CN207376616U - 一种排水竹节桩及其复合地基系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种排水竹节桩及其复合地基系统，包括从上到下依次连接的桩帽、桩体和桩尖，特点是该排水竹节桩桩帽上设置有与桩体内腔连通的排水孔，桩体的外壁等间距间隔设置有若干个环状凸肋，环状凸肋的顶部且位于桩体的下部管壁上设置有若干个进水孔，进水孔的外周沿桩体外壁包覆有一圈土工布滤水层，桩体内部充填有用于排水的粗砂，桩尖焊接在桩体的底部，其复合地基系统包括从上到下依次设置的填土、褥垫层和若干个上述排水竹节桩，填土和褥垫层内分别设置有加筋体，排水竹节桩的桩帽进入褥垫层内，排水竹节桩布桩形式为正方形或者三角形布置，优点是能提高地基承载力大小，减小工后沉降，并大大节约地基处理造价。

Description

一种排水竹节桩及其复合地基系统

技术领域

本实用新型涉及一种排水竹节桩，尤其是涉及一种排水竹节桩及其复合地基系统。

背景技术

随着我国国民经济的持续快速发展，各类工程建设规模不断扩大，在我在国东南沿海地区，广泛分布着海相沉积软土，工程建设中经常遇到深厚软土地层，其具有含水量高、孔隙比大、强度低、变形大、灵敏度高等特点，呈软塑或流塑状态，为了保证地基承载力及沉降控制的需要，必须对该类软土地基进行加固处理。

目前，有关软土地地基加固的方法很多，有换填法、搅拌桩法、排水固结法等。由于受复杂地质条件及不良软土特性的影响，各类软土地基加固处理方法均存在一定的缺点，如排水固结法处理工期长，强度和变形提高有限，工后降大；水泥土搅拌桩（含钉形水泥土搅拌桩）处理深度有限，一般小于20m，桩体强度较低，可产生较大的工后沉降，且施工成本较高，一般不适宜大面积软土地基处理。

近年来，刚性桩（预制管桩、大直径筒桩）复合地基得到了广泛地推广和应用，其具有施工质量易控制、施工速度快、工后沉降及不均匀沉降小、地基处理深度大、复合地基承载力大、造价适中等突出优点，在滨海软土地区的应用中取得了较好的经济效益和社会效益。刚性桩与加筋体形成的桩网复合地基是“桩-网-土”协同工作、桩和土共同承担荷载的人工地基体系，它能充分调动桩、网、土三者的潜力，具有桩体、垫层、排水、挤密、加筋、防护等综合功效，具有沉降变形小而且完成快、工后沉降容易控制、稳定性高、工期短、施工方便等优点，已有的研究及实践表明，桩网复合地基特别适合于在天然软土地墓上快速修筑路堤或堤坝类构筑物，与其它地基处理方法相比，具有经济技术等多方面优势。该工法的最大优点就是在充分发挥土和土工合成材料的功能的前提下，实现最大的桩间距，从而减小置换率，减少桩数，降低成本，对于解决复杂多变的工程地质条件、上部荷载条件等等诸多不利工况的工程问题，效果更佳。

申请号为201510798115.4的《可控刚性桩+排水体+加筋垫层组合型复合地基》发明了一种可控性刚性桩+排水体+加筋垫层组合型复合地基，该地基不仅能发挥地基土的承载力，减小刚性桩用量，而且能提高地基的稳定性，减小工后沉降及差异沉降，缩短工期。

申请号为201510192767.3的《大直径刚性桩复合地基的褥垫层及大直径刚性桩复合地基》发明了一种大直径刚性桩复合地基的褥垫层和大直径刚性桩复合地基，能够使得褥垫层的各个位置的受力均匀，提高褥垫层的质量，从而提高整个大直径刚性桩复合地基的承载能力。

申请号为 201210352089.9的《低强度刚性桩- 透水性混凝土桩新型二元复合地基及处理方法》一种低强度刚性桩- 透水性混凝土桩新型二元复合地基，包括低强度刚性桩和透水性混凝土桩，所述低强度刚性桩和透水性混凝土桩隔排布置，在低强度刚性桩和透水性混凝土桩上部的地基表面铺设有碎石垫层。

由于预应力混凝土管桩是一种常见的预制桩，近年来被广泛的应用于建筑、道路、桥梁、水利、水电等领域的桩基工程或地基处理工程中。在用于地基处理工程时，通过挤土方式施工可以充分利用天然地基的承载力，而且由于桩体的强度和刚度较大，可以把荷载传递至更深的土层，分担更大比例的荷载。管桩复合地基的荷载传递机理、沉降计算和预测这两个基本问题的研究已经较为成熟，有大量的实践数据和理论研究成果可用于指导工程实践。预应力混凝土管桩复合地基作为一种刚性桩复合地基，具有施工质量易控制、施工速度快、工后沉降及不均匀沉降小、地基处理深度大、复合地基承载力大、造价适中等突出优点，在滨海软土地区的应用中取得了较好的经济效益和社会效益。

上述刚性桩复合地基较传统的换填法、搅拌桩法、排水固结法有一定的技术和经济优势，但该类复合地基处理中，主要还是基于管桩作为刚性桩。实际上，由于传统的预应力管桩是等截面桩体，桩身外表面比较光滑，在处理深层软土地基时，桩侧摩阻力较小，不宜通过增加桩长来提高承载力。在处理深厚软土地基时，预应力混凝土管桩还存在一些问题，影响其进一步推广，主要表现为：① 桩侧摩阻力较低，单桩竖向承载力不高；② 管桩主要通过焊接方式连接，焊接质量无法保证；③ 管桩的抗弯、抗剪性能较差，耐久性有待提高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能提高地基承载力大小，减小工后沉降，并大大节约地基处理造价的排水竹节桩及其复合地基系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

1、一种排水竹节桩，包括从上到下依次连接的桩帽、桩体和桩尖，所述的桩帽上设置有与所述的桩体内腔连通的排水孔，所述的桩体的外壁等间距间隔设置有若干个环状凸肋，所述的环状凸肋的顶部且位于所述的桩体的下部管壁上设置有若干个进水孔，所述的进水孔的外周沿所述的桩体外壁包覆有一圈土工布滤水层，所述的桩体内部充填有用于排水的粗砂，所述的桩尖焊接在所述的桩体的底部。

所述的桩帽的材料为混凝土，所述的桩帽的厚度为20cm~30cm且其横截面大小为0.5~1.5m×0.5~1.5m，所述的排水孔的孔径为2cm~4cm。

所述的桩体的材料为强度C20~C45的预应力混凝土，所述的桩体的内径为350mm~500mm且其外径为400mm~550mm，相邻的所述的环状凸肋的间距为1~3m。

所述的进水孔的个数为沿所述的桩体外壁每圈3~5个，所述的进水孔的孔径为0.5~2cm，所述的进水孔离所述的桩体的底部距离为0.5~1m，所述的进水孔离所述的桩体的顶部距离为1~3m。

所述的土工布滤水层的宽度为3~5cm，所述的土工布滤水层的夹层内填充有细砂；所述的粗砂的渗透系数为1.0×10^-3m/s～1.0×10^-5m/s；所述的桩尖为钢桩尖，所述的桩尖的直径为400mm~550mm，所述的桩尖的尖高为100~150mm。

2、一种排水竹节桩的复合地基系统，包括从上到下依次设置的填土、褥垫层和若干个上述排水竹节桩，所述的填土和所述的褥垫层内分别设置有加筋体，所述的褥垫层分层铺设砂石或碎石层，所述的排水竹节桩的桩帽进入所述的褥垫层内，所述的排水竹节桩布桩形式为正方形或者三角形布置。

所述的褥垫层的厚度为150～300mm，所述的褥垫层中砂石或碎石的粒径为3~15mm。

所述的排水竹节桩的长度为10m~30m，相邻的所述的排水竹节桩的间距为1.5m~3.0m，所述的排水竹节桩的桩帽伸入所述的褥垫层内30～50mm。

所述的加筋体为土工格栅，其布设层数为2~3层，抗拉强度为50kN/m~150kN/m，所述的土工格栅横向搭接宽度不小于40~50mm，所述的土工格栅的纵向搭接宽度为200~250mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、与预应力圆形管桩复合地基相比，变截面预应力管桩通过改变桩身不同位置的横截面，即异型截面设计提高桩端阻力或桩侧摩阻力的方法来改善桩的承载特性，并具有节约材料、承载性能优于常规预制桩等特点，与预应力圆形管桩相比，其抗压和抗拔承载力提高20% 以上。通过桩帽、褥垫层和土工格栅的组合应用，共同形成一种刚性桩复合地基系统，从而提高地基土的强度和抗变形能力。

2、与预制管桩复合地基相比，在同等承载力和沉降控制要求下，可节约混凝土材料20%左右。若以每年3000万m管桩用于地基处理工程进行计算，采用竹节桩复合地基进行替换后，可减少混凝土用量约60万m³，从而可实现显著的经济效益和社会效益。

3、施工质量易控制，工后沉降小。管壁排水小孔、桩内部粗砂和桩帽排水孔形成了一个完整的排水通道；沉桩时桩周土中产生的超静孔隙水可以通过进水孔进入桩内部充填的粗砂中，并由桩帽上的小孔流出土体，可以加速超静孔隙水压力的消散和地基的固结，缩短桩周土的强度恢复时间，提高地基承载力大，减小工后沉降。

4、施工成本低，有利于推广应用。竹节桩复合地基施工速度快，工艺简单，工期短，尤其是竹节桩可工厂化、规模化、集团化生产，可提前预制，降低地基处理的造价，从而利于推广应用。

综上所述，本实用新型排水竹节桩及其复合地基系统，该排水竹节桩具有抗压和抗拔承载力高，排水竹节桩、褥垫层和土工格栅加筋体形成一种竹节桩复合地基加固系统，可以较好地控制施工质量，提高地基承载力大，减小工后沉降，并大大节约地基处理的造价，具有施工质量易控制、施工速度快、工后沉降及不均匀沉降小、处理深厚软土、复合地基承载力大、造价较低的优势。

附图说明

图1为本实用新型排水竹节桩结构示意图；

图2为本实用新型排水竹节桩—复合地基系统立面布置图；

图3为本实用新型排水竹节桩—网复合地基系统平面布置图；

1-竹节桩、2-软土地基、3-桩帽、4-褥垫层、5-加筋体、6-填土、7-桩尖、8-土工布滤水层、9-进水孔，10-环状凸肋，11-排水孔，12-桩体，13-粗砂。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一

一种排水竹节桩1，如图1所示，包括从上到下依次连接的桩帽3、桩体12和桩尖7，桩帽3上设置有与桩体12内腔连通的排水孔11，桩体12的外壁等间距间隔设置有若干个环状凸肋10（类似竹节），环状凸肋10的顶部且位于桩体12的下部管壁上设置有若干个进水孔9，进水孔9的外周沿桩体12外壁包覆有一圈土工布滤水层8，桩体12内部充填有用于排水的粗砂13，桩尖7焊接在桩体12的底部。

在此具体实施例中，桩帽3的材料为混凝土，桩帽3的厚度为20cm~30cm且其横截面大小为0.5~1.5m×0.5~1.5m，排水孔11的孔径为2cm~4cm。桩体12的材料为强度C20~C45的预应力混凝土，桩,12的内径为350mm~500mm且其外径为400mm~550mm，相邻的环状凸肋10的间距为1~3m。进水孔9的个数为沿桩体12外壁每圈3~5个，进水孔9的孔径为0.5~2cm，进水孔9离桩体12的底部距离为0.5~1m，进水孔9离桩体12的顶部距离为1~3m。土工布滤水层8的宽度为3~5cm，土工布滤水层8的夹层内填充有细砂，防止沉桩时外部淤泥堵塞进水孔9；粗砂13的渗透系数为1.0×10^-3m/s～1.0×10^-5m/s；桩尖7为钢桩尖，桩尖7的直径为400mm~550mm，桩尖7的尖高为100~150mm，桩尖7焊接在桩头位置，带桩体12进入土层，以免造成桩体12倾斜(垂直度控制)，并能较好地进入持力层。在静力压桩时，桩周土中产生较大的超静孔隙水压力，孔隙水可以通过一系列进水孔9进入桩体12内部，再由桩体12内部的粗砂13由下到上流动，再由桩帽3的排水孔11排出地表，加速沉桩引起的超静孔隙水压力的消散，从而加速桩周土的固结沉降，缩短桩周土的强度恢复时间，提高地基承载力大，减小工后沉降。

实施例二

一种排水竹节桩的复合地基系统，如图2、3所示，包括从上到下依次设置的填土6、褥垫层4和上述实施例一中的排水竹节桩1，填土6和褥垫层4内分别设置有加筋体5，褥垫层4分层铺设砂石或碎石层，排水竹节桩1的桩帽3进入褥垫层4内，排水竹节桩1布桩形式为正方形或者三角形布置。

在此具体实施例中，褥垫层4的厚度为150～300mm，褥垫层4中砂石或碎石的粒径为3~15mm；排水竹节桩1的长度根据软土地基2所需要的处理厚度确定，一般为10m~30m（一般桩长），相邻的排水竹节桩1的间距为1.5m~3.0m，排水竹节桩1的桩帽3伸入褥垫层4内30～50mm；加筋体5为土工格栅，其布设层数为2~3层，抗拉强度为50kN/m~150kN/m，土工格栅横向每幅之间搭接宽度不小于40~50mm，土工格栅的纵向搭接宽度为200~250mm，搭接处采用聚乙烯扎扣等措施连接，绑扎点间距150~200mm。填土6需根据场地荷载设计要求进行填筑。

上述实施例是对本实用新型的进一步说明，但本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种排水竹节桩，包括从上到下依次连接的桩帽、桩体和桩尖，其特征在于：所述的桩帽上设置有与所述的桩体内腔连通的排水孔，所述的桩体的外壁等间距间隔设置有若干个环状凸肋，所述的环状凸肋的顶部且位于所述的桩体的下部管壁上设置有若干个进水孔，所述的进水孔的外周沿所述的桩体外壁包覆有一圈土工布滤水层，所述的桩体内部充填有用于排水的粗砂，所述的桩尖焊接在所述的桩体的底部。

2.根据权利要求1所述的一种排水竹节桩，其特征在于：所述的桩帽的材料为混凝土，所述的桩帽的厚度为20cm~30cm且其横截面大小为0.5~1.5m×0.5~1.5m，所述的排水孔的孔径为2cm~4cm。

3.根据权利要求1所述的一种排水竹节桩，其特征在于：所述的桩体的材料为强度C20~C45的预应力混凝土，所述的桩体的内径为350mm~500mm且其外径为400mm~550mm，相邻的所述的环状凸肋的间距为1~3m。

4.根据权利要求3所述的一种排水竹节桩，其特征在于：所述的进水孔的个数为沿所述的桩体外壁每圈3~5个，所述的进水孔的孔径为0.5~2cm，所述的进水孔离所述的桩体的底部距离为0.5~1m，所述的进水孔离所述的桩体的顶部距离为1~3m。

5.根据权利要求3所述的一种排水竹节桩，其特征在于：所述的土工布滤水层的宽度为3~5cm，所述的土工布滤水层的夹层内填充有细砂；所述的粗砂的渗透系数为1.0×10^-3m/s～1.0×10^-5m/s；所述的桩尖为钢桩尖，所述的桩尖的直径为400mm~550mm，所述的桩尖的尖高为100~150mm。

6.一种排水竹节桩的复合地基系统，其特征在于：包括从上到下依次设置的填土、褥垫层和若干个权利要求1-5中任一项所述的排水竹节桩，所述的填土和所述的褥垫层内分别设置有加筋体，所述的褥垫层分层铺设砂石或碎石层，所述的排水竹节桩的桩帽进入所述的褥垫层内，所述的排水竹节桩布桩形式为正方形或者三角形布置。

7.根据权利要求6所述的一种排水竹节桩的复合地基系统，其特征在于：所述的褥垫层的厚度为150～300mm，所述的褥垫层中砂石或碎石的粒径为3~15mm。

8.根据权利要求7所述的一种排水竹节桩的复合地基系统，其特征在于：所述的排水竹节桩的长度为10m~30m，相邻的所述的排水竹节桩的间距为1.5m~3.0m，所述的排水竹节桩的桩帽伸入所述的褥垫层内30～50mm。

9.根据权利要求8所述的一种排水竹节桩的复合地基系统，其特征在于：所述的加筋体为土工格栅，其布设层数为2~3层，抗拉强度为50kN/m~150kN/m，所述的土工格栅横向搭接宽度不小于40~50mm，所述的土工格栅的纵向搭接宽度为200~250mm。