CN115652907A - 蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法 - Google Patents

蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法 Download PDF

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CN115652907A CN202211418374.6A CN202211418374A CN115652907A CN 115652907 A CN115652907 A CN 115652907A CN 202211418374 A CN202211418374 A CN 202211418374A CN 115652907 A CN115652907 A CN 115652907A
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付强
顾美湘
袁杰
吴杨
夏敬潮
李亚东
张效禹
林逸峰
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Abstract

本发明涉及岩土及地质工程领域,且公开了蜂巢型钢板桩,包括桩身、设置在桩身上的加劲肋以及通过卡槽连接桩身上的桩帽,桩身下端部五分之一范围内为光滑面a,加劲肋设于靠桩身上部三分之一处,桩帽内部开设有圆孔,圆孔孔径为100mm,该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,桩体特有的六边形单元对称组合结构增加了钢板桩的整体竖向和水平刚度,能够有效地控制桩体本身竖向变形及侧向挠曲变形。

Description

蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法
技术领域
本发明涉及岩土及地质工程领域,具体为蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法。
背景技术
在软弱土、砂土地区的高速公路及铁路桥涵过渡段,桥台桩基础受到上部桥梁涵洞等上部结构荷载影响,桥台与路基之间的差异沉降直接影响高速铁路及公路车辆的平稳安全运营,因此在对路线车辆运行平稳要求较高的高速公路及铁路软土地区,控制深厚软土地基的工后沉降至关重要,也决定了高速公路及铁路工程水平和效果。对于桥涵过渡段差异沉降过大的原因,一是桥台墩台桩基础整体沉降量控制的比较好,二是软弱地基桥背及路基段自身沉降量过大,导致桥台与台背路基出现较大的差异沉降,形成错台,致使行车时发生桥头跳车,影响行车安全、降低车速、影响运营费用和加速桥梁及路面的病害。因此需要一种薄截面钢板桩加固路基,能够快速在软土地基中施工并充分发挥土体与桩体之间的侧阻力和端阻力,有效提高台背路基及地基承载力,减小整体沉降量,同时减小桩体施工对周围土体产生的挤压影响,有效控制桥涵过渡段差异沉降。
在基坑开挖施工中,除去大型混凝土桩体外,对可回收式施工方法,有采用拉森钢板桩支护方法,其插入施工较为便捷,其整体刚度及稳定性较差,抗弯能力差,在地面超载及水压影响下,会产生较大挠曲和变形,在打入深度较小时,需要辅助围檩及内支撑来降低侧向位移,施工工序多且耗费成本和时间。一旦出现局部失稳,很难快速控制。因此需要研究一种具有较大整体刚度的新型钢板桩,充分发挥其侧向抗弯刚度大、竖向及水平承载力高的优点,为基坑提供较大的水平承载力和控制基坑位移。在建筑基坑失稳应急抢险中,可在有限作业空间快速打入钢板桩,可利用新型钢板桩提供侧向抗弯承载力,弥补和解决拉森型钢板桩侧向抗弯曲能力较差以及来不及施加内支撑和打锚杆的工程问题。新型钢板桩具有整体竖向及侧向抗弯刚度大
软弱土、砂土分布较多较厚的区域,需要重型机械快速进场施工,但地基过于软弱导致机械进入困难,严重影响施工工期,为此我们提出了蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,解决了上述的问题。
(二)技术方案
为实现上述所述目的,本发明提供如下技术方案:蜂巢型钢板桩,包括桩身、设置在桩身上的加劲肋以及通过卡槽连接桩身上的桩帽,桩身下端部五分之一范围内为光滑面a,加劲肋设于靠桩身上部三分之一处,桩帽内部开设有圆孔,圆孔孔径为100mm。
优选的,所述桩身由三个正六边形组成的蜂巢对称结构组成,每个正六边形组成的蜂巢对称结构包括等边星型腹板与等边外缘板,等边星型腹板设置在等边外缘板的端部,各边之间的夹角均为120°。
优选的,所述加劲肋2呈倒三棱锥型且其贴合外缘板凹角,加劲肋底边宽度d4为钢板外缘板边长d1的0.5倍,加劲肋的棱锥高度为外缘板边长d1的0.8-1倍,加劲肋的棱锥面e为光滑面,加劲肋的同竖向夹角为14°-16°。
蜂巢型钢板桩的加工方法,包括以下步骤:
第一步:将桩身加工为三个正六边形组成的蜂巢对称结构;
第二步:在桩身下部位置进行光滑处理得到光滑面;
第三步:将倒三棱锥加劲肋贴合焊接在外缘板的凹角边;
第四步:将加劲肋进行光滑处理得到光滑面;
第五步:桩帽下部通过外卡槽板和内卡槽板与桩身顶部连接;
第六步:对桩帽加工粗糙面;
第七步:对桩帽加工三个等直径圆孔。
蜂巢型钢板桩的施工方法,包括以下步骤:
第一步:打桩前进行现场表层垃圾清理、场地平整、定位放线;
第二步:对桩身进行防锈和防腐层的涂装;
第三步:将蜂巢型钢板桩进行桩身划线,以方便沉桩贯入观测及施工控制;
第四步:利用沉桩振动器将蜂巢型钢板桩顶部进行抓握夹持测试,确保吊装及振动顺利实施;
第五步:按照既定放点位置分区段振动沉入蜂巢型钢板;
第六步:由履带式振动打桩机进行沉桩贯入施工,每一个区段沉桩四根,控制施工桩间距,桩基之间呈正方形等间距分布,中心间距为2.0-3.0m;
第七步:连接桩帽,在桩帽上方铺设钢板,使钢板桩多组整体连接。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明提供了蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,具备以下有益效果:
1、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,桩体特有的六边形单元对称组合结构增加了钢板桩的整体竖向和水平刚度,能够有效地控制桩体本身竖向变形及侧向挠曲变形。
2、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,蜂巢桩多边形组合结构,有更多的桩土接触面积,具有更好的侧向摩阻力贡献,可提高桩体竖向及水平承载力。
3、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,加劲肋布置在桩身易发生侧向挠曲位置,加劲肋结构形式及布置位置能提高桩身抗弯及抗剪切能力,使桩周土应力分布相对均匀,控制桩体不均匀受力,使桩体产生较小竖向及水平位移。
4、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,在公路铁路桥涵结构过渡段设置蜂巢型钢板桩,提高了桥涵台背路基的承载力,可有效控制桥头/台及涵洞过渡段差异沉降;
5、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,软弱土、砂土场地可使用液压振动沉桩机打入钢板桩,连接桩帽后于上方铺设钢板,可使重型施工机械快速进场,达到高效率、低成本施工目的。
6、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,在基坑开挖施工中,可预先打入蜂巢型钢板桩,以其整体刚度大、挤土效应小、竖向及水平承载力高优点,控制基坑侧向变形及土压力分布,保证基坑开挖稳定。
7、该蜂巢型钢板桩及其加工与施工方法,在建筑基坑失稳应急抢险中,可在有限作业空间快速打入钢板桩,依托其对称型结构及整体刚度较大的特点,重点提供侧向抗弯承载力及控制基坑变形,弥补和解决拉森型钢板桩侧向抗弯曲能力较差以及来不及进行内支撑和打锚杆的工程问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明中桩身的横截面图;
图3为本发明中不含桩帽的桩身截面结构示意图;
图4为本发明中桩帽结构示意图;
图5为本发明中桩身域桩帽连接示意图;
图6为本发明中桩身与桩帽连接螺母和螺杆示意图;
图7为本发明中桩身与桩帽连接示意图;
图8为本发明中桩帽上方铺设钢板示意图;
图9为本发实施实例中施工示意图。
图中:1、桩身;2、加劲肋;3、桩帽;4、圆孔;5、等边星型腹板;6、等边外缘板;7、下外卡槽板;8、内卡槽板;9、高强螺栓;10、螺母;11、钢板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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。
蜂巢型钢板桩,如图1所示,包括桩身1、加劲肋2以及通过卡槽连接桩身1上的桩帽3;其中桩身1整体材料选取等厚钢板,其下端部1/5范围内为光滑面a。加劲肋2设于靠桩身1上部1/3桩身长度处,并呈倒三棱锥型贴合外缘板凹角,提高凹角处板抗弯曲和剪切能力,沉桩过程中加劲肋2斜面起到部分挤压土体的作用,提高桩土相互作用力,结合地基土附加应力在距离地表以下1/3桩身深度处最大的分布规律,加劲肋2可提高桩身抗土体挤压能力,同时提高侧向桩土阻力,使得桩体和土体均产生较小的沉降。桩帽3为内部开设有圆孔4的圆盘型钢板,孔径100mm,通过设置了圆孔4受力均匀较好,不会产生局部应力集中,增强桩体刚度,增加桩体和地基土的接触面积,提高桩和地基承载力。
如图2所示,桩身1为三个正六边形组成的蜂巢对称结构,包括等边星型腹板5与等边外缘板6,各位置板均为等厚度,边长均为d1
如图3所示,加劲肋2呈倒三棱锥型贴合外缘板6凹角,底边宽度d4为钢板外缘板6边长d1的0.5倍,棱锥高度为外缘板6边长d1的0.8-1倍,加劲肋2的棱锥面e为光滑面,加劲肋2的同竖向夹角为14°-16°,尽可能降低沉桩过程中加劲肋对周围土的挤压作用。
如图4所示,开圆孔4的桩帽3表面有增加摩擦力的粗糙面b。
本实施例提供的蜂巢型钢板桩桩体结构加工方法步骤如下:
(1)钢板桩为三个正六边形组成的蜂巢对称结构,包括等边星型腹板5及等边外缘板6,各边之间的夹角均为120°,可车间轧制焊接完成整体结构;
(2)在钢板桩下端部距桩端1/5桩长范围内涂制树脂润滑材料,进行降摩擦处理得到光滑面a;
(3)如图3所示,将加劲肋2棱锥面加工成为光滑面e;
(4)桩帽3表面进行降低摩擦处理得到粗糙面b;
(5)将加劲肋2呈倒三棱锥型贴合外缘板6凹角进行焊接,保证焊接缝平整光滑;
(6)如图5、6和7所示,桩帽3采用Q345钢切割焊接加工而成,桩帽3厚度取15mm,是桩身钢板厚度2-3倍,保证外卡槽板交点c桩帽外缘的距离d3至少100mm。对桩帽3和桩顶部通过下外卡槽板7和内卡槽板8连接,卡槽板宽度d2取150mm,两块卡槽板8之间间距除去钢板桩厚度允许超出2-3mm,方便钢板卡入卡槽板8中间并通过高强螺栓9和螺母10完成连接,桩帽3内部三个直径100mm圆孔4为桩顶部钢板和桩帽连接提供操作空间,
其中在步骤2中,对桩体下端部做将摩擦处理后,有利于桩体顺利沉桩贯入软土中,较好控制沉桩过程中的桩体垂直度和精准性,能够预防沉桩过程中桩体倾斜、弯曲等。沉桩到达指定深度后,考虑桩体下部对土体的挤压效应,使得桩体下部不会损失侧向摩阻力,降摩擦处理对侧阻力负面影响较小。若现场施工需要不止一个标准长度桩,可通过现场焊接全断面多边形钢板增加纵向桩体长度。
桩体下部光滑区域涂装树脂型材料、润滑涂料、沥青材料等可以降低摩擦的涂料,可以先行涂装防腐防锈材料,然后涂装润滑材料,从而达到桩体防腐和润滑处理。
本实施实例中的桩身钢板为标准厚度和型号钢板轧制焊接而成,桩身1钢板厚度为10mm,长度为15m,蜂巢单元正六边形边长d1均为200mm,蜂巢组合结构整体刚度大,可以现场采用振动压桩机械施工,将桩体沉入指定深度处。
本实例具体提供的沉桩贯入施工方法如图8和9,具体步骤如下:
(1)沉桩之前进行场地表层垃圾碎石清理、沉桩定位放线,确保初始桩体顺利进入土体,保证沉桩贯入垂直度和精准度,避免造成破坏和磨损;
(2)将蜂巢型钢板桩运输到施工场地,并进行桩身防锈和防腐层的涂装,确保桩体长期工作状态稳定;
(3)将蜂巢型钢板桩进行桩身划线,以方便沉桩贯入观测及施工控制;
(4)利用沉桩振动器将钢板桩顶部进行抓握夹持测试,确保吊装及振动顺利实施;
(5)按照既定放点位置分区段振动沉入钢板桩;
(6)由履带式振动打桩机进行沉桩贯入施工,每一个区段沉桩4根,控制施工桩间距,桩基之间呈正方形等间距分布,中心间距为2.0-3.0m;
(7)在需要重型机械快速进入场地,沉桩4根之后即可在顶部铺设钢板11,形成快速桩基支撑平台供重型机械停留或通过,使得软土、淤泥、砂土场地能够快速进行施工。
在步骤(7)中,在软土、砂土区域使用沉桩振动器进行桩体沉入施工,连接桩帽3之后,再在上方铺设钢板11,使重型机械停留上方或通过,进行场地快速施工,节约工期和造价;在公路铁路桥涵结构过渡段设置蜂巢型钢板桩,桩顶铺设稳定碎石及路基,可有效控制桥头/台及涵洞过渡段差异沉降;在基坑开挖施工中,预先打入蜂巢型钢板桩,其整体刚度大、挤土效应小、竖向及水平承载力高,控制基坑侧向变形及土压力分布,保证基坑开挖稳定;在建筑基坑失稳应急抢险中,可快速打入钢板桩,依托其对称型结构及整体刚度大的特点,快速提供水平承载力及控制基坑变形。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.蜂巢型钢板桩,其特征在于,包括桩身(1)、设置在桩身(1)上的加劲肋(2)以及通过卡槽连接桩身(1)上的桩帽(3),桩身(1)下端部五分之一范围内为光滑面a,加劲肋(2)设于靠桩身(1)上部三分之一处,加劲肋(2)呈倒三棱锥型贴合外缘板凹角,桩帽(3)内部开设有圆孔(4),圆孔(4)孔径为100mm。
2.根据权利要求1所述的蜂巢型钢板桩,其特征在于:所述桩身(1)由三个正六边形组成的蜂巢对称结构组成,每个正六边形组成的蜂巢对称结构包括等边星型腹板(5)与等边外缘板(6),等边星型腹板(5)设置在等边外缘板(6)的端部,各边之间的夹角均为120°。
3.根据权利要求1所述的蜂巢型钢板桩,其特征在于:所述加劲肋(2)呈倒三棱锥型且其贴合外缘板(6)凹角,加劲肋(2)底边宽度d4为钢板外缘板(6)边长d1的0.5倍,加劲肋(2)的棱锥高度为外缘板(6)边长d1的0.8-1倍,加劲肋(2)的棱锥面e为光滑面,加劲肋(2)的同竖向夹角为14°-16°。
4.蜂巢型钢板桩的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:将桩身(1)加工为三个正六边形组成的蜂巢对称结构;
第二步:在桩身(1)下部位置进行光滑处理得到光滑面;
第三步:将倒三棱锥加劲肋(2)贴合焊接在外缘板(6)的凹角边;
第四步:将加劲肋(2)进行光滑处理得到光滑面;
第五步:桩帽(3)下部通过外卡槽板(7)和内卡槽板(8)与桩身顶部连接;
第六步:对桩帽(3)加工粗糙面;
第七步:对桩帽(3)加工三个等直径圆孔。
(5).蜂巢型钢板桩的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:打桩前进行现场表层垃圾清理、场地平整、定位放线;
第二步:对桩身(1)进行防锈和防腐层的涂装;
第三步:将蜂巢型钢板桩进行桩身划线;
第四步:利用沉桩振动器将蜂巢型钢板桩顶部进行抓握夹持测试,确保吊装及振动顺利实施;
第五步:按照既定放点位置分区段振动沉入蜂巢型钢板;
第六步:由履带式振动打桩机进行沉桩贯入施工,每一个区段沉桩4根,控制施工桩间距,桩基之间呈正方形等间距分布,中心间距为2.0-3.0m;
第七步:连接桩帽(3),在桩帽(2)上方铺设钢板(11),使钢板桩多组整体连接。
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Citations (3)

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