CN109024651B - 一种钢管混凝土混合桩基及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁桩基础工程技术领域，涉及一种钢管混凝土混合桩基及施工方法，钢管混凝土混合桩基包括钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩；钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩自上而下依次连接并形成整体桩基；钢管混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以上；钢筋混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以下；钢筋混凝土结构桩内填充的混凝土的标号低于钢管混凝土结构桩内填充的混凝土的标号。本发明提供一种施工便利、抗震性能良好承载力高以及可降低施工难度和工程造价的钢管混凝土混合桩基及施工方法。
Description
技术领域
本发明属于桥梁桩基础工程技术领域，涉及一种钢管混凝土混合桩基及施工方法，尤其涉及一种钢管混凝土构件和钢筋混凝土构件组合在一起共同受力的混合结构桩基及施工方法。
背景技术
在抗震设防高烈度地区，特别是具有深水、大冲刷水文条件和软弱地层地质条件的桥梁工程中，桩基础作为桥梁工程的重要组成部分，对抗震性能有极高的要求，桩基不仅把桥梁上部结构荷载有效传递给地基，还要抵抗由地震引起的水平荷载。桩基位于水下或地下，一旦发生损坏修复极其困难。
现阶段桥梁桩基，主要有钢筋混凝土桩基、钢管桩或钢管内填混凝土形成的钢管混凝土桩，无论哪种类型的桩基均体现为单一构件形式。例如，钢筋混凝土桩基，施工方便，经济性较好，但水平承载力及延性较差；钢管桩和钢管混凝土桩，水平承载力及延性较好，但施工难度较大，成本高。
在桩基计算理论中，桩顶一定范围内承担水平荷载，超过这一范围桩基仅承担竖向荷载，若能根据桩基的受力特点，在不同受力段分别设置不同构件形式形成混合结构，将大幅提高桩基的抗震性能同时降低施工难度和成本投入。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种施工便利、抗震性能良好承载力高以及可降低施工难度和工程造价的钢管混凝土混合桩基及施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钢管混凝土混合桩基，其特征在于：所述钢管混凝土混合桩基包括钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩；所述钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩自上而下依次连接并形成整体桩基；所述钢管混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以上；所述钢筋混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以下；所述钢筋混凝土结构桩采用的混凝土的标号低于钢管混凝土结构桩采用的混凝土的标号。
作为优选，本发明所采用的钢管混凝土结构桩包括等直径钢管、变径钢管以及直径增大段钢管；所述等直径钢管通过变径钢管与直径增大段钢管相连形成整体中空的管状结构；所述直径增大段钢管的内径大于等直径钢管的内径；所述直径增大段钢管内部沿直径增大段钢管的轴向设置有焊接钢筋；所述焊接钢筋与钢筋混凝土结构桩相连；所述等直径钢管、变径钢管以及直径增大段钢管内部灌填有高标号混凝土。
作为优选，本发明所采用的直径增大段钢管的内部沿直径增大段钢管的径向设置有剪力钉。
作为优选，本发明所采用的变径钢管的内部设置有环形隔板；所述等直径钢管的外部设置有钢管定位钢筋；所述等直径钢管的外部设置有注浆管。
作为优选，本发明所采用的等直径钢管外部套装有钢护筒；所述钢护筒的外径略大于桩基施工成孔直径；所述钢护筒与等直径钢管之间填充有小石子；所述小石子的直径是15mm～20mm；所述钢护筒与小石子之间、小石子与等直径钢管之间以及相邻小石子之间均灌填有固化浆。
作为优选，本发明所采用的钢筋混凝土结构桩包括钢筋笼主筋；所述焊接钢筋通过钢筋连接器与钢筋笼主筋相连。
一种基于如上所述的钢管混凝土混合桩基的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：
1)在施工地面或水上施工平台处插打钢护筒后桩基钻孔成孔；；
2)在桩孔中下放钢筋笼主筋，钢筋笼主筋的顶部略露出桩孔外；
3)将等直径钢管、变径钢管以及直径增大段钢管焊接并形成是整体的中空管状结构，将该中空管状结构垂直吊运至桩孔上方；
4)在桩孔上方将直径增大段钢管内部预先焊接的焊接钢筋通过钢筋连接器与钢筋笼主筋相连并形成整体结构后完全下放至桩孔内；
5)通过导管向钢筋笼主筋中浇筑低标号混凝土，直至到达直径增大段钢管的底部；
6)在等直径钢管与钢护筒之间投放小石子；在投放小石子的同时，在等直径钢管、变径钢管以及直径增大段钢管内部浇筑高标号混凝土；所述浇筑高标号混凝土从低标号混凝土的顶部开始浇筑；所述高标号混凝土在等直径钢管、变径钢管以及直径增大段钢管内部的上升速度与小石子的投放速度相同；
7)当等直径钢管内上翻见到高标号混凝土时，停止浇筑高标号混凝土；待等直径钢管、变径钢管以及直径增大段钢管内部的高标号混凝土终凝后，通过等直径钢管外部的注浆管向等直径钢管与钢护筒之间的空隙进行注浆处理，待注浆固化后，形成钢管混凝土混合桩基。
本发明的优点是：
本发明提供了一种钢管混凝土混合桩基及施工方法，该钢管混凝土混合桩基包括钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩；钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩自上而下依次连接并形成整体桩基；钢管混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以上；钢筋混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以下；钢筋混凝土结构桩内填充的混凝土的标号低于钢管混凝土结构桩内填充的混凝土的标号。本发明所提供的钢管混凝土混合桩基，该桩基础结构形式具有施工便利，结构抗震性能良好，承载力高特别适合用于高烈度地区大跨径桥梁抗震要求严格的桥梁桩基础。该桩基础形式采用钢管混凝土接钢筋混凝土结构形式，上部钢管内填高标号混凝土，钢管长度需经过理论计算超过桩基弯矩零点位置，此部分桩基主要承受桥梁的水平荷载；桩基下部采用低标号钢筋混凝土形式，此部分桩基主要承受桥梁的竖向荷载；钢管外壁与钻孔壁之间的空隙内填干净小石子后再注浆形成最终的钢管混凝土混合桩基础。本发明的突出特点是，桩基由地震力作用下引起的水平弯矩主要由钢管混凝土部分承受，钢筋混凝土部分主要承受桥梁的竖向荷载，混合桩中钢管混凝土部分和钢筋混凝土部分可根据受力需要选择不同外径和尺寸，通过在钢管壁外注浆，此段桩长范围内的土体能够提供水平抗力和侧摩阻力，桩基的水平承载力和竖向荷载均有效加强。本发明所提供的钢管混凝土混合桩基及施工方法不同于利用永久性钢护筒和混凝土桩形成的钢管混凝土复合桩，该混合结构桩基中钢管、钢管内混凝土及钢筋混凝土可根据受力需要设定不同的截面尺寸和材料强度等级，同时钢管与钢管内混凝土无泥皮掺杂，连接可靠，性能稳定，因此较之具有较好的受力性能。
附图说明
图1是本发明所提供的钢管混凝土混合桩基在使用过程中的结构示意图；
图2是本发明所提供的钢管混凝土混合桩基的结构示意图；
图3是沿图2中A-A线的剖面图；
图4是沿图2中B-B线的剖面图；
图5是本发明钢管混凝土混合桩钢管与钢筋笼一起吊入钻孔示意图；
图6是本发明钢管混凝土混合桩基浇筑低标号混凝土示意图；
图7是本发明钢管混凝土混合桩基浇筑换浇高标号混凝土以及桩侧填小石子示意图；
图中标号：
1-等直径钢管；2-变径钢管；3-直径增大段钢管；4-焊接钢筋；5-环形隔板；6-剪力钉；7-钢管定位钢筋；8-注浆管；9-钢筋连接器；10-钢筋笼主筋；11-钢护筒；12-两种不同强度混凝土交界面；13-导管；14-低标号混凝土；15-高标号混凝土；16-小石子；17-施工地面或水上施工平台；18-最大冲刷线。
具体实施方式
参见图1，本发明提供了一种钢管混凝土混合桩基，钢管混凝土混合桩基包括钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩；钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩自上而下依次连接并形成整体桩基；钢管混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以上；钢筋混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以下；钢筋混凝土结构桩内填充的混凝土的标号低于钢管混凝土结构桩内填充的混凝土的标号。
其中：
钢管混凝土结构桩包括等直径钢管1、变径钢管2以及直径增大段钢管3；等直径钢管1通过变径钢管2与直径增大段钢管3相连形成整体中空的管状结构；直径增大段钢管3的内径大于等直径钢管1的内径；直径增大段钢管3内部沿直径增大段钢管3的轴向设置有焊接钢筋4；焊接钢筋4与钢筋混凝土结构桩相连；等直径钢管1、变径钢管2以及直径增大段钢管3内部灌填有高标号混凝土15。
直径增大段钢管3的内部沿直径增大段钢管3的径向设置有剪力钉6；变径钢管2的内部设置有环形隔板5；等直径钢管1的外部设置有钢管定位钢筋7；等直径钢管1的外部设置有注浆管8。钢护筒11直径大于桩基施工成孔直径不小于300mm，钢护筒11的长度应超出最大冲刷线18(最大冲刷线18是河流冲刷掏空地基的最大深度，为保护桩基，钢护筒底端应超过最大冲刷线2m)；钢护筒11与等直径钢管1填充有小石子16；小石子16的直径是15mm～20mm；钢护筒11与小石子16之间、小石子16与等直径钢管1之间以及相邻小石子16之间均灌填有固化浆。
本发明所采用的钢筋混凝土结构桩包括钢筋笼主筋10；焊接钢筋4通过钢筋连接器9与钢筋笼主筋10相连；导管13深入钢筋笼主筋10中并向钢筋笼主筋10中灌填低标号混凝土14。
一种基于如上所记载的钢管混凝土混合桩基的施工方法，施工方法包括以下步骤：
1)在施工地面或水上施工平台17处插打钢护筒11后桩基钻孔成孔；；
2)在桩孔中下放钢筋笼主筋10，钢筋笼主筋10的顶部略露出桩孔外；
3)将等直径钢管1、变径钢管2以及直径增大段钢管3焊接并形成是整体的中空管状结构，将该中空管状结构垂直吊运至桩孔上方；
4)在桩孔上方将直径增大段钢管3内部预先焊接的焊接钢筋4通过钢筋连接器9与钢筋笼主筋10相连并形成整体结构后完全下放至桩孔内；
5)通过导管13向钢筋笼主筋10中浇筑低标号混凝土14，直至到达直径增大段钢管3的底部；
6)在等直径钢管1与钢护筒11之间投放小石子16；在投放小石子16的同时，在等直径钢管1、变径钢管2以及直径增大段钢管3内部浇筑高标号混凝土15；浇筑高标号混凝土15从低标号混凝土14的顶部开始浇筑；高标号混凝土15在等直径钢管1、变径钢管2以及直径增大段钢管3内部的上升速度与小石子16的投放速度相同；
7)当等直径钢管1内上翻见到高标号混凝土15时，停止浇筑高标号混凝土15；待等直径钢管1、变径钢管2以及直径增大段钢管3内部的高标号混凝土15终凝后，通过等直径钢管1外部的注浆管8向等直径钢管1与钢护筒11之间的空隙进行注浆处理，待注浆固化后，形成钢管混凝土混合桩基。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，以外径1000mm钢管混凝土桩基接直径1500mm钢筋混凝土桩基混合结构桩为例。
一种钢管混凝土混合桩基，桩基上段为钢管混凝土结构，下段为钢筋混凝土结构。钢管混凝土结构中钢管外径小于钻孔孔径，通过等直径钢管1、变径钢管2、直径增大段钢管3形成下端变径的钢管构造。钢管混凝土结构中钢管通过直径增大段钢管3中预焊接钢筋4与钢筋混凝土结构桩中钢筋笼主筋10连接成整体。直径增大段钢管3中预焊剪力钉6。钢管混凝土结构和钢筋混凝土结构采用不同强度等级的混凝土，钢管混凝土结构中的钢管内浇筑高标号混凝土15，钢筋混凝土结构中采用低标号混凝土14，混合桩浇筑混凝土分两步进行。钢管外壁与钻孔内壁之间填充干净小石子16同时注浆固化，钢管外壁设有注浆管8，等直径钢管1外壁焊接钢管定位钢筋7。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：如图1所示，等直径钢管1采用直径1000mm，壁厚24mmQ420钢材，变径钢管2的直径由1000mm线性变化到1404mm，长度1500mm，材料同钢管1，直径增大段钢管3的直径1404mm，长度1500mm，材料同等直径钢管1，变径钢管2的上下两端分别设置一道环形隔板5，钢筋混凝土桩基直径1500mm。
参见图2和图3，等直径钢管1的外壁设置3根注浆管8。参见图2和图4，直径增大段钢管3在工厂预制的同时，在其内壁按照规范要求焊接与钢筋笼主筋10相同布置的焊接钢筋4。
参见图5，直径增大段钢管3通过其预先焊接的焊接钢筋4与钢筋笼主筋10采用钢筋连接器9相连成整体，避免了现场焊接，大量减少了工作量，同时能够保证钢管与钢筋笼主筋的连接。
参见图6，采用导管13先浇筑钢筋混凝土部分低标号混凝土14直至浇筑面达到两种混凝土强度交界面12，导管13保持埋入低标号混凝土14中3～4m。
参见图7，当开始浇筑钢管内高标号混凝土15时，同时向等直径钢管1外壁与钻孔(钢护筒11)之间的空隙内投放15mm～20mm干净小石子16，投放速度与钢管内高标号混凝土15的上升液面相同，当钢管内上翻见到高标号混凝土15时，停止高标号混凝土15的浇筑；待混凝土终凝后，通过事先在钢管桩外侧设置的注浆管8对钢管外桩孔空隙进行注浆处理，注浆施工应符合相关规范要求。
按照以上步骤施工完成桩基础后继续桥梁桩基承台的施工。
Claims (2)
1.一种钢管混凝土混合桩基，其特征在于：所述钢管混凝土混合桩基包括钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩；所述钢管混凝土结构桩以及钢筋混凝土结构桩自上而下依次连接并形成整体桩基；所述钢管混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以上；所述钢筋混凝土结构桩置于整体桩基的弯矩零点以下；所述钢筋混凝土结构桩采用的混凝土的标号低于钢管混凝土结构桩采用的混凝土的标号；
所述钢管混凝土结构桩包括等直径钢管（1）、变径钢管（2）以及直径增大段钢管（3）；所述等直径钢管（1）通过变径钢管（2）与直径增大段钢管（3）相连形成整体中空的管状结构；所述直径增大段钢管（3）的内径大于等直径钢管（1）的内径；所述直径增大段钢管（3）内部沿直径增大段钢管（3）的轴向设置有焊接钢筋（4）；所述焊接钢筋（4）与钢筋混凝土结构桩相连；所述等直径钢管（1）、变径钢管（2）以及直径增大段钢管（3）内部灌填有高标号混凝土（15）；
所述直径增大段钢管（3）的内部沿直径增大段钢管（3）的径向设置有剪力钉（6）；
所述变径钢管（2）的内部设置有环形隔板（5）；所述等直径钢管（1）的外部设置有钢管定位钢筋（7）；所述等直径钢管（1）的外部设置有注浆管（8）；
所述等直径钢管（1）外部套装有钢护筒（11）；所述钢护筒（11）的外径略大于桩基施工成孔直径；所述钢护筒（11）与等直径钢管（1）之间填充有小石子（16）；所述小石子（16）的直径是15mm~20mm；所述钢护筒（11）与小石子（16）之间、小石子（16）与等直径钢管（1）之间以及相邻小石子（16）之间均灌填有固化浆；
所述钢筋混凝土结构桩包括钢筋笼主筋（10）；所述焊接钢筋（4）通过钢筋连接器（9）与钢筋笼主筋（10）相连。
2.一种如权利要求1所述的钢管混凝土混合桩基的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：
1）在施工地面或水上施工平台（17）处插打钢护筒（11）后桩基钻孔成孔；
2）在桩孔中下放钢筋笼，钢筋笼主筋（10）的顶部略露出桩孔外；
3）将等直径钢管（1）、变径钢管（2）以及直径增大段钢管（3）焊接并形成整体中空的管状结构，将该整体中空的管状结构垂直吊运至桩孔上方；
4）在桩孔上方将直径增大段钢管（3）内部预先焊接的焊接钢筋（4）通过钢筋连接器（9）与钢筋笼主筋（10）相连并形成整体结构后完全下放至桩孔内；
5）通过导管（13）向桩孔中浇筑低标号混凝土（14），直至到达直径增大段钢管（3）的底部；
6）在等直径钢管（1）与钢护筒（11）之间投放小石子（16）；在投放小石子（16）的同时，在等直径钢管（1）、变径钢管（2）以及直径增大段钢管（3）内部浇筑高标号混凝土（15）；所述高标号混凝土（15）从低标号混凝土（14）的顶部开始浇筑；所述高标号混凝土（15）在等直径钢管（1）、变径钢管（2）以及直径增大段钢管（3）内部的上升速度与小石子（16）的投放速度相同；
7）当等直径钢管（1）内上翻见到高标号混凝土（15）时，停止浇筑高标号混凝土（15）；待等直径钢管（1）、变径钢管（2）以及直径增大段钢管（3）内部的高标号混凝土（15）终凝后，通过等直径钢管（1）外部的注浆管（8）向等直径钢管（1）与钢护筒（11）之间的空隙进行注浆处理，待注浆固化后，形成钢管混凝土混合桩基。
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