一種振動沉管干料灌注異形布袋樁及其預制樁尖和施工鋼沉管的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種振動沉管干料灌注異形布袋樁，具有反拱曲面的干料漿固樁身，如X形、Y形或十字形，在樁頂設置同形狀或圓形的蓋板，干料漿固樁外側設土工布袋，土工布袋底部與樁身形狀相同的預制樁尖連接，土工布袋內均勻間隔設置若干與樁身同形狀的鋼筋骨架，鋼筋骨架用幾根鋼絲繩串聯在一起，在樁身外側設置用于排水的與樁身同形狀砂層，砂層外側沿徑向均勻設置若干砂墻翼板。本實用新型采用異形截面具有更大側摩阻力的同時，可加速干料的吸水固結，有效避免了干料樁芯固結不充分；同時外設的砂層可避免泥土顆粒進入干料，影響干料的漿固強度，同時砂層可一直發揮排水作用，加速樁間土固結的效果，具有較好的技術經濟效益。
【專利說明】一種振動沉管干料灌注異形布袋粧及其預制粧尖和施工鋼沉管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種振動沉管干料灌注異形布袋樁及其預制樁尖和施工鋼沉管，屬于地基工程領域，適用于地基承載力不足的軟土地區、欠固結土地區的地基處理工程，尤其在軟土層較厚的橋頭、涵洞、通道等對沉降要求較高的道路工程地基處理中具有較大的優勢。
【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。為了適應不同的軟基處理要求，軟基處理新型樁技術層出不窮。
[0003]目前，對于軟土地基的處理，往往考慮排水固結法和復合地基法；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。而排水固結法是先在地基中設置豎向排水通道(砂井或塑料排水板)，然后利用上部荷載對場地進行堆載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，土體強度提高。
[0004]近年來異形樁如X、Y形樁在軟土地基工程中被逐漸推廣，與傳統的圓樁和方樁相比具有向里凹的反拱曲面，具有較大的比表面積。如中國專利(CN2510540Y)公開了一種Y形5仝灌注樁，其表面積是同截面面積的圓形樁1.35?2倍,意味著可減少1/4?1/2的樁長，節省了材料，并且增加了側摩阻力，提高了樁身的承載能力。而異形樁常采用沉管灌注的施工工藝，施工速度快、成本低、對周圍環境污染小，在實際工程中應用中取得了較高的經濟效益和社會效益。
[0005]雖然Y形樁具有良好的力學性能但是在軟土深厚覆蓋區單純使用反拱曲面樁進行地基處理，并沒有進行排水的工序，所以仍可能會產生較大的沉降。對于對沉降要求較高的公路橋頭、涵洞、通道等地方或許難以滿足設計要求。
[0006]鑒于此，目前亟需對異形樁進行創新，使之既有反拱曲面樁有效改善樁體受力性能，具有較高的承載力而且并能節省材料，提高材料利用效率的特點，又能具有加速排水固結功能。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的是克服現有技術中的不足，提供一種兼顧排水固結法與復合地基法兩者之長，能有效提高承載力不足的軟土地基、欠固結地區的地基承載能力的振動沉管干料灌注異形布袋樁及其預制樁尖和施工鋼沉管。
[0008]為實現上述技術目的，本實用新型采用了以下技術方案:
[0009]一種振動沉管干料灌注異形布袋樁，具有反拱曲面的干料漿固樁樁身，在樁頂設置與具有反拱曲面的干料漿固樁樁身同形狀或圓形的蓋板，干料漿固樁外側設土工布袋，土工布袋底部與樁身形狀相同的預制樁尖連接，土工布袋內均勻間隔設置若干與樁身同形狀的異形鋼筋骨架，異形鋼筋骨架用鋼絲繩串聯在一起，在樁身外側設置用于排水的與樁身同形狀砂層，砂層外側沿徑向均勻設置若干砂墻翼板。
[0010]作為優選:所述振動沉管干料灌注異形布袋樁的干料固漿樁樁身截面可以是具有反拱曲面的Y形、X形或十字形。
[0011]作為優選:異形鋼筋骨架之間通過3?4根鋼絲繩串聯。
[0012]作為優選:所述鋼絲繩具有柔性，異形鋼筋骨架可以疊放在一起，拉緊鋼絲繩時，異形鋼筋骨架張開。
[0013]這種振動沉管干料灌注異形布袋樁的預制樁尖，截面形狀和外截面尺寸與砂層相同，在反拱曲面的中點處設置長條形砂墻翼板封閉端，樁端頂部設置內沉管凹槽與外沉管凹槽及與干料漿固樁連接的樁尖連接鋼筋。
[0014]作為優選:所述預制樁尖為尖頭樁尖或平頭樁尖。
[0015]這種振動沉管干料灌注異形布袋樁的施工鋼沉管:由內沉管和外沉管組成雙層異形鋼沉管，所述內沉管為異形鋼沉管，截面形狀與干料漿固樁截面形狀一致；所述外沉管為帶砂墻翼板砂層鋼沉管，外形大致與內沉管一致，尺寸大于內沉管，并且增設了三個為了形成砂墻翼板的長條形空腔。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017](I)樁身采用Y形、X形或者十字形，較傳統的圓樁和方樁具有更大的比表面積，有效擴大了樁身的側摩阻力，增加了樁體的承載能力，同時還能加速干料的吸水固結，避免了干料漿固樁樁芯固結不充分。
[0018](2)集排水固結法與復合地基法兩者之長，可吸收地基中的水分發生硬化反應，形成有一定強度的干料漿固樁體，干料漿固樁固結硬化的過程中不斷的從地基中吸水，可加速土體固結。
[0019](3)干料漿固樁外部設置的與干料漿固樁同形的砂層和沿砂層徑向分部的砂墻翼板，可一直發揮排水作用，且擴大了排水范圍，實現了地基土的排水固結，降低了土體的后期沉降變形量。
[0020](4)在干料漿固樁外部設置了土工布袋，對干料漿固樁體起到約束作用，輔助干料的擠密，增強樁體強度，同時土工布袋配合外側砂層避免土體中的泥土顆粒進入干料中影響干料吸水固化的強度。
[0021](5) 土工布袋內側均勻等間隔縫合上與樁體同形狀的異形鋼筋骨架，鋼骨架之間通過3-4根鋼絲繩串聯，異形鋼筋骨架起到對于干料漿固樁配筋的作用，增大了樁身強度，解決了異形樁身不易配筋的問題。
[0022](6)采用沉管灌注的工藝，施工工藝簡單，將本專利應用到軟基的處理工程中，無需進行堆載預壓排水，節約了工期，降低了施工組織的難度和工程造價。
[0023](7)樁身采用的干料為粉煤灰、石灰、硫酸鹽水泥、石膏等按設計配合比混合而成的活性材料，吸水固化而成，材料來源廣，節約成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型振動沉管干料灌注異形布袋樁的立體圖(無蓋板)
[0025]圖2是本實用新型振動沉管干料灌注異形布袋樁的立體圖(異形蓋板)；
[0026]圖3是本實用新型振動沉管干料灌注異形布袋樁的立體圖(圓形蓋板)；
[0027]圖4是圖2沿A-A線局部剖開的振動沉管干料灌注異形布袋樁立體示意圖；
[0028]圖5是振動沉管干料灌注異形布袋樁沿鋼骨架截斷的橫斷面圖；
[0029]圖6是尖頭預制樁尖立體圖；
[0030]圖7是平底預制樁尖立體圖；
[0031]圖8是異形鋼筋骨架結構立體示意圖；
[0032]圖9是雙層鋼沉管立體圖；
[0033]圖10是振動沉管干料灌注異形布袋樁施工流程圖；
[0034]附圖標記說明:蓋板1、干料漿固樁2、砂層3、砂墻翼板4、土工布袋5、異形鋼筋骨架6、鋼絲繩7、預制樁尖8、樁尖連接鋼筋9、外沉管凹槽10、內沉管凹槽11、砂墻翼板封閉端12、雙層異形沉管13、外沉管14、內沉管15。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步描述。雖然本實用新型將結合較佳實施例進行描述，但應知道，并不表示本實用新型限制在所述實施例中。相反，本實用新型將涵蓋可包含在有附后權利要求書限定的本實用新型的范圍內的替換物、改進型和等同物。
[0036]沉管的焊接技術要求、沉管打設及提升技術要求、蓋板配筋設計參數及施工要求等本實施方案中不再累述，具體闡述本實用新型涉及結構的實施方式。
[0037]本實施例的振動沉管干料灌注異形布袋樁，具有反拱曲面的干料漿固樁身，如X形、Y形或十字形，在樁頂設置同形狀或圓形的蓋板1，干料漿固樁2外側設土工布袋5，土工布袋5底部與樁身形狀相同的預制樁尖8連接，土工布袋5內均勻間隔設置若干與樁身同形狀的異形鋼筋骨架6，異形鋼筋骨架6用鋼絲繩7串聯在一起，在樁身外側設置用于排水的與樁身同形狀砂層3，砂層3外側沿徑向設置若干砂墻翼板4。
[0038]利用施工專用異形雙層沉管，使干料漿固樁2樁體為具有反拱曲面的異形樁身，與傳統的圓形樁、方形樁相比具有更大的比表面積，不僅具有更大的側摩阻力加強了樁身的承載力還加強了樁體的吸水能力；同時具有被反拱曲面的異形干料漿固樁2樁身表面距中心的距離較圓形和方形較近，有效避免了圓形或方形干料樁芯體部分固結不充分，影響吸水漿固的強度。
[0039]將粉煤灰加入其它膠凝材料(石灰、水泥)，拌合均勻，形成活性材料，這些活性材料會吸收地基里的水水使石灰水化形成氫氧化鈣，繼而使粉狀活性材料發生水化反應，直至固結硬化。同時在活性材料的外側設置土工布袋5，可約束、擠密活性材料吸水硬化形成的樁體。
[0040]在土工布袋5內側均勻等間隔縫合上與樁體同形狀的異形鋼筋骨架6，鋼骨架之間通過3-4根鋼絲繩7串聯，異形鋼筋骨架6起到對干料漿固樁2配筋的作用，增強樁體強度。
[0041 ] 在干料漿固硬化形成的樁體外設置與樁身同形狀的砂層和沿砂層徑向分布的砂墻翼板(砂翼墻外側伸出蓋板的外邊緣)，異形的砂層設計增強了其排水能力，而砂墻翼板則擴大了結構的排水范圍，同時砂層不但可以發揮排水固結的作用，同時還可以配合土工布袋5起到阻擋泥土顆粒進入干料的作用，避免影響干料固結硬化的強度。
[0042]進一步，采用的樁尖即可以是平底樁尖也可以采用尖頭樁尖。樁尖的制作需要預制場嚴格按照設計要求進行集中制作。進行脫模工序時，尖頭樁尖需要翻轉使尖頭向上脫模養護，平底樁尖不需要翻轉。施工時，根據具體的場地條件和施工要求選擇尖頭樁尖或者平頭樁尖。所述預制樁尖8的截面形狀和外截面尺寸與砂層3相同，樁端頂部設置兩道沉管凹槽:外沉管凹槽10和內沉管凹槽11，凹槽的外形尺寸與雙層鋼沉管的內、外沉管完全一致；預制樁尖8上部還設置與干料漿固樁2連接的樁尖連接鋼筋9。
[0043]本實用新型還提供了一種專用于上述干料灌注異形布袋樁的沉管，其特征在于，施工采用的鋼沉管為雙層異形鋼沉管13，內沉管15為異形鋼沉管，截面形狀與干料漿固樁截面形狀一致；外沉管14為帶砂墻翼板砂層鋼沉管，外形大致與內沉管15 —致，尺寸大于內沉管15，并且增設了 3個為了形成砂墻翼板4的長條形空腔。
[0044]圖1?5是本實用新型振動沉管干料灌注異形布袋樁結構示意圖。參照圖1?5所示，振動沉管干料灌注異形布袋樁主要包括預制樁尖8，異形干料漿固樁2、樁身外包異形土工布袋5、樁身外設砂層3和砂墻翼板4、與樁身同形狀異形或圓形蓋板I組成。
[0045]如圖9所示,雙層異形鋼沉管13的內沉管15,壁厚為12mm,截面形狀為Y形,其外接圓直徑為400_ ;外沉管截面形狀為Y形的基礎上在反拱曲面中點設置為了形成砂墻翼板的長條形矩形空腔，Y形外接圓直徑為500mm,矩形空腔的長度為500mm,寬度為50mm,鋼板的強度等級均為Q345,板厚均為12mm。
[0046]如圖6、7所示，預制樁尖8外形與外沉管14外形一致，反拱曲面中點處設置砂墻翼板封閉端12，其Y形部分外包圓直徑為550mm，砂墻樁尖部分厚度為70mm，寬度為550mm ；樁尖水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥，混凝土強度等級為C30，預制樁尖8上部設置外沉管凹槽10和內沉管凹槽11，外形尺寸與內、外沉管一致，凹槽深度為20mm，為了樁尖與樁身有效連接樁尖上部預設了連接鋼筋，鋼筋直徑為10mm，伸出樁尖表面400mm。
[0047]振動沉管干料灌注異形布袋樁的采用的干料為粉煤灰、石灰、硫酸鹽水泥、石膏等按設計配合比混合而成。粉煤灰的技術指標應滿足III級指標但須控制其含水量< I %，工業礦渣的最大顆粒直徑不大于3cm ;生石灰應達到建筑生石灰合格品的技術指標，氧化鈣含量要達到97%以上，生過燒率小于10% ;采用的砂層和砂墻翼板的砂料采用天然級配的中砂，含泥量小于3%。
[0048]采用的土工布袋5材料采用無紡土工布，其技術指標單位面積質量> 200g/m2，撕破強力彡100N。
[0049]如圖10所示，振動沉管干料灌注異形布袋樁的主要施工過程如下:
[0050]I)施工準備:施工場地清理完成后，先將異形鋼筋骨架6均勻間隔固定在土工布袋5內側，鋼骨架6用3-4根鋼絲繩7串聯在一起，鋼絲繩7長度長于土工布袋5 ;采用膠粘或者綁扎方式將土工布袋5與預制樁尖8連接。
[0051]2)雙層異形沉管打設:將雙層異形沉管13底部卡入混凝土預制樁尖8頂面的外沉管凹槽10和內沉管凹槽11而連接并固定，便將土工布袋5置于內沉管15內側，隨后將雙層異形沉管13連同預制樁尖8 一起，之后開始沉管的打設施工，先將樁管振動穿透表沉硬土后改為靜壓沉管，靜壓沉管開始時應緩慢加壓，使之穩固后方可加荷，沉管應保持均速穩定，在樁架抬起后再振動沉管至設計高程，打設過程保持樁架垂直，同時沉管下壓速度保持在0.6?1.2m/min ；
[0052]3)樁體干料與砂料填充:當沉管打到設計位置后通過拉繩將異形鋼筋骨架6及土工布袋5拉直，根據試樁的充盈系數及管內干料及砂量，計算填料量，然后用給料漏斗分別向內沉管15和外沉管14內填充干料和中粗砂；
[0053]4)樁體成型:采用輕振拔管方式上拔，沉管拔管前先停留振動30s之后再開始拔管，拔管速度1.5?2m/min，根據試樁沖充盈系數及管內干料及砂量，需要時進行空中加料；
[0054]5)樁頂打設注水管進行注水:在輕振拔管施工步驟完成后，立即在干料漿固樁2頂部中心進行注水管打設。根據場地的具體地質條件情況確定注水管的打設深度，之后通過注水管進行注水。
[0055]6)蓋板施工:樁施工完成后立即進行蓋板I的施工，對蓋板I進行適宜的配筋，根據需要還可以另外在樁頂設置連接鋼筋。如果蓋板I采用混凝土材料需要在砂層3及砂墻翼板4頂部設置防滲層。
[0056]為保證適宜充盈及避免過度充盈，和不過度的擾動土體，沉管下壓和上拔的過程中遵循“靜壓輔助振動貫入、輕振拔出”的原則。采取先將樁管振動穿透表沉硬土后改為靜壓沉管，靜壓沉管開始時應緩慢加壓，使之穩固后方可加荷，沉管應保持均速穩定，在樁架抬起后再振動沉管至設計高程。
【權利要求】
1.一種振動沉管干料灌注異形布袋樁，其特征在于，具有反拱曲面的干料漿固樁(2)樁身，在樁頂設置與具有反拱曲面的干料漿固樁(2)樁身同形狀或圓形的蓋板(1)，干料漿固樁(2)外側設土工布袋(5)，土工布袋(5)底部與樁身形狀相同的預制樁尖(8)連接，土工布袋(5)內均勻間隔設置若干與樁身同形狀的異形鋼筋骨架(6)，異形鋼筋骨架(6)用鋼絲繩(7)串聯在一起，在樁身外側設置用于排水的與樁身同形狀砂層(3)，砂層(3)外側沿徑向均勻設置若干砂墻翼板(4)。
2.根據權利要求1所述的振動沉管干料灌注異形布袋樁，其特征在于:所述振動沉管干料灌注異形布袋樁的干料固漿樁(2)樁身截面可以是具有反拱曲面的Y形、X形或十字形。
3.根據權利要求1所述的振動沉管干料灌注異形布袋樁，其特征在于:異形鋼筋骨架(6)之間通過3?4根鋼絲繩(7)串聯。
4.根據權利要求1所述的振動沉管干料灌注異形布袋樁，其特征在于:所述鋼絲繩(7)具有柔性，異形鋼筋骨架(6)可以疊放在一起，拉緊鋼絲繩(7)時，異形鋼筋骨架(6)張開。
5.一種權利要求1所述的振動沉管干料灌注異形布袋樁的預制樁尖，其特征在于:截面形狀和外截面尺寸與砂層(3)相同，在反拱曲面的中點處設置長條形砂墻翼板封閉端(12)，樁端頂部設置內沉管凹槽(11)與外沉管凹槽(10)及與干料漿固樁(2)連接的樁尖連接鋼筋(9)。
6.根據權利要求5所述的預制樁尖，其特征在于:所述預制樁尖為尖頭樁尖或平頭樁尖。
7.—種權利要求1所述的振動沉管干料灌注異形布袋樁的施工鋼沉管，其特征在于:由內沉管(15)和外沉管(14)組成雙層異形鋼沉管(13)，所述內沉管(15)為異形鋼沉管，截面形狀與干料漿固樁截面形狀一致；所述外沉管(14)為帶砂墻翼板砂層鋼沉管，外形大致與內沉管(15) —致，尺寸大于內沉管(15)，并且增設了三個為了形成砂墻翼板(4)的長條形空腔。
【文檔編號】E02D5/46GK204098025SQ201420499276
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】儲根法, 張秀靈, 時修彬, 丁貴生, 高楊, 侯昌順, 徐勇, 束曉文, 萬韋 申請人:安徽省交通建設有限責任公司