CN109853530B - 桥梁支撑结构以及增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桥梁支撑结构以及增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，适用于浅覆盖完整岩层区域的桥梁支撑，其包括桩基本体、扩孔护筒以及填充层，所述桩基本体沿其中轴线方向具有第一支撑段和第二支撑段，所述第一支撑段插接在所述扩孔护筒内，且所述第一支撑段的外周壁与所述扩孔护筒的内筒壁接触，所述第二支撑段伸出所述扩孔护筒的一端，且所述第二支撑段与岩层接触；所述填充层包裹在所述扩孔护筒的外筒壁上。桩基础结构简单合理，桩基础沉降均匀，有效地保证了桩基础与相邻墩桩基础对水平冲击的共同受力，使得桩基础耐久性加强。

Description

桥梁支撑结构以及增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体而言，涉及一种桥梁支撑结构以及增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺。

背景技术

对于喀斯特地貌，岩溶发育且岩层起伏较大，其中部分岩层整体性好、强度高且埋深较浅。该区域桥梁施工时，桩基上部均位于整板岩层中，桩基入土深度不足，桩顶刚度过大，当桥梁上部存在水平方向冲击时，此部位应力集中，极易破坏。

现有处理技术主要有两种方法：

一是对岩层破除至一定深度，此方法涉及基坑内岩石破除，安全性差且耗时耗力；

二是采用扩大基础对桩基础进行替换，此方法受土层覆盖厚度影响，基坑深浅不一，且桩基支护造价高，同时扩大基础与邻近桩基础属不同基础类型，势必造成沉降不均，影响桥跨结构成桥质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁支撑结构，以改善传统的位于浅覆盖完整岩层区域桥梁桩基施工时桩基础的安全性差、造价高的问题。

本发明的目的在于提供一种桥梁桩基础施工工艺，以改善传统的位于浅覆盖完整岩层区域桥梁桩基施工时桩基础的安全性差、造价高的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述第一目的，本发明提供了一种桥梁支撑结构，适用于浅覆盖完整岩层区域的桥梁支撑，其包括桩基本体、扩孔护筒以及填充层，所述桩基本体沿其中轴线方向具有第一支撑段和第二支撑段，所述第一支撑段插接在所述扩孔护筒内，且所述第一支撑段的外周壁与所述扩孔护筒的内筒壁接触，所述第二支撑段伸出所述扩孔护筒的一端，且所述第二支撑段与岩层接触；所述填充层包裹在所述扩孔护筒的外筒壁上。

在本发明较佳的实施例中，所述填充层为粗砂层。

在本发明较佳的实施例中，所述桩基本体垂直于其中轴线的截面外轮廓形状为圆形，所述第一支撑段的直径为D1，所述第二支撑段的直径为D2，其中，所述D1的数值大于所述D2的数值，且所述D1与所述D2的差值为100mm－120mm。

在本发明较佳的实施例中，所述填充层垂直于其中轴线方向的截面形状为圆环形，所述填充层的外径为D3，其中，所述D3与所述D2的差值为300mm－320mm。

基于上述第二目的，本发明提供了一种增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，应用于所述的桥梁支撑结构，所述施工工艺包括如下步骤：

步骤s100、钻孔得到填充孔，

步骤s200、将扩孔护筒置于所述填充孔中，所述扩孔护筒的外周壁与所述填充孔的内孔壁之间形成环形填充空腔，所述扩孔护筒的内周壁围成第一待灌注区域，

步骤s300、将粗砂填充在所述填充空腔内，并向所述填充空腔内添加水使所述粗砂形成填充层，

步骤s400、在所述填充孔的底部钻孔至设定深度形成第二待灌注区域，

步骤s500、将混凝土依次灌注至所述第二待灌注区域以及所述第一待灌注区域内以得到桩基本体。

在本发明较佳的实施例中，所述步骤s100中，在待钻孔位置设置导向护筒，所述导向护筒的内径不小于所述填充孔的内径。

在本发明较佳的实施例中，所述步骤s200中，调整所述扩孔护筒使所述扩孔护筒与所述填充孔同轴。

在本发明较佳的实施例中，所述步骤s200中，将所述扩孔护筒的外周壁贴合导向面沿所述填充孔的中轴线方向***到所述填充孔内。

在本发明较佳的实施例中，所述步骤s300中，采用自下而上的分层方式在所述填充空腔内填充粗砂。

在本发明较佳的实施例中，所述步骤s300中，在填充同一层的粗砂时，填充高度差不大于300mm。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本发明实施例提供了一种桥梁支撑结构，在浅覆盖完整岩层区域进行桥梁建设时，先采用大直径钻头对上部岩层进行扩孔与扩孔护筒结合的方式，通过回填粗砂增加桩顶柔度，适用于岩面埋深浅的喀斯特地貌桥梁桩基施工，相对于传统的岩石破除、改变基础形式等方法，用途广泛、实用性、适应性强。同时，比传统的岩石破除方法，工程造价低，相较于高强度岩石破除的高昂费用，更加适用于浅覆盖完整岩层区域的桥梁桩基工程。在施工过程中，仅扩孔部分需要使用扩孔护筒，相较于扩大基础的大体积钢筋砼结构，材料节约明显。同时，桥梁桩基础施工时，采用本实施例提供的支撑结构，可确保桥梁基础为同一类型，避免基础形式不同而造成沉降不均，有效地保证了桩基础对水平冲击的共同受力，使得桩基础耐久性加强。

本实施例提供的桥梁桩基础施工工艺包括上述的桥梁支撑结构，具有上述桥梁支撑结构的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的桥梁支撑结构的示意图；

图2为本发明实施例的桥梁桩基施工中填充孔的示意图；

图3为本发明实施例的桥梁桩基施工中扩孔护筒安装完成后的示意图；

图4为本发明实施例的桥梁桩基施工中填充层的示意图；

图5为本发明实施例的桥梁桩基施工中第二灌注区域的示意图。

图标：001－岩石层；100－桩基本体；110－第一支撑段；120－第二支撑段；200－扩孔护筒；300－填充层；400－导向护筒；500－环形填充空腔；600－第一待灌注区域；700－第二待灌注区域；800－填充孔。

具体实施方式

对于喀斯特地貌区域进行桥梁施工时，有两种方法，一是对岩层破除至一定深度，此方法涉及基坑内岩石破除，安全性差且耗时耗力。二是采用扩大基础对桩基础进行替换，此方法受土层覆盖厚度影响，基坑深浅不一，且桩基支护造价高，同时扩大基础与邻近桩基础属不同基础类型，势必造成沉降不均，影响桥跨结构成桥质量。

鉴于此，发明人设计了一种桥梁支撑结构以及桥梁桩基础施工工艺，桩基础结构简单合理，桩基础沉降均匀，有效地保证了桩基础对水平冲击的共同受力，使得桩基础耐久性加强。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

请参阅图1－图5，本实施例提供了一种桥梁支撑结构，适用于浅覆盖完整岩层区域的桥梁支撑，其包括桩基本体100、扩孔护筒200以及填充层300，桩基本体100沿其中轴线方向具有第一支撑段110和第二支撑段120，第一支撑段110插接在扩孔护筒200内，且第一支撑段110的外周壁与扩孔护筒200的内筒壁接触，第二支撑段120伸出扩孔护筒200的一端，且第二支撑段120与岩层接触；填充层300包裹在扩孔护筒200的外筒壁上。

该桥梁支撑结构设置在浅覆盖完成岩层区，由于桩基本体100的外周部分包裹有填充层300，填充层300可以是粗砂层，这样，在桥梁使用过程中，桥梁收到水平方向的作用力并传递给桩基本体100时，水平作用力通过桩基本体100传递给填充层300，填充层300具有一定形变能力，使得作用在桩基本体100上的水平作用力至少部分被填充层300吸收，桩基本体100的受力更加合理，并且，通过邻近的桩基本体100共同作用将该水平作用力消化吸收，改善了应力集中的情况，避免因为应力集中而造成桩基本体100损坏的情况。

同时，将桩基本体100设置为两段式，这样，位于底部与岩石层001直接接触的第二支撑段120起到稳定整个桩基本体100的作用，保证桩基本体100实现稳定支撑桥梁的作用。而位于上部的第一支撑段110的外周填充了粗砂层，第一支撑段110的刚度减小，外部作用力传递给桩基本体100时，可以由填充层300所吸收，且水平冲击力由邻近桩基本体100分摊，避免该桩基本体100因柔度不足，单独受力而造成破坏。

需要说明的是，填充层300可以是粗砂层，填充时，清理掉粗砂中的石块和泥块，保证粗砂层的沙粒均匀。本实施例中，粗砂是指粒径大于0.5mm的颗粒含量超过总量的50％的砂。

显然，在其他实施例中，填充层300还可以是细砂层。

本实施例中可选的，桩基本体100大致为圆柱体，第一支撑段110为圆柱体，第二支撑段120为圆柱体。换句话说，桩基本体100沿垂直于其中轴线方向的截面外轮廓形状为圆形。设定，第一支撑端段的直径为D1，第二支撑段120的直径为D2，D1的数值大于D2的数值，且D1与D2的差值为100mm－120mm。

例如，D1与D2的差值可以为100mm，D1与D2的差值可以为120mm，或者其他差值，在此不进行一一列举。

本实施例中可选的，填充层300垂直于其中轴线方向的截面形状为圆环形，填充层300的外径为D3，其中，D3与D2的差值为300mm－320mm。

例如，D3与D2的差值为300mm，或者D3与D2的差值为320mm，在此不进行一一列举。

需要说明的是，扩孔护筒200可以是钢护筒。

实施例

本实施例提供了一种桥梁桩基础施工工艺，应用于上述实施例提到的桥梁支撑结构，该施工工艺包括如下步骤：

步骤s100、钻孔得到填充孔800，钻孔时采用旋挖钻孔的方式，填充孔800的直径为D3，也即填充孔800的直径与填充层300的外径相等，填充孔800的内周壁即为填充层300填充完成后的外周壁。填充孔800施工时，钻孔深度小于桩基本体100的深度，填充孔800的孔径大于桩基本体100的外径。需要说明的是，钻孔过程中，需要保证钻孔的垂直度，最终得到的填充孔800为圆柱形孔。

可选的，在待钻孔位置设置导向护筒400，导向护筒400的内径不小于填充孔800的内径。导向护筒400可以钢护筒，导向护筒400垂直于其长度方向的截面形状为圆环形，导向护筒400、填充孔800以及扩孔护筒200同轴设置。

步骤s200、将扩孔护筒200置于填充孔800中，扩孔护筒200的外周壁与填充孔800的内孔壁之间形成环形填充空腔500，扩孔护筒200的内周壁围成第一待灌注区域600。扩孔护筒200为钢护筒，扩孔护筒200垂直于其长度方向的截面形状为圆环形，扩孔护筒200安装在填充孔800内后，扩孔护筒200与填充孔800同轴设置。扩孔护筒200的内径为D1，也即第一待灌注区域600灌注混凝土后形成桩基本体100的第一支撑段110的外径。

可选的，在扩孔护筒200安放时，调整扩孔护筒200使扩孔护筒200与填充孔800同轴。在此过程中，将扩孔护筒200的外周壁贴合导向面沿填充孔800的中轴线方向***到填充孔800内。例如，可以在填充孔800的端口处沿其周向布设多个导向块，导向块朝向填充孔800的圆心一侧的面设置为导向面，导向面可以是部分圆柱面，多个导向面位于同一圆柱面上，该圆柱面即为扩孔护筒200的外周壁。

步骤s300、将粗砂填充在填充空腔内，并向填充空腔内添加水使粗砂形成填充层300，在进行粗砂填充时，采用由下至上分层的方式填充，例如，可以在环形填充空腔500四周设置多个填充位置，多个填充位置可以由人工进行填砂工作，多个填充位置同时进行填砂操作，填充定量的粗砂后，在环形填充空腔500中形成一定高度的砂层，然后水夯密实，再进行下一层粗砂的填充。

需要说明的是，在粗砂填充过程中，在填充同一层的粗砂时，填充高度差不大于300mm。

步骤s400、在填充孔800的底部钻孔至设定深度形成第二待灌注区域700，第一待灌注区域600为圆柱形孔，第二待灌注区域700为圆柱形孔，第一待灌注区域600的直径大于第二待灌注区域700的直径。

步骤s500、将混凝土依次灌注至第二待灌注区域700以及第一待灌注区域600内以得到桩基本体100。需要说明的是，在灌注混凝土时，将钢筋笼放入在第一待灌注区域600以及第二待灌注区域700内，灌注混凝土完毕后，形成钢筋混凝土结构的桩基本体100。

在灌注过程中，扩孔护筒200留在填充孔800中，这样，保持填充层300的结构稳定性，进而保证整个支撑结构的稳定性，桩基本体100施工完成后，位于第一待灌注区域600中的第一支撑段110外部具有粗砂层，桩基本体100的顶部刚度减小，与邻近桩基础共同分摊桥梁水平冲击力，避免该桩基本体100因柔度不足，单独受力而造成破坏。

需要说明的是，扩孔护筒200采用机械卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为2m－5m。进一步的，每节扩孔护筒200的连接焊缝均采用双面开坡口进行满焊，两节护筒的连接处施焊外，还需在接缝处焊接30cmx30cm、厚10㎜的加强钢片，每个接口均匀、对称布置4个加强钢片。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种桥梁支撑结构，适用于浅覆盖完整岩层区域的桥梁支撑，其特征在于，其包括桩基本体、扩孔护筒以及填充层，所述桩基本体沿其中轴线方向具有第一支撑段和第二支撑段，所述第一支撑段插接在所述扩孔护筒内，且所述第一支撑段的外周壁与所述扩孔护筒的内筒壁接触，所述第二支撑段伸出所述扩孔护筒的一端，且所述第二支撑段与岩层接触；所述填充层包裹在所述扩孔护筒的外筒壁上；

所述桩基本体垂直于其中轴线的截面外轮廓形状为圆形，所述第一支撑段的直径为D1，所述第二支撑段的直径为D2，其中，所述D1的数值大于所述D2的数值，且所述D1与所述D2的差值为100mm－120mm。

2.根据权利要求1所述的桥梁支撑结构，其特征在于，所述填充层为粗砂层。

3.根据权利要求1所述的桥梁支撑结构，其特征在于，所述填充层垂直于其中轴线方向的截面形状为圆环形，所述填充层的外径为D3，其中，所述D3与所述D2的差值为300mm－320mm。

4.一种增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，其特征在于，应用于权利要求1－3中任一项所述的桥梁支撑结构，所述施工工艺包括如下步骤：

步骤s100、钻孔得到填充孔，

步骤s200、将扩孔护筒置于所述填充孔中，所述扩孔护筒的外周壁与所述填充孔的内孔壁之间形成环形填充空腔，所述扩孔护筒的内周壁围成第一待灌注区域，

步骤s300、将粗砂填充在所述填充空腔内，并向所述填充空腔内添加水使所述粗砂形成填充层，

步骤s400、在所述填充孔的底部钻孔至设定深度形成第二待灌注区域，

步骤s500、将混凝土依次灌注至所述第二待灌注区域以及所述第一待灌注区域内以得到桩基本体。

5.根据权利要求4所述的增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，其特征在于，

所述步骤s100中，在待钻孔位置设置导向护筒，所述导向护筒的内径不小于所述填充孔的内径。

6.根据权利要求4所述的增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，其特征在于，

所述步骤s200中，调整所述扩孔护筒使所述扩孔护筒与所述填充孔同轴。

7.根据权利要求6所述的增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，其特征在于，

所述步骤s200中，将所述扩孔护筒的外周壁贴合导向面沿所述填充孔的中轴线方向***到所述填充孔内。

8.根据权利要求4所述的增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，其特征在于，

所述步骤s300中，采用自下而上的分层方式在所述填充空腔内填充粗砂。

9.根据权利要求8所述的增加桩基柔度的桥梁桩基施工工艺，其特征在于，

所述步骤s300中，在填充同一层的粗砂时，填充高度差不大于300mm。

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