一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁及施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述組合異形樁上部為圓形樁身，下部為反拱曲面樁身，樁底設異形預制樁尖；樁身外側包裹碳纖維布袋，組合異形樁頂部設置有帶加勁板的鋼套管；圓形樁身外側的空腔內填充有豎向排水體，樁頂現澆蓋板內預設了與豎向排水體連通的豎向排水管。本發明在樁體外側設置碳纖維布袋可同時起到樁體加筋、改善樁身受力性能、增強樁體整體性的作用；下部樁身斷面呈反拱曲面可防止樁身混凝土過度充盈對樁側摩阻力的影響，上部樁身斷面呈圓形可降低樁側負摩阻力對樁身性能的影響。本發明還公開了上述組合異形樁的施工方法。
【專利說明】一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形粧及施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁及施工方法，特別涉及一種樁身上部為圓形、下部為反拱曲面形、樁身外側設碳纖維布的組合異形樁，屬于地基處理領域，適用于軟土地區、欠固結土地區的地基處理工程。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著土地資源的日趨緊張，越來越多的工程項目需建設在含深厚軟基、土體固結不充分、持力層埋深大的區域，這些區域的地基土體多存在諸多不利于工程建設的客觀條件，如沉降變形量大、地基承載能力低等等。另外，由于軟土地基具有“三高三低”的特性，在上覆荷載作用下，樁周土層下沉量往往會大于樁身下沉量，從而在樁長范圍內產生樁周負摩阻力，可能將造成樁身破壞、樁端地基屈服或破壞等問題。對此，為改善地基處理的效果，一些學者和工程研究人員在地基處理方面進行了有針對性的研究。
[0003]目前，在軟土地區的地基處理時，往往考慮采用排水固結法、摩擦型樁法等處理方法。其中，排水固結法是先在地基中設置砂井(袋裝砂井或塑料排水帶)等豎向排水體，然后利用上部荷載對場地進行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法。摩擦型樁是主要依靠樁側土的摩阻力支撐垂直荷載的地基加固方式，摩擦型樁是在承載能力極限狀態下，樁頂豎向荷載由樁側阻力承受，樁端阻力小到可忽略不計。
[0004]近年來異形樁在軟土地基工程應用中被逐步推廣，其中較常見的有反拱曲面Y、X形樁，該樁體改變了樁“非圓即方”的傳統理念，具有向里凹的反拱曲面。根據等截面異形周邊擴大原理，如Y形樁與同面積圓形樁相比，周長為其1.5倍左右，因此具有更大的樁側摩阻力和更高的水平承載性能。同時，反拱曲面樁相比傳統現澆樁型，澆筑混凝土充盈或過度充盈后其側表面周長相對削弱較小，對樁側摩阻力削弱相應的有所減少。
[0005]反拱曲面異形樁雖具有良好的力學特性，但由于樁身部分區域相對較薄，其抗腐蝕性能較差，并且樁體受彎后易產生裂縫，加劇腐蝕破壞，甚至危及內部配筋。目前已有采用外套塑料套管保護反拱曲面樁體的相關技術，但塑料套管與混凝土粘結力不能抵抗導致混凝土開裂的應力，即便采用波紋塑料套管，也無法有效阻止樁體混凝土開裂，塑料套管主要起到的是隔絕作用，防止地下水侵蝕混凝土。
[0006]綜上所述，現有研究成果在適宜的工程條件下取得了良好的加固效果，如異形樁可改善樁體的受力性能、布袋施工快速等，但仍存一定不足，主要體現在異形樁的耐久性較差，抵抗負摩阻力破壞的能力不足，樁身薄弱處易損壞，施工工藝復雜等方面。鑒于此，基于當前工程的實際需要，目前亟待發明一種可調節樁周土體不同摩阻力對樁體承載力產生的影響、耐久性好、抗裂性能強的新型樁體結構及施工方法。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種施工工藝簡單、樁體承載能力高、樁身抗裂性能好、造價低、兼具排水固結作用的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁結構及施工方法。
[0008]為實現上述技術目的，本發明采用了以下技術方案:
一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述組合異形樁的樁頂設有現澆蓋板，上部為圓形樁身，下部為反拱曲面樁身，樁底設異形預制樁尖；樁身外側包裹碳纖維布袋，組合異形樁頂部設置有帶加勁板的鋼套管；圓形樁身外側與樁周土體之間的空腔內填充有豎向排水體，樁頂現澆蓋板內預設有與豎向排水體連通的豎向排水管；異形預制樁尖與反拱曲面樁身形狀相似，上表面設有碳纖維布袋連接臺、沉管限位孔。
[0009]所述圓形樁身的配筋量和混凝土強度相較于反拱曲面樁身有所提高，長度根據現場情況調整。
[0010]反拱曲面樁身橫截面為X形或Y形，截面形心與圓形樁身的圓心重合。
[0011]所述碳纖維布袋具有隔水性能，形狀與反拱曲面組合異形樁相同，轉折處內襯薄橡膠墊片縫合加強。
[0012]豎向排水體為碎石或中粗砂，豎向排水體所填充的孔道為異形預制樁尖下壓形成的反拱曲面空腔被圓形樁身填充后剩余部分空腔。
[0013]所述鋼套管設于圓形樁身的上端部，其外側沿環向布設加勁板，加勁板為直角梯形鋼板，底邊與鋼套管焊接，直角邊高出鋼套管上邊緣。
[0014]碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁的施工方法，主要包括以下步驟:
1)施工準備:根據設計要求制作所需沉管、鋼套管及異形預制樁尖，縫合碳纖維布袋；場地清平，機械行走軌道鋪設，機械進場；
2)裝置組合:將異形預制樁尖與鋼沉管連接，鋼套管與鋼沉管之間焊接數根鋼筋定位；碳纖維布袋下部連接至預制樁尖上，上部與鋼套管連接，碳纖維布袋整體保持繃直狀態；
3)裝置下沉:通過鋼沉管下壓異形預制樁尖，利用異形預制樁尖外形，裝置下沉過程中形成反拱曲面空腔，最后鋼套管外部分加勁板壓入土體內；
4)澆筑樁身:裝置下沉完成后，放置鋼筋籠，向碳纖維布袋內灌注樁身混凝土，形成圓形樁身和反拱曲面樁身，直至樁頂；
5)上拔沉管:樁身混凝土澆筑完成后，震動上拔樁體內的鋼沉管，并隨時補充樁身混凝土材料；
6)填充排水體:鋼沉管拔出后，圓形樁身外側剩余空腔內填筑豎向排水體；
7)排水通道連通:豎向排水體內插入外包反濾土工布的排水管，并保證排水管伸出樁頂蓋板一定長度；
8)蓋板澆筑:待混凝土初凝后，根據設計要求在樁頂支設模板，綁扎鋼筋，豎向排水體上鋪設土工布，加勁板高出部分及鋼套管插入蓋板內；
9)后續施工:樁頂蓋板澆筑、養護完成后，進行后續工程施工。
[0015]施工方法中樁身混凝土可采用自密實混凝土或摻入適量膨脹劑。
[0016]所述鋼沉管為小直徑圓形鋼管，另外還可根據場地土質條件在碳纖維布袋外加設反拱曲面鋼沉管。
[0017]本發明具有以下的特點和有益效果:
(I)本發明的異形組合樁下部樁身為反拱曲面，可克服軟體地區現澆樁身混凝土過度充盈對側摩阻力的損傷；上部樁身設置為圓形樁身，可降低上部負摩阻力區對樁身豎向承載性能的削弱效應。
[0018](2)樁身外包碳纖維布，可防止地下水侵蝕樁身混凝土，并利用碳纖維布自身抗拉性能使反拱曲面樁身薄弱處具有一定抗裂性能。
[0019]( 3 )上部圓形樁體的外側空隙采用豎向排水體填充，可減少樁側擠土效應、加速樁周土體固結、減小樁側負摩阻力。
[0020](4)在裝置下沉階段，鋼套管配合預制異形樁尖將碳纖維布袋保持緊繃，防止布袋彎折破裂；澆筑蓋板時，部分鋼套管及高出鋼套管的加勁板預埋入蓋板，可加強蓋板與樁身連接，并且防止上部結構施工時樁頭破壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁示意圖；
圖2是本發明的施工裝置示意圖；
圖3是本發明的異形預制樁尖示意圖；
圖4是本發明反拱曲面樁身處橫截面示意圖；
圖5是本發明圓形樁身處橫截面示意圖；
圖6是本發明一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁的施工流程示意圖；
圖中:1_圓形樁身、2-反拱曲面樁身、3-異形預制樁尖、4-碳纖維布袋、5-鋼套管、6_加勁板、7-樁頂蓋板、8-排水管、9-鋼沉管、10-連接鋼筋、11-沉管限位孔、12-碳纖維布袋連接臺、13-鋼筋混凝土樁尖、14-豎向排水體、15-樁周土體。
【具體實施方式】
[0022]鋼沉管(包括反拱曲面鋼沉管)、鋼套管及加勁板制作與焊接，碳纖維布袋縫合技術，裝置下壓技術，樁身、異形預制樁尖和樁頂蓋板的混凝土配比及外摻劑等本實施例中不在累述，重點闡述本發明涉及結構的實施方式。
[0023]圖1是本發明一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁示意圖；圖2是本發明的施工裝置示意圖；圖3是本發明的異形預制樁尖示意圖；圖4是本發明反拱曲面樁身處橫截面示意圖；圖5是本發明 圓形樁身處橫截面示意圖；參照圖1-5所示的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，主要包括:圓形樁身1、反拱曲面樁身2、異形預制樁尖3、碳纖維布袋
4、鋼套管5、加勁板6、樁頂蓋板7、排水管8、豎向排水體14。
[0024]現場開工前應預先制作好各類所需鋼材制品，制作相應的碳纖維布袋4。清理施工現場后，進行施工放線，確定樁位，施工設備及各類材料及時進場。
[0025]首先進行施工裝置組合，將與鋼沉管9插入預制異形樁尖3上的鋼沉管限位孔11，鋼沉管另一端垂直焊接3根等長連接鋼筋10連接鋼套管5，套入碳纖維布袋4。利用碳纖維布袋連接臺12固定碳纖維布袋4，袋口與鋼套管5用樹脂膠粘結。鋼套管5外側焊接加勁板6，加勁板6布置于對應的鋼筋混凝土樁尖13外側面的反拱曲面凹面中線延伸線附近，高出鋼套管50mm。
[0026]將裝置直立，樁尖對準樁位中心，采用靜壓法垂直下壓至設計標高，鋼套管5露出地表50mm左右，保證加勁板6插入土體。截斷連接鋼筋10，拔出鋼沉管9 (采用反拱曲面鋼沉管施工時，鋼沉管需待混凝土初步灌注完成后再拔出)。
[0027]放入鋼筋籠，鋼筋籠端部用柔性材料包裹，防止扎破碳纖維布袋4。采用導管法進行樁身混凝土澆筑。混凝土可采用自密實混凝土或摻加適量膨脹劑，灌注時需避免鋼筋籠偏移。
[0028]待樁身混凝土初凝后，在圓形樁身I外側設置豎向排水體14，豎向排水體14主要材料為碎石和中粗砂，填筑空間為預制異形樁尖3下壓時擠壓樁周土體15形成的空腔未被圓形樁身I填充部分。在豎向排水體14中插入外包反濾土工布的排水管8，排水管8外露高度不小于設計樁頂蓋板7高度。
[0029]在樁頂周圍支設模板，豎向排水體14上鋪設小面積土工布，以防澆筑樁頂蓋板時，堵塞排水通道，影響后期土體壓縮固結。澆筑蓋板，鋼套管5、加勁板6及排水管8插入樁頂蓋板7內。
[0030]蓋板澆筑、養護完成后，拆除外側模板，進行后續工程施工。
[0031]碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁的施工方法，主要包括以下步驟:
1)施工準備:根據設計要求制作所需鋼沉管9、鋼套管5及異形預制樁尖3，縫合碳纖維布袋4 ;場地清平，機械行走軌道鋪設，機械進場；
2)裝置組合:將異形預制樁尖3與鋼沉管9連接，鋼套管5與鋼沉管9之間焊接數根鋼筋10定位；碳纖維布袋4下部連接至預制樁尖3上，上部與鋼套管5連接，碳纖維布袋4整體保持繃直狀態；
3)裝置下沉:通過鋼沉管9下壓異形預制樁尖3，利用異形預制樁尖3外形，裝置下沉過程中形成反拱曲面空腔，最后一部分加勁板6壓入土體內；
4)澆筑樁身:裝置下沉完成后，放置鋼筋籠，向碳纖維布袋4內灌注樁身混凝土，形成圓形樁身I和反拱曲面樁身2，直至樁頂；
5)上拔沉管:樁身混凝土澆筑完成后，震動上拔樁體內的鋼沉管9，并隨時補充樁身混凝土材料；
6)填充排水體:鋼沉管9拔出后，圓形樁身I外側剩余空腔內填筑豎向排水體14；
7)排水通道連通:豎向排水體14內插入外包反濾土工布的排水管8，并保證排水管伸9出樁頂蓋板7—定長度；
8)蓋板澆筑:待混凝土初凝后，根據設計要求在樁頂支設模板，綁扎鋼筋，豎向排水體14上鋪設土工布(防止澆筑蓋板時封堵排水體，影響排水)，加勁板6高出部分及鋼套管5插入蓋板內；
9)后續施工:樁頂蓋板7澆筑、養護完成后，進行后續工程施工。
【權利要求】
1.一種碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述組合異形樁的樁頂設有現澆蓋板，上部為圓形樁身，下部為反拱曲面樁身，樁底設異形預制樁尖；樁身外側包裹碳纖維布袋，組合異形樁頂部設置有帶加勁板的鋼套管；圓形樁身外側與樁周土體之間的空腔內填充有豎向排水體，樁頂現澆蓋板內預設有與豎向排水體連通的豎向排水管；異形預制樁尖與反拱曲面樁身形狀相似，上表面設有碳纖維布袋連接臺、沉管限位孔。
2.根據權利要求1所述的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述圓形樁身的配筋量和混凝土強度相較于反拱曲面樁身有所提高，長度根據現場情況調整。
3.根據權利要求1所述的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述反拱曲面樁身橫截面為X形或Y形，截面形心與圓形樁身的圓心重合。
4.根據權利要求1所述的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述碳纖維布袋具有隔水性能，形狀與反拱曲面組合異形樁相同，轉折處內襯薄橡膠墊片縫合加強。
5.根據權利要求1所述的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述豎向排水體可采用碎石或中粗砂，豎向排水體所填充的孔道為異形預制樁尖下壓形成的反拱曲面空腔被圓形樁身填充后剩余部分空腔。
6.根據權利要求1所述的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁，其特征在于所述鋼套管設于圓形樁身的上端部，其外側沿環向布設加勁板，加勁板為直角梯形鋼板，底邊與鋼套管焊接，直角邊高出鋼套管上邊緣。
7.權利要求1飛所述的碳纖維布袋現澆反拱曲面組合異形樁的施工方法，主要包括以下步驟: 1)施工準備:根據設計要求制作所需沉管、鋼套管及異形預制樁尖，縫合碳纖維布袋；場地清平，機械行走軌道鋪設，機械進場； 2)裝置組合:將異形預制樁尖與鋼沉管連接，鋼套管與鋼沉管之間焊接數根鋼筋定位；碳纖維布袋下部連接至預制樁尖上，上部與鋼套管連接，碳纖維布袋整體保持繃直狀態； 3)裝置下沉:通過鋼沉管下壓異形預制樁尖，利用異形預制樁尖外形，裝置下沉過程中形成反拱曲面空腔，最后鋼套管外部分加勁板壓入土體內； 4)澆筑樁身:裝置下沉完成后，放置鋼筋籠，向碳纖維布袋內灌注樁身混凝土，形成圓形樁身和反拱曲面樁身，直至樁頂； 5)上拔沉管:樁身混凝土澆筑完成后，震動上拔樁體內的鋼沉管，并隨時補充樁身混凝土材料； 6)填充排水體:鋼沉管拔出后，圓形樁身外側剩余空腔內填筑豎向排水體； 7)排水通道連通:豎向排水體內插入外包反濾土工布的排水管，并保證排水管伸出樁頂蓋板一定長度； 8)蓋板澆筑:待混凝土初凝后，根據設計要求在樁頂支設模板，綁扎鋼筋，豎向排水體上鋪設土工布，加勁板高出部分及鋼套管插入蓋板內； 9)后續施工:樁頂蓋板澆筑、養護完成后，進行后續工程施工。
8.根據權利要求8所述的施工方法，其特征在于所述的樁身混凝土可采用自密實混凝土或摻入適量膨脹劑。
9.根據權利要求8所述的施工方法，其特征在于所述鋼沉管為小直徑圓形鋼管，還可根據場地土質條件在碳纖維布袋外加設反拱曲面鋼沉管。
【文檔編號】E02D5/48GK103741682SQ201310752369
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】葛忠, 劉桂香, 張福祥, 符輝明, 王德森 申請人:江蘇中瑞路橋建設有限公司