CN106592586B - 外加套箍填砂石料预制桩及其施工方法 - Google Patents

外加套箍填砂石料预制桩及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外加套箍填砂石料预制桩及其施工方法。预制桩成桩后，通过桩身外加扩径套箍及桩底扩大桩尖与桩体相连接，形成节状间隔扩径桩体。在外加套箍的预制桩压入或打入地基土的同时，向桩周填送砂石料，最终形成由外加套箍预制桩、桩周砂石填料、地基***同作用的复合地基。该法下，桩周砂石填料形成排水通道，土体固结过程加速，施工完成后工后沉降得到控制；砂石料更大的土体内摩擦角提供了桩基更大的桩侧摩阻力，可以提高桩基承载力；外加套箍包括桩身扩径套箍及桩端扩大桩尖制作设备简单，无需单独定制模具，同时在桩身固定位置可调节，能够适应多种设计及工况，具有良好的工程适应性；间隔扩径桩身可以提供超过外径与扩径段相同的预制桩承载力，同时可以节约制造成本，具有良好的经济效益。

Description

外加套箍填砂石料预制桩及其施工方法
技术领域
本发明属于施工方法领域，具体涉及一种外加套箍填砂石料预制桩及其施工方法。
背景技术
桩基工程作为工程建设中的一项重要环节，对整个工程的质量与经济效益都有着举足轻重的影响。在桩基工程中，预制桩具有施工速度快，单桩承载能力高，成桩质量有保证，经济效益优良等优点，在实际工程中获得了较为广泛的应用。
但是预制桩在实际工程施工过程中也存在着一些问题。对于软土地基，特别是饱和软黏土地基，由于缺乏竖向排水机制或者打设的排水板深度远不及桩长，预制桩与桩周土工后差异沉降过大，会引起桩侧负摩阻力。桩侧负摩阻力会引起桩基单桩承载能力的变化以及上部结构的不均匀沉降，严重时会对上部结构的整体稳定性产生影响。故而，在预制桩的设计和施工过程中需要对桩基的工后沉降进行分析和控制。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中由于地基土固结缓慢引起桩基工后差异沉降的问题，并提供一种外加套箍填砂石料预制桩。
考虑到软土地区预制桩与桩周土工后存在差异沉降，其结果引起的桩身侧摩阻力增加可能会对上部结构产生严重的后果，需要对桩周土的快速固结进行考虑以减小其工后沉降。而本发明解决具体技术问题采用的技术方案是：
外加套箍填砂石料预制桩，包括预制桩桩身、扩径套箍及桩底扩大桩尖；所述的扩径套箍呈空心环状，其外径大于桩身外径；桩身上间隔套设有若干个扩径套箍形成节状桩；所述的桩底扩大桩尖固定于桩身底部且最大外径不小于桩身扩径套箍外径；所述的预制桩桩身***一定范围内填充有砂石料，砂石料层的最小直径不小于扩径套箍外径。
作为优选，所述的扩径套箍内侧空心截面的形状与桩身横截面相匹配，使扩径套箍贴合固定于桩身上，扩径套箍与预制桩桩身间设置有空隙通道，作为竖向排水通道。
作为优选，所述的扩径套箍通过固定件可拆卸式固定于预制桩桩身上。
作为优选，所述的扩径套箍在桩身的固定位置可上下调整。
作为优选，所述的桩底扩大桩尖与预制桩桩身的连接处呈塞入式或套箍式。
本发明的另一目的在于提供一种外加套箍预制桩填砂石施工方法，包括如下步骤：
步骤1.在预制桩桩身上间隔固定若干个空心环状的扩径套箍形成节状桩，同时在桩身底部固定最大外径不小于桩身扩径套箍外径的桩底扩大桩尖；
步骤2.在预制桩的目标施工位置放置直径大于扩径套箍外径的护桶；
步骤3.将经过步骤1处理后的预制桩从护桶处打入或压入土层，同时在该过程中不断向护桶内填送足量的砂石料，使随砂石料随桩体被带入地基土中并填充在桩身***一定范围内，形成桩周排水通道，并提供更大的桩侧摩阻力。
作为优选，打桩完成后，取下护桶以循环利用。
本发明的有益效果如下：
1.预制桩桩身的外侧间隔固定了多个水平的扩径套箍，同时，其桩身外侧还环绕了一层直径大于扩径套箍的具有孔隙的砂石料层，形成了一条能够用于排水的通道，打桩或压桩过程中产生的超静孔隙水可以通过该通道得以较快消散，土体固结过程加速，施工完成后工后沉降得到有效地控制。
2.砂石料相较地基土更大的土体内摩擦角提供了桩基更大的桩侧摩阻力，可以提高桩基承载力；同时，桩底扩大桩尖有利于在打桩或压桩过程中形成一条直径大于扩径套箍外径的通道，用于填充砂石料。而且桩身进入土层相应位置后，还可以提高桩端阻力。
3.外加套箍包括桩身扩径套箍及桩端扩大桩尖制作设备简单，无需单独定制模具，同时其在桩身固定位置可调节，能够适应多种设计及工况，具有良好的工程适应性；
4.护桶及套箍模具均可循环使用，具有一定的经济效益；
5.试验结果已经明确本发明的桩身间隔扩径桩其承载力大于外径与扩径段相同的预制桩。可见借助桩身间隔扩径，可以在不损失承载力与安全性的前提下，减少制造成本，具有良好的经济效益；
附图说明
图1为本发明的一种外加套箍预制桩填砂石施工方法断面示意图。
图2为图1中所示的外加套箍与预制桩桩身连接俯视图。
图3为本发明的另一种外加套箍预制桩填砂石施工方法断面示意图。
图4为图3中所示的外加套箍与预制桩桩身连接俯视图。
图中：预制管桩桩身1、预制方桩桩身2、扩径套箍3、排水通道4、桩底扩大桩尖(塞入式)5、桩底扩大桩尖(套箍式)6、护桶7、砂石填料8、待处理地基土9、螺栓连接件10。
具体实施方式
下面结合附图和实施步骤对本发明进一步说明。本发明中各具体实施例中的技术特征在没有冲突的情况下，均可进行相互组合，不构成限制。
如图1所示，为一个实施例中外加套箍填砂石料预制桩结构纵剖面示意图。该预制桩结构埋设于待处理地基土9中，用于支承上部构筑物或其他结构。预制桩结构包括预制管桩桩身1、扩径套箍3及桩底扩大桩尖。预制管桩桩身1横截面呈中空圆环状，可在场外进行预制后在施工现场进行后续组装，也可以直接在场外预制、组装完成后运至施工现场。桩身上需要组装的部件包括扩径套箍3及桩底扩大桩尖两部分。扩径套箍3为一个呈空心环状的箍体，用于环绕固定在桩身外侧，因此其外径需大于桩身外径，而其内侧空心部分最好与桩身的轮廓相匹配。本实施例中，桩身呈圆柱形，因此，扩径套箍3的内侧也为直径略大于桩身外径的圆形。扩径套箍3最好可拆卸式固定在桩身上。如本实施例中，可将扩径套箍3一分为二，中间用螺栓连接件10进行连接，以便于安装，且扩径套箍3在桩身的固定位置可上下调整。桩身上可每隔一定距离套设一个扩径套箍3，若干个扩径套箍3将预制桩形成一种节状桩形式。
另外，桩身的底部固定有桩底扩大桩尖，为了使桩身和扩径套箍3能够顺利进入土层中，为了给后续的沙石填料提供填充空间，桩底扩大桩尖的横截面最大处的外径不能小于扩径套箍3的外径。
本发明的目的之一是要为桩体进入地基土过程中产生的超静孔隙水提供排水通道4，因此预制桩桩身***一定距离内环形填充有砂石填料8。砂石填料8填充满土体和桩身之间的环状空间。为了满足超静孔隙水的排水效率，砂石料层的最小外径不小于扩径套箍3外径，使套箍下方的水能够快速通过砂石料排至上方。当然，砂石填料8层的横截面不一定是标准的圆环状，也可能是椭圆环或其他形状，但其周向的最小跨径需大于扩径套箍3外径，由此扩径套箍3外侧会有砂石填料8以便形成排水通道4。
另外，尽管扩径套箍3需尽量贴合固定于桩身上，但扩径套箍3与预制桩桩身间可以设置有空隙通道，作为竖向排水通道。如图2所示，可以花瓣形形式沿桩身横截面***环绕布设多个半圆形的通孔，使扩径套箍3下方的水无需绕过套箍，可以直接从通孔中排出。当然，空隙通道的形状并不一定采用图中的形式，可根据实际需要设计。当扩径套箍3外侧的沙石填料厚度不够时，可调整空隙通道的大小，以提高排水效率。
桩底扩大桩尖与预制管桩桩身1的连接处可采用多种形式进行加固，本实施例中为塞入式的设计。如图中的桩底扩大桩尖(塞入式)5所示，桩底扩大桩尖顶部设置一个与桩身内中空截面匹配的凸起，然后将其塞入预制管桩桩身1中。
当然，上述实施例存在较多的变形，比如在另一实施例中，如图3所示，其桩底扩大桩尖可采用套箍式设计，即图中的桩底扩大桩尖(套箍式)6。另外，如图4所示，预制管桩桩身1也可替换成预制方桩桩身2。
另外，本发明还提供一种实现上述结构的外加套箍预制桩填砂石施工方法，包括如下步骤：
步骤1.在预制桩桩身上间隔(具体间隔可根据试验进行确定)固定若干个空心环状的扩径套箍3形成节状桩，同时在桩身底部固定最大外径不小于桩身外径(尽量大于扩径套箍3外径)的桩底扩大桩尖；
步骤2.在预制桩的待处理地基土9的目标施工位置放置直径大于扩径套箍外径的护桶7，护桶7无盖无底，仅具有柱状侧壁，便于填充沙石料；
步骤3.将经过步骤1中组装好的预制桩一端顶与护桶7围成的待处理地基土9表面，然后通过机械将其打入或压入土层。在该过程中，桩底扩大桩尖在土体中开设出一条柱状通道，用于容纳桩身。同时，在该过程中需要不断向护桶7内填送足量的砂石料(至少能够充分填满桩身与土体之间的间隙)，在扩径套箍3的带动下，砂石料随桩体被带入地基土中并填充在桩身***一定距离内，形成一条桩周排水通道4。
步骤4.打桩完成后，取下护桶7以循环利用。
为了检验上述外加套箍填砂石料预制桩的性能，对该桩体以及外径与扩径套箍3相同的预制桩，在相同壁厚、桩长、配桩形式及施工方法条件下，进行了静载荷试验对比。试验结果表明，采用本发明的节状桩结构其承载力相较外径与该桩的扩径套箍3相同的预制桩提高了10％-20％左右，承载力与更大直径预制桩承载力相当，在不影响承载能力的同时其制造成本得到了有效降低。在该结构下，桩身节状突出部分以及桩端扩径桩尖加强了桩体与桩周土体及底部支撑土层的接触，使得桩侧摩阻力以及桩端阻力都得到了一定程度的提高，桩基承载能力提升。此外，当桩身间隔扩径桩在打入或压入的过程中，如果在桩周填送砂石料，使得桩周土内摩擦角增大，则桩侧摩阻也会相应增大，桩基承载能力将会得到进一步提升。另外，在地基工后沉降方面，桩周砂石填料8形成的桩周排水通道4可以加快桩周土中超静孔隙水压力的扩散，加速地基土体固结，大大减少地基工后沉降。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1. 一种外加套箍填砂石料预制桩，其特征在于：包括预制桩桩身、扩径套箍及桩底扩大桩尖；所述的扩径套箍呈空心环状，其外径大于桩身外径；桩身上间隔套设有若干个扩径套箍形成节状桩；所述的桩底扩大桩尖固定于桩身底部且最大外径不小于桩身扩径套箍外径；所述的预制桩桩身***一定范围内填充有砂石料，砂石料层的最小直径不小于扩径套箍外径; 所述的扩径套箍通过固定件可拆卸式固定于预制桩桩身上；所述的扩径套箍在桩身的固定位置可上下调整。
2.如权利要求1所述的外加套箍填砂石料预制桩，其特征在于：所述的扩径套箍内侧空心截面的形状与桩身横截面相匹配，使扩径套箍贴合固定于桩身上，扩径套箍与预制桩桩身间设置有空隙通道，作为竖向排水通道。
3.如权利要求1所述的外加套箍填砂石料预制桩，其特征在于：所述的桩底扩大桩尖与预制桩桩身的连接处呈塞入式或套箍式。
4.一种如权利要求1所述外加套箍填砂石料预制桩的填砂石施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.在预制桩桩身上间隔固定若干个空心环状的扩径套箍形成节状桩，同时在桩身底部固定最大外径不小于桩身扩径套箍外径的桩底扩大桩尖；
步骤2.在预制桩的目标施工位置放置直径大于扩径套箍外径的护桶；
步骤3.将经过步骤1处理后的预制桩从护桶处打入或压入土层，同时在该过程中不断向护桶内填送足量的砂石料，使砂石料随桩体被带入地基土中并填充在桩身***一定范围内，形成桩周排水通道，并提供更大的桩侧摩阻力。
5.如权利要求4所述的填砂石施工方法，其特征在于，打桩完成后，取下护桶以循环利用。
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