一種後錨式柔性樁頂抗拔樁的製作方法

2023-12-10 05:32:26

專利名稱：一種後錨式柔性樁頂抗拔樁的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種後錨式柔性樁頂抗拔(浮)樁，屬於地下工程的技術領域。
技術背景
隨著城市建設的發展和居民生活水平的不斷提高，地下空間(地下室，地下車庫， 地下商場等)的利用已經成為了一種趨勢。近年來，由於地下空間的大規模開發，帶地下室的裙房及單純地下停車場等建築越來越多，基礎埋深越來越深，特別是基礎浸入地下水的深度越來越大，地下結構物承受上浮荷載的情況愈來愈多，荷載越來越大[1]。
傳統的抗拔(浮)樁樁頂與基礎底板剛性連接，在施工期間樁出於受壓狀態，從而會對基礎底板產生頂託抗力，這樣就約束了樁的靈活布置，往往只能把樁布在柱下，即使為了優化支座與跨中彎矩分配將樁布在跨中，也必須考慮將基礎底板上下面雙向彎矩，這樣會增加工程的造價，而且樁對基礎底板產生的頂託抗力難以計算[2]。
現有的抗拔(浮)樁類型主要有普通預製或灌注抗拔(浮)樁、預應力抗拔(浮)樁、 部分粘結預應力抗拔(浮)樁、纖維混凝土抗拔(浮)樁等。
現有技術一的技術方案普通的抗拔(浮)樁(圖1)樁身構造採用鋼筋混凝土構造的預製樁或灌注樁，樁頂主筋伸入基礎底板或地梁中錨固，樁身混凝土與基礎底板或地梁混凝土澆築在一起，樁頂與基礎底板或地梁剛性連接。在上拔荷載下，樁身混凝土呈拉伸狀態。採用樁身主筋高配筋率來實現樁身混凝土裂縫寬度控制，從而滿足鋼筋抗腐蝕的耐久性要求。現有技術一的缺點目前普通抗拔(浮)樁在設計中存在諸多問題，包括樁頂與基礎梁板剛性連接，在無浮力施工期間會對基礎梁板產生頂託抗力，從而約束了樁的平面布置，往往只能把樁布在柱下，即使為了優化跨中彎矩分配將樁布在跨中，也必須考慮將基礎梁板上下面雙向彎矩，造成配筋浪費β]。而且樁對基礎梁板產生頂託抗力難以準確計算，尤其在軟土地基中這一問題尤為突出，存在安全隱患。此外，普通抗拔(浮)樁解決上拔荷載下樁身混凝土裂縫寬度控制問題的方法是採用高配筋率，從而滿足鋼筋抗腐蝕的耐久性要求，相當不經濟。在地下結構極限上浮工況下需要產生較大的拔出位移才能充分發揮樁側摩阻力，地下結構上浮變形大，對變形控制要求嚴格的地下結構物就要增加樁數量，很不經濟。
現有技術二的技術方案預應力抗拔(浮)樁(見圖幻一般是通過先期的預張拉預先放置在樁體內的預應力筋，也就是在抗拔(浮)樁在承受抗拔力之前在抗拔(浮)樁上施加一定的預應力，這種樁我們稱之為預應力抗拔(浮)樁。其主要通過預張拉鋼筋，在樁身混凝土中產生壓應力， 以實現抗拔(浮)工況下混凝土不產生拉應力裂縫，避免鋼筋的鏽蝕 ]。
現有技術二的缺點預應力混凝土抗拔(浮)樁在設計中也會遇到諸多的問題，包括樁頂與基礎梁板剛性連接，在無浮力施工期間樁頂會對基礎梁板產生頂託抗力，而在有浮力工作條件下則使基礎梁板受向下拉力，這樣會導致地基梁板產生雙向彎矩，需要對地基梁板上下雙面配筋來解決問題，不經濟。另外，預應力抗拔(浮)樁施加預應力後，樁周土還會繼續沉降，所以會影響預應力的發揮，所以在極限荷載作用下樁的頂端產生較大的位移才能發揮樁側摩阻力，地下結構上浮變形仍然較大；而且預應力的耐久性也是迫切需要解決的問題。
現有技術三的技術方案部分粘結預應力抗拔(浮)樁(見圖幻通過預先埋設在樁體內的預應力鋼絞線給樁施加預應力，並把上拔力的著力點設置在抗拔(浮)樁的下部。通過預留鋼絞線自由段的方式使得上拔力著力點在樁的下部，從而使樁側土摩阻力從下至上隨荷載的增大而逐漸發揮避免了普通抗拔(浮)樁因上拔力過大而使使樁頂混凝土產生裂紋失效的弊端MM。
現有技術三的缺點部分粘結預應力混凝土抗拔(浮)樁能用低配筋率實現樁身混凝土受壓工作，但樁的頂端是和基礎梁板式剛性連接，所以不能解決無浮力工況下樁對基礎梁板產生頂託抗力的問題，所以基礎梁板產生雙向彎矩，所以基礎梁板需要上下雙面配筋解決雙向彎矩的問題，配筋量大，平面布樁不靈活。部分粘結預應力混凝土抗拔(浮)樁同時也存在預應力的耐久性問題。
現有技術四的技術方案一種纖維混凝土抗拔(浮)樁(圖4)，包括混凝土樁身2，在混凝土樁身的一個端部上設有樁頭，在混凝土樁身的內設有外部套設套管的FRP纖維筋1的一端延伸至端頭6內，所述FRP纖維筋另一端反向延伸至混凝土樁身外；在樁頭內設有支撐板，位於端頭內的FRP筋一端由錨具4b錨固在支撐板北上；在FRP纖維筋的另一端套設支撐板3a，並用錨具如錨固在相應的支撐板上。纖維混凝土抗拔(浮)樁的FRP筋沒有施加預應力，其周圍有一圈套管，與混凝土之間無粘結，兩者之間可以產生相對滑移。承臺5與樁體混凝土完全脫開te]。
現有技術四的缺點由於基坑底地基土的回彈再壓縮特性，基礎梁板在地下結構物施工期間會有一定的沉降，而纖維混凝土抗拔(浮)樁中的FRP筋沒有施加預應力，會導致FRP纖維筋產生一定的壓曲，而FRP纖維筋本身柔性較差，可能會在壓縮條件下發生脆性斷裂。而在地下結構施工完畢，基坑回水後，在水浮力作用下，首先是已被壓曲的FRP纖維筋的張緊，然後是纖維筋的拉伸，在樁土之也產生一定的位移後樁土摩阻力才能充分發揮，這樣會導致地下結構物產生較大的上浮位移。另外，纖維筋的價格很高，與鋼絞線相比經濟性差。
參考文獻(如專利/論文/標準)[1]李鏡培，孫文杰.地下結構的浮力計算與抗拔樁設計方法研究[J].結構工程師，2007，23 (2) :80-84[2]王經雨，陸道淵.抗拔樁布樁優化分析[J].建築科學，2010，26(5) :99-101[3]張丙吉，張立峰.預應力鋼絞線抗拔樁技術研究[J].工程勘察，2008年增刊第1期[4]何世鳴，郭躍龍，趙曉東，程金霞，賈城，楊敏.部分粘結預應力抗拔(浮)樁的優化設計[J].探礦工程(巖土鑽掘工程).2010,37 (7) 39-43[5]杜高恆.部分粘結預應力抗拔(浮)的試驗研究及應用[D].北京中國地質大學，2007[6]梅國雄，周峰，張乾，宋林輝，梅嶺.纖維混凝土抗拔樁.發明專利.授權公告號CN101761089 B.2011 06 22。 發明內容
技術問題本發明的目的是克服當前抗拔(浮)樁存在樁身混凝土受拉工作、樁頂對基礎梁板頂託的問題與不足，提供一種樁身混凝土受壓工作、樁頂與基礎梁板柔性連接、 樁與樁周土產生摩擦預應力的後錨式柔性樁頂抗拔(浮)樁。
技術方案本發明的原理為將混凝土樁頂頭與基礎柔性連接，樁身內無粘結鋼絞線通過套管穿過樁頂頭柔性墊層和基礎梁板混凝土，穿出的無粘結鋼絞線端部在地下結構施工期間不錨固，可以在套管內自由伸縮滑動，待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後進行錨固。樁只受拉拔力，不承受基礎向下壓力，可布置於基礎梁板的跨中，既能減小基礎梁板跨中最大彎矩，還不會引起其反向彎矩，大大減少基礎地梁或筏板的配筋量。同時，結合柔性樁頂抗拔(浮)樁的樁頂錨固處理，樁身內部採用構造配筋與無粘結鋼絞線，鋼絞線下部通過固端錨具錨於樁底混凝土內，上部穿過樁頂柔性墊層錨於基礎梁板，封錨前對鋼絞線預加一定的預加上拔力，鋼絞線穿過樁身，將拉力傳至樁底，樁相對於土發生上拔位移， 從而在樁土之間產生摩擦預應力，增加了側阻力的發揮，樁身混凝土完全受壓工作，從而避免拉伸裂縫發生。用比預應力抗拔(浮)樁更少的用鋼量解決樁身抗裂的問題，大量節省鋼筋用量，能夠實現顯著的經濟效益。
本發明的後錨式柔性樁頂抗拔樁包括混凝土樁身的頂部與基礎梁板之間用可壓縮的柔性連接墊層填充，無粘結鋼絞線下部用樁底錨具錨固在混凝土樁身的底部，無粘結鋼絞線穿過混凝土樁身和樁頂柔性連接墊層並通過套管穿出基礎梁板上端部，由樁頂錨具固定在基礎梁板的上端部上；穿出基礎梁板上端部的無粘結鋼絞線的上端部在地下結構施工期間不錨固或只進行無預應力初錨，能在套管內上下自由滑動；待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後，在無粘結鋼絞線的上端部進行張拉，使混凝土樁身和樁周土之間產生摩擦預應力，並用樁頂錨具錨固無粘結鋼絞線上端部。
所述的柔性連接墊層為具有防水性能的、低彈性模量的柔性材料。
所述的混凝土樁身通過樁頂柔性連接墊層與基礎梁板下部相連；對無粘結鋼絞線的上端部，在地下結構施工期間不張拉錨固，待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後，再進行張拉錨固，使混凝土樁身和樁周土之間產生摩擦預應力。
有益效果其一、與傳統抗拔(浮)樁相比，後錨式柔性樁頂抗拔(浮)樁用了柔性連接層，樁頂混凝土不直接與基礎梁板連接，對基礎梁板不產生頂託力，只產生下拉荷載，避免了基礎梁板雙向受彎，平面布樁靈活，能夠顯著減小基礎梁板配筋量，經濟合理。其二， 後錨式柔性樁頂抗拔(浮)樁是在基坑回水前、結構物完成部分沉降後進行鋼絞線張拉並錨固，張拉鋼絞線時在樁身和樁周土之間產生摩擦預應力，地下結構物在很小的上浮位移條件下就能夠使抗拔(浮)樁充分發揮樁土摩阻力，提高樁的抗拔承載力，並有效控制結構物上浮位移量。其三，樁身主筋為外裹套管、內填潤滑油脂的無粘結綱絞線，樁身混凝土受壓工作，無須考慮混凝土裂縫寬度控制以及鋼筋防腐問題，大大降低樁身配筋率，具有明顯的經濟效益。其四，樁頂混凝土與基礎梁板混凝土不直接相連，其間隙採用柔性防水材料連接墊層填充，解決了基礎梁板錨孔的防滲漏問題。


圖1普通的抗拔(浮)樁， 圖2預應力抗拔(浮)樁，圖3部分粘結預應力抗拔(浮)樁結構， 圖4纖維混凝土抗拔(浮)樁結構，圖5是本發明的結構示意圖，其中圖a是本發明的結構的主視圖。圖b是本發明結構的I-I截面剖視圖。圖中1.無粘結鋼絞線；2.柔性連接墊層；3.混凝土樁身；4.基礎梁板；5.樁頂錨具；6.樁底錨具；7.套管；8.定位鋼筋籠；9.樁周土。
具體實施方式
本發明是一種將無粘結鋼絞線、混凝土、柔性連接墊層、錨具結合在一起發展成的樁頂頭與基礎柔性連接、樁身混凝土受壓、樁土產生摩擦預應力的的抗拔(浮)樁。
該樁包括混凝土樁身的頂部與基礎梁板之間用可壓縮的柔性連接墊層填充，無粘結鋼絞線下部用樁底錨具錨固在混凝土樁身的底部，無粘結鋼絞線穿過混凝土樁身和樁頂柔性連接墊層並通過套管穿出基礎梁板上端部，由樁頂錨具固定在基礎梁板的上端部上；穿出基礎梁板上端部的無粘結鋼絞線的上端部在地下結構施工期間不錨固或只進行無預應力初錨，能在套管內上下自由滑動；待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後，在無粘結鋼絞線的上端部進行張拉，使混凝土樁身和樁周土之間產生摩擦預應力，並用樁頂錨具錨固無粘結鋼絞線上端部。
實施例1本發明的後錨式柔性樁頂抗拔(浮)樁，包括混凝土樁身3、樁的頂部與基礎梁板4之間用可壓縮柔性防水墊層2填充，無粘結鋼絞線1下部用樁底錨具6錨固在樁的底部，無粘結鋼絞線1穿過混凝土樁身3、樁頂柔性連接墊層2，並通過套管7穿過基礎梁板4，穿出的無粘結鋼絞線端部在地下結構施工期間不錨固或只進行無預應力初錨，可以在套管7內上下自由滑動。待地基土發生一定的壓縮沉降後，在無粘結鋼絞線1的頂部穿出基礎梁板4的部分進行張拉，使樁身和樁周土之間產生摩擦預應力，並用頂端錨具5錨固無粘結鋼絞線1 頂部。
如圖5，由混凝土樁身3、柔性防水墊層2，無粘結鋼絞線1，樁頂錨具5，樁底錨具 6，套管7，定位鋼筋籠8組成。無粘結鋼絞線1下部用樁底錨具6錨固鎖定，無粘結鋼絞線 1綁紮在定位鋼筋籠8上，無粘結鋼絞線1在定位鋼筋籠8的頂端預留一定長度，以使成樁後的無粘結鋼絞線1頂端能夠穿過柔性防水墊層2、套管7和樁頂錨具5，並留錨固長度。在灌注樁成孔結束後，按常規灌注樁施工方法吊放已綁紮無粘結鋼絞線1和樁底錨具6的定位鋼筋籠8入樁孔，澆注混凝土成樁。樁頂鑿除浮漿後填充一定厚度的改性浙青與泡沫塑料混合的柔性防水墊層2，並與基礎梁板底面防水層密封連接，無粘結鋼絞線1穿出柔性防水墊層2，並在穿出的部分外置套管7，並澆注在基礎梁板4的混凝土內，保證無粘結鋼絞線 1能夠在套管7內自由滑動。穿出基礎梁板4的無粘結鋼絞線1的端部不錨固或只進行無預應力初錨。此後按照正常工序施工地下結構物。待基坑即將停止降水前，對無粘結鋼絞線1的頂部進行張拉，使樁身和樁周土之間產生摩擦預應力，並用頂端錨具5錨固無粘結鋼絞線1頂部，並進行防水封錨。各部分的尺寸和材料，可以根據實際工程進行設計、選擇。具體為根據樁的抗拔(浮)承載カ要求，按照樁周土層條件設計樁長、樁徑以及無粘結鋼絞線的橫截面面積。根據據抗拔(浮)承載カ設計值確定無粘結鋼絞線張拉應力、錨具規格。根據基礎梁板施工期間的沉降量，確定柔性防水墊層的厚度、材料。本發明中的樁頂柔性防水墊層除用改性浙青與泡沫塑料混合的柔性防水材料外， 還可以結合基礎梁板防水層處理用其他高壓縮性的材料替代，可以現場澆注也可以在エ廠預製後現場安裝。本發明中的無粘結鋼絞線可用其他柔性無粘結筋材代替。本發明所述抗拔(浮)樁成樁方式可以採用灌注樁，也可以採用預製樁。
權利要求
1.一種後錨式柔性樁頂抗拔樁，其特徵在於該樁包括混凝土樁身( 的頂部與基礎梁板(4)之間用可壓縮的柔性連接墊層(2)填充，無粘結鋼絞線(1)下部用樁底錨具(6) 錨固在混凝土樁身(3)的底部，無粘結鋼絞線(1)穿過混凝土樁身(3)和樁頂柔性連接墊層( 並通過套管(7)穿出基礎梁板(4)上端部，由樁頂錨具(5)固定在基礎梁板的上端部上；穿出基礎梁板(4)上端部的無粘結鋼絞線(1)的上端部在地下結構施工期間不錨固或只進行無預應力初錨，能在套管(7)內上下自由滑動；待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後，在無粘結鋼絞線(1)的上端部進行張拉，使混凝土樁身(3)和樁周土(9)之間產生摩擦預應力，並用樁頂錨具(5)錨固無粘結鋼絞線(1) 上端部。
2.根據權利要求1所述的後錨式柔性樁頂抗拔樁，其特徵在於所述的柔性連接墊層 (2)為具有防水性能的、低彈性模量的柔性材料。
3.根據權利要求1所述的後錨式柔性樁頂抗拔樁，其特徵在於所述的混凝土樁身(3) 通過樁頂柔性連接墊層( 與基礎梁板(4)下部相連；對無粘結鋼絞線(1)的上端部，在地下結構施工期間不張拉錨固，待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後，再進行張拉錨固，使混凝土樁身( 和樁周土(9)之間產生摩擦預應力。
全文摘要
本發明是一種後錨式柔性樁頂抗拔樁，該樁包括混凝土樁身(3)的頂部與基礎梁板(4)之間用可壓縮的柔性連接墊層(2)填充，無粘結鋼絞線(1)下部用樁底錨具(6)錨固在混凝土樁身(3)的底部，無粘結鋼絞線(1)穿過混凝土樁身(3)和樁頂柔性連接墊層(2)並通過套管(7)穿出基礎梁板(4)上端部，由樁頂錨具(5)固定在基礎梁板(4)的上端部上；對無粘結鋼絞線(1)的上端部，在地下結構施工期間不張拉錨固，待基坑回水前、地基土壓縮沉降穩定後，再進行張拉錨固，使混凝土樁身(3)和樁周土(9)之間產生摩擦預應力。通過地基沉降以後再錨固樁頂，並利用混凝土樁身(3)和樁周土(9)之間產生摩擦預應力以減小地下工程的上浮位移量，有效控制其豎向變形。
文檔編號E02D27/12GK102535456SQ20111044372
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者王武, 趙志峰, 邵光輝, 閔毅 申請人:南京林業大學