混凝土樁基礎的施工方法
2023-12-09 20:58:11 4
專利名稱：混凝土樁基礎的施工方法
技術領域：
本發明涉及土木工程領域，特別是涉及建築物用的樁基礎。
在過去，對於混凝土樁，一般為了提高樁的承載力，人們採用下述方式，即將樁端放置在較好的承載體，即承載力較高的地基土層，加長樁身長度，將樁端擴大，形成混凝土的，即剛性的樁端底盤。採用通過增加樁長而提高摩擦力的方式所獲得的樁的承載力是有限的，並且成本較高；通過形成剛性的混凝土底盤，將其放置在較好的承載體上的方式雖然可增加承載體對樁的支承面積，但是，該面積是有限的，即承載體的支承面積等於有限的底盤的底面積，因為底盤面積過大，其抗剪強度(抗衝切性能較差)，因此該方式仍然沒有充分地調動地基土體來參與受力，從受力上說，對於後一方式，來自樁頂部的荷載直接從作為樁的剛性體傳遞到作為地基土體的柔性體中，該樁頂部的荷載沒有經過分散，這樣會在承載體中的支承樁端的剛性底盤的區域產生應力集中，也就是說，儘管上述方式增加了樁端的剛性底面積，從數量上講會增加樁的承載力，但是荷載從剛性體直接傳遞到柔性體這種受力方式沒有發生質的改變，因此上述方式不會使樁的承載力發生質的變化。從上可知，傳統的提高樁的承載力的方式基本上是圍繞樁本身進行的，而沒有很好研究樁體的協調作用，沒有深入研究如何消散樁端的荷載，避免地基土體的局部的應力集中，更加充分地調動地基土體參與受力。
雖然曾有文獻報導，通過對樁端地基土體進行密實來提高承載力，但是人們沒有考慮到在樁群中，即在樁基礎中，某根樁下面的過大的樁端承載體橫向面積，或過大的樁端承載體的密實度會對相鄰樁的承載力會造成不利影響，由於已有技術沒有完全搞清楚在樁基礎中的樁土之間的實際受力情況，其結果是，要麼沒有充分調動地基土體的承載力，樁基本的成本較高，要麼相鄰樁的樁端下面的土體相互影響，即過度調動樁端土體承載力，從而既沒有實現成本節約，又沒有到達設計要求，最終造成建築物的不均勻沉降。
本發明的目的在於提供一種混凝土樁基礎的施工方法，該方法通過在樁端與作為持力層的較好的地基土層之間形成荷載分散體，改變傳統的樁端與地基土體之間的作用關係，從而在相鄰樁端下面的各自承受荷載的土體不相互影響的情況下，充分地調動樁端各自的地基土體的承載力，從而使樁的承載力大大提高，大幅度降低樁基礎的成本。
本發明的上述目的是通過下述的混凝土樁基礎的施工方法來實現的，該施工方法包括樁身的施工和樁端承載體的施工，每根樁中的樁端承載體的施工是這樣進行的a)將護筒設置於地基中，直至被加固土層中的設計深度，通過護筒向樁孔底端填入加固料，通過夯錘，將上述加固料夯實，反覆進行填充和夯實操作，之後填充幹硬性混凝土，對該幹硬性混凝土進行夯實，上述幹硬性混凝土與加固料的體積比為3∶10，上述加固料的投料量是通過下述的三擊總貫入量進行控制的，即當夯錘產生反彈時，在不投料的情況下測試夯錘連續三擊的貫入量，其中前一次的貫入量大於後一次的貫入量，或與後一次的貫入量持平，上述三擊總貫入量應小於三擊總貫入量的設計值，該設計值由包括加固料和幹硬性混凝土的總投料量確定，該總投料量由每根樁的樁端下面的被加固土體的體積和該被加固土體的性質計算出，該被加固土體的體積在符合由頂部的夯實幹硬性混凝土體，中間的夯實加固料體，擠密區土體和最外層的影響區土體構成的承載體在緊靠該承載體下面的底層地基土體表面上的垂直投影面積與該底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿足相應的單樁頂部荷載要求的條件下，按照下述公式確定V＝(A×A×α)×(A×β)在上述公式中字母V表示每根樁的樁端下面的被加固土體的體積；字母A表示樁間距，該樁間距大於等於4～5倍的樁徑；字母α表示被加固土體的平面面積修正經驗係數，其數值大於等於1；字母β表示被加固土體的深度修正經驗係數，其數值在1.5～3的範圍內；b)上述樁端承載體所在的被加固土層是按照下述方式進行選擇的，該方式為在樁身長度足夠大，以便能夠使樁身周圍的土體對所形成的樁端承載體產生足夠大的約束作用，基本不產生地面隆起的情況下，所形成的承載體的應力擴散角足夠大，而且相鄰樁的承載體的相應應力擴散錐體在底層地基土體表面上的投影面基本不相互重疊，從而僅僅依靠來自樁端的應力擴散錐體在該樁端正下方的相應底層地基土體表面上的垂直投影面積，即有效的，用於支承該相應樁端的底層地基土體面積，便可承受該相應單樁的頂部設計荷載；c)上述被加固土層下面的底層地基土體是按照下述方式進行選擇的，該方式為該底層地基土體的承載力足夠大，從而使得承載體在底層地基土體表面上的垂直投影面積與底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿足該相應單樁的承載力的要求，並且該地基土層的變形滿足沉降要求。
在上述方法中，最好上述多根混凝土樁是按照下述方式確定的順序進行施工的，以便確保相鄰樁的承載體之間不相互造成影響，該方式為①對於關鍵部位樁，首先進行與該關鍵部位樁相鄰的樁的施工，在所有相鄰樁施工完畢之後，進行該關鍵部位樁的施工；②對於混凝土尚未凝固的樁，最多只能進行兩根與該樁相鄰的樁的施工；③對於混凝土凝固的樁，最多只能進行1根與該樁相鄰的樁的施工；在上述方法中，最好成直線排列的樁按照相鄰樁的中心距大於4.5倍的樁徑來布置，從而使相鄰樁的承載體之間不相互嵌合。
在上述方法中，最好上述關鍵部位樁指角樁或中心樁。
在上述方法中，最好上述樁身的施工是這樣進行的，即在形成有夯擴體的樁孔中，將護筒提出，之後將預製的混凝土樁身放入樁孔中。
在上述方法中，最好上述樁身的施工是這樣進行的，即向護筒內下入鋼筋籠，一邊向護筒內灌注混凝土，一邊提出護筒，同時對所灌注的混凝土進行振搗。
在上述方法中，最好上述三次總貫入量設計值在5～40cm的範圍內。
在上述方法中，最好上述樁身是通過在樁孔內設置預製樁而形成的。
當採用本發明的樁基礎的施工方法時，由於從受力上講，樁頂部荷載不是依據樁端承載體的密實度和面積來設計，即不是由樁端承載體來承受，而是依據各樁端承載體下面的底層地基土體來承受，而該各樁樁端承載體下面的作為持力層的底層地基土體在受力上是各自獨立的，不相互重疊的，另外各樁端承載體也不相互影響，這樣可確保各樁的施工質量，各樁端下面的承載體的作用是將傳遞到樁端的荷載分散傳遞到作為持力層的較好的底層地基土層，由於各樁端下面的承載體由從上到下剛度逐漸減小，而體積逐漸增加的4個部分(夯實的幹硬性混凝土體，夯實的加固料體，擠密區土體，影響區土體)組成，按照樁端應力的擴散原理，樁頂部的荷載從樁端的較小承載區域通過上述承載體，向下擴散到作為持力層的較好的底層地基土體中的較大的承載區域，即樁頂荷載經緩衝傳遞到較大的地基土體的有效區域，也就是說其剛度介於樁身和持力層之間的承載體起到了緩衝作用，另外擴大了作為持力層的底層地基土體的有效承受荷載的面積，本發明人經多次試驗，發現在多根樁形成的樁基礎中，上述承載體(即被加固土體的體積)是不能夠過大的，否則相鄰樁的承載體會相互破壞，或各樁端下面的持力層相互過度重疊，顯然這樣會影響各樁的承載力，經過本發明人的試驗，定量地得出了不會造成相互影響的各樁端下面的被加固土體，即承載體的體積，由此可按照精確的包括加固料和幹硬性混凝土的總投料量對被加固土體進行加固，使被加固土體形成足夠大的密實度，即在確保各樁之間的承載力不相互影響的情況下充分地調動了地基土體的承載潛力，其結果是，使樁的承載力大大提高。此外，由於緊靠樁端下面的被加固土體可為承載力較低的土體，即樁端不必設置在承載力較高的地基土層上，這樣可減小樁身的長度，降低造價，也就是說，本發明在使樁長減小的同時，可獲得更大的承載力。
下面結合附圖對本發明進行具體描述。
圖1為本發明的混凝土樁基礎施工方法的原理說明圖。
圖1表示了採用本發明的施工方法形成的混凝土樁基礎的局部，在施工前，按照上述要求選擇好作為承載力較高的，作為持力層的底層地基土層a，其上面為承載力較差的被加固土層b，然後進行施工，首先將護筒設入地基中，直至標號b表示的樁端下面的被加固土體的區域，然後填充加固料，該加固料可包括有磚塊的建築垃圾，通過夯錘對該加固料進行夯實，反覆進行該填充和夯實操作，直至滿足三擊貫入量的要求，形成夯實的加固料體2，然後填充幹硬性混凝土，對其進行夯實，該幹硬性混凝土的填充量與上述加固料的填充量的比例為3∶10，通過上述的夯實和填料操作，便形成頂部的幹硬性混凝土球體1，而在其下面形成夯實的，帶頂部缺口的加固料球體2，在上述加固料球體2的底側周圍形成擠密區土體3，在上述擠密區的土體3的底側周圍形成最外層的影響區土體4，該影響區土體4的底面與底層地基土體a的表面相接觸，上述幹硬性混凝土球體1，帶頂部缺口的加固料球體2，擠密區土體3，影響區土體4均位於被加固土體b的區域內，並且共同構成樁端下面的人造承載體5，在形成人造承載體5時，上述護筒嵌入該承載體5內的深度為d，在形成承載體5之後，放入鋼筋籠，然後一邊提出護筒，一邊澆注樁身混凝土，並進行振動，最後形成混凝土樁6，在形成各混凝土樁6後，在樁6的端部形成將它們連接的承臺梁7。該人造承載體5形成由標號f表示的應力擴散角，人造承載體的高度為h，所形成的人造承載體實際上起傳遞荷載的作用，上部結構的荷載通過樁頂部，樁身傳遞到樁端，從樁端，通過人造承載體5，傳遞到底層的地基土體a，此時每根樁的頂部荷載最終是由上述應力擴散角確定的，底層地基土體中的與上述承載體5相接觸的區域內的底層地基土體來承受的，也就是說，只要在下述條件下上述每根樁下面的上述底層地基土體區域內的土體分別滿足各樁的荷載要求，便確保樁的質量，該下述條件指在一定的樁身c的情況下，即有足夠的土體約束的情況下，每根樁的人造承載體5基本不相互影響，並且人造承載體5內的加固料球體2到達足夠的密實度，使得上述應力擴散角f充分大，從而由上述應力擴散角確定的，上述底層地基土體中的與上述承載體5相接觸的面積不相互重疊，對於每個承載體5，形成上述承載體的總填料量(包括加固料和幹硬性混凝土)的體積根據被加固土體的壓縮體積得出，該被加固土體的壓縮體積是按照公式V＝(A×A×α)×(A×β)確定的，該公式中的各個符號在上面已進行了說明，在這裡，樁間距(相鄰樁軸線之間的距離)A在圖1中由字母e表示，上述係數α是根據經驗得出的，對於不同位置的樁，其數值是不同的，在4側有相鄰樁時，其數值為1，而對於3側有相鄰樁，2側有相鄰樁，1側有相鄰的場合，其數值則逐漸增加，並且大於1，該係數α說明某根樁周圍的約束樁越少，被加固土體的面積越大，其體積越大，其加固是所調動的持力層的土體的面積越大。
權利要求
1.一種混凝土樁基礎的施工方法，其包括樁身的施工和樁端承載體的施工，每根樁中的樁端承載體的施工是這樣進行的a)將護筒設置於地基中，直至被加固土層中的設計深度，通過護筒向樁孔底端填入加固料，通過夯錘，將上述加固料夯實，反覆進行填充和夯實操作，之後填充幹硬性混凝土，對該幹硬性混凝土進行夯實，上述幹硬性混凝土與加固料的體積比為3∶10，上述加固料的投料量是通過下述的三擊總貫入量進行控制的，即當夯錘產生反彈時，在不投料的情況下測試夯錘連續三擊的貫入量，其中前一次的貫入量大於後一次的貫入量，或與後一次的貫入量持平，上述三擊總貫入量應小於三擊總貫入量的設計值，該設計值由包括加固料和幹硬性混凝土的總投料量確定，該總投料量由每根樁的樁端下面的被加固土體的體積和該被加固土體的性質計算出，該被加固土體的體積在符合由頂部的夯實幹硬性混凝土體，中間的夯實加固料體，擠密區土體和最外層的影響區土體構成的承載體在緊靠該承載體下面的底層地基土體表面上的垂直投影面積與該底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿足相應的單樁頂部荷載要求的條件下，按照下述公式確定V＝(A×A×α)×(A×β)在上述公式中字母V表示每根樁的樁端下面的被加固土體的體積；字母A表示樁間距，該樁間距大於等於4～5倍的樁徑；字母α表示被加固土體的平面面積修正經驗係數，其數值大於等於1；字母β表示被加固土體的深度修正經驗係數，其數值在1.5～3的範圍內；b)上述樁端承載體所在的被加固土層是按照下述方式進行選擇的，該方式為在樁身長度足夠大，以便能夠使樁身周圍的土體對所形成的樁端承載體產生足夠大的約束作用，基本不產生地面隆起的情況下，所形成的承載體的應力擴散角足夠大，而且相鄰樁的承載體的相應應力擴散錐體在底層地基土體表面上的投影面基本不相互重疊，從而僅僅依靠來自樁端的應力擴散錐體在該樁端正下方的相應底層地基土體表面上的垂直投影面積，即有效的，用於支承該相應樁端的底層地基土體面積，便可承受該相應單樁的頂部設計荷載；c)上述被加固土層下面的底層地基土體是按照下述方式進行選擇的，該方式為該底層地基土體的承載力足夠大，從而使得承載體在底層地基土體表面上的垂直投影面積與底層地基土體的單位面積的承載力的乘積滿足該相應單樁的承載力的要求，並且該地基土層的變形滿足沉降要求。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述多根混凝土樁是按照下述方式確定的順序進行施工的，以便確保相鄰樁的承載體之間不相互造成影響，該方式為①對於關鍵部位樁，首先進行與該關鍵部位樁相鄰的樁的施工，在所有相鄰樁施工完畢之後，進行該關鍵部位樁的施工；②對於混凝土尚未凝固的樁，最多只能進行兩根與該樁相鄰的樁的施工；③對於混凝土凝固的樁，最多只能進行1根與該樁相鄰的樁的施工；
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於成直線排列的樁按照相鄰樁的中心距大於4.5倍的樁徑來布置，從而使相鄰樁的承載體之間不相互嵌合。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述關鍵部位樁指角樁或中心樁。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁身的施工是這樣進行的，即在形成有夯擴體的樁孔中，將護筒提出，之後將預製的混凝土樁身放入樁孔中。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁身的施工是這樣進行的，即向護筒內下入鋼筋籠，一邊向護筒內灌注混凝土，一邊提出護筒，同時對所灌注的混凝土進行振搗。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述三次總貫入量設計值在5～40cm的範圍內。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁身是通過在樁孔內設置預製樁而形成的。
全文摘要
本發明提供一種樁長較小,承載力較大的混凝土樁基礎的施工方法,其包括樁身和樁端承載體的施工,承載體這樣施工,將護筒設置於地基中,至被加固土層的設計深度,通過護筒向樁孔底端反覆填入並夯實加固料和幹硬性混凝土,其總投料量由被加固土體體積和性質計算出,該體積=(A×A×α)×(A×β),其中A表示樁間距,α和β分別表示被加固土體的面積修正係數和深度修正係數。
文檔編號E02D5/46GK1267768SQ00106288
公開日2000年9月27日 申請日期2000年5月9日 優先權日2000年5月9日
發明者王繼忠 申請人:王繼忠