CN201722685U - 一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构，包括设在逆作空孔(1)内的钢筋笼(2)，沿钢筋笼(2)的内环均布有4～8束预应力筋(3)，钢筋笼(2)内还设有2～4组注浆环管(4)，注浆环管(4)与注浆立管(5)连接。本实用新型将无粘结预应力筋穿入桩身钢筋笼内，浇注桩身混凝土后，通过桩顶处环梁上张拉无粘结预应力筋，使其达到设计的张拉预应力值，预先给桩体砼施加一定的预压力，提高冲孔灌注抗拔桩桩体的抗拉能力，实现较小桩身直径及桩身的配筋而满足较大设计抗拔要求。本实用新型可以在复杂的地质条件下保证桩基础的施工安全、工期要求、施工质量，具有较好的经济效益。

Description

一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构 

技术领域

本实用新型涉及一种建筑工程用的灌注桩，特别是涉及一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构。 

背景技术

近几年来，随着城市建设的发展，城市土地资源越来越少，越发要求开发三维城市空间，由此产生了大量超高层建筑及桩基工程，并且桩基深度逐渐增大。随着桩基础越来越深，桩基础需要承担地下水巨大的浮力，因此对桩基础的抗拔力要求也越来越高，受地质、地下水位的影响桩基础的施工难度也越来越大。 

现有技术通常是采用冲孔桩扩大头的施工技术，该技术桩底的面积更大，虽然可以提高抗拔力，但施工难度也大，工期长，施工成本也较高。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构。可以在复杂的地质条件下保证桩基础的施工安全、工期要求、施工质量，具有较好的经济效益。 

本实用新型的技术方案：一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构，包括设在逆作空孔内的钢筋笼，沿钢筋笼的内环均布有4～8束预应力筋，钢筋笼内还设有2～4组注浆环管，注浆环管与注浆立管连接。 

前述的无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构中，每束预应力筋内有3～7根预应力筋，每束预应力筋外套有套管；每束预应力筋的两端设有锚垫板，在靠近锚垫板处的预应力筋束外设有螺旋筋。 

前述的无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构中，每组注浆环管包括间距为0.8～1.2米的两个注浆环管，每个注浆环管上设有一组注浆孔，每个注浆环管一端封闭，另一端与注浆立管连接。 

与现有技术相比，本实用新型采用冲孔灌注抗拔桩内设置1860级高强度低松弛预应力钢绞线，将无粘结预应力筋穿入桩身钢筋笼内，浇注桩身混凝土后，通过桩顶(-23.2米)处环梁上张拉无粘结预应力筋，使其达到设计的张拉预应力值，预先给桩体砼施加一定的预压力，提高冲孔灌注抗拔桩桩体6的抗拉能力，实现较小桩身直径及桩身的配筋而满足较大设计抗拔要求。 

为满足地下室逆作施工条件，冲孔桩桩顶(-23.2米)以上部分采用逆作板墙深井灌注桩成孔，直径2.4米的空孔，用于预应力筋张拉及逆作施工钢管柱安装；其下冲孔桩，作为工程抗拔桩之用。 

运用桩侧后注浆技术，在桩内预埋注浆环管4，并在灌注桩砼达到一定强度后，通过预埋的竖向注浆管，用高压注浆泵将水泥浆液注入桩侧不同标高处双环形注浆管，对桩周泥皮起到渗透，劈裂充填、压密和固结作用，以此来提高桩的抗拔力，实现桩侧后注浆代替冲孔桩扩大头的施工技术。 

无粘结预应力抗拔桩抗拔试验 

(1)、抗拔试验准备 

抗拔桩原设计钢筋笼采用18C25，而抗拔试验要求钢筋接长至地面的数量为40C32，为满足抗拔试验要求分别在-26.2米和-25.2米位置处交错将9根C25的钢筋每根双面焊接2根C32的钢筋，焊缝长度均为150毫米；另外4根C32安装在-26.2米位置，所有钢筋伸应至设计桩顶标高-23.2米以上，并预埋套筒备用，相邻位置的钢筋相互错开1米。 

(2)、抗拔试验 

柱下抗拔桩原设计桩身混凝土强度等级C35，桩身直径1.4米，采用桩侧后注浆，桩长30米，单桩竖向抗拔承载力特征值为4200KN。在砼浇筑完成后将钢筋采直螺纹机械连接接长至地面进行8400KN抗拔试验，用抗拔桩上的40C32主筋分为两排固定在反力钢梁上作为抗拔反力，采用安装在反力钢梁下的两个QF630T型油压千斤顶加载进行抗拔试验，试验加荷方式为慢速维持荷载法，加载分级进行，采用逐级等量加载，加荷反力由两侧地基土承担，桩顶上拔量采用位移计进行测读。 

(3)、检测结果 

根据《厦建检地基/静载/(2009)第298号》检测报告，“荷载位移曲线”U-δ及“时间对数位移”δ-Tgt曲线分析，分级加载至8400KN时，累计上拔量6.29毫米，逐级等量卸载至荷载为零时，累计上拔量3.68毫米，表明抗拔桩在试验荷载8400KN的作用下未达到极限承载状态，即本工法在冲孔桩施工中的应用取得很好的效果，经实验证明可行，本工程单桩竖向抗拔静载试验概况表1，其中a29#桩“荷载位移曲线”如图5。 

表1：桩顶上拔量情况 

a29#桩“荷载位移曲线”如图5所示。检测结果表明：a29、a18、a22在试验荷载8400KN的作用下均未达到极限承载状态。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是图1中B处的局部放大图； 

图3是图1中A-A的剖视图； 

图4是本实用新型灌注装置的示意图； 

图5是本实用新型在进行单桩竖向抗拔静载试验时，其中的a29#桩的荷载位移曲线图。 

附图中的标记为：1-逆作空孔，2-钢筋笼，3-预应力筋，4-注浆环管，5-注浆立管，6-桩体，7-套管，8-注浆孔，9-锚垫板，10-螺旋筋。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。 

实施例。本实用新型如图1和图2所示，一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构，包括设在逆作空孔1内的钢筋笼2，沿钢筋笼2的内环均布有4～8束预应力筋3，每束预应力筋3内有3～7根预应力筋3，每束预应力筋3外套有套管7；每束预应力筋3的两端设有锚垫板9，在靠近锚垫板9处的预应力筋束外设有螺旋筋10。钢筋笼2内还设有2～4组注浆环管4，每组注浆环管4包括间距为0.8～1.2米的两个注浆环管4，每个注浆环管4上设有一组注浆孔8，每个注浆环管4一端封闭，另一端与注浆立管5连接。 

本实用新型的施工过程及工作原理 

具体施工时，本实用新型如图1所示，是在冲孔灌注抗拔桩内设置1860级高强度低松弛预应力钢绞线，将无粘结预应力筋3穿入桩身钢筋笼内，浇注桩身混凝土后，通过桩顶(-23.2米)处环梁上张拉无粘结预应力筋3，使其达到设计的张拉预应力值，预先给桩体6砼施加一定的预压力，提高冲孔灌注抗拔桩桩体6的抗拉能力，实现较小桩身直径及桩身的配筋而满足较大设计抗拔要求。 

为满足地下室逆作施工条件，冲孔桩桩顶(-23.2米)以上部分 采用逆作板墙深井灌注桩成孔，直径2.4米的空孔，用于预应力筋3张拉及逆作施工钢管柱安装；其下冲孔桩，作为工程抗拔桩之用。 

运用桩侧后注浆技术，在桩内预埋注浆环管4，并在灌注桩砼达到一定强度后，通过预埋的竖向注浆立管5，用高压注浆泵将水泥浆液注入桩侧不同标高处双注浆环管4，对桩周泥皮起到渗透，劈裂充填、压密和固结作用，以此来提高桩的抗拔力，实现桩侧后注浆代替冲孔桩扩大头的施工技术。 

1、预应力筋3安装 

(1)、预应力筋3制作：采用GYJ型挤压机在每根断好料的预应力筋3，一端挤压成型固定端锚具。 

(2)、穿入预应力筋3：由于钢筋笼2采用分段制作、吊装、沉孔工艺，无粘结筋安装施工采用在钢筋笼2吊装前地面穿束，边沉孔边调整、固定的方法。每根抗拔桩配置6束5根预应力筋3，每束预应力筋拉力约100t，6束共计600t。 

(3)、张拉时锚具下端要承受巨大拉力，要求混凝土具有足够的强度，由于桩底混凝土浇注质量的不确定性(沉渣)，将锚固端位置提高至桩底以上5米处。 

(4)、固定端锚垫板9如图2所示，采用防滑落的托板装置，先将螺旋筋10放入桩顶环梁的相应位置，再分别穿出无粘结预应力筋3，然后从无粘结预应力筋3顶端套入锚垫板9，使其紧贴环梁钢筋后焊接固定即可。 

(5)、套管7如图2所示，采用PVC管包裹每束预应力筋3，再在管两端缠绕防水胶带多道(包括预应力筋3端头部位)，保证此段预应力筋3密封不漏水、露浆。 

(6)、每束5根无粘结预应力筋3呈外侧3根内侧2根成束绑扎并保持平行顺直，穿入钢筋笼2后理顺拉直，每隔2米与钢筋笼2 加劲内箍绑扎牢固。 

(7)、预应力筋3与钢管柱定位环板相交问题处理 

预应力筋3理顺穿过环梁相应位置利用千斤顶张拉，张拉预应力筋3达到设计要求后进行封锚。 

(8)、预应力筋3与钢管柱定位环板相交问题处理 

由于冲孔桩桩顶标高为-23.2米，而冲孔桩从地面开始冲孔，规范桩位允许其偏差为100毫米+1％H，可能造成预应力筋3与钢管柱定位环板相交问题。根据此类情况，在施工过程就要求设计考虑因冲孔桩桩位规范允许偏差带来的不利影响，将钢管柱定位环板预留一定空间，若预留空间仍不能解决，则施工过程中按一定角度理顺预应力筋3避开钢管柱定位环板。 

2、注浆管的制作与安装 

(1)、注浆立管5制作采用Φ25×3.5毫米镀锌钢管，桩长30米，桩侧注浆点为桩下8米、16米、24米，每点由注浆立管5接至桩顶，再通过桩顶上逆作空孔1接至地面注浆，每注浆点沿钢筋笼2外设两环管绕钢筋笼2，两环管间距1米，环管上开有3个Φ8毫米注浆孔8，如图4所示。 

(2)、钢筋笼2吊装：钢筋笼2分两段制作，制作完成后先在地面采直螺纹套筒试对接，对接成功后做好对接点标识，将钢筋笼2拆分成两段，将下段钢筋笼吊起并缓慢放入孔内，待下段钢筋笼下完全放入孔内时，用槽钢临时固定在孔口上，起吊上节钢筋笼，理顺下节钢筋笼内的预应力筋3并穿入上节钢筋笼，在孔口按原地面试对接位置完成对接，并下沉就位，并将接至桩顶的各注浆管引至地面备用注浆。 

(3)、每节注浆管随钢筋笼2下放时应做试水试验，检查其密封性能。 

3、桩混凝土浇筑 

混凝土采用导管浇筑，第一次浇捣的砼量必须保证导管底部埋入砼面以下1米以上。且在水下砼施工过程，应专人测量砼面上升高度、导管埋深及管内外混凝土面的高差，保证埋管深度大于2米，小于6米。孔内混凝土面上升速度一般不宜小于2米/小时，中途不得间歇。当混凝土不能畅通时，应将导管上下提动，慢提快放，但不宜超过3米。 

4、桩侧后注浆施工 

(1)、配制好的浆液在注入之前必须经过湿磨机细化处理，湿磨机单桶浆液处理时间控制在3分钟，注浆浆液配制采用42.5级普通硅酸盐水泥，浆液水灰比取0.55，注浆流量不超过50升/分钟，搅拌时间不少于2分钟，浆液用3×3毫米的滤网进行过滤，浆液采用纯水泥浆，细化后的浆液应保证有＞50％的颗粒在40微米以下。 

(2)、每根立管注浆点设置两环管间距1米为一组，两环管上向上各开3个Φ8孔，确保每组注浆孔8均匀向上注浆并能成功。 

(3)、3根注浆管预留在桩顶上0.5米，其后在空孔A2400内通过活动立管接至孔口注浆； 

(4)、后注浆施工前应在砼浇筑完成24小时内进行清水劈开，注水压力控制在0.8兆帕左右，7天后开始注浆。 

(5)、注浆应低档慢压，先稀后浓。低档慢压既能有效防止压力突然增大无法注浆的情况，也能防止浆液顺着桩身上窜或从其他的地方冒出，使桩端或桩周土体被水泥浆液逐步填充，随着注浆量的增加，压力自然形成且逐渐增大。 

(6)、同一根桩的注浆顺序：8米→16米→24米，注浆顺序应遵循：上侧管→中侧管→下侧管。每根桩必须一次注浆完成，桩侧注浆间隔时间不宜少于2小时，且不超过12小时；注浆完毕后立即给 注浆管拧上堵头，以免因回浆而降低注浆效果。 

(7)、后注浆终止注浆的控制原则是以注浆量为主，压力控制为辅，注浆参数根据地质条件合理选择，如桩端为密实的砾石、卵石层时，可考虑采取大注浆量和较大的注浆压力，以注浆量为主要控制指标；如桩侧为密实的沙土层，可以以注浆压力为主要指标，注浆量为参考指标。本工程终压条件“浆总注浆量达到3000千克的要求或稳压压力大于5兆帕持续1分钟”。 

(8)、同一根桩的注浆管，如其中一根确实无法注浆或注浆量不够，另一根注浆管注浆时应补足相应的注浆量，邻近桩的相邻注浆管也应补足相应的注浆量。 

(9)、当一根注浆环管4堵塞的情况下，可通过另一根注浆环管4完成注浆；当两根注浆环管4都堵塞的情况下须进行补注浆。 

(10)、如注浆量未达到设计要求，就出现浆液冒出地面时，应暂停注浆，并将注浆管内的水泥浆用缓凝型的水泥浆置换出，停止1小时左右再进行复压，如此往复，直至达到设计注浆量。 

当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30～60分钟，或调低浆液水灰比。 

(11)、当场地附近出现渗浆现象或注浆量满足要求、但压力较小时，不能盲目地认为注浆量达到要求就终止注浆。此时应采用间隔复压、掺早强剂、封闭渗浆通道等方法，保证有效注浆量。 

5、桩顶上部逆作空孔1扩大施工 

地面后注浆施工完成后对空孔进行回填砂，再采用逆作板墙深井桩工艺成孔至桩顶设计高度，为逆作法施工中的钢管定位器、锚栓架定位环板及无粘结预应力后张拉做准备。逆作板墙为250毫米厚钢筋砼圆形环板墙，采用人工分节段取土成孔，取土之后随之分段施工圆形环板墙，循环前段操作施工，形成逆作板墙深井灌注桩逆作空孔1。 

6、地面下-23.2米处预应力的张拉 

(1)、张拉前的准备 

逆作板墙深井成孔至设计桩顶标高后(地下室底板面标高-23.2米)，在桩承台中绑扎并浇筑砼张拉环形暗梁，梁上设置锚垫板9，使用千斤顶进行张拉。环形暗梁截面、配筋及预应力筋3锚垫板9规格详下图所示； 

张拉前须取得混凝土强度试验报告，桩身及底板混凝土达到100％设计强度方可进行张拉； 

(2)、预应力筋3实际张拉控制应力为： 

σ_con＝0.7f_ptk＝0.7×1860＝1302AMpa(公式1) 

张拉程序：0→0.2σcon(量初值)→σcon(量终值)→持荷片刻锚固 

张拉以应力控制为主，并辅以伸长值校核。 

理论伸长值可按下式分别计算各曲折线段的伸长值后叠加。 

$\mathrm{\ΔL}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{con}}\·L}{E}\left[\frac{1-e^{-(\mathrm{kx}+\mathrm{\μ\θ})}}{\mathrm{kx}+\mathrm{\μ\θ}}\right]$ (公式2) 

L、x——曲线段的实际长度 

E——预应力钢绞线弹性模量 

θ——曲线角度 

k、μ——偏摆系数、摩擦系数 

(3)、张拉顺序：采取对称、循环张拉的施工顺序。 

(4)、预应力筋3张拉后切除多余的钢绞线，露出锚具夹片外的长度不少于30毫米，最后用同强度细石混凝土封堵张拉端后浇区。 

Claims (3)

1.一种无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构，包括设在逆作空孔(1)内的钢筋笼(2)，其特征在于：沿钢筋笼(2)的内环均布有4～8束预应力筋(3)，钢筋笼(2)内还设有2～4组注浆环管(4)，注浆环管(4)与注浆立管(5)连接。

2.根据权利要求1所述的无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构，其特征在于：每束预应力筋(3)内有3～7根预应力筋(2)，每束预应力筋(3)外套有套管(7)；每束预应力筋(3)的两端设有锚垫板(9)，在靠近锚垫板(9)处的预应力筋束外设有螺旋筋(10)。

3.根据权利要求1所述的无粘结预应力及桩侧后注浆冲孔桩结构，其特征在于：每组注浆环管(4)包括间距为0.8～1.2米的两个注浆环管(4)，每个注浆环管(4)上设有一组注浆孔(8)，每个注浆环管(4)一端封闭，另一端与注浆立管(5)连接。

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