CN114941318A - 一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管‑混凝土支盘桩复合桩基结构及其施工方法，该复合桩基结构包括多支混凝土支盘桩以及固定在多支混凝土支盘桩内部的开口式钢管；开口式钢管包括钢管本体，钢管本体的侧壁周侧开设有多个挤扩口；开口式钢管可以减低挤土效应对孔壁以及相邻桩基的影响，减小孔壁塌陷，提高桩基在软弱地基的适用性，而且显著提高施工效率，减小挤土效应对新形成的混凝土桩身的破坏，避免桩基的隐蔽性病害。本发明提供的钢管‑混凝土支盘桩复合桩基，不仅能大幅提升复合桩基的共同承载性能以及内部刚性桩的成桩质量，更好的发挥支盘桩的效果，并可以显著提高支盘桩的适用范围，为软弱地基的处理提供新的技术方法。

Description

一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种涉及岩土工程领域，具体涉及一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构及其施工方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地质条件分布十分复杂，淤泥土、黄土等软弱地基分布广范。随着我国经济的高速发展，地下空间得到极大开发，在经济发达、交通网络密集的地区，软弱地基承载力严重影响了建筑结构和基础设施的发展。软弱地基一般含水率较高、压缩性大、强度低，且土层层状分布复杂，在此类地基上建设密集的铁路、公路、市政及水利工程时，必须进行必要的加固处理，增加地基的稳定性及减小工后沉降。例如高速铁路桥梁的桩基由于受到桥梁等上部结构传来的荷载，产生的沉降直接影响到高速铁路线路的平稳性及其安全运营。

目前提高软弱地基承载力的方法主要有水泥灌注桩、沉管灌注桩、钻孔灌注桩、混凝土预制桩和挤扩支盘桩等。但是这些方法目前存在以下不足：水泥灌注桩单桩承载力较低、施工质量难以控制；沉管灌注桩、钻孔灌注桩由于注浆压力、注浆不均和孔壁的影响，容易发生桩身缩颈，泥浆处理也很不方便，对清孔及混凝土浇筑要求较高，不能充分利用原有土体，环境污染较大；混凝土预制桩在施工时场地噪音大，且存在明显的挤土效应，容易导致桩基上浮或者影响周围建筑物的安全。挤扩支盘桩作为一种新型桩基技术，主要采用旋挖钻孔后再使用支盘钻机在合适的土层挤扩形成支盘空腔，最后浇筑混凝土形成带有支盘的灌注桩，可以显著提高单桩的承载力，减小桩径和桩长，已在许多城市广泛应用。然而，由于挤扩工艺复杂，施工技术难，导致施工效率较低，且施工造价较高。其次，由于成孔后需要进行二次挤扩，对孔壁影响较大，且由于二次挤扩不可避免对相邻桩孔产生影响，缺少支护的孔壁易塌陷，而且挤土效应导致孔径发生变化，导致成桩质量不理想，此种现象在软弱地基更为明显。因此，当前由于技术限制，挤扩支盘桩并不适用于大部分软弱地基。

鉴于此，目前亟需一种施工质量可靠、承载能力高、经济效益优良的复合桩基。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构及其施工方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，包括多支混凝土支盘桩以及固定在多支混凝土支盘桩内部的开口式钢管；所述开口式钢管包括钢管本体，所述钢管本体的侧壁周侧开设有多个挤扩口；所述多支混凝土支盘桩包括桩身以及分布在桩身周侧的若干个多支支盘，所述多支支盘从开口式钢管的挤扩口延伸向外。优选的，所述多个挤扩口沿着钢管本体横截面对称分布；所述多支支盘沿桩身周侧均匀间隔分布。

作为优选的技术方案，所述多支混凝土支盘桩通过连续多支挤扩装置施工得到，所述连续多支挤扩装置包括底盘，所述底盘的上方对称设有连接盘，所述底盘和连接盘之间竖直固定有伸缩杆；所述连接盘与底盘之间安装有多条多支挤扩臂，所述多支挤扩臂包括至少两组相互铰接的挤扩单元，其中：靠近连接盘的挤扩单元的顶端与连接盘铰接，靠近底盘的挤扩单元的底端与底盘铰接；所述挤扩单元包括互相铰接的第一挤扩臂和第二挤扩臂；所述伸缩杆上滑动连接有限位支撑钢圈，所述限位支撑钢圈与挤扩单元铰接。进一步优选的，所述限位支撑钢圈包括用于与伸缩杆滑动配合的内圈以及用于与挤扩单元铰接的外圈；所述内圈与外圈通过限位杆固定连接；所述外圈的外侧固定有连接耳，所述连接耳沿水平方向开设有贯通连接耳的连接孔；所述挤扩单元通过穿设在连接孔内的销轴与外圈铰接。更进一步优选的，所述第一挤扩臂和第二挤扩臂通过转动限位装置铰接；所述转动限位装置包括转轴以及与转轴转动连接的第一连接块和第二连接块，所述第一连接块和第二连接块分别用于与第一挤扩臂和第二挤扩臂连接；所述第一连接块的一侧中部具有U型卡位口，所述第一连接块位于U型卡位口的两侧对称固定有一对套筒，所述第一连接块通过套筒与转轴转动连接；所述第二连接块的一侧固定有限位卡块，所述限位卡块与第二连接块不在同一平面内，且限位卡块与第二连接块形成的钝角夹角朝向第一连接块；所述限位卡块的一侧面固定有用于与转轴转动连接的套筒，所述限位卡块的长度大于U型卡位口的深度。当第一连接块和第二连接块相对转动时，可以保证第一连接块和第二连接块之间的夹角始终小于180°，从而能够限制第一挤扩臂和第二挤扩臂之间的相对夹角，使挤扩单元始终具有向外侧挤扩的倾向。

本发明还提供了上述所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)钻孔成孔至指定深度后，将开口式钢管吊装至孔内目标深度，实现对孔壁的支护，然后标记各个挤扩口的位置，便于后期连续多支挤扩装置的工作；与常规全截面密封钢管相比，间断式开口可以极大节省钢材，降低工程造价，且具有良好的孔壁支护功能；

(2)通过连接盘将连续多支挤扩装置与外部液压装置连接，将连续多支挤扩装置吊装至开口式钢管内并使其多支挤扩臂分别对准开口式钢管的挤扩口；启动液压装置对连续多支挤扩装置施加向下的作用力时使其发生压缩，多支挤扩臂会向外延伸，对桩孔附近的地基土进行挤压，扩大孔径，当挤扩至目标孔径时，通过液压装置对连续多支挤扩装置进行拉伸，即可使连续多支挤扩装置复位，即完成此处位置的挤扩；当开口式钢管具有多层挤扩口时，改变连续多支挤扩装置的位置使其与对应的挤扩口对齐，重复步骤(2)即可完成相应位置的挤扩；直至全部挤扩完成，吊出连续多支挤扩装置；通过使用连续多支挤扩装置，在挤扩过程中可以在桩基轴线纵向长度范围内与横截面同时挤扩多个支口，可以减少常规工法的挤扩次数，避免由于挤扩支盘桩挤扩工艺的复杂性导致需要多次挤扩才可形成具有承载力较高的多支桩基结构的问题，显著提高了施工效率，降低工程造价。

(3)清理孔内由于挤扩产生的积渣，然后向孔内吊装钢筋笼并进行注浆，注浆时水泥浆体可以沿着开口式钢管中的挤扩口流向被挤扩产生的空间内最终形成支盘，成型后得到钢管-多支混凝土支盘桩复合桩基。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，包括多支混凝土支盘桩以及固定在多支混凝土支盘桩内部的开口式钢管，开口式钢管可以减小相邻桩基在施工时导致的挤土效应对孔壁以及相邻桩基的影响，减小缺乏支护的孔壁塌陷，提高桩基在软弱地基的适用性。其次，减小挤土效应对新形成水泥桩身的破坏，避免桩基的隐蔽性病害。避免了常规挤扩成孔后二次挤扩导致孔壁塌陷、挤土效应导致孔径发生变化影响成桩质量等一系列问题，而且显著提高桩基承载力，增高施工效率。此外，与常规全截面密封钢管桩相比，间断式开口可以极大节省钢材，降低工程造价。本发明提供的钢管-混凝土支盘桩复合桩基，不仅能大幅提升复合桩基的共同承载性能以及内部刚性桩的成桩质量，更好的发挥支盘桩的效果，并可以显著提高支盘桩的适用范围，为软弱地基的处理提供新的技术方法，具有一定的经济、技术、工程效益。

附图说明

图1为钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构的示意图；

图2为开口式钢管的结构示意图；

图3为开口式钢管与连续多支挤扩装置配合施工的示意图；

图4为连续多支挤扩装置在未挤扩时的结构示意图；

图5为连续多支挤扩装置的在挤扩状态时的结构示意图；

图6为限位支撑钢圈的结构示意图；

图7为外圈的结构示意图；

图8为转动限位装置的结构示意图；

图9为转动限位装置的分解图；

附图标记：1-多支混凝土支盘桩，11-桩身，12-多支支盘，2-开口式钢管，21-钢管本体，22-挤扩口，3-连续多支挤扩装置，31-底盘，32-连接盘，33-伸缩杆，34-挤扩单元，341-第一挤扩臂，342-第二挤扩臂，35-限位支撑钢圈，351-内圈，352-外圈，353- 限位杆，354-连接耳，355-连接孔，356-销轴，361-转轴，362-第一连接块，363-第二连接块，364-U型卡位口，365-套筒，366-限位卡块。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

需要说明的是，本发明中“固定”、“连接”、“安装”、“固定连接”等均表示相互连接的两部件之间是固定在一起，一般是通过焊接、螺钉等方式固定在一起。“滑动连接”、“铰接”等是指两部件连接在一起并能相对运动。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“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，因此不能理解为本发明的限制。本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

参考图1，一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，包括多支混凝土支盘桩1以及固定在多支混凝土支盘桩内部的开口式钢管2；开口式钢管2包括钢管本体21，钢管本体的侧壁周侧开设有多个挤扩口22；参考图2，开口式钢管共具有两层挤扩口，每层中的挤扩口沿着钢管本体横截面对称间隔分布；多支混凝土支盘桩1包括桩身11以及分布在桩身周侧的若干个多支支盘12，多支支盘12从开口式钢管的挤扩口22延伸向外。具体应用中，根据多支混凝土支盘桩1设计要求，预先确定需要挤扩的位置，在钢管本体的侧壁进行定位、开口，挤扩口沿着钢管横截面对称分布，而数量、长度和宽度均可根据桩基的设计要求进行工厂化预制生产。

多支混凝土支盘桩1通过连续多支挤扩装置3施工得到，参考图3至图5，连续多支挤扩装置3包括底盘31，底盘31的上方对称设有连接盘32，底盘31和连接盘32之间竖直固定有伸缩杆33；连接盘32与底盘31之间安装有多条多支挤扩臂，多条多支挤扩臂沿着底盘31和连接盘32的四周间隔均匀分布，以使挤扩得到的多个支口均匀分布在桩基的周侧。施工时，多支挤扩臂的位置对应开口式钢管中挤扩口22的开口方向，挤扩过程中，多支挤扩臂中的挤扩单元能够从挤扩口22伸出并对孔壁周围的土体进行挤压；多支挤扩臂包括至少两组相互铰接的挤扩单元34，其中：靠近连接盘的挤扩单元的顶端与连接盘铰接，靠近底盘的挤扩单元的底端与底盘铰接；挤扩单元34包括互相铰接的第一挤扩臂341和第二挤扩臂342；伸缩杆33上滑动连接有限位支撑钢圈35，限位支撑钢圈35与挤扩单元34铰接。图4中多支挤扩臂的数量为两组，每个多支挤扩臂具有三组挤扩单元，需要说明的是，多支挤扩臂的数量和挤扩单元的数量均可根据开口式钢管2中挤扩口的数量和尺寸进行相应调整，以使它们互相匹配，在挤扩过程中，只需一次调整连续多支挤扩装置的位置使其与开口式钢管2中的挤扩口对应，即可对某段区域进行挤扩，提高施工效率。参考图6和图7，限位支撑钢圈35包括用于与伸缩杆 33滑动配合的内圈351以及用于与挤扩单元34铰接的外圈352；内圈351与外圈352 通过限位杆353固定连接；外圈352的外侧固定有连接耳354，连接耳354沿水平方向开设有贯通连接耳的连接孔355；挤扩单元34通过穿设在连接孔内的销轴356与外圈 352铰接。进一步优选的，限位杆353的数量为四个，四个限位杆彼此之间呈90°均匀分布在内圈351和外圈352之间。限位杆353作为内圈351和外圈352之间的连接结构，可以显著提高限位支撑钢圈的结构稳定性。

作为优选的实施方式，参考图8和图9，第一挤扩臂341和第二挤扩臂342通过转动限位装置铰接；转动限位装置包括转轴361以及与转轴转动连接的第一连接块362和第二连接块363，第一连接块362和第二连接块363分别用于与第一挤扩臂341和第二挤扩臂342连接；第一连接块362的一侧中部具有U型卡位口364，第一连接块位于U 型卡位口的两侧对称固定有一对套筒365，第一连接块362通过套筒与转轴361转动连接；第二连接块363的一侧固定有限位卡块366，限位卡块366与第二连接块363不在同一平面内，且限位卡块366与第二连接块363形成的钝角夹角朝向第一连接块362；限位卡块366的一侧面固定有用于与转轴转动连接的套筒365，限位卡块366的长度大于U型卡位口64的深度。

本发明还提供了上述所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)钻孔成孔至指定深度后，将开口式钢管吊装至孔内目标深度，实现对孔壁的支护，然后标记各个挤扩口的位置，便于后期连续多支挤扩装置的工作；开口式钢管的直径略小于成孔孔径，便于吊装；与常规全截面密封钢管相比，间断式开口可以极大节省钢材，降低工程造价，且具有良好的孔壁支护功能；具体应用中，可根据支盘桩桩基设计要求，预先确定需要挤扩的位置，在钢管侧壁进行定位、开口，挤扩口沿着钢管横截面对称分布，而数量、长度和宽度均可根据桩基的设计要求进行工厂化预制生产。

(2)通过连接盘将连续多支挤扩装置与外部液压装置连接，将连续多支挤扩装置吊装至开口式钢管内并使其多支挤扩臂分别对准开口式钢管的挤扩口；启动液压装置对连续多支挤扩装置施加向下的作用力时使其发生压缩，多支挤扩臂会向外延伸，对桩孔附近的地基土进行挤压，扩大孔径，当挤扩至目标孔径时，通过液压装置对连续多支挤扩装置进行拉伸，即可使连续多支挤扩装置复位，即完成此处位置的挤扩；当开口式钢管具有多层挤扩口时，改变连续多支挤扩装置的位置使其与对应的挤扩口对齐，重复步骤(2)即可完成相应位置的挤扩；直至全部挤扩完成，吊出连续多支挤扩装置。

(3)清理孔内由于挤扩产生的积渣，然后向孔内吊装钢筋笼并进行注浆，注浆时水泥浆体可以沿着开口式钢管中的挤扩口流向被挤扩产生的空间内最终形成支盘，提高软弱地基的承载力。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (6)

1.一种钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，其特征在于：包括多支混凝土支盘桩以及固定在多支混凝土支盘桩内部的开口式钢管；所述开口式钢管包括钢管本体，所述钢管本体的侧壁周侧开设有多个挤扩口；所述多支混凝土支盘桩包括桩身以及分布在桩身周侧的若干个多支支盘，所述多支支盘从开口式钢管的挤扩口延伸向外。

2.根据权利要求1所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，其特征在于：所述多个挤扩口沿着钢管本体横截面对称分布；所述多支支盘沿桩身周侧均匀间隔分布。

3.根据权利要求1所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，其特征在于：所述多支混凝土支盘桩通过连续多支挤扩装置施工得到，所述连续多支挤扩装置包括底盘，所述底盘的上方对称设有连接盘，所述底盘和连接盘之间竖直固定有伸缩杆；所述连接盘与底盘之间安装有多条多支挤扩臂，所述多支挤扩臂包括至少两组相互铰接的挤扩单元，其中：靠近连接盘的挤扩单元的顶端与连接盘铰接，靠近底盘的挤扩单元的底端与底盘铰接；所述挤扩单元包括互相铰接的第一挤扩臂和第二挤扩臂；所述伸缩杆上滑动连接有限位支撑钢圈，所述限位支撑钢圈与挤扩单元铰接。

4.根据权利要求3所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，其特征在于：所述限位支撑钢圈包括用于与伸缩杆滑动配合的内圈以及用于与挤扩单元铰接的外圈；所述内圈与外圈通过限位杆固定连接；所述外圈的外侧固定有连接耳，所述连接耳沿水平方向开设有贯通连接耳的连接孔；所述挤扩单元通过穿设在连接孔内的销轴与外圈铰接。

5.根据权利要求3所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构，其特征在于：所述第一挤扩臂和第二挤扩臂通过转动限位装置铰接；所述转动限位装置包括转轴以及与转轴转动连接的第一连接块和第二连接块，所述第一连接块和第二连接块分别用于与第一挤扩臂和第二挤扩臂连接；所述第一连接块的一侧中部具有U型卡位口，所述第一连接块位于U型卡位口的两侧对称固定有一对套筒，所述第一连接块通过套筒与转轴转动连接；所述第二连接块的一侧固定有限位卡块，所述限位卡块与第二连接块不在同一平面内，且限位卡块与第二连接块形成的钝角夹角朝向第一连接块；所述限位卡块的一侧面固定有用于与转轴转动连接的套筒，所述限位卡块的长度大于U型卡位口的深度。

6.如权利要求1至5任一项所述的钢管-混凝土支盘桩复合桩基结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)钻孔成孔至指定深度后，将开口式钢管吊装至孔内目标深度，实现对孔壁的支护，然后标记各个挤扩口的位置，便于后期连续多支挤扩装置的工作；

(2)通过连接盘将连续多支挤扩装置与外部液压装置连接，将连续多支挤扩装置吊装至开口式钢管内并使其多支挤扩臂分别对准开口式钢管的挤扩口；启动液压装置对连续多支挤扩装置施加向下的作用力时使其发生压缩，多支挤扩臂会向外延伸，对桩孔附近的地基土进行挤压，扩大孔径，当挤扩至目标孔径时，通过液压装置对连续多支挤扩装置进行拉伸，即可使连续多支挤扩装置复位，即完成此处位置的挤扩；当开口式钢管具有多层挤扩口时，改变连续多支挤扩装置的位置使其与对应的挤扩口对齐，重复步骤(2)即可完成相应位置的挤扩；直至全部挤扩完成，吊出连续多支挤扩装置；

(3)清理孔内由于挤扩产生的积渣，然后向孔内吊装钢筋笼并进行注浆，注浆时水泥浆体可以沿着开口式钢管中的挤扩口流向被挤扩产生的空间内最终形成支盘，成型后得到钢管-多支混凝土支盘桩复合桩基。

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