CN209538174U - 消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，属于土木建设工程领域。以解决现有套管桩存在的桩径小、施工难度大、承载力低、适用范围有限等技术问题。一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，包括外套管、环托板、钢珠；所述外套管中设有预制上桩体，预制上桩体上部填充有钢珠，钢珠下端由环托板支撑；外套管和预制上桩体位于胀缩土层中，预制上桩体的下端设有预制下桩体，预制下桩体置于稳定土层中。本实用新型外套管将预制桩的上段侧摩擦力隔离，外套管壳可随胀缩土层运动，耗散由变化的侧摩阻力引起的有害变形；下段位于稳定土层中，能充分利用稳定土层的摩擦力和端承力，为上部结构提供所需的可靠承载力。

Description

消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩

技术领域

本实用新型属于土木建设工程领域，具体涉及一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩。

背景技术

我国地域广阔，工程地质情况复杂，膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻土广泛分布，地基土的病害频发，造成建筑物不能正常使用。为此建设方花巨资处理，但是常见的地基处理方式，都难以奏效，给建设方造成巨大经济损失。因此，针对膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻土、强腐蚀地基病害，采取合理的处理措施，来改变上部构筑物，设备基础的受力方式，减小或消除地基土的变形，保证了建筑物正常使用。

地基病害处理方式主要有，换填垫层法，强夯法，灰土挤密桩，碎石桩，单液硅化法和碱液法等方法，参见表1：

膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻土病害治理的目的是减小或消除地基土的变形，以上方法处理地基病害受限较大，投资费用高。因此减小或消除地基土的变形不可能完全依赖与上述处理方法。要因地制宜，综合考虑，以上处理方法并不能解决复杂的地基问题，采用套管桩能彻底解决膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻土病害。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，以解决现有套管桩存在的桩径小、施工难度大、承载力低、适用范围有限等技术问题。

本实用新型技术方案如下：一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，包括外套管、环托板、钢珠；所述外套管中设有预制上桩体，预制上桩体上部填充有钢珠，钢珠下端由环托板支撑，以消除不利的桩侧摩擦力和限制桩顶水平位移；外套管和预制上桩体位于胀缩土层中，预制上桩体的下端设有预制下桩体，预制下桩体置于稳定土层中。

作为本实用新型的进一步改进，外套管的内径大于预制桩的直径，其间隙为25mm-100mm。

作为本实用新型的进一步改进，地面与支撑件之间的架空间距为150mm-1200mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述预制桩的直径为100—1600mm。

作为本实用新型的进一步改进，外套管的直径为150—1800mm。

本实用新型的原理是：预制桩分为上下两段，上段通过桩外套管隔离桩和其侧胀缩土层，消除土对上段桩的摩擦力，桩侧地基土的沉降、膨胀对基桩的摩擦力被消除后传不到桩上；下段位于稳定土层中，可充分利用稳定土层的摩擦力和端承力，以提供上部结构所需的承载力。本实用新型可广泛应用在含有膨胀土、盐渍土、湿陷性黄土、冻土等地基的桩基工程中，解决胀缩土层对建（构）筑物的不利影响问题。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1.外套管将预制桩的上段侧摩擦力隔离，外套管壳可随胀缩土层运动，耗散由变化的侧摩阻力引起的有害变形；

2.下段位于稳定土层中，能充分利用稳定土层的摩擦力和端承力，为上部结构提供所需的可靠承载力；

3.预制桩、外套管可工厂化制作，施工简便，质量可靠；

4.取材方便，经济环保；

5.桩承载力高，抗震性能优越。适用于稳定土层为砂土、粉土、粘性土等场地。

附图说明

图1 为消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩示意图；

图2为图1中A-A视图。

附图标记含义如下: 11—预制上桩体；12-预制下桩体；2—环托板；3—外套管；4—钢珠；5—稳定土层；6—胀缩土层；7—被支撑结构或构件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实施方式中预制桩的桩径、桩长及布置由具体设计确定，桩型按受力特性分为摩擦端承桩和端承摩擦桩。

如图所示，D1为外套管的内径；h1为地面与支撑结构或构件（7）之间的架空间距；h2为环托板至支撑结构（构件）顶部的距离。

本实施方式中外套管的内径大于预制桩的直径，其间隙为25mm-100mm。地面与支撑件之间的架空间距为150mm-1200mm。预制桩选用直径为100—1600mm的钢或钢筋混凝土。外套管选用直径为150—1800mm的钢管，环托板、钢珠均采用碳钢。

一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，包括外套管3、环托板2、钢珠4；外套管3中设有预制上桩体11，预制上桩体11上部填充有钢珠4，钢珠4下端由环托板2支撑；外套管3和预制上桩体11位于胀缩土层6中，预制上桩体11的下端设有预制下桩体12，预制下桩体12置于稳定土层5中。

一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩的施工方法，包括如下步骤：

1、计算单桩竖向承载力

仅考虑下段稳定土层提供的侧阻力和端阻力，上段胀缩土层对桩产生的侧阻力可忽略不计，根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定单桩极限承载力标准值；

Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp

Qsk：下段总极限侧阻力标准值

Qpk：下段总极限端阻力标准值

qsik:下段桩侧第i层土极限侧阻力标准值

qpk: 下段桩极限端阻力标准值

Ψsi、ψp：端阻力尺寸效应系数,计算见表2；

u：下段桩周长

Quk：单桩竖向承载力标准值

Li:第i层稳定土层的厚度

Ap：桩端面积

2、计算单桩水平承载力

（1）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算单桩水平承载力特征值：

式中：

α— 桩的水平变形系数；

— 单桩水平承载力特征值，号根据桩顶竖向力性质确定，压力取“+”，拉力取“-”；

— 桩截面模量塑性系数，圆形截面=2，矩形截面=1.75；

f_t— 桩身混凝土抗拉强度设计值；

W₀— 桩身换算截面受拉边缘的截面模量，

圆形截面为：

方形截面为：

其中d为桩直径，为扣除保护层厚度的桩直径；b为方形截面边长，

为扣除保护层厚度的桩截面宽度；

为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；

— 桩身最大弯距系数，当单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平力方向相垂直时，按桩顶铰接考虑；

铰接（自由）的系桩身的最大弯矩系数，固接的系桩顶的最大弯矩系数；

— 桩身配筋率；

— 桩身换算截面积，

— 桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5；竖向拉力取1.0；

N—在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力（kN）。

桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数可按下列规定确定：

（2）桩的水平变形系数

式中式中 m—— 桩侧土水平抗力系数的比例系数；

b₀—— 桩身的计算宽度(m)；

桩侧土水平抗力系数的比例系数m，宜通过单桩水平静载试验确定。

当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高（≥0.65%）时，m值应适当降低；当预制桩的水平向位移小于10mm时，m值可适当提高；

当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以0.4降低采用；

当地基为可液化土层时，应将表列数值乘以前述相应的系数ψ _l 。

（3）通过现场取样实验获得变形数据，确定架空间距的高度（h1）；

步骤1：预制桩、外套管采用工厂化制作或现场预制；

步骤2：现场通过放线定位桩位置；

步骤3：桩位通过设备或者人工在胀缩土层中成孔；

步骤4：在孔中对中沉入外套管；

步骤5：在外套管中对中沉入预制桩；

步骤6：现场通过静压或夯击预制桩至设计深度；

步骤7：填入钢珠。

Claims (5)

1.一种消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，包括外套管、环托板、钢珠；其特征在于：所述外套管（3）中设有预制上桩体（11），预制上桩体（11）上部填充有钢珠（4），钢珠（4）下端由环托板（2）支撑；外套管（3）和预制上桩体（11）位于胀缩土层（6）中，预制上桩体（11）的下端设有预制下桩体（12），预制下桩体（12）置于稳定土层（5）中。

2.根据权利要求1所述的消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，其特征在于：外套管的内径大于预制桩（1）的直径，其间隙为25mm-100mm。

3.根据权利要求1或2所述的消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，其特征在于：地面与支撑件之间的架空间距为150mm-1200mm。

4.根据权利要求3所述的消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，其特征在于：所述预制桩（1）的直径为100—1600mm。

5.根据权利要求4所述的消除胀缩土层摩擦力的套管预制桩，其特征在于：外套管（3）的直径为150—1800mm。