CN101864769A - 一种现浇x形大直径空心混凝土桩及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种现浇X形大直径空心混凝土桩，采用振动沉管方式将X形空心混凝土桩桩模打入地基至设计深度，然后在桩模沉管的空腔内浇注混凝土，振动拔管，形成现浇X形大直径空心混凝土桩；所述X形空心混凝土桩桩模包括外轮廓为X形的桩模沉管，桩模沉管由内外两层套管组成，外套管截面形状为X形，内套管截面形状为圆形。本发明还涉及所述混凝土桩的施工方法。本发明的新桩型可以在确保桩体整体性能的前提下，提高单位材料强度利用率，降低工程造价；同时利用横截面异形效应和桩芯土对桩侧摩擦力的提高作用，有效地提高竖向承载能力和水平向承载能力。该桩施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制、检测，单桩承载力高。

Description

一种现浇X形大直径空心混凝土桩及其施工方法
技术领域
本发明属于软土地基处理及桩基础技术领域，涉及一种现浇X形大直径空心混凝土桩及其施工方法。
背景技术
桩基础竖向承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成，在深厚软土地基中桩侧摩阻力的发挥显得尤为重要。在高速公路、高速铁路等软土地基处理工程领域中，刚性桩复合地基处理技术得到了广泛的应用。其中如何提高单位材料强度利用率、在节省建筑材料用量的同时提高桩基承载力，是研究人员长期关注的重要课题之一。
在本发明之前，中国专利“预制X型钢筋混凝土桩”(专利号：ZL01218447.0)和中国专利“现浇X形钢筋混凝土桩施工方法”(专利申请号：200710020306.3)公开了采用预制和现浇的方法形成横截面形状为类似英文字母X形的横截面异形桩。该桩型通过改变横截面形状来提高桩侧比表面积，提高桩侧表面与桩周土体之间的侧向摩擦力，从而提高单位混凝土材料强度利用率、提高等混凝土用量情况下桩基承载力。但是目前采用的该桩型往往由于横截面等效桩径、桩间距相对较小，使得桩基施工时的挤土效应对相邻桩成桩质量有较大的影响；X形开弧半径过小、开弧角度过大而导致打桩过程中桩周土扰动和拔管过程中凹弧处桩周土带出现象严重，从而影响其实际应用效果。
中国专利“软基处治大直径现浇管桩复合地基施工方法”(专利号：ZL02112538.4)公开了在地基中打入内外套管空腔结构并现浇混凝土，从而在内部土体与外部土体之间的环形域内形成大直径现浇管桩的方法。该桩型将普通圆形截面改良为环形截面，增加桩-土接触面积以提高桩侧摩擦力，同时通过桩头部分回灌混凝土等形式，能有效的发挥和利用桩芯土对桩基承载力的作用。但是该桩型尚未考虑桩侧异形截面形式对提高桩侧摩擦力的作用；且由于壁厚较薄，施工时容易出现壁厚不均、混凝土浇灌困难等现象。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，结合现浇X形混凝土桩和现浇混凝土大直径管桩的技术优点，同时考虑桩侧异形截面形式和桩芯土对提高单位混凝土材料利用率和桩基承载力的作用，提供一种经济高效的现浇X形大直径空心混凝土桩新桩型及其施工方法。
一种现浇X形大直径空心混凝土桩，由以下方法制成：采用振动沉管方式将X形空心混凝土桩桩模打入地基至设计深度，然后在桩模沉管的空腔内浇注混凝土，振动拔管，形成现浇X形大直径空心混凝土桩；所述X形空心混凝土桩桩模包括外轮廓为X形的桩模沉管，桩模沉管由内外两层套管组成，外套管截面形状为X形，内套管截面形状为圆形。
本发明所使用的振动打桩机上部设有振动头，通过法兰盘螺丝铆接振动头和X形空心混凝土桩桩模，振动打桩机的振动头下部与可装卸的法兰盘上端连接，法兰盘下端与X形空心混凝土桩桩模连接。
所述的X形空心混凝土桩桩模由桩模沉管和连接在桩模沉管底端的活瓣桩靴或者预制桩尖组成。
所述的X形空心混凝土桩桩模沉管内外套管之间形成空腔，桩模沉管的内、外套管之间固定连接，如焊接短钢条连接成整体；桩模沉管的底端连接活瓣桩靴或预制桩尖。
所述的桩模沉管由1.2～1.5cm厚的无缝钢管焊接而成，满足刚度和强度要求；外侧上部设置混凝土进料口，外侧可以设置观测沉桩深度的标志。
所述的活瓣桩靴或预制桩尖具有与桩模沉管外轮廓形状相同的X形。活瓣桩靴由锁轴和活瓣组成。
所述的X形大直径空心混凝土桩的桩内径为0.5～0.8m，外包圆直径1.5～2.0m。整体桩长可以达到25m左右。
所述的X形大直径空心混凝土桩还可以在桩身顶部浇注混凝土形成0.3～0.5m厚的混凝土盖板，或在浇注的混凝土桩身内设置钢筋笼，形成现浇X形大直径空心钢筋混凝土桩。
本发明还涉及一种所述的现浇X形大直径空心混凝土桩的施工方法，其主要技术步骤为：
(1)场地平整，测量放线，桩位确定；
(2)将预制桩尖放到桩位后将桩模和桩机移到此桩位，或者将带活瓣桩尖的沉管在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于60mm；
(3)启动振动机，把沉管沉入土中3.0～5.0m后，向沉管空腔内注入一定量的混凝土，以利于沉管和防止地下水突入沉管空腔内；
(4)继续启动振动机，并将沉管沉至设计深度，且每下沉2.0m留振1min；
(5)通过进料口向沉管空腔内注入一定量的混凝土；
(6)启动振动拔管，上拔速率为0.6-1.5m/min，且每拔管1m留振1min，拔管时保证桩模内混凝土表面高于桩模底部高度2m；
(7)重复步骤(5)和(6)，直至沉管向上拔出地面，形成现浇X形大直径空心混凝土桩。
进一步，待现浇X形大直径空心混凝土桩成桩24小时后，可在地基表面开挖0.3～0.5m的桩芯土和桩周土，开挖后在桩身顶部浇注混凝土以形成X形大直径空心混凝土桩盖板。
本发明的优点和效果在于：与普通现浇混凝土桩等刚性桩相比，该新桩型可以在确保桩体整体性能的前提下，提高单位材料强度利用率，降低工程造价；由于横截面外轮廓呈X形，与传统的圆形截面相比具有更大的周长，因此具有更高的外侧摩阻力；由于存在桩芯土，因此桩内壁还有内摩阻力的作用，该桩型同时利用横截面异形效应和桩芯土对桩侧摩擦力的提高作用，有效地提高竖向承载能力和水平向承载能力等。现浇X形大直径空心混凝土桩质量检测手段多样，除了可采用传统的静载荷试验法、低应变动力检测法、钻芯取样法之外，还可以通过开挖桩芯土，直接将工人下放到桩芯内进行质量检测，是一种非隐蔽性的桩型；且该桩型施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，单桩承载力高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的施工过程示意图；
其中(1)为振动沉桩模，(2)为桩模沉管完成，(3)为浇注混凝土填料，振动、拔管形成X形大直径空心混凝土桩，(4)为振动拔管完成桩身浇注，(5)开挖部分桩头桩芯土，(6)浇注盖板。
图3为本发明的桩身横截面示意图；
图4为本发明的预制桩尖示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。
如图1和图2所示，振动打桩机1上部设有振动头2，法兰盘3螺丝铆接振动头2和带刻度的桩模沉管5，沉管5具有满足振动打桩要求的刚度和强度，且外壁X形内壁圆形的环形钢板中间为空腔，沉管5下部连接活瓣桩靴6；沉管5上部外侧设置进料口4。沉管5下部也可以连接预制桩尖7，如图4所示，预制桩尖7上部为为连接头13，下部为切削刀12。
实施时，如图2(1)所示，先平整场地并将振动打桩机1就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于60mm；将沉管打入3.0～5.0m左右时，向沉管内注入一定量混凝土填料，以利于沉管和防止地下水的渗入；如图2(2)所示，将下部连接活瓣桩靴6或者预制桩尖7的带刻度沉管5在指定的打桩位置定位，启动振动头2向下振动，使与之相连接的法兰盘3、沉管5和活瓣桩靴6或预制桩尖7一起沉入地基土中并至设计深度，且每下沉2.0m留振1min；如图2(3)所示，通过沉管5上部外侧的进料口4向沉管5空腔内注一定量的混凝土填料；如图2(4)所示，启动振动头拔管，上拔速率为0.6-1.5m/min，且每拔管1.0m留振1min，直至沉管5向上拔出地面，在地基土11中形成X形大直径空心混凝土桩身9，桩身9内为桩芯土10；如图2(5)所示，现浇X形大直径空心混凝土桩成桩24小时后，及时在地基表面开挖0.3～0.5m的桩芯土和桩周土；如图2(6)所示，开挖后在桩身9顶部浇注混凝土形成盖板，最终完成现浇X形大直径空心混凝土桩。
当作为建筑桩基础方案时，一般需要相对更高的桩体强度，因此也可以在混凝土灌注桩身设置钢筋笼而形成现浇X形大直径空心钢筋混凝土桩。

Claims (10)

1.一种现浇X形大直径空心混凝土桩，采用振动沉管方式将X形空心混凝土桩桩模打入地基至设计深度，然后在桩模沉管的空腔内浇注混凝土，振动拔管，形成现浇X形大直径空心混凝土桩；所述X形空心混凝土桩桩模包括外轮廓为X形的桩模沉管，桩模沉管由内外两层套管组成，外套管截面形状为X形，内套管截面形状为圆形。
2.根据权利要求1所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：所述桩模沉管的内、外套管之间固定连接。
3.根据权利要求1所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：所述桩模沉管外侧上部设置混凝土进料口，外侧设置沉桩深度的标志。
4.根据权利要求1所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：所述的X形空心混凝土桩桩模由桩模沉管和连接在桩模沉管底端的活瓣桩靴或者预制桩尖组成。
5.根据权利要求4所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：所述的活瓣桩靴或预制桩尖具有与桩模沉管外轮廓形状相同的X形。
6.根据权利要求1所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：所述的X形大直径空心混凝土桩的桩内径为0.5～0.8m，外包圆直径1.5～2.0m。
7.根据权利要求1所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：在桩身顶部浇注混凝土形成0.3～0.5m厚的混凝土盖板。
8.根据权利要求1所述的现浇X形大直径空心混凝土桩，其特征在于：在浇注的混凝土桩身内设置钢筋笼。
9.一种现浇X形大直径空心混凝土桩的施工方法，包括如下步骤：
(1)场地平整，测量放线，桩位确定；
(2)将预制桩尖放到桩位后将桩模就位，或者将带活瓣桩尖的沉管在指定的桩位就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5％，成孔中心与设计桩位偏差不大于60mm；
(3)启动振动机，把沉管沉入土中3.0～5.0m后，向沉管空腔内注入一定量的混凝土，以利于沉管和防止地下水突入沉管空腔内；
(4)继续启动振动机，并将沉管沉至设计深度，且每下沉2.0m留振1min；
(5)通过进料口向沉管空腔内注入一定量的混凝土；
(6)启动振动拔管，上拔速率为0.6-1.5m/min，且每拔管1m留振1min，拔管时保证桩模内混凝土表面高于桩模底部高度2m；
(7)重复步骤(5)和(6)，直至沉管向上拔出地面，形成现浇X形大直径空心混凝土桩。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的方法在完成步骤(1)～(7)后，还包括下列步骤：
(8)待现浇X形大直径空心混凝土桩成桩24小时后，在地基表面开挖0.3～0.5m桩芯土和桩周土，开挖后在桩身顶部浇注混凝土形成X形大直径空心混凝土桩盖板。
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