CN111501739A - 一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构及施工方法，涉及桩基础施工技术领域，解决了现有技术中的施工措施无法应对千枚岩地层造成桩基础水平位移的技术问题。该结构包括抗变形结构与缓冲结构，抗变形结构为设置于桩基础外周的锚入非变形体岩层内的环形结构，缓冲结构设置于桩基础与抗变形结构之间。本发明在变形体岩层范围内设置锚入非变形体岩层内的环形抗变形结构，在桩基础与环形抗变形结构之间设置缓冲结构，一方面通过抗变形结构防止变形体岩层位移直接对桩基础造成的水平位移，另一方面通过缓冲结构对抗变形结构的位移进行缓冲，从而允许变形体岩层在一定范围内变形，有效的限制了变形体岩层内桩基础的水平位移。

Description

一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构及施工方法
技术领域
本发明涉及桩基础施工技术领域，具体来说，是指一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构及施工方法。
背景技术
近年来，越来越多的山区公路被规划、建设。山区公路的规划、建设离不开桥梁和隧道的规划、建设，特别是一些西南山区，高地震烈度、伴随断层破碎带，千枚岩地层的桥梁给隧道建设带来了极大的困难。特别是千枚岩变形体，给桥梁结构安全带来了极大的隐患。
千枚岩地层岩性松软，遇水易泥化、软化，会导致较大的变形量，岩体变形会对桥梁的桩基础产生水平的挤压作用力，致使变形体岩层范围内的桩基础产生水平位移，对桩基础本身以及桩基础对桥梁的支撑作用造成重大的影响。现有技术中，对于体量小、埋深浅的千枚岩地层一般采用换填的方式来进行地基处理，但是这种方式需要进行大量的开挖施工，不仅施工周期长，而且施工成本高。更不适用于体量大、埋深较深的千枚岩地层情况。如何有效的对千枚岩地层进行处治已成为工程界的难题，虽然许多高校、建设单位做了相关研究，但也并没有给出一个统一有效的处治办法，因为不同地区的岩层产状、变形体个体条件、千枚岩具体的强度千差万别，不能一概而论。
因此，提供一种适用于千枚岩地层，并且能够限制桥梁桩基础水平位移的桩基础保护结构，是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，以解决现有技术中的施工措施无法应对千枚岩地层造成桩基础水平位移的技术问题。
为了解决该技术问题，本发明提供了如下技术方案：
提供一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，包括抗变形结构与缓冲结构，所述抗变形结构为设置于桩基础外周的环形结构，所述抗变形结构的底部超过变形体岩层的底部并且锚入非变形体岩层内，所述缓冲结构设置于桩基础与抗变形结构之间，所述抗变形结构抵抗变形体岩层由于变形而产生的力，所述缓冲结构缓冲抗变形结构产生的位移。
在上述技术方案的基础上，该变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构还可以做如下的改进。
进一步，所述抗变形结构包括锚入非变形体岩层内的第一护筒与第二护筒，所述第一护筒与第二护筒之间设置有用于形成抗变形结构的抗变形混凝土。
进一步，所述抗变形混凝土的混凝土等级与桩基础的混凝土等级相同。
进一步，所述第二护筒内设置有用于浇筑桩基础的第三护筒，所述第三护筒锚入非变形体岩层内。
进一步，所述第三护筒的外侧壁上设置有用于监测桩基础水平位移的传感器。
进一步，所述第二护筒与第三护筒之间填充有用于形成缓冲结构的粗砂。
进一步，所述第三护筒的半径大于桩基础的半径18厘米，所述第二护筒的半径大于第三护筒的半径20厘米，所述第一护筒的半径大于第二护筒的半径30厘米。
进一步，所述抗变形结构锚入非变形体岩层内的深度大于2米。
第二方面，本发明还提供一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的施工方法，包括以下步骤：
S1、采用截面大于桩基础截面的第一护筒垂直打入地面，使第一护筒的底部超过变形体岩层的底部，并且第一护筒的截面中心与桩基础的截面中心重合；
S2、对第一护筒区域内的岩层钻孔至第一护筒的底部，同时采用泥浆护壁；
S3、采用与桩基础截面适配的第三护筒锚入第一护筒区域内的非变形体岩层内，并且第三护筒的截面中心与桩基础的截面中心重合；
S4、对第三护筒区域内的岩层钻孔至桩基础的持力层，同时采用泥浆护壁；
S5、施作桩基础，同时在第一护筒与第三护筒之间安装锚入非变形体岩层内的第二护筒，并且第二护筒的截面中心与桩基础的截面中心重合；
S6、浇筑第一护筒与第二护筒之间的混凝土形成抗变形混凝土；
S7、抽出第二护筒与第三护筒之间的泥浆并且换填粗砂。
在上述技术方案的基础上，该变形体岩层内限制桩基础水平位移的施工方法还可以做如下的改进。
进一步，所述步骤S7中，当抽出第二护筒与第三护筒之间的泥浆后，在第三护筒的外侧壁上安装用于监测桩基础水平位移的传感器。
本发明和现有技术相比，具有以下优点：
本发明提供的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构在变形体岩层范围内设置锚入非变形体岩层内的环形抗变形结构，并且在桩基础与环形抗变形结构之间设置缓冲结构，一方面通过抗变形结构防止变形体岩层位移直接对桩基础造成的水平位移，另一方面通过缓冲结构对抗变形结构的位移进行缓冲，从而允许变形体岩层在一定范围内变形，有效的限制了变形体岩层内桩基础的水平位移，能够适用于各种变形体岩层内的桩基础防护，并且施工简单、工程造价较低。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构的剖视图；
图2为本发明变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构的俯视图。
附图中标记及对应的标记名称：
1、第一护筒；2、第二护筒；3、第三护筒；4、抗变形混凝土；5、粗砂；6、传感器；7、桩基础；8、变形体岩层；9、非变形体岩层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，如图1与图2所示，包括设置于桩基础7外周的第一护筒1、第二护筒2以及第三护筒3。其中，第三护筒3的半径大于桩基础7设计截面的半径18厘米(考虑基础施工误差的影响)，第二护筒2的半径大于第三护筒3的半径20厘米，第一护筒1的半径大于第二护筒2的半径30厘米。第一护筒1、第二护筒2以及第三护筒3的底部均超过变形体岩层8的底部并且锚入非变形体岩层9内。
如图1与图2所示，在第一护筒1与第二护筒2之间填充抗变形混凝土4，优选地，抗变形混凝土4的混凝土等级与桩基础7的混凝土等级相同，并且为水下混凝土。抗变形混凝土4根据非变形体岩层9的条件选择采用素混凝土，或者采用钢筋混凝土。抗变形混凝土4用于抵抗变形体岩层8由于变形而产生的力。在第二护筒2与第三护筒3之间填充粗砂5，用于对抗变形混凝土4的位移起到缓冲作用。
如图1与图2所示，第三护筒3内浇筑桩基础7，在第三护筒3的外侧壁上安装有用于监测桩基础7水平位移的传感器6。传感器6选用FS-ZWY直线位移传感器，或者能够监测桩基础7水平位移的电阻应变片，实时传输桩基础7的水平位移。第三护筒3外侧壁上设置的传感器6一般分布在第三护筒3的上、中、下三个不同的位置，分别取三个不同位置的水平位移值对桩基础7的水平位移进行监测，确保监测的准确性。
值得注意的是，上述第一护筒1与第二护筒2之间抗变形混凝土4的厚度、第二护筒2与第三护筒3之间粗砂5的厚度根据变形体岩层8的厚度情况适当调整，并不局限于30厘米和20厘米。第一护筒1、第二护筒2以及第三护筒3锚入非变形体岩层9内的深度根据变形体岩层8的深度进行调整，一般要求大于2米。第一护筒1、第二护筒2以及第三护筒3的厚度一般为12毫米，根据变形体岩层8的深度适当调整。
本发明在变形体岩层8的范围内设置桩基础7外周的环形抗变形混凝土4保护结构，并且在桩基础7与抗变形混凝土4之间填充粗砂5缓冲结构，由于抗变形混凝土4的底部锚入非变形体岩层9内，使得抗变形混凝土4的底部受非变形体岩层9的约束。当变形体岩层8内部发生变形对桩基础7产生力的作用时，抗变形混凝土4能够抵挡变形力的作用，防止变形体岩层8对桩基础7造成的水平位移。并且，圆环形结构的抗变形混凝土4还能使变形力分解为作用于变形体岩层8内的力，减小了变形体岩层8力的作用。同时，粗砂5能够缓冲抗变形混凝土4由于受变形力的作用而产生的位移，从而允许变形体岩层8在一定范围内变形。第三护筒3外侧壁上设置的传感器6，使桥梁在运营期间能够实时反应桩基础7水平位移的情况并及时预警，避免了由于桩基础7水平位移监测不及时而造成桥梁损坏严重后果的发生。
本发明分别针对单桩基础进行防护，无需大面积的开挖、换填施工，能够有效的防止变形体岩层8内桩基础7的水平位移，适用于多种地质条件下的桩基础施工，并且施工简单、便于操作，工程造价较低，优势明显，便于推广使用。
实施例2
为更好的实现本发明，本实施例在上述实施例的基础上还提供一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的施工方法，具体来说，包括以下步骤：
如图1与图2所示，首先对变形体岩层8的厚度、范围等实际情况进行详细的勘察，确保地质情况的准确性。根据桥梁桩基础7按照其本身的受力条件、承载能力极限状态以及正常使用极限状态计算桩基础7的截面尺寸，如果是端承桩，则桩基础7的底部必须完全穿过变形体岩层8；如果是摩擦桩，则不考虑变形体岩层8范围内岩土提供的摩擦力。
如图1与图2所示，成孔时，使第一护筒1的截面中心与桩基础7的截面中心重合，通过施工设备将第一护筒1垂直打入地面，使第一护筒1的底部超过变形体岩层8的底部。采用与第一护筒1适配的钻头对第一护筒1区域内的岩层钻孔至第一护筒1的底部，同时采用泥浆护壁。
钻孔完成后，将第三护筒3锚入第一护筒1区域内的非变形体岩层9内，使第三护筒3的截面中心与桩基础7的截面中心重合。其中，第三护筒3的长度较第一护筒1的长度长，以便于钻孔前期使第三护筒3预先锚入非变形体岩层9内，从而方便桩基础7孔洞的钻取。第三护筒3的尺寸以桩基础7设计的截面尺寸为准，允许稍作扩大以满足桩基础施工规范的相关要求。
更换与第三护筒3适配的钻头对第三护筒3区域内的岩层钻孔至桩基础7的持力层，同时采用泥浆护壁，防止塌孔。成孔后，通过泥浆的正反循环对桩基础7的孔洞进行清孔处理，然后下放桩基础7的钢筋笼并浇筑混凝土形成桩基础7。
桩基础7成型后，在第一护筒1与第三护筒3之间安装锚入非变形体岩层9内的第二护筒2，使第二护筒2的截面中心与桩基础7的截面中心重合。其中，采用短钢筋焊接在第一护筒1与第二护筒2之间以对第二护筒2进行定位。浇筑第一护筒1与第二护筒2之间的与桩基础7混凝土等级相同的水下混凝土，形成抗变形混凝土4，此时第一护筒1与第二护筒2之间的泥浆在水下混凝土的重力作用下被顶出。
最后，抽出第二护筒2与第三护筒3之间的泥浆，在第三护筒3的外侧壁上安装用于监测桩基础7水平位移的传感器6。其中，可以采用先抽出泥浆后通过结构胶粘贴在第三护筒3外壁的施工方式安装传感器6；也可以采用预先在第三护筒3外壁焊接安装盒后，再通过密封胶密封安装盒的施工方式安装传感器6。再在第二护筒2与第三护筒3之间换填粗砂5形成缓冲结构，完成变形体岩层内限制桩基础水平位移结构的施工。
本发明提供的变形体岩层内限制桩基础水平位移的施工方法无需大面积的开挖、换填施工，施工步骤紧凑，所采用的施工材料、施工设备均为常规的施工材料、施工设备，便于实施，工程造价较低，优势明显，便于推广使用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，包括抗变形结构与缓冲结构，所述抗变形结构为设置于桩基础(7)外周的环形结构，所述抗变形结构的底部超过变形体岩层(8)的底部并且锚入非变形体岩层(9)内，所述缓冲结构设置于桩基础(7)与抗变形结构之间，所述抗变形结构抵抗变形体岩层(8)由于变形而产生的力，所述缓冲结构缓冲抗变形结构产生的位移。
2.根据权利要求1所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述抗变形结构包括锚入非变形体岩层(9)内的第一护筒(1)与第二护筒(2)，所述第一护筒(1)与第二护筒(2)之间设置有用于形成抗变形结构的抗变形混凝土(4)。
3.根据权利要求2所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述抗变形混凝土(4)的混凝土等级与桩基础(7)的混凝土等级相同。
4.根据权利要求2所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述第二护筒(2)内设置有用于浇筑桩基础(7)的第三护筒(3)，所述第三护筒(3)锚入非变形体岩层(9)内。
5.根据权利要求4所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述第三护筒(3)的外侧壁上设置有用于监测桩基础(7)水平位移的传感器(6)。
6.根据权利要求5所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述第二护筒(2)与第三护筒(3)之间填充有用于形成缓冲结构的粗砂(5)。
7.根据权利要求6所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述第三护筒(3)的半径大于桩基础(7)的半径18厘米，所述第二护筒(2)的半径大于第三护筒(3)的半径20厘米，所述第一护筒(1)的半径大于第二护筒(2)的半径30厘米。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的结构，其特征在于，所述抗变形结构锚入非变形体岩层(9)内的深度大于2米。
9.一种变形体岩层内限制桩基础水平位移的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用截面大于桩基础(7)截面的第一护筒(1)垂直打入地面，使第一护筒(1)的底部超过变形体岩层(8)的底部，并且第一护筒(1)的截面中心与桩基础(7)的截面中心重合；
S2、对第一护筒(1)区域内的岩层钻孔至第一护筒(1)的底部，同时采用泥浆护壁；
S3、采用与桩基础(7)截面适配的第三护筒(3)锚入第一护筒(1)区域内的非变形体岩层(9)内，并且第三护筒(3)的截面中心与桩基础(7)的截面中心重合；
S4、对第三护筒(3)区域内的岩层钻孔至桩基础(7)的持力层，同时采用泥浆护壁；
S5、施作桩基础(7)，同时在第一护筒(1)与第三护筒(3)之间安装锚入非变形体岩层(9)内的第二护筒(2)，并且第二护筒(2)的截面中心与桩基础(7)的截面中心重合；
S6、浇筑第一护筒(1)与第二护筒(2)之间的混凝土形成抗变形混凝土(4)；
S7、抽出第二护筒(2)与第三护筒(3)之间的泥浆并且换填粗砂(5)。
10.根据权利要求9所述的变形体岩层内限制桩基础水平位移的施工方法，其特征在于，所述步骤S7中，当抽出第二护筒(2)与第三护筒(3)之间的泥浆后，在第三护筒(3)的外侧壁上安装用于监测桩基础(7)水平位移的传感器(6)。
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