CN113863289A - 一种双层套管混凝土桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层套管混凝土桩及其施工方法，双层套管混凝土桩由下至上设置有预制桩尖、底部连接件、若干双层套管和盖板；相邻双层套管通过分段连接件连接；双层套管由外层橡胶胞室组和塑料内桶组成；当双层套管静压沉管后在其外层橡胶胞室组内灌注水泥浆，可使外层橡胶胞室组膨胀扩径以填充沉管时产生的桩身与土体间空隙，增加与土体的侧摩阻力，从而让桩基快速达到设计承载力；本发明在桩身土体间预打设排水板，以消散沉管时产生的超静孔隙水压力，可以改善土体性质，促使桩基承载力增加，进一步提高基础支承力效果，同时加速完成桩土变形，加快路堤沉降进程，缩短上部路面施工等待期，有效提高施工效率并减少工后沉降。

Description

一种双层套管混凝土桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及路堤工程地基处理领域，涉及一种针对软土的沉管灌注的现浇混凝土桩技术，尤其涉及一种双层套管混凝土桩及其施工方法。

背景技术

随着我国建设交通强国，促成现代化交通体系的战略部署，为加快拥有发达的快速网、完善的干线网、广泛的基础网，让城乡、城际区域交通协调发展达到新高度，我国推动铁路、公路等基础设施规划建设。而桩式路堤是东南沿海软土地区公路、市政道路、机场建设的常用地基处理方法，其中主要有刚性桩与柔性桩两种桩式。

在常规的桩式路堤处理中，会产生地基荷载与软土荷载不一致，导致路面不均匀沉降的发生；传统的柔性水泥搅拌桩的整体质量难以把控，且地基处理深度较小所受场地局限大，成桩的加固质量也不理想；振动沉管现浇混凝土桩施工过程对周围基础影响大，容易产生质量事故、桩身断裂、充盈系数大造成浪费等问题；刚性的预应力混凝土桩成本较高且会产生承载力的浪费，在面对具体情况时进行的断桩处理更会带来巨大的经济损失与效率的降低。

针对这一系列问题，目前采用的是塑料套管混凝土桩，它与振动沉管现浇桩相比，增加了一个塑料套管，把提前灌水的塑料套管全部打入指定区域指定深度，拔出沉管钢桶抽出套管内预注水后再进行混凝土浇筑，打设盖板、铺设碎石垫层形成复合桩式路基。从而缓解断桩、质量检测难等问题。但是该方法仍然存在如下不足：1、传统套管混凝土桩的预制桩尖直径大于其套管，在打设至设计深度后存在桩身与土体脱空现象，桩尖端承力与桩身摩阻力的形成需要等待挤土填充空隙，即传统套管混凝土桩达到设计承载力需要一段时间，其时效性不佳；2、普通套管混凝土桩，由于混凝土收缩无法与套管充分接触，影响桩体质量导致桩体承载力下降；3、普通套管混凝土桩打设时产生的超静孔隙水压力自然消散缓慢，达到设计承载力时间较长。因此，为治理与预防路面不均匀沉降风险，改善套管混凝土桩的早期承载力不足现象，加快道路建设施工进度，亟需一种施工简单、快速达到设计承载力的新型套管混凝土桩。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种快速提供承载力的双层套管混凝土桩及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一方面提供了一种双层套管混凝土桩，由下至上设置有预制桩尖、底部连接件、若干双层套管和盖板；相邻双层套管通过分段连接件连接；

所述双层套管由外层橡胶胞室组和塑料内桶组成；所述外层橡胶胞室组由橡胶连接带和橡胶胞室组成；所述塑料内桶利用橡胶连接带热熔与橡胶胞室相连接；在未灌注水泥浆前，单个橡胶胞室以列阵环向通过连接带与塑料内桶连接，灌注水泥浆后橡胶胞室膨胀变形挤入土中；

所述分段连接件由内环、连接棱和外环组成；所述内环内壁紧贴在塑料内桶外壁，并利用胶水将相邻段双层套管胶结，所述内环通过连接棱连接外环；

所述底部连接件由下连接环、承托盘和上连接环组成；所述下连接环***预制桩尖，所述上连接环胶结于塑料内桶内壁；所述承托盘用于支撑双层套管；

所述盖板包括混凝土盖身，所述混凝土盖身设有若干根主筋和若干根加劲箍筋，用于增强盖板的承载力。

进一步地，所述预制桩尖为混凝土材质；所述底部连接件为钢材；所述塑料内桶为光滑PVC桶；所述外层橡胶胞室组为橡胶材质，能够进行一定程度变形；所述分段连接件为钢材；所述盖板采用钢筋混凝土预制而成，加劲箍筋能够伸入塑料内桶以连接桩体与盖板。

进一步地，所述单个橡胶胞室的断面为多边形或断面边界呈封闭弧形。

进一步地，所述橡胶胞室距离塑料内桶上下端口一定距离处的胞室连接壁断开，使各个胞室连通，即与端口接触段橡胶胞室的外壁形成连续圆环，与底部连接件相连的橡胶胞室，借助胞室外壁橡胶弹性使其呈裙状包裹住承托盘下盘边缘，并热熔胶结形成密封结构。

进一步地，相邻段胞室连接壁断开连通的橡胶胞室外壁可热熔连接于分段连接件的外环外壁；所述外环能够给予橡胶胞室刚性支撑以提高其稳定性。

进一步地，所述预制桩尖为钢筋混凝土结构且呈圆锥型，底部连接件预埋在预制桩尖上部，下连接环按设计要求嵌入预制桩尖。

进一步地，所述预制桩尖外径略大于承托盘外径；所述外层橡胶胞室组灌注水泥浆前，外径小于预制桩尖，灌注水泥浆后外层橡胶胞室组外径可以膨胀大于预制桩尖外径。

本发明另一方面提供了一种双层套管混凝土桩的施工方法，包括以下步骤：

(1)在双层套管混凝土桩打设前，确认打设区域的平整，以方便打桩机现场打设与移动；根据设计图纸规定的间距在相应区域放样；

(2)在设计桩间土中打设排水板，通过排水管连接形成排水***，排水板用于消散沉管时产生的超静孔隙水压力，有效提高软土地基强度；

(3)将塑料内桶对准底部连接件，并用PVC粘结胶水使其外套于上连接环外壁；将于承托盘端橡胶胞室撑开，让其外壁包裹住承托盘下盘边缘，用胶水或热熔使两者连接密封；

(4)剥开塑料内桶端口处橡胶连接带，在分段连接件内环的内壁涂抹胶水置于塑料内桶端口外壁，让橡胶连接带覆盖于分段连接件的内环外壁，同时将断开胞室连接壁后连通的橡胶胞室外壁热熔固定于外环外壁，使相邻段双层套管连接；

(5)使用牵引法将与桩尖连接固定完毕的双层套管混凝土桩从打桩机的钢管底部由打桩机索引入钢管内部，使得双层套管混凝土桩与钢管竖直，打桩机通过静压将钢管与双层套管混凝土桩打至设计深度，在塑料内桶中注水以免附近桩基沉管时断桩，同时再利用牵引索将钢管拔出，边拔边继续注水，将预制桩尖与连接后的双层套管留在地基内；

(6)拔出钢管后将超高部分双层套管进行截桩与清洁度处理；

(7)区域套管打设完毕后，抽出塑料内桶中防止桩基础上浮与外壁形变过大而灌注的水，再进行套管整体质量检测；

(8)在塑料内桶中浇筑流动性混凝土，浇筑之后利用专用的振动棒充分振捣与密实，直至混凝土密实填充塑料内桶整体，水泥浆灌注外层橡胶胞室组，使其扩径填充沉管时产生的桩身与土间空隙；

(9)在抽样质量检测完毕后，进行混凝土盖板的施工；

(10)在盖板顶面铺设砂石垫层，高强土工布与排水板的排水管埋设其中；待排水***将超静孔隙水压力消散后，将排水板与排水沟连接，完成桩式复合路基加固。

进一步地，在盖板浇筑前对双层套管顶部混凝土进行清理并充分凿毛，便于盖板与双层套管的有效连接，之后进行混凝土盖板的连接浇筑。

进一步地，全部桩体灌注完毕后抽样进行低应变检测与静载试验，以保证桩体的完整性要求与单桩的承载力要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明中采用的桩式路堤可以利用外层橡胶胞室在灌注水泥浆后扩径膨胀，快速填充在沉管时产生的桩身与土体间的空隙，橡胶胞室挤入土中增加与土的摩擦力，相比较普通单层套管混凝土达到设计承载力时间更短，且套管的打设与灌注可以分开进行，减少了两者之间的配合协调时间，可以提高基础成形效率，缩短路面施工等待时间，具有较好的时效性。

2、本发明的施工方法中，需要在沉管施工前于桩间土中打设排水板，以便及时排除在沉管与挤土时产生的超静孔隙水压力，增加软土地基强度，改善土体性质；创造性地克服了挤土桩作业时产生大量孔隙水压力的固有缺陷，便于桩基快速达到设计承载力，提高地基加固效果；同时，随着土中超静孔隙水压力消散，桩体与土体紧密贴合，促使加固区域桩-土的沉降变形在较短时间内完成，有效预防工后沉降。

3、本发明中外层橡胶胞室可以进行一定程度变形，灌注的混凝土收缩后还可以贴紧套管，不会影响整体套管的使用，且由于桩体是双层套管，这样内部套管不会被土体之间相互摩擦而损坏，相比较普通套管混凝土桩成桩质量保证率可以有一定提高。

4、本发明中外层橡胶胞室具有的不规则形状，相较于普通单层混凝土，可以增大侧摩阻力，以提高桩整体的承载力，改进了桩基础的质量。

5、本发明中设计双层套管，利用双重阻隔，可以普遍应对不同地质环境，即不同土体性质与地下水等，对双层套管内部混凝土桩身的侵蚀，提高了桩基础的耐久性。

6、本发明中打设的排水板可以通过排水***将桩基服役期间出现的土层积水及时排出，确保桩基强度与稳定性。

7、本发明中外层橡胶胞室组的褶皱，面对不同颗粒级配土体均可产生摩阻力，从而提供承载力，对场地要求低、适用性强。

附图说明

图1是双层套管混凝土桩的侧面图；

图2是图1的AA剖面；

图3是双层套管混凝土桩灌注混凝土浆与水泥浆的俯视图；

图4是图3的BB剖面；

图5是底部连接件的侧视图；

图6是底部连接件的剖面；

图7是分段连接件的俯视图；

图8是分段连接件的剖面；

图9是盖板的剖面；

图10是桩基布设场景；

图中，预制桩尖1、底部连接件2、下连接环2-1、承托盘2-2、上连接环2-3、双层套筒3、外层橡胶胞室组4、橡胶连接带4-1、橡胶胞室4-2、塑料内桶5、分段连接件6、内环6-1、连接棱6-2、外环6-3、盖板7、加劲箍筋7-1、主筋7-2、混凝土盖身7-3、路基8、排水管9、高强土工布10、砂石垫层11、软土层12、硬土层13、排水板14、双层套管混凝土桩15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-9所示，本实施例提供一种双层套管混凝土桩，由下至上设置有预制桩尖1、底部连接件2、若干双层套管3和盖板7；相邻双层套管3通过分段连接件6连接；

所述双层套管3由外层橡胶胞室组4和塑料内桶5组成；所述外层橡胶胞室组4由橡胶连接带4-1和橡胶胞室4-2组成；所述塑料内桶5利用橡胶连接带4-1热熔与橡胶胞室4-2相连接；在未灌注水泥浆前，单个橡胶胞室4-2以列阵环向通过连接带与塑料内桶5连接，灌注水泥浆后橡胶胞室4-2膨胀变形挤入土中；

所述分段连接件6由内环6-1、连接棱6-2和外环6-3组成；所述内环6-1内壁紧贴在塑料内桶5外壁，将相邻段双层套管3胶结，所述内环6-1通过连接棱6-2连接外环6-3；

所述底部连接件2由下连接环2-1、承托盘2-2和上连接环2-3组成；所述下连接环2-1***预制桩尖1，所述上连接环2-3胶结于塑料内桶5内壁；所述承托盘2-2用于支撑双层套管3；

所述盖板7包括混凝土盖身7-3，所述混凝土盖身7-3设有若干根主筋7-2和若干根加劲箍筋7-1，用于增强盖板的承载力。

具体地，所述预制桩尖1为混凝土材质；所述底部连接件2为钢材；所述塑料内桶5为光滑PVC桶；所述外层橡胶胞室组4为橡胶材质，能够进行一定程度变形；所述单个橡胶胞室4-2的断面为多边形或断面边界呈封闭弧形；所述分段连接件6为钢材；所述盖板7采用钢筋混凝土预制而成，加劲箍筋7-1能够伸入塑料内桶5以连接桩体与盖板7。

具体地，所述橡胶胞室4-2距离塑料内桶5上下端口一定距离处的胞室连接壁断开，使各个胞室连通，即与端口接触段橡胶胞室4-2的外壁形成连续圆环，与底部连接件2相连的橡胶胞室4-2，借助胞室外壁橡胶弹性使其呈裙状包裹住承托盘2-2下盘边缘，并热熔胶结形成密封结构。

具体地，相邻段胞室连接壁断开连通的橡胶胞室4-2外壁可热熔连接于分段连接件6的外环6-3外壁；所述外环6-3能够给予橡胶胞室4-2刚性支撑以提高其稳定性。

具体地，所述预制桩尖1为钢筋混凝土结构且呈圆锥型，底部连接件2预埋在预制桩尖1上部，下连接环2-1按设计要求嵌入预制桩尖1。

具体地，所述预制桩尖1外径略大于承托盘2-2外径；所述外层橡胶胞室组4灌注水泥浆前，外径小于预制桩尖1，灌注水泥浆后外层橡胶胞室组4外径可以膨胀大于预制桩尖1外径。

本实施例提供一种上述双层套管混凝土桩的施工方法，包括以下步骤：

(1)在双层套管混凝土桩打设前，确认打设区域的平整；根据设计图纸规定的间距在相应区域放样；

(2)在设计桩间土中打设排水板，通过排水管连接形成排水***，排水板用于消散沉管时产生的超静孔隙水压力，有效提高软土地基强度；

(3)将塑料内桶5对准底部连接件2，并用PVC粘结胶水使其外套于上连接环2-3外壁；将于承托盘2-2端橡胶胞室4-2撑开，让其外壁包裹住承托盘2-2下盘边缘，用胶水或热熔使两者连接密封；

(4)剥开塑料内桶5端口处橡胶连接带4-1，在分段连接件6内环6-1的内壁涂抹胶水置于塑料内桶5端口外壁，让橡胶连接带4-1覆盖于分段连接件6的内环6-1外壁，同时将断开胞室连接壁后连通的橡胶胞室4-2外壁热熔固定于外环6-3外壁，使相邻段双层套管3连接；

(5)将与桩尖连接固定完毕的双层套管混凝土桩从打桩机的钢沉管底部，由打桩机牵引入钢沉管内部，使得双层套管混凝土桩与钢沉管竖直，打桩机通过静压将钢沉管与双层套管混凝土桩打至设计深度，在塑料内桶5中注水，同时再利用牵引索将钢沉管拔出，边拔边继续注水，将预制桩尖1与连接后的双层套管3留在地基内；

(6)拔出钢管后将超高部分双层套管3进行截桩与清洁度处理；

(7)区域套管打设完毕后，抽出塑料内桶5中防止桩基础上浮与外壁形变过大而灌注的水，再进行套管整体质量检测；

(8)在塑料内桶5中浇筑流动性混凝土，浇筑之后利用专用的振动棒充分振捣与密实，直至混凝土密实填充塑料内桶5整体，水泥浆灌注外层橡胶胞室组4，使其扩径填充沉管时产生的桩身与土间空隙；

(9)在抽样质量检测完毕后，进行混凝土盖板7的施工；

(10)在盖板7顶面铺设砂石垫层，高强土工布与排水板的排水管埋设其中；待排水***将超静孔隙水压力消散后，将排水板与排水沟连接，完成桩式复合路基加固。

图10展示了一种本发明桩基布设场景，如图10所示，双层套管混凝土桩15打设穿过软土层12直至硬土层13，在桩间预铺设排水板14，在双层套管混凝土桩15上方依次铺设砂石垫层11、高强土工布10、排水管9和路基8。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双层套管混凝土桩，其特征在于：由下至上设置有预制桩尖(1)、底部连接件(2)、若干双层套管(3)和盖板(7)；相邻双层套管(3)通过分段连接件(6)连接；

所述双层套管(3)由外层橡胶胞室组(4)和塑料内桶(5)组成；所述外层橡胶胞室组(4)由橡胶连接带(4-1)和橡胶胞室(4-2)组成；所述塑料内桶(5)利用橡胶连接带(4-1)热熔与橡胶胞室(4-2)相连接；在未灌注水泥浆前，单个橡胶胞室(4-2)以列阵环向通过连接带与塑料内桶(5)连接，灌注水泥浆后橡胶胞室(4-2)膨胀变形挤入土中；

所述分段连接件(6)由内环(6-1)、连接棱(6-2)和外环(6-3)组成；所述内环(6-1)内壁紧贴在塑料内桶(5)外壁，将相邻段双层套管(3)胶结，所述内环(6-1)通过连接棱(6-2)连接外环(6-3)；

所述底部连接件(2)由下连接环(2-1)、承托盘(2-2)和上连接环(2-3)组成；所述下连接环(2-1)***预制桩尖(1)，所述上连接环(2-3)胶结于塑料内桶(5)内壁；所述承托盘(2-2)用于支撑双层套管(3)；

所述盖板(7)包括混凝土盖身(7-3)，所述混凝土盖身(7-3)设有若干根主筋(7-2)和若干根加劲箍筋(7-1)。

2.根据权利要求1所述的一种双层套管混凝土桩，其特征在于：所述预制桩尖(1)为混凝土材质；所述底部连接件(2)为钢材；所述塑料内桶(5)为光滑PVC桶；所述外层橡胶胞室组(4)为橡胶材质，能够进行一定程度变形；所述分段连接件(6)为钢材；所述盖板(7)采用钢筋混凝土预制而成，加劲箍筋(7-1)能够伸入塑料内桶(5)以连接桩体与盖板(7)。

3.根据权利要求1所述的一种双层套管混凝土桩，其特征在于：所述单个橡胶胞室(4-2)的断面为多边形或断面边界呈封闭弧形。

4.根据权利要求1所述的一种双层套管混凝土桩，其特征在于：所述橡胶胞室(4-2)距离塑料内桶(5)上下端口一定距离处的胞室连接壁断开，使各个胞室连通，即与端口接触段橡胶胞室(4-2)的外壁形成连续圆环，与底部连接件(2)相连的橡胶胞室(4-2)，借助胞室外壁橡胶弹性使其呈裙状包裹住承托盘(2-2)下盘边缘，并热熔胶结形成密封结构。

5.根据权利要求4所述的一种双层套管混凝土桩，其特征在于：相邻段胞室连接壁断开连通的的橡胶胞室(4-2)外壁可热熔连接于分段连接件(6)的外环(6-3)外壁；所述外环(6-3)能够给予橡胶胞室(4-2)刚性支撑以提高其稳定性。

6.根据权利要求1所述的一种双层套管混凝土桩，其特征在于：所述预制桩尖(1)为钢筋混凝土结构且呈圆锥型，底部连接件(2)预埋在预制桩尖(1)上部，下连接环(2-1)按设计要求嵌入预制桩尖(1)。

7.根据权利要求1所述的一种双层套管混凝土桩，其特征在于：所述预制桩尖(1)外径略大于承托盘(2-2)外径；所述外层橡胶胞室组(4)灌注水泥浆前，外径小于预制桩尖(1)，灌注水泥浆后外层橡胶胞室组(4)外径可以膨胀大于预制桩尖(1)外径。

8.一种权利要求1-7任一项所述双层套管混凝土桩的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)在双层套管混凝土桩打设前，确认打设区域的平整；根据设计图纸规定的间距在相应区域放样；

(2)在设计桩间土中打设排水板，通过排水管连接形成排水***，排水板用于消散沉管时产生的超静孔隙水压力，有效提高软土地基强度；

(3)将塑料内桶(5)对准底部连接件(2)，并用PVC粘结胶水使其外套于上连接环(2-3)外壁；将于承托盘(2-2)端橡胶胞室(4-2)撑开，让其外壁包裹住承托盘(2-2)下盘边缘，用胶水或热熔使两者连接密封；

(4)剥开塑料内桶(5)端口处橡胶连接带(4-1)，在分段连接件(6)内环(6-1)的内壁涂抹胶水置于塑料内桶(5)端口外壁，让橡胶连接带(4-1)覆盖于分段连接件(6)的内环(6-1)外壁，同时将断开胞室连接壁后连通的橡胶胞室(4-2)外壁热熔固定于外环(6-3)外壁，使相邻段双层套管(3)连接；

(5)将与桩尖连接固定完毕的双层套管混凝土桩从打桩机的钢沉管底部，由打桩机牵引入钢沉管内部，使得双层套管混凝土桩与钢沉管竖直，打桩机通过静压将钢沉管与双层套管混凝土桩打至设计深度，在塑料内桶(5)中注水，同时再利用牵引索将钢沉管拔出，边拔边继续注水，将预制桩尖(1)与连接后的双层套管(3)留在地基内；

(6)拔出钢管后将超高部分双层套管(3)进行截桩与清洁度处理；

(7)区域套管打设完毕后，抽出塑料内桶(5)中防止桩基础上浮与外壁形变过大而灌注的水，再进行套管整体质量检测；

(8)在塑料内桶(5)中浇筑流动性混凝土，浇筑之后利用专用的振动棒充分振捣与密实，直至混凝土密实填充塑料内桶(5)整体，水泥浆灌注外层橡胶胞室组(4)，使其扩径填充沉管时产生的桩身与土间空隙；

(9)在抽样质量检测完毕后，进行混凝土盖板(7)的施工；

(10)在盖板(7)顶面铺设砂石垫层，高强土工布与排水板的排水管埋设其中；待排水***将超静孔隙水压力消散后，将排水板与排水沟连接，完成桩式复合路基加固。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在盖板(7)浇筑前对双层套管(3)顶部混凝土进行清理并充分凿毛，便于盖板(7)与双层套管(3)的有效连接，之后进行混凝土盖板(7)的连接浇筑。

10.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，全部桩体灌注完毕后抽样进行低应变检测与静载试验，以保证桩体的完整性要求与单桩的承载力要求。

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