靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型及其施工方法與流程

2023-10-11 14:13:09

本發明涉及土木工程領域的樁基以及施工方法，尤其涉及一種靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型及其施工方法。

背景技術：

目前房屋建築、鐵路及橋梁樁基礎技術中主要採用樁基礎型式，常用擠土樁、非擠土樁、以及支盤樁等樁基礎。擠土樁主要採用打入或者靜壓的形式，孔壁土摩擦力較高，但是樁徑一般較小；且單一的擠土樁存在打樁困難，引起明顯土體隆起及位移，對鄰近建築物產生不良影響。非擠土樁主要採用人工挖孔、旋挖鑽施工等方式，樁側土摩擦阻力一般較低，樁徑較大；且單一非擠土樁存在大量土運輸困難，泥漿處理也很不方便，對清孔及混凝土澆築要求較高，不能充分利用原有土體，環境汙染較大。支盤樁主要採用旋挖鑽孔後再使用支盤鑽機擴孔形成支盤空腔，澆築混凝土形成支盤樁，它並不能對孔壁增加預壓力。

因此，亟待解決上述問題。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的是提供一種樁側摩阻力大、樁徑大且樁體和樁端承載力高的靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型。

技術方案：為實現以上目的，本發明的另一個發明目的是提供該靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型的施工方法。

本發明公開了一種靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型，包括管樁和套設於管樁外壁的支盤樁，以及與該支盤樁端部連接的擴大樁；所述管樁為中空的管材，在該管材內填充水泥土形成實心管樁；所述支盤樁包括支盤樁體和沿該支盤樁體軸向方向等間距分布的支盤，所述支盤樁為水泥土樁體，擴大樁為膨脹混凝土樁體。

其中，所述支盤外徑d3為支盤樁體直徑d2的1.8～2.5倍，所述相鄰支盤的間距L為支盤樁體直徑d2的2.5～3倍。

優選的，所述擴大樁直徑d4為支盤樁體直徑d2的2～3倍，該擴大樁高度h為支盤樁體直徑d2的1倍。

本發明還公開了一種靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型的施工方法，包括如下步驟：

A、在工程場地施工形成樁徑為d2的樁孔；

B、從樁孔下端開始逐級往上擠擴形成外徑為d3的支盤空腔；

C、向樁孔內加入水泥，攪拌形成水泥土，形成支盤樁；

D、待支盤樁凝固達到一定強度後，靜壓植入管樁，形成內腔填充有水泥土的管樁；

E、沿管樁內徑伸入帶有用於擴徑的設備至樁孔下端，到達底部後打開設備，擴徑形成直徑為d4的樁端擴大空腔；

F、在鑽掘過程中，同時分別沿著水平、豎直方向往樁端擴大空腔內灌注膨脹混凝土，擠壓並固化樁端土體，形成擴大樁。

進一步，所述管樁1的外徑d1為樁孔樁徑d2的0.8倍～1倍。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：首先該靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型有效結合了靜鑽、擠擴，擠土、植入、中掘施工技術，克服了單一擠土樁、非擠土樁及支盤樁的一些缺陷，將部分土體擠向孔壁，提高了樁側摩阻力，減少了原有土體的排放，同時多餘部分土體挖出，形成大口徑樁基，且提高了樁基承載力；其次設置多個支盤，對側壁施加了預壓力，擴大組合樁與土的接觸面積，增大了樁身的有效面積，提高組合樁的承載力；然後通過樁端擴孔壓入膨脹混凝土對樁端形成預壓力，進一步提高樁端承載力，避免了樁底沉渣影響；再者該靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型適用性較廣，可用於所有粘土、砂礫石及部分風化巖石地質，且經濟效益好，施工速度快，預製管樁現場靜壓置入，無需清孔、下放鋼筋籠及澆築混凝土，可節約大量鋼筋及混凝土。造孔及擴孔機械簡單，擴孔設備可直接安放在普通靜壓鑽上施工，容易推廣。

附圖說明

圖1為本發明中樁孔開始施工的示意圖；

圖2為本發明中樁徑為d2的樁孔施工完成的示意圖；

圖3為本發明中擠擴施工的示意圖；

圖4為本發明中形成支盤樁的施工示意圖；

圖5為本發明中植入管樁的施工示意圖；

圖6為本發明中中掘形成樁端擴大空腔的施工示意圖；

圖7為本發明中靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型的結構示意圖；

圖8是本發明中靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型的剖面示意圖；

圖9是本發明中中掘擴底設備的鑽頭剖面示意圖；

圖10是本發明中中掘擴底設備的鑽頭平面示意圖；

圖11(a)～圖11(c)是本發明中管樁的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。

如圖7所示，本發明一種靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型包括管樁1、支盤樁2和和擴大樁3。其中支盤樁2套設於管樁1外壁，該支盤樁2端部連接有擴大樁3；其中管樁1為中空的管材，預製管樁1外徑d1略小於樁孔直徑d2，管樁1內徑可放入樁底擴孔設備。

在該管材內填充水泥土形成實心管樁；所述支盤樁2包括支盤樁體4和沿該支盤樁體4軸向方向等間距分布的支盤5，所述支盤樁2為水泥土樁體，擴大樁3為膨脹混凝土樁體。

所述支盤5外徑d3為支盤樁體4直徑d2的1.8～2.5倍，所述相鄰支盤5的間距L為支盤5外徑d3的2.5～3倍，此外也需要根據地質條件而定。本發明設置的合理支盤大小和支盤間距對承載力提高作用以及經濟效益影響較顯著，可充分發揮支盤的效果，避免了因支盤直徑太大導致發生剪切破壞，以及不易於施工且容易出現塌孔等現象，同時也避免了因支盤太小導致的增加摩阻力幅度較小；還避免了支盤間距太大導致的側阻力提高不明顯，支盤間距太小導致的支盤相互影響顯著，不能充分發揮支盤懸臂部分的端阻力等現象。

所述擴大樁3直徑d4為支盤樁體4直徑d2的2～3倍，該擴大樁3高度h為支盤樁體4直徑d2的1倍。樁底擴孔壓漿可加入膨脹混凝土，對樁底形成預壓力。因管樁樁徑較小，傳遞到管樁底部的荷載存在擴散效應；本發明選擇合理的擴大樁直徑和高度，兼具經濟效益的同時還充分發揮擴大樁承載力提高效益；同時進一步避免擴大樁樁徑太小導致發生刺入破壞，或擴大樁樁徑太大不利於施工，同時承載力提高不是很顯著等現象。

本發明公開了一種靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型的施工方法，包括如下步驟：

A、在工程場地施工，採用旋挖鑽6進行樁孔施工，排出少量土體，形成樁徑為d2的樁孔；本發明充分利用了原有土體，排土量少，利於環保；

B、利用擠擴設備7從樁孔下端開始逐級往上擠擴形成外徑為d3的支盤空腔；擠擴設備7可根據樁徑大小擠擴不同大小的支盤，擠擴設備7也可使用單個擠擴設備，以及多個擠擴設備的多節支盤。當擠擴設備7下放到指定深度時，擠擴設備7的油缸打開，擠擴設備7的葉片、支叉擠壓裝置同時壓入孔壁開始擠擴，擠擴完成後收回油缸，同時將葉片和支叉擠壓裝置收起，然後提升擠擴設備7，進行下一個支盤的擠擴施工。

C、向樁孔內加入水泥，攪拌均勻，形成水泥土，進而形成支盤樁2；

D、待支盤樁2凝固達到一定強度後，靜壓植入管樁1，管樁1可為混凝土管樁、預應力管樁、竹節樁、鋼管管樁、螺旋管樁、FRP管樁、變截面管樁，多種樁組合等如圖11(a)～圖11(c)所示，逐節壓入到設計的高度，形成內腔填充有水泥土的管樁1；

E、沿管樁1內徑伸入帶有用於擴徑的鑽頭8的中掘擴底設備9至樁孔下端，鑽頭8的擴徑為d4，到達底部後打開中掘擴底設備9上的鑽頭8，在樁端以下一定範圍內擴徑，形成直徑為d4的樁端擴大空腔；

F、在樁端擴徑過程中，同時利用鑽頭下的環管10上的水平噴嘴11和豎直噴嘴12向樁端擴大空腔四周內噴射膨脹混凝土與周圍土體混合，對樁端形成預壓力，形成擴大樁3。本發明樁端噴嘴是連通在中掘鑽頭上的，鑽的過程中噴射水泥漿或膨脹混凝土，加入到膨脹劑有預壓樁端效果，相當於對樁端施加了預壓力。

使用帶有噴嘴的中掘擴底設備9時，在中掘擴底設備9下放過程，噴嘴上應有保護措施，防止下放過程堵塞噴嘴。其中，環管10連接直管順著中掘擴底設備9連接到地面的水泥漿池或者膨脹混凝土的儲料池，環管10同時連接水平噴嘴11和豎直噴嘴12，水平噴嘴11和豎直噴嘴12可環向布置4～6個，可根據擴大頭大小進行選擇，噴射時利用高壓油泵，壓入水泥漿或者膨脹混凝土，通過噴嘴向周圍擠擴的土體高壓噴射，並上下攪拌均勻，形成擴大樁3，然後收回中掘擴底設備9，提升中掘擴底設備9的鑽杆，並及時用清水清洗鑽頭8及壓漿管，完成靜鑽擠擴支盤與管樁的組合樁型的施工。

本發明中管樁1置入過程擠壓周圍水泥土，對孔壁施加了預壓力，形成更加密實的組合樁，管樁1與周圍水泥土形成帶支盤及擴大樁的組合樁，在荷載作用下，管樁1將荷載傳遞到周圍水泥土，水泥土通過側壁、支盤、擴大樁等將荷載傳遞到周圍土體。本發明中水泥土根據擴大樁範圍、樁端持力層特性等配置水灰比和其他參數。