CN204059343U - 挤压成形预制桩劲芯水泥土y形桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，所述Y形桩由外包水泥土、预制芯桩及预制开口桩尖组成；外包水泥土横截面呈Y形，由钢沉管围合约束成型，外包有土工布袋；预制芯桩沿钢沉管中心垂直下压，嵌入预制空心桩尖内。本实用新型利用Y形钢沉管对回挤的为初凝水泥土进行塑形，保证Y形桩成型稳定，并在中心插入预制芯桩，充分发挥了异形桩侧摩阻力大和劲芯组合桩承载力高的优势，具有较好的技术经济效益。

Description

挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩

技术领域

本实用新型涉及一种劲芯水泥土复合桩及施工方法，特别涉及一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩。属于地基处理领域，适用于软土地区、高大建筑物的地基处理工程。

背景技术

在城市中进行基础施工的要求越来越高，不但要求有高的性价比要求，而且成桩工艺施工的环保要求也越来越高，现有的成桩工艺多为灌注桩和预制桩施工。钻孔灌注桩的承载力高，力学性能也较好，但是钻孔灌注桩造价贵，施工时间长，施工速度慢、存在泥浆外运污染环境等缺点；沉管灌注桩利用带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中，其内浇筑混凝土，拔管成桩，避免了一般钻孔灌注桩桩尖浮土造成的桩身下沉，持力不足的问题，但施工过程中，产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，挤土效应明显；预制桩具有较好的性价比和力学性能，但是成桩施工时具有噪音污染，对周边房屋安全和居民造成极大影响，虽然可采用静压桩机施工，降低施工噪音，且同样存在较大的挤土效应；另外，也有采用水泥土深层搅拌法、高压旋喷注浆法加固地基，水泥浆等固化物与部分土体在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，对周围土体扰动较小，减少地基的变形，但存在单桩承载力低、施工质量难控制的缺点。

在传统沉管灌注桩的基础上，发展出了Y形砼灌注桩(CN2510540Y)，利用截面异形周边扩大原理，与同面积圆形桩相比，周长为其1.5倍左右，因此具有更大的桩侧摩阻力，提高桩体承载性能，在处理软地基上效果较好。该桩型虽具有良好的力学特性，但由于桩身部分区域相对较薄，其抗腐蚀性能较差，并且桩体受弯后易产生裂缝，加剧腐蚀破坏，换而言之，所述区域在桩体中后期使用阶段极可能严重破损，虽然此异形桩仍可发挥较高侧摩阻力的效果，但失去部分承载能力，相对而言浪费了一部分桩身材料。

水泥土劲芯组合桩是在水泥土内设置更高强度芯桩形成复合桩的新型地基处理技术，荷载从芯桩到土体通过水泥土的过渡形成了强-中-弱的渐变过程，形成一种中间强度高四周强度低的合理的桩身结构，充分发挥了芯桩和水泥土桩体的性能。该桩型具有单桩承载力高、施工噪声低、挤土效应小，在环境保护意识日益增强的今天，该桩型基本吻合现代建设施工环保要求。已有一种填芯管桩水泥土复合基桩及施工方法(CN101858079A)，该桩型在高压旋喷形成水泥土桩内插入预应力管桩，并在管桩上部空腔内填筑微膨胀混凝土，解决了水泥土桩、高强预应力管桩各自应用的局限性，可同时充分发挥桩周土对外层水泥土桩提供的侧摩阻力及高强预应力管桩桩身结构承载力。但是采用高压旋喷注浆法形成水泥土也存在着一定的不稳定性，主要体现在：施工机械的钻进或旋转速度、水泥浆供应速度控制需因地制宜，否则易造成水泥掺量不足或不均匀，造成断桩或短缺；下部土体坚实旋喷范围不足使桩径不足，加固土体作用下降。

综上所述，地基处理形式多样，传统桩基施工方式各有优缺点，新技术应用取得了较大的施工效益，但也具有各自的施工难点和局限性，如：Y形沉管灌注桩侧摩阻力较大、承载性能优越，但挤土效应明显，薄弱区域易破损失效；劲芯水泥土复合桩单桩承载力高，施工过程环保，但桩周水泥土成型不确定，基本呈圆形，相对侧摩阻力较小。鉴于此，基于当前工程的实际需要，目前亟待实用新型一种利用外侧包裹Y形水泥土以提高侧摩阻力且施工时挤土效应较小的劲芯水泥土Y形桩。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种提高桩体侧摩阻力且施工时挤土效应较小的挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩。

为实现上述技术目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，包括外包水泥土、预制芯桩及预制开口桩尖；所述外包水泥土横截面呈Y形，外包有土工布袋，由钢沉管围合约束成型；所述预制芯桩位于钢沉管中心轴位置，其下端嵌入预制开口桩尖内。

作为优选：所述预制芯桩采用钢筋混凝土实心桩、预应力管桩或钢管桩，管桩底部设置有桩底封闭板。

作为优选：所述预制开口桩尖主体呈Y形，桩尖上部设有钢沉管限位台，桩尖中部留有贯通的孔道，孔道上、下部敞口呈喇叭状，下部敞口直径小于水泥搅拌桩直径10～30mm，上部敞口直径大于预制芯桩直径20～50mm。

作为优选：所述钢沉管横截面为Y形，钢沉管设计截面积为外包水泥土截面积与预制芯桩截面之和。

作为优选：所述土工布袋采用有纺土工布制成，底部与预制开口桩尖连接。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型在水泥搅拌桩内压入带预制开口桩尖的Y形钢沉管，未初凝水泥土通过桩尖孔道回挤至沉管内，在钢沉管围合约束下，插入预制芯桩挤密，再补料压实，形成形态稳定的Y形外包水泥土。

(2)本实用新型采用深层搅拌法形成水泥土，相较于高压旋喷法水泥土成型质量高；其内压入Y形钢沉管，由于水泥土回挤至钢沉管内，不向外排挤，相比直接在土体内压入沉管挤土效应较小。

(3)本实用新型所述桩型外侧包裹Y形水泥土桩，可增加复合桩整体侧摩阻力，继而增强其侧摩阻力，且Y形柔性桩体在使用过程中损伤较之单一Y形钢筋混凝土桩对桩体承载力的影响较小。

(4)本实用新型所采用的芯桩可在工厂或施工现场预制，工序独立，可加快施工进度；预制芯桩插入未初凝水泥土内，可挤密回挤后的水泥土，芯桩下压完成后沉管内补充水泥土并压实，除去沉管下压时水泥土回挤翻起形成的气泡。

(5)由于本实用新型采用的钢沉管为Y形异形沉管，内壁表面积较大，且水泥土桩被多次挤密压实，沉管上拔时易带起水泥土，为了保证钢沉管拔起后，外侧Y形水泥土桩身形状达到设计要求，在沉管内衬有土工布袋，且采用有纺土工布为原材料，可加固增强桩体，具有平面隔离与保护功能。

总之，本实用新型充分发挥等截面积下异形桩侧摩阻力远大于圆形桩的特点，并将水泥土桩与预制桩相结合形成劲芯水泥土复合桩，改善上部荷载传递效果，发挥桩间土承载性能，且通过在未初凝前水泥土桩内压入相应的带开口桩尖Y形钢沉管回挤水泥土，挤土效应较小，具有较高的技术经济效益。

附图说明

图1是本实用新型一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩的示意图；

图2是本实用新型所述挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩沿A-A线剖面图；

图3是本实用新型施工装置组合后示意图；

图4-a和图4-b是所述预制开口桩尖示意图；

图5是所述预制开口桩尖沿B-B线剖面图；

图6是桩体截面及截面积换算示意图；

图7是本实用新型一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩施工流程示意图；

附图标记说明：预制芯桩1、外包水泥土2、桩尖3、钢沉管4、土工布袋5、桩底封闭板6、限位台7、桩尖主体8、上部敞口9、下部敞口10、外包水泥土外扇形面积S₁、预制芯桩区域面积S₂、外包水泥土截面积S₃、外包水泥土翼缘宽度L、外包水泥土外扇形半径R、预制芯桩区域半径r。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。虽然本实用新型将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本实用新型限制在所述实施例中。相反，本实用新型将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本实用新型的范围内的替换物、改进型和等同物。

图1是本实用新型一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩的示意图；图2是本实用新型本实用新型所述挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩沿A-A线剖面图。参照图1、2所示，一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩主要包括：预制芯桩1、外包水泥土2、预制开口桩尖3和土工布袋5等。

本实施例以外径500mm、壁厚100mm的预应力钢筋混凝土管桩作为预制芯桩1，采用外包水泥土2外侧圆心角60°的扇形半径R为1000mm、翼缘宽度为300mm为例。

根据设计劲芯水泥土Y形桩尺寸，预先制作施工装置，如图3～6所示。钢沉管内部尺寸与外包水泥土2尺寸相应(允许偏差在0～+10mm)，钢板厚度不小于16mm，采用圆钢管和钢板切割后焊接而成。预制开口桩尖3为钢筋混凝土桩尖，钢沉管连接台7、桩尖主体8组成，整体为空心Y形，钢沉管连接台7轮廓与设计外包水泥土2尺寸相同，高100mm；桩尖主体8高750mm，上部扩大为半径125mm、圆心角60°弧长和375mm翼缘宽度的Y形截面(即较之钢沉管连接台7扩大1.25倍)，下部逐渐收口缩小成圆形，直径与设计水泥搅拌桩相同。预制开口桩尖3中部留有贯通的孔道，孔道上、下部敞口呈喇叭状，由垂直孔道连通，上部敞口9向上张开，开口直径550mm，收口直径450mm，开口高度135mm；下部敞口10向下张开，开口直径800mm(略小于水泥搅拌桩直径)，收口直径450mm，开口高度200mm。土工布袋5采用有纺土工布缝合而成，大小与形状与外包水泥土2相同，长度较之于钢沉管4长500mm以上，保证组合装置时土工布袋5两端均可翻出钢沉管4。

施工场地清平后，在设计桩位进行水泥搅拌桩施工，施工前换算水泥搅拌桩桩径，以水泥搅拌桩截面积与外包水泥土截面相等为理论依据，如图7所示，外包水泥土截面积为大三角形面积减去三个等面积外包水泥土扇形面积、再减去预制芯桩区域面积，即 $S_3=S_{\mathrm{\Δ}}-3S_1-S_2=\frac{\sqrt{3}}{4}(2R+L)-\frac{1}{2}{\mathrm{\πR}}^2-{\mathrm{\πr}}^2,$ 换算为水泥搅拌桩直径为以R＝1000mm，r＝250mm，L＝300mm为例，理论水泥搅拌桩直径为825mm，为保证后续沉管时桩周土体不进入沉管内，适当扩大水泥搅拌桩直径。采用深层搅拌法施工水泥搅拌桩的施工操作本处不再详述，严格遵循现行施工规范、规程之要求。

水泥搅拌桩施工完成后，在水泥土初凝之前将组合后施工装置压入水泥土内，钢沉管中心与水泥搅拌桩中心相重合，垂直下压，直至到达设计底面标高位置。由于预制开口桩尖3下部敞口10直径接近水泥土桩直径，根据水泥土流动性控制下压速度，可保证水泥不外排、不堵孔，基本进入钢沉管内。

向回挤了水泥土的钢沉管4内插入预制芯桩1，本实施例采用预应力钢筋混凝土管桩，故下下压前管桩底部需用桩底封闭板6密封，桩底封闭板6可采用圆形钢板焊接封闭或混凝土提前堵孔。预制芯桩插入时保证居中、垂直，最后嵌入预制开口桩尖3的上部敞口9内。

预制芯桩1插入，使钢沉管4内水泥土适当充盈、密实，但可能无法填充至设计高度，故通过人工拌合水泥土，并向钢沉管4内填筑、压实，直至设计顶面标高，最后振动上拔钢沉管4，完成所述挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩施工。

挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩的施工方法，主要包括以下步骤：

1)施工前准备：清平场地，施工机械、预制芯桩1及时进场，预制钢沉管4、开口桩尖3及土工布袋5等构件；

2)装置组合：将土工布袋5穿入钢沉管4内，土工布袋5首末端袋口翻卷出钢沉管4，保证袋体张开，钢沉管4一端与预制开口桩尖上限位台7连接；

3)水泥搅拌桩施工：根据面积换算确定水泥搅拌桩直径后，在设计桩位处进行水泥搅拌桩施工；

4)装置下沉：机械扶持组合后的施工装置，确定水泥搅拌桩中心位置后，装置垂直下压，直至设计底面标高，下压过程中控制装置下沉速度，防止堵孔；

5)芯桩下压：钢沉管4内水泥土回挤停止后，在水泥土初凝前，对准钢沉管4中心垂直压入预制芯桩1，管桩下压前需封闭桩底；

6)补充水泥土：预制芯桩1完成下压，采用水泥土回填钢沉管4内空隙部分，并适当夯实，使水泥土完整包裹预制劲芯桩1；

7)上拔钢沉管：水泥土回填压实至设计位置，翻起土工布袋5反卷的外沿，上拔钢沉管4，修整顶部水泥土，完成所述Y形桩施工。

Claims (5)

1.一种挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，其特征在于：包括外包水泥土(2)、预制芯桩(1)及预制开口桩尖(3)；所述外包水泥土(2)横截面呈Y形，外包有土工布袋(5)，由钢沉管(4)围合约束成型；所述预制芯桩(1)位于钢沉管(4)中心轴位置，其下端嵌入预制开口桩尖(3)内。

2.根据权利要求1所述的挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，其特征在于：所述预制芯桩(1)采用钢筋混凝土实心桩、预应力管桩或钢管桩，管桩底部设置有桩底封闭板(6)。

3.根据权利要求1所述的挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，其特征在于：所述预制开口桩尖(3)主体呈Y形，桩尖(3)上部设有钢沉管限位台(7)，桩尖(3)中部留有贯通的孔道，孔道上、下部敞口呈喇叭状，下部敞口(10)直径小于水泥搅拌桩直径10～30mm，上部敞口(9)直径大于预制芯桩(1)直径20～50mm。

4.根据权利要求1所述的挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，其特征在于：所述钢沉管(4)横截面为Y形，钢沉管(4)设计截面积为外包水泥土(2)截面积与预制芯桩(1)截面之和。

5.根据权利要求1所述的挤压成形预制桩劲芯水泥土Y形桩，其特征在于：所述土工布袋(5)采用有纺土工布制成，底部与预制开口桩尖(3)连接。