一種散體材料樁與混凝土上下同體組合樁及施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁及施工方法，樁體下部灌注混凝土成混凝土樁，上部灌注碎石成碎石樁，碎石樁直徑大于混凝土樁，混凝土樁頂部設置與碎石樁同徑的混凝土擴大連接端，形成上粗下細的同體組合樁；碎石樁外部設置土工布袋，土工布袋底部封閉并與底部設置連接鋼筋的十字鋼板連接，十字鋼板上設有碎石與混凝土混合段連接碎石樁，連接鋼筋插入混凝土擴大連接端內。本發明的有益效果是：可使得軟土在施工期充分排水固結，同時由于混凝土灌注樁樁底嵌入承載力相對較好的土層，可發揮更好的承載效果，該樁型在路堤及構筑物運營期具有較好的承載性能，同時具有更小的工后沉降，具有較好的技術經濟效益。
【專利說明】一種散體材料粧與混凝土上下同體組合粧及施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種組合樁及施工方法，更具體說，它涉及一種散體材料樁與混凝土上下同體組合樁及施工方法，屬于地基工程領域。
【背景技術】
[0002]我國軟土地基種類繁多、分布廣泛，普遍具有含水率高、壓縮性大、強度低、透水性差等特點。建造在軟土地基上的建筑物常出現總沉降量過大、差異沉降明顯、后期沉降量超標、承載能力不足等工程問題，影響建筑物的正常使用性能和安全性能。當天然地基不能滿足建筑物對地基的要求時，需要對地基進行處理，形成人工地基你，以保證上層建筑物的安全性和使用性。
[0003]復合地基加固方法起源于20世紀60年代，由于能顯著改善地基的承載力，減小地基沉降，并有效抑制地基土體側向變形這一特點而成為一種比較理想的軟土地基處理方式，在世界范圍內都得到廣泛應用。豎向增強復合地基時常用的地基加固處理技術措施，目前在工程應用中的豎向增強體的方案主要有:碎石樁、砂樁、水泥土樁、鋼筋混凝土樁等。
[0004]碎石樁是復合地基處理方法中的一種，它是用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔，再將碎石壓入孔中，形成由碎石構成的大直徑密實樁體。碎石樁最早始于1835年，20世紀50年代末，振沖法開始用于加固粘性土地基，并成為碎石樁。迄今為止，新型的碎石樁主要有以下幾種:錘擊碎石樁、干振碎石樁、振擠碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁、強夯碎石樁。碎石樁復合地基能充分發揮其置換作用，能有效的增加地基的抗剪強度；同時由于碎石樁本身材料的性質具有良好的滲水性，在上部荷載的作用下，能起到良好的排水作用，能加速地基的固結，增強地基的強度，減小地基沉降量；此外，碎石樁本身材料的來源豐富，低廉的制造成本也成為其重要的優勢。然而碎石樁也存在著其不足:首先，傳統碎石樁樁體材料為柔性散體材料，強度較低，有效加固深度通常不足20m，在深厚軟土地基區域，如江浙沿海地區，其加固深度難以達到土質較好的相對持力層中，難以保證其能有足夠的承載性能。散體材料樁具有將豎向荷載進行橫向轉移的力學特性，其樁體承載取決于樁周土體能提供的側限力，在深厚軟土地區，如果不能將碎石樁打入較深的土層，土體提供側限力較小，在土體側限力較小的地區容易發生樁體在承重時易向四周發生鼓漲而破壞。其次，現有散體材料樁在施工時一般先采用機械在地基里打孔，然后直接將散體材料填入孔內形成柱形樁體，在軟土地區成孔的質量難以保證容易形成塌孔等問題，影響樁的性能；再次傳統的碎石樁的主要施工方法之一沖振法不僅耗水量大而且要排放出大量的泥漿，污染環境；最后，樁體周圍的細小土體顆粒易進入散體材料樁內，造成樁體的透水性能下降甚至會喪失散體材料樁的排水效用。
[0005]而剛性樁具有施工速度快、質量便于檢測、加固效果好、能有效控制工后沉降、能進入更深的土層、質量有保證等優點。但是其也存在著需要配置大量鋼筋固成本較高的缺點。而且剛性樁不具有碎石樁固有的散體材料排水性能好的的天生優勢。
[0006]面對現在對基礎工程越來越高的要求，出現了很多剛柔組合樁的結構，兼具剛性樁和碎石樁的優點。例如中國專利CN101781888B —種振動沉管擠密碎石-混凝土組合樁，采用振動沉管在沉管下部形成密擠碎石樁，在上部灌注混凝土以形成混凝土灌注樁。此項發明存在著以下不足:(1)固結排水時水是從下至上排出的，將碎石樁置于下層，不能充分起到碎石樁的排水作用；(2)碎石樁在比較深的地方不能充分利剛性樁的作用，而且容易造成碎石樁的質量問題；(3)該發明利用灌注樁底部混凝土漿液的滲透形成混凝土樁與密擠碎石樁連接，連接效果難以保證。
[0007]鑒于此，為節省工程造價，使軟土地基處理方式更加多元化，適合不同地區不同工況下地基加固需要，目前亟需發明一種兼顧排水固結和能嵌入承載力相對較好的土層，可發揮更好的承載效果的新型樁型。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種能兼顧排水固結和能嵌入承載力相對較好的土層，可發揮更好的承載效果的散體材料樁與混凝土上下同體組合樁及施工方法。
[0009]這種散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁，樁體下部灌注混凝土成混凝土樁，上部灌注碎石成碎石樁，碎石樁直徑大于混凝土樁，混凝土樁頂部設置與碎石樁同徑的混凝土擴大連接端，形成上粗下細的同體組合樁；碎石樁外部設置土工布袋，土工布袋底部封閉并與底部設置連接鋼筋的十字鋼板連接，十字鋼板上設有碎石與混凝土混合段連接碎石樁，連接鋼筋插入混凝土擴大連接端內。
[0010]作為優選:所述樁體上部設有帶活瓣的大直徑鋼沉管，樁體下部同軸設有帶混凝土預制樁尖的小直徑鋼沉管；所述小直徑鋼沉管上部設有進料斗；所述小直徑鋼沉管達到相對持力層。
[0011]作為優選:所述連接鋼筋插入混凝土擴大連接端深度大于500_。
[0012]作為優選:所述連接鋼筋從中心到邊緣長度遞減，連接鋼筋插入混凝土擴大連接端，中心插入混凝土灌注500mm以上。
[0013]這種散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁的施工方法，包括以下施工步驟:
[0014]步驟一、施工準備:施工場地清理平整后，測量放線，并將帶活瓣樁尖的上部大直徑鋼沉管在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大于
1.5%,成孔中心與設計樁位偏差不大于50mm ；
[0015]步驟二、上沉管打設:將帶活瓣的上部大直徑鋼沉管豎直、均勻打至軟土層設計位置；
[0016]步驟三、下沉管打設:利用繩索吊住混凝土預制樁尖使其與小直徑鋼沉管保持固定的位置，直至開始壓小直徑鋼沉管的位置，在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大于1.5%，小直徑鋼沉管與大直徑鋼沉管的同軸度偏差不大于50mm,隨后將小直徑鋼沉管連同預制樁尖一起，豎直、均勻打至設計樁底標高；預制樁尖至少進入持力層200mm?400mm ；
[0017]步驟四、剛性樁體灌注:根據混凝土擴大連接端、下部混凝土樁尺寸及長度，考慮充盈系數1.25?1.30，通過進料斗向小直徑鋼沉管內灌入混凝土，并采用振動拔管，上拔速率為0.5?1.4m/min，并且每拔lm，留振lmin，灌注完成后，小直徑鋼沉管就從土層中拔出了 ；
[0018]步驟五、置入土工布袋:將與十字鋼板連接的土工布袋放入上部大直徑鋼沉管，十字鋼板底部設置連接鋼筋，通過土工布袋上端設有的吊環通過吊繩吊住土工布袋，向土工布袋內灌入300mm?500mm碎石后放開吊繩,在自重的作用下,十字鋼板連同與其連接的土工布袋沖擊下沉，連接鋼筋嵌入混凝土擴大連接端及混凝土樁頂部，同時在十字鋼板上形成碎石與混凝土混合段；
[0019]步驟六、土工布袋中灌入散體材料:根據碎石樁尺寸向大直徑鋼沉管內的土工布袋內灌入碎石，根據充盈系數超灌一定方量。
[0020]步驟七、大直徑鋼沉管拔管:采用振動拔管，上拔速率為0.5?1.4m/min，并且每拔lm，留振lmin，通過振動拔管使碎石更加密實，形成碎石樁與混凝土樁上下同體組合樁。
[0021]步驟七、上體拔管:采用振動拔管，上拔速率為0.5?1.4m/min,并且每拔lm，留振lmin，通過振動拔管使碎石更加密實，形成一種土工布袋散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁。
[0022]本發明的有益效果是:
[0023]( I)采用了上部大直徑碎石樁下部小直徑混凝土樁的組合樁結構，較普通現澆混凝土樁等剛性樁相比，該新樁型可以在確保樁體整體性能和承載力的前提下，節省了材料從而降低工程造價；與普通振動沉管擠密碎石樁等散體材料樁相比，該新樁型可以提高樁身剛度，提高豎向承載能力及水平向承載能力等；同時該樁型具備普通碎石樁和灌注混凝土樁的優點。
[0024](2)采用了上部散體材料，下部剛性混凝土樁材料更加有利于軟土在施工期間充分排水固結，降低了地基處理的成本和加快了施工過程。
[0025](3)上部碎石樁外部設置土工布袋，能使碎石樁樁體受力更加均勻同時防止樁體周圍的細小土體顆粒易進入散體材料樁內，造成樁體的透水性能下降。
[0026](4) 土工布袋底部封閉后與十字型鋼板連接，十字鋼板底部設置連接鋼筋，連接鋼筋插入混凝土擴大連接端，并嵌入混凝土灌注樁500mm以上，確保了整個組合樁的整體性。
[0027](5)施工工藝簡單，可操作性強，便于質量控制、檢查，單樁承載力高。
[0028]總之，本發明的特點在于將剛性樁與散體材料樁組合應用，可使得軟土在施工期充分排水固結，同時由于混凝土灌注樁樁底嵌入承載力相對較好的土層，可發揮更好的承載效果，該樁型在路堤及構筑物運營期具有較好的承載性能，同時具有更小的工后沉降，具有較好的技術經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明土工布袋散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁縱向剖面圖；
[0030]圖2是鋼沉管沉管過程流程圖；
[0031]圖3是土工布袋散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁主要施工流程圖；
[0032]附圖標記說明碎石樁1、碎石與混凝土混合段2、混凝土擴大連接端3、土工布袋4、十字鋼板5、連接鋼筋6、混凝土樁7、預制樁尖8、大直徑鋼沉管9、活瓣10、小直徑鋼沉管
11、進料斗12、軟土層13、相對持力層14、吊繩15、吊環16【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步描述。雖然本發明將結合較佳實施例進行描述，但應知道，并不表示本發明限制在所述實施例中。相反，本發明將涵蓋可包含在有附后權利要求書限定的本發明的范圍內的替換物、改進型和等同物。
[0034]沉管的焊接技術要求、沉管打設及提升技術要求、下部混凝土灌漿和上部碎石填料設計參數及施工要求等本實施方案中不再累述，具體闡述本發明涉及結構的實施方式。
[0035]圖1是本發明土工布袋散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁結構示意圖。參照圖1所示，土工布袋散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁主要包括碎石樁1、混凝土擴大連接端3、土工布袋4、混凝土樁7、混凝土樁尖8。
[0036]十字型鋼板5為兩塊條形鋼板在中心通過螺栓連接，條形鋼板長為900mm ;條形鋼板底部設置的連接鋼筋6與鋼板應焊接連接，條形鋼板底部設置的連接鋼筋6直徑均為15mm,條形鋼板中心的連接鋼筋最長為800mm,距中心200mm處對稱設置長度為500mm的連接鋼筋、距中心400mm處對稱設置長度為300mm的連接鋼筋，鋼板與鋼筋的強度等級均為Q235，尺寸規格應滿足規范GB / T14980-1994之要求。
[0037]鋼制帶活瓣大直徑沉管9采用的熱軋無縫鋼管，內徑為IOOOmm ;鋼制小直徑沉管10也采用熱軋鋼管，內徑為600mm，鋼板的強度等級均為Q235，板厚均為12mm尺寸規格應滿足規范GB / T14980-1994之要求。
[0038]土工布袋4采用聚丙烯材料，使用塑料扁絲，在干濕狀態下都能保持充分的強力和伸長，斷裂強烈高達20KN/m，抗蠕變性能好，耐腐蝕，透水性好。
[0039]碎石米用未經風化的扎制碎石含泥量小于5%,且最大粒徑不大于40mm。混凝土的強度等級為C30，水、水泥、砂和石子的配合比為:0.38:1:1.11:2.72。
[0040]如圖2、3所示，散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁的主要施工過程如下:
[0041]步驟一、施工準備:施工場地清理平整后，測量放線，并將帶活瓣樁尖的上部沉管9在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大于1.5%，成孔中心與設計樁位偏差不大于50mm ；
[0042]步驟二、上沉管打設:將內徑為IOOOmm帶活瓣的大直徑鋼沉管9豎直、均勻打至軟土層13地下4m?5m處；
[0043]步驟三、下沉管打設:利用繩索吊住混凝土預制樁尖8使其與內徑為600mm小直徑鋼沉管11保持固定的位置，直至開始壓小直徑鋼沉管11的位置，在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大于0.5%，小直徑鋼沉管11與大直徑鋼沉管10的同軸度偏差不大于50mm，隨后將沉管10連同樁尖8 一起，豎直、均勻打至設計樁底標高，混凝土樁尖至少進入持力層200mm?400mm ；
[0044]步驟四、剛性樁體灌注:根據混凝土擴大連接端3、下部混凝土灌注樁尺寸及長度，考慮充盈系數1.25?1.30，通過進料斗12向小直徑鋼沉管11內灌入混凝土，并采用振動拔管,上拔速率為0.5?1.4m/min,并且每拔lm，留振lmin，灌注完成后，小直徑鋼沉管11就從土層中拔出了，形成了下部10?12m的混凝土樁7,和長度為500mm?700mm的混凝土擴大端3 ；
[0045]步驟五、置入土工布袋4:將與十字鋼板5連接的土工布袋4放入上部大直徑鋼沉管9，十字鋼板5底部設置連接鋼筋6，通過土工布袋4上端設有的吊環16通過吊繩15吊住土工布袋4,向土工布袋4內灌入300mm?500mm碎石后放開吊繩15,在自重的作用下，十字鋼板5連同與其連接的土工布袋4沖擊下沉，其鋼筋嵌入混凝土擴大連接端3及混凝土灌注樁7頂部,最長的連接鋼筋6嵌入混凝土樁7的長度為500?600mm ;同時形成了IOOmm?200mm的碎石與混凝土混合段2。
[0046]步驟六、土工布袋4中灌入散體材料:根據碎石樁尺寸向沉管內的土工布袋4內灌入碎石，按照充盈系數為1.5來計算，超灌方量。此步驟之前土工布袋頂部采用吊繩13吊住，以防碎石灌入前掉入孔內；
[0047]步驟七、大直徑鋼沉管9拔管:采用振動拔管，上拔速率為0.5?1.4m/min,并且每拔lm，留振lmin，通過振動拔管使碎石更加密實，形成碎石樁I與混凝土樁7上下同體組合樁。
【權利要求】
1.一種散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁，其特征在于:樁體下部灌注混凝土成混凝土樁(7 )，上部灌注碎石成碎石樁(I)，碎石樁(I)直徑大于混凝土樁(7 )，混凝土樁(7 )頂部設置與碎石樁(I)同徑的混凝土擴大連接端(3)，形成上粗下細的同體組合樁；碎石樁(I)外部設置土工布袋(4)，土工布袋(4)底部封閉并與底部設置連接鋼筋(6)的十字鋼板(5 )連接，十字鋼板(5 )上設有碎石與混凝土混合段(2 )連接碎石樁(I )，連接鋼筋(6 )插入混凝土擴大連接端(3)內。
2.根據權利要求1所述的散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁，其特征在于:所述樁體上部設有帶活瓣(10)的大直徑鋼沉管(9)，樁體下部同軸設有帶混凝土預制樁尖(8)的小直徑鋼沉管(11);所述小直徑鋼沉管(11)上部設有進料斗(12);所述小直徑鋼沉管(II)達到相對持力層(14)。
3.根據權利要求1所述的散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁，其特征在于:所述連接鋼筋(6)插入混凝土擴大連接端(3)深度大于500_。
4.根據權利要求3所述的散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁，其特征在于:所述連接鋼筋(6)從中心到邊緣長度遞減，連接鋼筋(6)插入混凝土擴大連接端(3)，中心插入混凝土灌注500mm以上。
5.根據權利要求1至4任 權利要求所述的散體材料樁與混凝土樁上下同體組合樁的施工方法，其特征在于:包括以下施工步驟: 步驟一、施工準備:施工場地清理平整后，測量放線，并將帶活瓣樁尖(10)的上部大直徑鋼沉管(9)在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大于1.5%,成孔中心與設計樁位偏差不大于50mm ； 步驟二、上沉管打設:將帶活瓣(9)的上部大直徑鋼沉管(10)豎直、均勻打至軟土層(13)設計位置; 步驟三、下沉管打設:利用繩索吊住混凝土預制樁尖(8)使其與小直徑鋼沉管(11)保持固定的位置，直至開始壓小直徑鋼沉管(11)的位置，在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大于1.5%，小直徑鋼沉管(11)與大直徑鋼沉管(10)的同軸度偏差不大于50mm，隨后將小直徑鋼沉管(11)連同預制樁尖(8)—起，豎直、均勻打至設計樁底標高；預制樁尖(8)至少進入持力層200mm~400mm ； 步驟四、剛性樁體灌注:根據混凝土擴大連接端(3)、下部混凝土樁(7)尺寸及長度，考慮充盈系數1.25~1.30，通過進料斗(12)向小直徑鋼沉管(11)內灌入混凝土，并采用振動拔管,上拔速率為0.5~1.4m/min,并且每拔lm，留振lmin，灌注完成后，小直徑鋼沉管(11)就從土層中拔出了 ； 步驟五、置入土工布袋(4):將與十字鋼板(5)連接的土工布袋(4)放入上部大直徑鋼沉管(9)，十字鋼板(5)底部設置連接鋼筋(6)，通過土工布袋(4)上端設有的吊環(16)通過吊繩(15)吊住土工布袋(4),向土工布袋(4)內灌入300mm~500mm碎石后放開吊繩(15),在自重的作用下，十字鋼板(5)連同與其連接的土工布袋(4)沖擊下沉，連接鋼筋(6)嵌入混凝土擴大連接端(3 )及混凝土樁(7 )頂部，同時在十字鋼板(5 )上形成碎石與混凝土混合段⑵； 步驟六、土工布袋(4)中灌入散體材料:根據碎石樁尺寸向大直徑鋼沉管(9)內的土工布袋(4)內灌入碎石，根據充盈系數超灌一定方量。步驟七、大直徑鋼沉管(9)拔管:采用振動拔管，上拔速率為0.5~1.4m/min，并且每拔lm，留振lmin，通過振動拔管使碎石更加密實，形成碎石樁(1)與混凝土樁(7)上下同體組合樁。
【文檔編號】E02D5/48GK103981863SQ201410215911
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】王新泉 申請人:杭州江潤科技有限公司