CN212506307U - 一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，包括由管桩和竹节桩交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩和所述竹节桩沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩和所述竹节桩的桩顶上设有冠梁；所述竹节桩，其轴线垂直于水平面，其桩身外表面设有若干垂直于轴线的环形凸起，环形凸起内设有环形加强筋；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述竹节桩的桩顶中心连线平行或重合。本实用新型可减小桩顶位移，增加开挖深度，降低基坑倾覆破坏可能性，可减小支护桩设计强度以降低造价。

Description

一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构

技术领域

本实用新型涉及一种基坑支护结构，特别涉及一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构。

背景技术

目前，随着国家城市化进程的推进，地下大面积大长度基坑占我国基坑总面积的80％以上。但是传统的支护方式存在着较大的不足和缺陷：1.对于悬臂基坑支护结构，仅能适用于基坑开挖深度较浅，土质条件较好的基坑工程中；2.对于内支撑支护结构，虽然其可以应用在深基坑中，但是施工复杂，施工工期长，环境污染严重，并且造价高。因此倾斜桩支护结构应运而生，通过将竖直悬臂支护桩向基坑内倾斜一定角度，形成倾斜支护桩，并将倾斜支护桩与竖直支护桩交替布置，便可形成斜直交替支护结构。传统的斜直交替支护桩均采用管桩，在软土地基基础工程中，管桩受力形式大多为摩擦基础桩，而管桩桩身的混凝土强度(C60-C100)很高，但桩体的比表面积(单位混凝土体积与桩身外表面积之比)较小，因此管桩桩身外表与土壤间的作用力远远小于桩身强度，桩身结构强度没有能够得到充分的发挥，造成了混凝土管桩承载力的很大浪费，无法充分发挥支护结构的桩身摩擦力。而支护结构整体支护能力主要靠直桩给予斜桩的拉力来发挥，传统的管桩未能充分发挥此拉力。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，包括由管桩和竹节桩交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩和所述竹节桩沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩和所述竹节桩的桩顶上设有冠梁；所述竹节桩，其轴线垂直于水平面，其桩身外表面设有若干垂直于其轴线的环形凸起，环形凸起内设有环形加强筋；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述竹节桩的桩顶中心连线平行或重合。

进一步地，所述管桩的轴线与所述竹节桩的轴线之间的夹角角度≤30°。

进一步地，所述管桩或所述竹节桩的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度。

进一步地，所述竹节桩的环形凸起沿轴线方向间距逐渐减小。

进一步地，所述管桩桩径为300～600mm；所述竹节桩的桩径为300～600mm，所述竹节桩的环形凸起凸出桩身表面的高度为桩径的10％～30％。

进一步地，所述冠梁的宽度方向边缘超出所述管桩和所述竹节桩的桩顶边缘，所述冠梁的高度大于等于管桩桩径的0.6倍或竹节桩桩径的0.6倍。

进一步地，所述冠梁的宽度方向边缘单侧超出所述管桩和所述竹节桩的桩顶边缘的尺寸为：1/2管桩的桩径或1/2竹节桩桩径。

进一步地，相邻管桩和竹节桩的桩间距为2～4倍管桩的桩径或2～4倍竹节桩的桩径。

进一步地，环形凸起由上锥面和下锥面共底面构成，且上锥面的锥度大于下锥面的锥度。

进一步地，设竹节桩长度为L，在竹节桩的桩顶中心连线外侧且距离竹节桩的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，管桩和竹节桩交替排列构成等高组合支护结构，使竹节桩的轴线垂直于水平面；使管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；竹节桩的环形凸起可增大侧摩阻力，从而轴力可充分发挥，给与管桩更大的拉力，很大程度上减小桩顶位移，使设桩后地面变形大大减小，避免对周围环境造成破坏，同时可以减小桩身弯矩，使桩身设计强度降低，从而降低工程造价；本实用新型可增加开挖深度，并且由于开挖面倾斜，以及竹节桩承载力高，沉降量小，基坑发生倾覆破坏的可能性大大减小，可以保证基坑工程的安全；管桩和竹节桩交替排列构成等高组合支护结构，使原本可能需要采用内撑式支护或拉锚式支护的基坑工程，可仅利用悬臂桩支护就可以满足设计要求，从而使设计施工更加简便，并且节约材料，从而降低工程费用。

综上所述，本实用新型可减小桩顶位移，增加开挖深度，降低基坑倾覆破坏可能性，可减小支护桩设计强度以降低造价的基坑支护工程。

附图说明

图1为本实用新型的一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构的示意图。

图中：1-冠梁；2-基坑坑底；3-基坑边沿；4-竹节桩；5-管桩；6-环形凸起。

图2为本实用新型的一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构的剖面示意图。

图中：H₁-基坑开挖深度；H₂-竹节桩桩长；θ-管桩倾角。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图2，一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，包括由管桩5和竹节桩4交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩5和所述竹节桩4沿基坑边沿3的内侧设置，在所述管桩5和所述竹节桩4的桩顶上设有冠梁1；所述竹节桩4的轴线垂直于水平面，所述竹节桩4的桩身外表面设有若干垂直于其轴线的环形凸起6，所述竹节桩4 的环形凸起6内设有环形加强筋；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述竹节桩的桩顶中心连线平行或重合。所述管桩5和所述竹节桩4的桩顶位于基坑边沿3的内侧，管桩5和竹节桩4通过冠梁1连接形成一个整体。环形加强筋可包括若干放射状分布的径向钢筋及与径向钢筋连接的若干同心环向钢筋，形成蜘蛛网状的环形加强筋。环形加强筋也可为其他结构的环形加强筋。

所述竹节桩，其可包括管状桩体主体，其在管状桩体主体外表面沿轴向间隔分布有若干混凝土环形凸起6。桩身成型为凹凸形，故名竹节桩。属于预应力管桩的一种特殊类型。由于桩身凹凸不平，沉桩后侧向摩阻增加，对于端承摩擦桩及摩擦桩的承载力能有所提高，通常能提高10％-15％。可同时用于抗压及抗拔。竹节桩采用机械连接，接桩较为简便。在沉桩前，需采用专用扳手将连接螺母拧入桩端预留的丝扣，接桩时先用环氧对接桩端进行涂抹(封闭作用)，随后将上节桩的连接螺母对齐卡入下节桩预留的卡簧内即完成接桩。

环形凸起6形状可由上锥面和下锥面共底面构成，且上锥面的锥度大于下锥面的锥度。环形凸起6形状也可为盘状，盘边缘为圆弧形。也可以采用其他现有技术中的形状。

所述竹节桩的环形凸起6沿轴线方向间距可等距或不等距，不等距时，所述竹节桩的环形凸起6沿轴线方向间距逐渐减小。

所述管桩5的桩顶中心连线可位于所述竹节桩4的桩顶中心连线的内侧；相邻管桩5 和竹节桩4的桩间距可为2～4倍管桩的桩径或2～4倍竹节桩的桩径。

管桩5的轴线相对于竹节桩4的轴线，倾斜角度大于0°，在0°～30.5°范围内，所述管桩的轴线与所述竹节桩的轴线之间的夹角角度优选≤30°。如图2所示，可将所述管桩的轴线与所述竹节桩的轴线之间的夹角称为管桩倾角θ，管桩倾角θ可≤30°。管桩倾角θ可优选10°、12°、15°、18°、21°、24°。

所述管桩5或所述竹节桩4的桩底深度均可为2～2.5倍基坑开挖深度H₁。即所述管桩5或所述竹节桩4的桩底端距离基坑坑底2的高度为2～2.5倍基坑开挖深度H₁。

所述管桩桩径可为300～600mm；所述竹节桩的桩径可为300～600mm，所述竹节桩的环形凸起6凸出桩身表面的高度可为桩径的10％～30％。

在竹节桩4和管桩5上设置冠梁1。冠梁1的宽度可大于与其连接的管桩5及竹节桩4的桩顶桩径，所述冠梁1的宽度方向边缘可超出所述管桩5和所述竹节桩4的桩顶边缘，所述冠梁1的高度可大于等于管桩5桩径的0.6倍或竹节桩4的桩径的0.6倍。

进一步地，所述冠梁1的宽度方向边缘单侧超出所述管桩5和所述竹节桩4的桩顶边缘的尺寸可为：1/2管桩5的桩径或1/2竹节桩4的桩径。

可设竹节桩长度为L，可在竹节桩的桩顶中心连线外侧且距离竹节桩的桩顶中心连线 0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕。

本实用新型还提供了一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构的构造方法实施例，该方法包括：预制管桩5和竹节桩4；使竹节桩4桩身外表面设有若干垂直于其轴线的环形凸起6，环形凸起6等间隔或不等间隔设置，环形凸起6内设有环形加强筋；在现场沿基坑边沿内侧布设管桩5和竹节桩4，使管桩5和竹节桩4交替排列构成排桩支护结构；使竹节桩4的轴线垂直于水平面；使管桩5的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；使管桩5的桩顶中心连线与竹节桩4的桩顶中心连线平行或重合，管桩5和竹节桩4均采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根预制桩；在管桩5的桩顶和竹节桩 4的桩顶上预制冠梁1。可使所述管桩5的桩顶中心连线位于所述竹节桩4的桩顶中心连线的内侧；可使相邻管桩5和竹节桩4的桩间距为2～4倍管桩的桩径或2～4倍竹节桩的桩径。

进一步地，在现场沿基坑边沿内侧布设管桩5和竹节桩4的施工顺序：当桩中心距小于等于4倍桩径时，桩较密集，应由中间向两侧对称施打，这样，打桩时土体由四周向两侧挤压，保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。当桩中心距大于4 倍桩径时，桩较稀疏，可采用上述施打顺序或采用一侧向单一方向进行施打的方式。

进一步地，可设竹节桩4长度为L，可在竹节桩4的桩顶中心连线外侧且距离竹节桩4的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕；水泥搅拌桩隔水帷幕的构造方法可包括如下步骤：

步骤A-1，将深层搅拌机到达指定桩位并对中。

步骤A-2，待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动深层搅拌机，使深层搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。

步骤A-3，待深层搅拌机下沉到设定深度时，搅拌水泥浆并将水泥浆倒入集料斗中。

步骤A-4，当深层搅拌机下沉到设计深度后，开启水泥浆泵将水泥浆压入地基中，且边喷浆、边旋转搅拌，同时按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。

步骤A-5，深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高后，再次将深层搅拌机边旋转搅拌边沉入土中，至设计深度后再将深层搅拌机提升出地面。

进一步地，在管桩5的桩顶和竹节桩4的桩顶上预制冠梁1的方法可包括如下步骤：

步骤B-1，冠梁1土方采用机械分区开挖，先开挖第一层土方至竹节桩4的桩顶标高，清除余土后开始破除桩头浮浆至设计标高，桩芯顶面的混凝土要凿毛处理，清除桩顶浮渣，如设计标高桩头砼强度达不到设计要求，则继续破除直至砼质量达到设计要求。

步骤B-2，桩间土整平至冠梁1底标高，并夯填密实。

步骤B-3，按冠梁1剖面配筋进行钢筋制作。纵筋采用HRB335级或HRB400级钢筋，箍筋采用HPB300级钢筋。拉结筋采用HRB335级钢筋。

步骤B-4，完成混凝土浇筑及养护；混凝土强度等级高于等于C25，排桩主筋锚入冠梁1大于等于35倍钢筋桩径。

下面以本实用新型的一个优选实施例来进一步说明本实用新型的结构、构造方法及工作原理：

请参阅图1，一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，由管桩5和竹节桩4交替排列构成排桩支护结构；所述管桩5和所述竹节桩4沿基坑边沿3内侧设置，在所述管桩5和所述竹节桩4的桩顶上设有冠梁1；所述竹节桩4的轴线垂直于水平面，所述竹节桩4的桩身外表面沿轴线方向设有若干环形凸起6，所述竹节桩4的环形凸起6内设有环形加强筋；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述竹节桩的桩顶中心连线平行或重合。环形加强筋由放射状的径向钢筋和与径向钢筋连接的若干环向钢筋构成。

所述竹节桩4为竖直支护桩，所述管桩5为内倾支护桩，冠梁1将所有竹节桩和所有管桩连成一体。在所述竹节桩4的桩顶中心连线的外侧设置隔水帷幕。隔水帷幕的搅拌桩桩底标高与组合斜直交替支护桩桩底标高相同。

本实用新型的基本原理是：

管桩5和竹节桩4交替排列构成组合支护结构，当竖直支护桩为竹节桩4，内倾支护桩为管桩5时，管桩5和竹节桩4交替排列构成的组合支护结构又称为斜直交替支护结构，管桩5和竹节桩4通过桩顶冠梁1的连接形成一个整体，共同受力。其中，管桩5 受压，竹节桩4受拉。通过冠梁1，竹节桩4将自身轴向力提供给管桩5，可以给予管桩 5一个向下的拉力，此拉力大小与竹节桩4侧摩阻力的大小相关。

此拉力可以有效地减小桩体变形，从而减小基坑土体变形，保护周围建筑，增加基坑开挖深度H₁，增强基坑稳定性。当竖直支护桩采用竹节桩4进行基坑支护时，由于竹节桩4桩身外表面设有环状凸起，增加了竹节桩与土体尤其是底部较好土层的接触面积，可有效增加侧摩阻力，从而增大竹节桩拉力，进一步控制基坑位移。

相比较其他支护结构，本实用新型可有效发挥竹节桩4拉力，因此可以缩短竹节桩桩长H₂，增大支护桩的桩间距，缩小支护桩的桩径。施工前需要根据场地条件和计算分析，确定最优的管桩倾斜角度，对竹节桩4及管桩5的桩长与桩身强度进行设计。本实用新型适用于悬臂桩支护方式。本实用新型推荐管桩5的倾斜角度大于0°且小于等于 30.5°；竹节桩4和管桩5的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度H₁；相邻竹节桩4和管桩5的桩间距为2～2.5倍桩径。管桩5的桩径可为300～600mm，竹节桩4的桩径可为 300～600mm。所述竹节桩的环形凸起6凸出桩身表面的高度可为桩径的15％～20％。

一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构的构造方法：

预制等长的管桩5和竹节桩4；在现场布设管桩5和竹节桩4，使管桩5和竹节桩4 交替排列；使竹节桩4的轴线垂直于水平面且其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；使管桩5的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；使管桩5的桩顶中心连线与竹节桩4的桩顶中心连线平行，使竹节桩4沿基坑边沿3内侧设置，使管桩5位于竹节桩4 的桩顶中心连线内侧；管桩5和竹节桩4均采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根预制桩；在管桩5的桩顶和竹节桩4的桩顶上预制冠梁1。

上述竹节桩4的施工方法如下：

1)在底桩小螺母端上好桩尖后，开始打桩。桩入土50公分左右调整垂直度。第一节桩插入地面时垂直度偏差不超过0.3％。当底桩入土超过该桩的1/3时，不得再次强行移动桩机来调整垂直度。当出现桩身倾斜时应查明原因后再施工。避免桩身被强行调整而断裂或受伤。

2)调好垂直度开始沉桩。沉桩时注意夹具的位置，夹具应当夹在竹节桩凸出来的位置，禁止夹在凹进去的部位，和竹节桩端头20公分以上的位置，这两个部位是竹节桩最脆弱的位置。

3)当第一节桩桩顶端与桩机的悬臂之间的距离为40公分时，停止压桩。在该桩大螺母端浇上环氧树脂和固化剂的混合体，浇在桩头上应内外各一圈。

4)上下节桩采用卡扣式机械连接。

设竹节桩4长度为L，在竹节桩4的桩顶中心连线外侧且距离竹节桩4的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕；隔水帷幕的搅拌桩桩底标高与竹节桩4桩底标高相同。

上述水泥搅拌桩隔水帷幕的施工方法：

1)定位：深层搅拌机到达指定桩位，对中。

2)预搅下沉：待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松搅拌机吊索使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。

3)制备水泥浆：待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比搅拌水泥浆，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

4)提升喷浆搅拌：深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。

5)重复上、下搅拌：深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为时软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。

6)清洗：清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

7)移位：将深层搅拌机移至下一桩位，重复上述步骤。

在竹节桩4和管桩5的上面设置冠梁1。推荐冠梁1的宽度大于与其连接的管桩5 桩径或竹节桩4桩顶桩径，冠梁1的高度可大于等于管桩5桩径的0.6倍或竹节桩4的桩径的0.6倍。冠梁1沿宽度方向两边各扩出1/2管桩5的桩径或1/2竹节桩4的桩径。

上述冠梁1的施工方法为：

1)冠梁1土方采用机械分区开挖，先开挖第一层土方至支护桩设计桩顶标高，清除余土后开始破除桩头浮浆至设计标高，桩芯顶面的混凝土要凿毛处理，清除桩顶浮渣，如设计标高桩头砼强度达不到设计要求，须继续破除直至砼质量达到设计要求，不足标高段浇冠梁1砼时一同浇筑成型。

2)桩间土人工整平至冠梁1底标高，并夯填密实。

3)桩头破除后即可按冠梁1剖面配筋进行钢筋制作。钢筋下料、绑扎误差确保满足设计及施工规范要求。

4)对冠梁1标高进行校核并安装模板。模板支护时须确保模板稳定、牢固，以防浇筑砼时模板变形，模板截面尺寸按冠梁1剖面制作。

5)完成钢筋工程。纵筋最好采用HRB335级或HRB400级钢筋，箍筋及拉结筋应采用HPB300级和HRB335级钢筋。

6)完成混凝土浇筑及养护。混凝土强度等级不应低于C25，排桩主筋锚入冠梁1不应小于35d(d为钢筋桩径)。

以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

Claims (10)

1.一种倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，包括由管桩和竹节桩交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩和所述竹节桩沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩和所述竹节桩的桩顶上设有冠梁；所述竹节桩，其轴线垂直于水平面，其桩身外表面设有若干垂直于其轴线的环形凸起，环形凸起内设有环形加强筋；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述竹节桩的桩顶中心连线平行或重合。

2.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，所述管桩的轴线与所述竹节桩的轴线之间的夹角角度≤30°。

3.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，所述管桩或所述竹节桩的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度。

4.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，所述竹节桩的环形凸起沿轴线方向间距逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，所述管桩桩径为300～600mm；所述竹节桩的桩径为300～600mm，所述竹节桩的环形凸起凸出桩身表面的高度为桩径的10％～30％。

6.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，所述冠梁的宽度方向边缘超出所述管桩和所述竹节桩的桩顶边缘，所述冠梁的高度大于等于管桩桩径的0.6倍或竹节桩桩径的0.6倍。

7.根据权利要求6所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，所述冠梁的宽度方向边缘单侧超出所述管桩和所述竹节桩的桩顶边缘的尺寸为：1/2管桩的桩径或1/2竹节桩桩径。

8.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，相邻管桩和竹节桩的桩间距为2～4倍管桩的桩径或2～4倍竹节桩的桩径。

9.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，环形凸起由上锥面和下锥面共底面构成，且上锥面的锥度大于下锥面的锥度。

10.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直竹节桩的组合支护结构，其特征在于，设竹节桩长度为L，在竹节桩的桩顶中心连线外侧且距离竹节桩的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕。

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