成樁方法b的製作方法

2023-05-29 14:46:26 3

專利名稱：成樁方法b的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於基礎工程的樁的成樁方法，特別是一種適用於軟土地基的沉管預製鋼砼擴底樁的成樁方法。
背景技術：
我國沿海地區均屬軟土地基，目前在軟土地基的樁基工程中，普遍採用的有三種樁沉管灌注樁、預製樁和大直徑鑽孔灌注樁。其中，大直徑鑽孔灌注樁承載力最高，但其造價昂貴、工效低，而且施工時汙染嚴重。所以一般只用於像高層建築這類承載力要求高的建築；預製樁的質量好、承載力也較高，但其造價也高，一般用於安全等級較高的建築。按受力情況分類，這三者均屬摩擦樁。目前，三者之中應用最為廣泛的是沉管灌注樁，約佔各類樁總數量的80％左右，該樁的樁身為現澆鋼砼(即鋼筋混凝土)、樁頭為預製鋼砼。在施樁時，先沉管至地基中的硬土層(一般指可塑至硬塑狀態的粘性土、粉質粘土層)埋入預製樁頭，然後灌砼澆注成樁。但是由於地球地殼形成的地質年代不同，軟土地基隨地殼層深度的增加一般交替呈現軟、硬土層，在連續打樁施工時，在後的樁施工會對土層產生擠壓，影響到在先灌注而尚未完全凝固的樁，這種情形在軟土層與硬土層的交界處尤其嚴重，因而容易發生斷樁、縮頸現象，導致樁身質量不能保證，一般約有10-20％的沉管灌注樁達不到要求，這迫使設計人員將單樁承載力定得很低，於是導致下樁密布，引起土體嚴重變形，甚至危及樁身質量。這種樁的另一個缺點是承載力低，為增大承載力，一般採用在灌砼澆注樁身後加壓擴底的辦法，但因這樣的擴底方式，其大小形狀不夠確定和規則，因而應用受到限制。
一般來說，預製樁的樁身質量比現澆樁身的要高，所以在沉管灌注樁中採用預製樁身是有效提高質量和承載力的好辦法，如申請號為ZL931192960.9的中國發明專利申請「預製灌注複合管樁及其成樁工藝和設備」公開了一種提高樁承載力和樁身質量的擴底樁，其樁身為預製混凝土管樁，在取土埋入樁身後，從管樁內灌入混凝土現澆且邊震邊壓形成擴大頭，該擴大頭與預製混凝土管樁相固接構成混凝土複合管樁。
前蘇聯專利SU1564267A1「高承載力樁」公開了一種預製鋼砼擴底樁，該樁包括一空心樁身和一由周邊部件和中心部件構成的伸縮塊，其中周邊部悠揚有尾部伸入樁身管內，當沉管至設計標高后，周邊展開而擴底。
昭60-440420日本專利中，公開了一種「複合基礎樁」。該樁是「往底部擴大的樁孔擴底部灌注大徑混凝土樁，從該混凝土樁上部壓入頭部裝有鋼靴的小徑混凝土預製樁，將上述的混凝土澆注樁與該混凝土預製成為一體」。其成樁方法為採用回動環流法挖掘樁孔。在這一技術方案中，一方面，複合基礎樁本身決定了其擴底只能選擇「回動環流法挖掘樁孔」的這一成樁方式；另一方面，這種成樁方式其所能成的大直徑底座只能將擴大的尺寸限制在200mm左右。如此一來，所謂「擴底樁」實際上不過是下端為大直徑的鑽孔灌注樁，上部為直徑略小的管樁。對於樁身直徑600mm，其底座的直徑僅僅擴大200mm左右，從其端承力分析可知，這樣的「擴底」尺寸遠遠不能達到有效提高樁承載能力的目的。所使用的「回動環流法挖掘樁孔」的成樁方法，更使這一「擴底樁」因成樁方法不當，其擴底效果甚至被否定。對於以「回動環流法」這種溼式循環法成樁的大直徑鑽孔灌注樁，國家有明確的技術規範。即端承力要乘以0.45的折減係數。原因在於樁底泥漿無法取乾淨，將導致樁的沉降。若沉降量過大，則其承載力便被視為零。顯然，樁質量很重要地依賴於其成樁方法。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是避免上述現有技術中所存在的不足之處，提供一種即保證樁身質量又可有效提高承載力的成樁方法B。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是本發明針對沉管預製鋼砼擴底樁，由預製樁身和位於硬土層的現澆鋼砼底座構成，所述的樁身在硬土層中利用位於其底部的插筋與底座對接錨固連接成整體。其樁身截面直徑d為250mm～700mm，底座最大處截面直徑D與樁身截面直徑d的比值為1.5＜D/d＜5.5。
本發明成樁方法為a、將帶有金屬樁頭的沉管穿過軟土層沉至設計標高硬土層；b、取出金屬樁頭，並在沉管內挖土、取土形成擴底底座空腔，必要時應將放射鋼筋放入底座空腔並釘入硬土；c、在空心預製鋼砼樁身底部預先固定好插筋，然後先在沉管中放入預製鋼砼樁身，再在樁管內灌注砼或鋼砼至設計標高形成底座，並與樁身相錨固；d、拔出沉管、成樁。
與已有技術相比，本發明的有益效果體現在本發明成樁方法可以使沉管預製鋼砼擴底樁底端的與樁身截面直徑之比達到1.5以上，其常規的擴底面積可達2.3平方米，承力可達270T。這是現有技術所不能及的。本發明通過設置沉管，使擴底可採用乾式取土挖土、用空氣吸取，擴底過程中，可以將樁底取淨，無顆粒虛土，折減係數達到1.00。沉管的存在，保證了擴底的可靠性，完全可以將底部直徑增加到足夠大，而且做到準確、隨意。其成樁過程簡單、清潔而無噪聲，單樁造價與單樁承載力之比低。
圖面說明

圖1為本發明擴底樁結構示意圖。
圖2為本發明擴底樁具有現澆平底鋼砼底座結構示意圖。
圖3為本發明擴底樁具有現澆凸底鋼砼底座結構示意圖。
圖4為本發明擴底樁具有現澆凹底鋼砼底座結構示意圖。
圖5為本發明置於擴底樁之底座中的放射筋展開狀態結示意圖。
圖6為本發明擴底樁斷面為圓形的實心預製樁身示意圖。
圖7為本發明擴底樁斷面為矩形的實心預製樁身示意圖。
圖8為本發明擴底樁斷面為削角三角形的實心預製樁身示意圖。
圖9為本發明擴底樁斷面為圓環形的空心預製樁身示意圖。
圖10為本發明預製複合砼樁身實施例的樁身斷面示意圖。
圖11為本發明預製複合鋼砼樁身實施例的樁身斷面示意圖。
圖12為本發明的成樁工藝流程圖之一。
圖13為本發明的成樁工藝流程圖之二。
圖14為本發明的成樁工藝流程圖之三。
圖15為用於本發明的成樁工藝中的沉管及金屬樁頭結構示意圖。
圖16為圖15的A-A剖視圖。
圖17為圖15的B-B剖視圖。
圖18為圖15的C-C剖視圖。
具體實施例方式如圖1-4所示，沉管預製鋼砼擴底樁由預製樁身2和現澆鋼砼底座1構成，樁身2在沉管定位下在硬土層中利用位於其底部的插筋3與底座1對接錨固連接成整體。
底座1最大處的直徑應當大於樁身2的直徑，最佳地，樁身2截面直徑d為250～700毫米，底座1截面最大處直徑D與d的比值一般為1.5＜D/d＜5.5。底座1中心與樁身2中心最好同軸，這在施工中可由沉管來保證。
現澆鋼砼底座1的具體形狀不受限制，但試驗表明如圖2～4所示的三類形狀較佳圖2所示為一平底鋼砼底座，其上部大致呈圓錐臺體，下部大致呈圓柱體，底部呈平面；圖3所示為一凸底鋼砼底座，其上部大致呈圓錐臺體，下部大致呈球冠狀，底部為凸面；以及如圖4所示的凹底鋼砼底座，其上部大致呈圓錐臺體，下部大致呈圓柱體，底部為中空的凹面，中空部分形狀以圖4所示的圓錐臺為最佳，也可以是球冠狀。在這幾種情況中，底座1上段圓錐臺的母線與中心軸線的夾角≤45°。並且是以圖4所示的凹底底座的承載力在三者之中為最高。
樁身2的類型不受限制，如圖6～11示出幾種不同剖面的預製樁身實施例。其中圖6～圖8屬截面為實心的預製樁身圓形、矩形、削角三角形，圖9為空心預製樁身，也可以為圓形、矩形或削角三角形等，圖10～圖11為複合樁身。樁身2表面可作預處理以增大樁身摩擦力。這預製樁身可以是預應力砼與可以是非預應力砼，還可以是鋼管樁身。但從承載力及經濟角度考慮，以預應力砼為最佳。此外，樁身2還可以是由空心、實心分段設置構成，或由預製預應力砼和非預應力砼合成，其中，預應力砼設置在最外層。如圖10所示為在薄壁環形預應力鋼砼預製樁內澆灌砼製成的實心樁身，樁身灌注砼受到預應力砼薄壁或預製薄壁的有力保護。圖11為在厚壁環形預應力鋼砼預製樁內澆灌鋼砼或砼製成的實心複合樁身，有效地加強了樁身抗水平力、抗軸向力和抗拔力。圖7、圖8中的沉管與樁身之的空間提供了樁身表面處理的可能，如在其中灌砂以形成砂壁，這樣就能增加摩擦力。圖8的三角形削角剖面是為了避免應力集中。
插筋3為鋼筋線材，用於連接樁身2和底座1，插筋3預先固定於樁身的底部。具體實施中，可以預埋或預先焊接在樁身2的底部。而對於如圖9～11所示的預製管樁，插筋3還可先自由設置在樁管底部內，在現場澆注時再將其澆注一體。插筋3可以只有一根也可以有數根，視樁的實際情形而定。插筋3的設置將樁身2和底座1錨固連接成一個整體，可以克服二者之間結合部的附加彎矩。
由於樁承載力與底座直徑的平方成正比，因此底座直徑較大的樁承載力也較大。對於本實施例中的D/d＞1.5，應在底座1內配置有放射鋼筋4。如圖5所示，其結構為傘架狀，分布筋42首尾鉸接展開後呈多角形，主筋41尾部鉸連於中央鐵板44的邊緣，頭部與分布筋42鉸連點構成固定鉸43，鐵板44底面設置有可釘入硬土中的鐵釘，釘入硬土中以防止現澆砼時放射筋41移動、進一步起限位作用。
成樁方法為a、先將帶有金屬樁頭6的沉管5穿過軟土層沉至設計標高硬土層，如圖12a所示；b、取出金屬樁頭6，並在沉管5內挖土、取土形成擴底底座空腔，如圖12b～12e所示，必要時應將放射鋼筋4放入底座空腔並釘入硬土，如圖13f所示；
c、對於空心預製鋼砼樁身2，可預先在底部固定好插筋3，然後先在沉管5中放入預製鋼砼樁身2，再在樁管內灌注砼或鋼砼至設計標高形成底座1，並與樁身2相描固，如圖14g′～14I』所示；如有需要可再按設計澆灌砼或鋼砼製成複合樁身或空心、實心分段設置的複合樁身2。
d、拔出沉管5、成樁，如圖13j及圖141』所示。
在上述方法的第二個步驟中，取出金屬樁頭6之前，最好先將沉管5上提少許，如圖12b所示，一方面為了下一步更方便地取出金屬樁頭6，另一方面也為挖土、取土設備提供一個更大一些的初始活動空間。
上述中的沉管5和金屬樁頭6可以採用現有技術，但更好地是採用如下專用結構如圖15～17所示，沉管5的底部壁厚大於上部的壁厚且內徑略小，一方面是為了加強強度，另一方面是更便於樁頭6的取出。但最佳地，沉管5的底部設置有兩個剖視呈「V」字型的螺旋形臺階52，以便與現有的挖土裝置相匹配，如圖15所示。為使沉管時保持垂直而不偏離，同時也為了保護擴底安全，最好在沉管5的外壁設置有若干個垂直尖形金屬導向翼51。
金屬樁頭6，應當與沉管5底部結合緊密但又可在沉管5內方便地取出，如圖15～圖18所示為一種可實現這個目的設計方案金屬樁頭6的外形大致呈尖錐形，其尾部中空且尾端周邊有凸沿62，為了方便取頭，該凸沿62上至少開有二個缺口，尾部的內周壁設置有大頭水平銷64，其尖頭部中心開有孔，孔內設置彈簧66，一具有尾部錐臺的金屬塞61置於彈簧66之上，大頭水平銷64一端穿透周壁及沉管壁，另一端套有彈簧63並頂在金屬塞61的尾部錐臺側壁上。金屬塞61的截面形狀不受限定，可以是如圖所示的正方形，也可以是長方形、圓形等。圖中所示的金屬塞61尾部呈託盤狀是為了方便向下施力，大頭水平銷64最好設置在對應沉管5外壁金屬導向翼51的位置，穿透周壁及沉管壁的一端頂在金屬導向翼的內側壁上。這樣可避免土層對樁頭6的壓力集中於沉管5壁上。具體實施中，在金屬樁頭6的外壁最好設置有密封圈65，以防止泥水滲入沉管5內。
施樁沉管前，先安裝金屬樁頭6壓下金屬塞61使彈簧66壓縮，大頭水平銷64在彈簧63徑向推力作用並在金屬塞61錐臺尾部外壁限位下內縮使尾部縮進金屬樁頭6內，此時即可將金屬樁頭6塞入沉管5的底部，當大頭水平銷64對準沉管5壁上的銷子孔時，金屬塞61在彈簧66作用下上升復位，將大頭水平銷64推入沉管5壁上的銷子孔，定位。
沉管後取頭的過程與安裝過程相反壓下金屬塞61使彈簧66壓縮，大頭水平銷64在彈簧63徑向推力作用下並在金屬塞61尾部錐臺外壁限位下內縮，使尾部縮進金屬樁頭6內，此時即可利用金屬樁頭6的尾部周邊凸沿62將其吊出。
本發明沉管預製鋼砼擴底樁通過選用不同截面、直徑的樁身2與不同直徑形狀的底座1相匹配，可組合成不同受力情況的樁身，是一種變承載力樁，其應用範圍廣，通用性強，無論是高層還是底層建築，無論是工業還是民用建築，也無論是什麼安全等級建築都適用，還能較理想地適應不同地區土層地質變化情況。合理選擇、完全匹配的結果可使材料強度利用率大大提高，使樁始終可處於最經濟合理的狀態，極大地提高了樁的使用價值。
權利要求
1.成樁方法B，其特徵是包括以下步驟a、將帶有金屬樁頭(6)的沉管(5)穿過軟土層沉至設計標高硬土層；b、取出金屬樁頭(6)，並在沉管(5)內挖土、取土形成擴底底座空腔，必要時應將放射鋼筋(4)放入底座空腔並釘入硬土；c、在空心預製鋼砼樁身(2)底部預先固定好插筋(3)，然後先在沉管(5)中放入預製鋼砼樁身(2)，再在樁管內灌注砼或鋼砼至設計標高形成底座(1)，並與樁身(2)相錨固；d、拔出沉管(5)、成樁。
2.根據權利要求1所述的成樁方法B，其特徵在於在步驟c結束後再澆灌砼或鋼砼製成複合樁身。
全文摘要
成樁方法B，其特徵是將帶有金屬樁頭的沉管穿過軟土層沉至設計標高硬土層；取出金屬樁頭，並在沉管內挖土、取土形成擴底底座空腔，必要時應將放射鋼筋放入底座空腔並釘入硬土；在空心預製鋼砼樁身底部預先固定好插筋，然後先在沉管中放入預製鋼砼樁身，再在樁管內灌注砼或鋼砼至設計標高形成底座，並與樁身相錨固；拔出沉管、成樁。本發明通過設置沉管，以及採用乾式挖土、取土法，保證了擴底的可靠性，完全可以將底部直徑增加到足夠大，並做到準確、隨意。其成樁過程簡單、清潔而無噪聲，單樁造價與單樁承載力之比低。
文檔編號E02D5/22GK1448586SQ0310892
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月1日 優先權日2003年4月1日
發明者王國奮 申請人:王國奮