異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構的製作方法

2023-06-09 11:20:06

專利名稱：異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及樁基工程結構的技術，特別是一種異型組合截面樁變截面變剛 度承臺結構。
背景技術：
多年工程實踐發現，高大建(構)築物通常根據基樁最小間距的限制，拉開距 離，均勻、等長、等直徑布樁，靠厚板承臺調整上部結構荷載和樁頂反力。隨著上部結 構荷載增大，致使筏板承臺越來越厚，尺寸越來越擴大。目前高層建築數量越來越多、高度越來越高，物料筒倉、工業高爐的尺度越來 越大，其樁基承載力和沉降控制設計的難度也隨之加大。如圖1、2、3所示，傳統的 布樁設計原則在建築物下均勻、等長、等直徑布樁，靠厚板承臺調整上部結構荷載和樁 頂反力，此時，樁基礎是等剛度的，即使在均勻分布的荷載作用下，基礎板沉降呈中 間大、周邊小的蝶形沉降分布。樁頂反力呈內樁大，邊樁反力小的馬鞍形分布，採用 框-筒、框-剪力牆、筒中筒結構的高層建築、筒倉、工業高爐等構築物上部荷載分布內 大外小，上述現象更為嚴重。上部結構強大的剛度無法利用，致使筏板承臺越來越厚， 不均勻沉降控制愈發困難。軟土地區的高大建築物或構築物的樁基工程設計難度更大。基於對高層建築樁 基礎和大型物料筒倉樁基工程設計的實踐，如何充分利用上部結構強大的剛度，形成異 形組合截面樁變截面剛度承臺基礎，以滿足軟土地區日益增長高大建築物或構築物的樁 基工程設計需求，開闢樁基工程設計領域新的途徑是當務之急。
發明內容為解決上述技術中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種異型組合截面樁 變截面變剛度承臺結構，有利於控制高大建(構)築物樁基工程中不均勻沉降問題，充分 利用基樁上部結構的強大剛度，降低工程投資費用。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供一種異型組合截面樁變截 面變剛度承臺結構，該結構包括有筏板以及與其連接的多根基樁和樁頂聯繫冠梁兼基礎 梁，其中筏板和樁頂聯繫冠梁兼基礎梁組成變截面剛度承臺，與承臺連接的是由多根 基樁平面組合布置成為異型組合截面樁。本實用新型的效果是利用該技術，基樁的建築材料、施工設備不需要特殊更 新，僅改變傳統的基樁布置結構即可，使得以豎向荷載效應控制為主的高大建築物及構 築物的樁基設計難題迎刃而解，使上部結構對基礎的著力點得到理想的反力支撐。簡 化力的傳遞途徑、提高材料的利用效率、減小樁基承臺的厚度、節省基礎工程的造價。 該結構可以廣泛用於高層建築、大型散貨物料筒倉及工業高爐、橋梁等樁基礎的工程設 計，應用方便且前景廣闊。
圖1為已有技術的等厚筏板承臺均勻布樁示意圖；圖2為已有技術的等厚筏板承臺沉降曲線示意圖；圖3為已有技術的等厚筏板承臺基樁反力及沉降曲線示意圖；圖4為本實用新型的異型組合截面樁布樁圖；圖5為本實用新型明的異型組合截面樁變剛度承臺沉降曲線；圖6為本實用新型的異型組合截面基樁反力示意圖；圖7為本實用新型的基樁相切布置時計算簡圖；圖8為本實用新型的基樁相鄰布置時計算簡圖；圖9-1至9-5為本實用新型的異形組合截面樁的基樁相切或相鄰的不同組合形狀 布置示意圖。圖中1、計算樁側阻力時異形截面樁外包線2、計算樁端阻力採用實際的樁端斷面3、高壓旋噴注漿管
具體實施方式
結合附圖及實施例對本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構加以 說明。本實用新型的基本原理是利用傳統的鑽衝孔灌注樁施工工藝和設備，以單個基 樁為單元，將一些圓形截面樁相切或相鄰布置，不受基樁最小間距的限制，按照上部結 構布置情況，可以組合成任意形狀的異型組合截面樁，直接抵抗上部結構傳遞給樁基礎 的強大的豎向壓力或水平剪力。基樁的平面布置形狀可以按L、十、T、一、=、V、K 等任意組合截面，還可以拓展為格柵狀或網格狀相連，和上部結構共同構成受力體系， 充分利用上部結構強大的剛度儘可能將垂直荷載直接傳遞給樁基礎，通過異型組合截面 樁側土提供的側摩阻力和持力土層提供的樁端阻力以及灌注樁的後注漿或高壓旋噴技術 對樁承載力的增強作用，直接抵抗上部結構傳遞給樁基礎的強大的豎向壓力或水平剪 力。變截面承臺主要起聯繫樁基礎和傳遞水平荷載作用。這樣比採用混凝土厚板承臺剛 度調平的材料利用效率高。在異型組合截面樁端和樁側預留後注漿管或在樁之間加高壓旋噴注漿管，採用 灌注樁的後注漿技術或高壓旋噴對樁承載力的增強作用提高異型組合截面樁的承載力。樁基沉降控制可以通過變剛度調平措施予以實現，還可以利用灌注樁的後注漿 技術或高壓旋噴作為輔助調平措施。充分利用上部結構的剛度，按上部結構、承臺、異 型組合截面樁及異型組合截面樁周土共同作用分析。本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構的施工方法，包括以下步 驟1)選擇異型組合截面樁形狀和初選變截面承臺結構尺寸根據所述承臺以上建(構)築物的上部結構布置和荷載分布情況，選擇與之相適 應的異型組合截面樁形狀，選擇組成異型組合截面的單根基樁的直徑和中心距，計算出組合截面的各肢長度，初選異型組合截面樁樁頂連繫冠梁兼基礎梁斷面尺寸和樁頂聯繫 冠梁兼基礎梁的承臺板厚度；2)進行基樁承載力合理分布及基樁剛度調平設計根據設計承載力和基樁沉降控制需要，按上部結構、承臺、異型組合截面樁樁 及異型組合截面樁周土共同作用分析，調整異型組合截面樁形狀和組合截面的肢長和樁 深度，進行基樁承載力合理分布及基樁剛度調平；3)形成異型組合截面每根基樁預留二根樁底後壓漿注漿管，當基樁按相切設置時，沿基樁長間隔 12m設置一根基樁側後壓漿注漿管；當基樁按相鄰設置時在樁之間設置高壓旋噴管，共 同形成異型組合截面樁。每根基樁施工時採取間隔跳打；4)進行基樁承載力調整及樁基沉降控制根據設計承載力和基樁沉降控制剛度調平需要，進行基樁底後壓漿、樁基樁側 後壓漿或基樁間高壓旋噴施工，形成異型組合截面樁的共同承載體系，採用調整注漿或 高壓旋噴的壓力和注漿量對基樁沉降進行控制，輔助進行基樁承載力調整及基樁剛度調 平；5)支模澆築異型組合截面樁頂部冠梁冠梁兼作異型組合截面樁頂部之間及上部結構聯繫基礎梁；6)澆築樁頂聯繫冠梁兼基礎梁的承臺板形成異型組合截面樁變剛度承臺結構。本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構的施工方法是這樣實現 的1)選擇異型組合截面樁形狀和初選變截面承臺結構尺寸根據承臺以上上部結構布置和荷載分布情況選擇與之相適應的異型組合截面樁 形狀，選擇組成異型組合截面的單根基樁的直徑和中心距，計算出組合截面的各肢長度。異型組合截面樁單根基樁按相切設置時，單根基樁之間的淨距為50-100mm，異 型組合截面樁單根基樁按相鄰設置時，樁的淨距為100 250mm，以免鑽孔時碰及相鄰 樁。單樁通常選用中小直徑樁，減少大直徑樁產生的尺寸效應的影響，提高樁有效利用率。初選異型組合截面樁頂聯繫冠梁兼基礎梁斷面尺寸和聯繫冠梁兼基礎梁的承臺 板厚度。2)進行基樁承載力合理分布及基樁剛度調平根據設計承載力和基樁沉降控制需要，按上部結構、承臺、異型組合截面樁及 異型組合截面樁周土共同作用分析，進行異型組合截面樁合理布置，調整異型組合截面 樁形狀和組合截面的肢長和基樁深度，進行基樁承載力合理分布及基樁剛度調平。3)形成異型組合截面每根基樁預留二根樁底後壓漿注漿管，當基樁按相切設置時，沿樁長間隔12m 設置1根樁側後壓漿注漿管；當基樁按相鄰設置時在樁之間設置高壓旋噴管，共同形成 異型組合截面。施工時採取間隔跳打，防止由於土體擾動對已澆築的樁帶來影響，施工按一般灌注樁施工工藝施工4)進行樁底後壓漿、樁側後壓漿或樁間高壓旋噴施工，進行基樁承載力調整及 樁基沉降控制。根據設計承載力和基樁沉降控制剛度調平需要，進行樁底後壓漿、樁側後壓漿 或樁間高壓旋噴施工。提高異型組合截面樁的承載力，彌補樁之間距小對樁側摩阻力的 影響，形成異型組合截面樁的共同承載體系。採用調整注漿或高壓旋噴的壓力和注漿量 對基樁沉降進行控制，輔助進行基樁承載力調整及基樁剛度調平；5)澆築異型組合截面樁頂聯繫冠梁樁頂聯繫冠梁兼作異型組合截面樁頂部之間及上部結構聯繫基礎梁；冠梁寬度 一般為2倍樁徑，高度按計算確定；6)澆築樁頂聯繫冠梁兼基礎梁的承臺板此承臺板僅起傳遞水平荷載和聯繫冠梁作用，形成異型組合截面樁變剛度承臺 結構。基樁承載力計算可參照建築樁基設計規範，按圖7和圖8的簡圖進行計算，計算 樁側阻力時異形截面樁外包線1、計算樁端阻力採用實際的樁端斷面2、高壓旋噴注漿管 3。圖9-1為異型組合截面樁十型相切布置，圖9-2為異型組合截面樁十型相鄰布 置，圖9-3為異型組合截面樁T型相切布置，圖9-4為異型組合截面樁T型相鄰布置，圖 9-5為異型組合截面樁格柵形狀相切布置。該設計結構可以廣泛用於高層建築、大型散貨物料筒倉及工業高爐等樁基礎的 工程設計，應用方便且前景廣闊。實施例某大型物料筒倉直徑40m、高53m，採用本實用新型的異型組合截面樁變截面 變剛度承臺結構的簡要情況介紹如下。本例地基處於軟土區域，新衝填淤泥質土層達21m厚。原採用等厚筏板承臺均勻布樁結構，樁徑lm、樁數171根，樁長54m，筏板直 徑44m、厚2.5m，如圖1所示，承臺沉降分布曲線如圖2所示，樁頂反力及沉降沉降曲 線如圖3所示。樁的承載力不能得到充分發揮，筏板厚度及配筋比較大。後改用本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構，選用異型組合截 面、基樁直徑0.8m，樁數132根，進行基樁承載力合理分布及基樁剛度調平。樁長分別 採用54m、62m，冠梁1.6x2.5m，筒體下基樁直徑0.8m，樁數26根，樁長54m，柱下基 樁直徑lm，樁數24根，樁長62m，筏板厚Im直徑42m，如圖4所示。承臺沉降分布 曲線如圖5，樁頂反力如圖6所示。異型組合截面樁變剛度承臺結構的施工步驟(1)根據筒倉上部結構情況，選擇和上部結構相應的L、T型異型組合截面樁形 狀，選擇單樁直徑0.8m，計算組合截面的各肢長度，總樁數132根，按相切選擇樁的中 心距為單樁直徑加50mm，以免鑽孔時碰及鄰樁。(2)根據設計承載力和基礎沉降控制需要，進行基樁承載力合理分布及基樁剛度 調平，樁長分別採用54m、62m,；按上部結構、基礎梁、承臺、異型組合截面樁、異型組合截面樁周土共同作用分析。(3)施工時採取間隔跳打，每樁預留二根樁底後壓漿注漿管及沿樁長間隔12m設 置1根樁側後壓漿注漿管。形成異型組合截面。(4)根據設計承載力和基樁沉降控制剛度調平需要，進行樁底後壓漿、樁側後壓 漿施工。提高異型組合截面樁的承載力，彌補樁之間距小對樁側摩阻力的影響，形成異 型組合截面樁的承載體系。採用調整注漿的壓力和注漿量對基樁沉降進行控制，輔助進 行基樁承載力調整及基樁剛度調平。(5)澆築1.6 X 2.5m異型組合截面樁頂部冠梁。(6)澆築聯繫冠梁的厚Im筏板，此筏板僅起傳遞水平荷載和聯繫冠梁作用，形 成異型組合截面樁變剛度承臺結構。本例基礎沉降小且均勻，基礎樁受力合理，經濟效果良好。本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構適用範圍中國沿海地區從南到北的軟土地基分布廣泛，適合作為高大建築物或構築物樁 端持力層的堅硬土層的埋藏深度35 60m。這些地區經濟活躍，建設大型土木工程的需 求旺盛，故異型組合截面樁變截面剛度承臺基礎工程的應用潛力巨大。可以廣泛用於高 層建構築物、大型散貨物料筒倉及工業高爐、橋梁等樁基礎的工程設計。本實用新型不 適用於部分擠土樁和擠土樁的樁基工程設計。本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構的設計方案與調整，可根 據建、構築物的特徵及巖土工程條件，選擇異型組合截面樁變剛度承臺結構。根據上部 結構布置情況和對基礎著力點的荷載分布，初步估算後可以按異型組合截面樁配置基樁 和變截面承臺，然後通過現場載荷試驗驗證異型組合截面樁的軸向抗壓極限承載力，再 經過變剛度調平措施控制樁基的不均勻沉降，最終確定異性組合截面樁變截面剛度承臺 結構工程。本實用新型的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構質量措施要點·控制基樁強度·控制樁基礎沉降·強化施工過程控制與質量驗收。
權利要求1.一種異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構，該結構包括有筏板以及與其連接的 多根基樁和樁頂聯繫冠梁兼基礎梁，其特徵是筏板和樁頂聯繫冠梁兼基礎梁組成變截 面剛度承臺，與承臺連接的是由多根基樁平面組合布置成為異型組合截面樁。
2.根據權利要求1所述的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構，其特徵是所述 異型組合截面樁由若干單根基樁按相切或按相鄰任意組合為平面截面形狀為L、十、T、 一、=、V、K形中的任一組合。
3.根據權利要求1所述的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構，其特徵是所述 異型組合截面樁由若干單根基樁按相切或按相鄰任意組合平面布置為相互組合相連的格 柵形狀或網格截面形狀。
4.根據權利要求1所述的異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構，其特徵是所述 異型組合截面樁中，每根基樁均預留二根樁底後壓漿注漿管，按相切組合時沿所述樁長 每間隔12m設置1根樁側後壓漿注漿管；按相鄰組合時樁之間設置高壓旋噴管。
專利摘要本實用新型提供一種異型組合截面樁變截面變剛度承臺結構，該結構包括有筏板承臺以及與其連接的多根基樁，與筏板承臺連接的多根基樁的平面布置截面形狀為異型組合截面樁形狀。本實用新型的效果是該技術基樁的建築材料、施工設備不需要特殊更新，僅改變傳統的基樁布置結構即可，使得以豎向荷載效應控制為主的高大建築物及構築物的樁基設計難題迎刃而解，使上部結構對基礎的著力點得到理想的反力支撐。簡化力的傳遞途徑、提高材料的利用效率、減小樁基承臺的厚度、節省基礎工程的造價。該結構可以廣泛用於高層建築、大型散貨物料筒倉及工業高爐、橋梁等工程，應用方便且前景廣闊。
文檔編號E02D27/14GK201801880SQ20102024325
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者張大偉, 李金華, 王正剛 申請人:中交第一航務工程勘察設計院有限公司