尖连接处；

第一注浆管和第一出浆孔相匹配，并通过第一环形注浆管连通，第一环形注浆管与第一出浆孔间通过出浆短管连通；第二注浆管和第二出浆孔相匹配，并通过第二环形注浆管连通，第二环形注浆管与第二出浆孔间通过出浆短管连通；

所述螺旋叶片包括两层，上层螺旋叶片大于下层螺旋叶片；

所述桩体上部外壁还设置有多个沿着桩体轴部环向分布的翼板，翼板与桩体之间设置翼板套，翼板与翼板套固定连接，翼板套和桩体滑动连接；

所述翼板套上方抵靠在桩顶底部；翼板下方设置支架，所述支架安装在桩体外壁，且支架沿桩体轴部环向分布。

2.根据权利要求1所述的抗多向荷载的小型预制桩基础，其特征在于，所述一体连接的桩体和桩顶均为内径相同的中空圆柱腔体，且桩顶的外径大于桩体的外径。

3.根据权利要求1所述的抗多向荷载的小型预制桩基础，其特征在于，所述翼板为上窄下宽的直角梯形板。

4.根据权利要求3所述的抗多向荷载的小型预制桩基础，其特征在于，所述桩顶为圆盘状，桩顶底部连接桩体，且顶靠翼板套顶部，桩顶表面设置多个均匀分布的用于连接旋转压桩机的螺纹孔，桩顶内中空腔体同时设置两个嵌套管接，嵌套管接分别与所述第一注浆管和第二注浆管连接。

5.根据权利要求4所述的抗多向荷载的小型预制桩基础，其特征在于，所述桩顶上设置用于调平的可拆卸的桩帽，所述桩帽为瓶盖状，中间设置有与桩体内径相同的中空圆柱腔体。

6.根据权利要求5所述的抗多向荷载的小型预制桩基础，其特征在于，所述桩帽侧面内壁设置有内螺纹，且桩顶外壁侧面设置有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。

7.一种根据权利要求6所述抗多向荷载的小型预制桩基础的施工方法，其特征在于，包括：

竖直放置小型预制桩基础，用桩顶的螺纹孔连接旋转压桩机，启动旋转压桩机通过桩尖和螺旋叶片将小型预制桩基础的端部初步压入土体；

当两层螺旋叶片完全没入土体后，停止下沉，旋转压桩机锁定并继续旋转桩体，使桩体水平移动，在桩体移动的同时外接压浆装置并通过注浆管道注浆，此时的螺旋叶片充当搅拌叶片进行搅拌注浆，形成搅拌处理区域，搅拌范围控制在翼板直径内；

充分搅拌后停止注浆，桩体重新定位，继续启动旋转压桩机将桩体压入土体直至翼板底部接触地面时停止；

手动固定翼板，继续启动旋转压桩机，依靠下沉的桩顶将翼板压入土体，在桩体下沉过程中确保翼板不发生转动，使翼板垂直插入搅拌处理区域，直到翼板完全进入搅拌处理区域时关闭旋转液压机，并启动压浆装置进行桩尖注浆和螺旋叶片上层注浆；

注浆完毕后，在桩顶处安装桩帽，如果桩在安装后发生倾斜，通过切割桩帽来调平；

其中压浆装置下方的注浆管为注浆软管，而桩体内的各个注浆管均采用钢制结构，所以压浆装置的注浆软管和第一注浆管以及第二注浆管采用嵌套管接连接；

第二注浆管和第一环形注浆管交叉部分采用曲形注浆管分隔开，出浆短管和螺旋叶片上的出浆孔连接的部分采用直角管接进行连接。