专利名称：一种后锚式柔性桩顶抗拔桩的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种后锚式柔性桩顶抗拔(浮)桩，属于地下工程的技术领域。
技术背景
随着城市建设的发展和居民生活水平的不断提高，地下空间(地下室，地下车库， 地下商场等)的利用已经成为了一种趋势。近年来，由于地下空间的大规模开发，带地下室的裙房及单纯地下停车场等建筑越来越多，基础埋深越来越深，特别是基础浸入地下水的深度越来越大，地下结构物承受上浮荷载的情况愈来愈多，荷载越来越大[1]。
传统的抗拔(浮)桩桩顶与基础底板刚性连接，在施工期间桩出于受压状态，从而会对基础底板产生顶托抗力，这样就约束了桩的灵活布置，往往只能把桩布在柱下，即使为了优化支座与跨中弯矩分配将桩布在跨中，也必须考虑将基础底板上下面双向弯矩，这样会增加工程的造价，而且桩对基础底板产生的顶托抗力难以计算[2]。
现有的抗拔(浮)桩类型主要有普通预制或灌注抗拔(浮)桩、预应力抗拔(浮)桩、 部分粘结预应力抗拔(浮)桩、纤维混凝土抗拔(浮)桩等。
现有技术一的技术方案普通的抗拔(浮)桩(图1)桩身构造采用钢筋混凝土构造的预制桩或灌注桩，桩顶主筋伸入基础底板或地梁中锚固，桩身混凝土与基础底板或地梁混凝土浇筑在一起，桩顶与基础底板或地梁刚性连接。在上拔荷载下，桩身混凝土呈拉伸状态。采用桩身主筋高配筋率来实现桩身混凝土裂缝宽度控制，从而满足钢筋抗腐蚀的耐久性要求。现有技术一的缺点目前普通抗拔(浮)桩在设计中存在诸多问题，包括桩顶与基础梁板刚性连接，在无浮力施工期间会对基础梁板产生顶托抗力，从而约束了桩的平面布置，往往只能把桩布在柱下，即使为了优化跨中弯矩分配将桩布在跨中，也必须考虑将基础梁板上下面双向弯矩，造成配筋浪费β]。而且桩对基础梁板产生顶托抗力难以准确计算，尤其在软土地基中这一问题尤为突出，存在安全隐患。此外，普通抗拔(浮)桩解决上拔荷载下桩身混凝土裂缝宽度控制问题的方法是采用高配筋率，从而满足钢筋抗腐蚀的耐久性要求，相当不经济。在地下结构极限上浮工况下需要产生较大的拔出位移才能充分发挥桩侧摩阻力，地下结构上浮变形大，对变形控制要求严格的地下结构物就要增加桩数量，很不经济。
现有技术二的技术方案预应力抗拔(浮)桩(见图幻一般是通过先期的预张拉预先放置在桩体内的预应力筋，也就是在抗拔(浮)桩在承受抗拔力之前在抗拔(浮)桩上施加一定的预应力，这种桩我们称之为预应力抗拔(浮)桩。其主要通过预张拉钢筋，在桩身混凝土中产生压应力， 以实现抗拔(浮)工况下混凝土不产生拉应力裂缝，避免钢筋的锈蚀 ]。
现有技术二的缺点预应力混凝土抗拔(浮)桩在设计中也会遇到诸多的问题，包括桩顶与基础梁板刚性连接，在无浮力施工期间桩顶会对基础梁板产生顶托抗力，而在有浮力工作条件下则使基础梁板受向下拉力，这样会导致地基梁板产生双向弯矩，需要对地基梁板上下双面配筋来解决问题，不经济。另外，预应力抗拔(浮)桩施加预应力后，桩周土还会继续沉降，所以会影响预应力的发挥，所以在极限荷载作用下桩的顶端产生较大的位移才能发挥桩侧摩阻力，地下结构上浮变形仍然较大；而且预应力的耐久性也是迫切需要解决的问题。
现有技术三的技术方案部分粘结预应力抗拔(浮)桩(见图幻通过预先埋设在桩体内的预应力钢绞线给桩施加预应力，并把上拔力的着力点设置在抗拔(浮)桩的下部。通过预留钢绞线自由段的方式使得上拔力着力点在桩的下部，从而使桩侧土摩阻力从下至上随荷载的增大而逐渐发挥避免了普通抗拔(浮)桩因上拔力过大而使使桩顶混凝土产生裂纹失效的弊端MM。
现有技术三的缺点部分粘结预应力混凝土抗拔(浮)桩能用低配筋率实现桩身混凝土受压工作，但桩的顶端是和基础梁板式刚性连接，所以不能解决无浮力工况下桩对基础梁板产生顶托抗力的问题，所以基础梁板产生双向弯矩，所以基础梁板需要上下双面配筋解决双向弯矩的问题，配筋量大，平面布桩不灵活。部分粘结预应力混凝土抗拔(浮)桩同时也存在预应力的耐久性问题。
现有技术四的技术方案一种纤维混凝土抗拔(浮)桩(图4)，包括混凝土桩身2，在混凝土桩身的一个端部上设有桩头，在混凝土桩身的内设有外部套设套管的FRP纤维筋1的一端延伸至端头6内，所述FRP纤维筋另一端反向延伸至混凝土桩身外；在桩头内设有支撑板，位于端头内的FRP筋一端由锚具4b锚固在支撑板北上；在FRP纤维筋的另一端套设支撑板3a，并用锚具如锚固在相应的支撑板上。纤维混凝土抗拔(浮)桩的FRP筋没有施加预应力，其周围有一圈套管，与混凝土之间无粘结，两者之间可以产生相对滑移。承台5与桩体混凝土完全脱开te]。
现有技术四的缺点由于基坑底地基土的回弹再压缩特性，基础梁板在地下结构物施工期间会有一定的沉降，而纤维混凝土抗拔(浮)桩中的FRP筋没有施加预应力，会导致FRP纤维筋产生一定的压曲，而FRP纤维筋本身柔性较差，可能会在压缩条件下发生脆性断裂。而在地下结构施工完毕，基坑回水后，在水浮力作用下，首先是已被压曲的FRP纤维筋的张紧，然后是纤维筋的拉伸，在桩土之也产生一定的位移后桩土摩阻力才能充分发挥，这样会导致地下结构物产生较大的上浮位移。另外，纤维筋的价格很高，与钢绞线相比经济性差。
参考文献(如专利/论文/标准)[1]李镜培，孙文杰.地下结构的浮力计算与抗拔桩设计方法研究[J].结构工程师，2007，23 (2) :80-84[2]王经雨，陆道渊.抗拔桩布桩优化分析[J].建筑科学，2010，26(5) :99-101[3]张丙吉，张立峰.预应力钢绞线抗拔桩技术研究[J].工程勘察，2008年增刊第1期[4]何世鸣，郭跃龙，赵晓东，程金霞，贾城，杨敏.部分粘结预应力抗拔(浮)桩的优化设计[J].探矿工程(岩土钻掘工程).2010,37 (7) 39-43[5]杜高恒.部分粘结预应力抗拔(浮)的试验研究及应用[D].北京中国地质大学，2007[6]梅国雄，周峰，张乾，宋林辉，梅岭.纤维混凝土抗拔桩.发明专利.授权公告号CN101761089 B.2011 06 22。 发明内容
技术问题本发明的目的是克服当前抗拔(浮)桩存在桩身混凝土受拉工作、桩顶对基础梁板顶托的问题与不足，提供一种桩身混凝土受压工作、桩顶与基础梁板柔性连接、 桩与桩周土产生摩擦预应力的后锚式柔性桩顶抗拔(浮)桩。
技术方案本发明的原理为将混凝土桩顶头与基础柔性连接，桩身内无粘结钢绞线通过套管穿过桩顶头柔性垫层和基础梁板混凝土，穿出的无粘结钢绞线端部在地下结构施工期间不锚固，可以在套管内自由伸缩滑动，待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后进行锚固。桩只受拉拔力，不承受基础向下压力，可布置于基础梁板的跨中，既能减小基础梁板跨中最大弯矩，还不会引起其反向弯矩，大大减少基础地梁或筏板的配筋量。同时，结合柔性桩顶抗拔(浮)桩的桩顶锚固处理，桩身内部采用构造配筋与无粘结钢绞线，钢绞线下部通过固端锚具锚于桩底混凝土内，上部穿过桩顶柔性垫层锚于基础梁板，封锚前对钢绞线预加一定的预加上拔力，钢绞线穿过桩身，将拉力传至桩底，桩相对于土发生上拔位移， 从而在桩土之间产生摩擦预应力，增加了侧阻力的发挥，桩身混凝土完全受压工作，从而避免拉伸裂缝发生。用比预应力抗拔(浮)桩更少的用钢量解决桩身抗裂的问题，大量节省钢筋用量，能够实现显著的经济效益。
本发明的后锚式柔性桩顶抗拔桩包括混凝土桩身的顶部与基础梁板之间用可压缩的柔性连接垫层填充，无粘结钢绞线下部用桩底锚具锚固在混凝土桩身的底部，无粘结钢绞线穿过混凝土桩身和桩顶柔性连接垫层并通过套管穿出基础梁板上端部，由桩顶锚具固定在基础梁板的上端部上；穿出基础梁板上端部的无粘结钢绞线的上端部在地下结构施工期间不锚固或只进行无预应力初锚，能在套管内上下自由滑动；待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后，在无粘结钢绞线的上端部进行张拉，使混凝土桩身和桩周土之间产生摩擦预应力，并用桩顶锚具锚固无粘结钢绞线上端部。
所述的柔性连接垫层为具有防水性能的、低弹性模量的柔性材料。
所述的混凝土桩身通过桩顶柔性连接垫层与基础梁板下部相连；对无粘结钢绞线的上端部，在地下结构施工期间不张拉锚固，待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后，再进行张拉锚固，使混凝土桩身和桩周土之间产生摩擦预应力。
有益效果其一、与传统抗拔(浮)桩相比，后锚式柔性桩顶抗拔(浮)桩用了柔性连接层，桩顶混凝土不直接与基础梁板连接，对基础梁板不产生顶托力，只产生下拉荷载，避免了基础梁板双向受弯，平面布桩灵活，能够显著减小基础梁板配筋量，经济合理。其二， 后锚式柔性桩顶抗拔(浮)桩是在基坑回水前、结构物完成部分沉降后进行钢绞线张拉并锚固，张拉钢绞线时在桩身和桩周土之间产生摩擦预应力，地下结构物在很小的上浮位移条件下就能够使抗拔(浮)桩充分发挥桩土摩阻力，提高桩的抗拔承载力，并有效控制结构物上浮位移量。其三，桩身主筋为外裹套管、内填润滑油脂的无粘结纲绞线，桩身混凝土受压工作，无须考虑混凝土裂缝宽度控制以及钢筋防腐问题，大大降低桩身配筋率，具有明显的经济效益。其四，桩顶混凝土与基础梁板混凝土不直接相连，其间隙采用柔性防水材料连接垫层填充，解决了基础梁板锚孔的防渗漏问题。
图1普通的抗拔(浮)桩， 图2预应力抗拔(浮)桩，图3部分粘结预应力抗拔(浮)桩结构， 图4纤维混凝土抗拔(浮)桩结构，图5是本发明的结构示意图，其中图a是本发明的结构的主视图。图b是本发明结构的I-I截面剖视图。图中1.无粘结钢绞线；2.柔性连接垫层；3.混凝土桩身；4.基础梁板；5.桩顶锚具；6.桩底锚具；7.套管；8.定位钢筋笼；9.桩周土。
具体实施方式
本发明是一种将无粘结钢绞线、混凝土、柔性连接垫层、锚具结合在一起发展成的桩顶头与基础柔性连接、桩身混凝土受压、桩土产生摩擦预应力的的抗拔(浮)桩。
该桩包括混凝土桩身的顶部与基础梁板之间用可压缩的柔性连接垫层填充，无粘结钢绞线下部用桩底锚具锚固在混凝土桩身的底部，无粘结钢绞线穿过混凝土桩身和桩顶柔性连接垫层并通过套管穿出基础梁板上端部，由桩顶锚具固定在基础梁板的上端部上；穿出基础梁板上端部的无粘结钢绞线的上端部在地下结构施工期间不锚固或只进行无预应力初锚，能在套管内上下自由滑动；待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后，在无粘结钢绞线的上端部进行张拉，使混凝土桩身和桩周土之间产生摩擦预应力，并用桩顶锚具锚固无粘结钢绞线上端部。
实施例1本发明的后锚式柔性桩顶抗拔(浮)桩，包括混凝土桩身3、桩的顶部与基础梁板4之间用可压缩柔性防水垫层2填充，无粘结钢绞线1下部用桩底锚具6锚固在桩的底部，无粘结钢绞线1穿过混凝土桩身3、桩顶柔性连接垫层2，并通过套管7穿过基础梁板4，穿出的无粘结钢绞线端部在地下结构施工期间不锚固或只进行无预应力初锚，可以在套管7内上下自由滑动。待地基土发生一定的压缩沉降后，在无粘结钢绞线1的顶部穿出基础梁板4的部分进行张拉，使桩身和桩周土之间产生摩擦预应力，并用顶端锚具5锚固无粘结钢绞线1 顶部。
如图5，由混凝土桩身3、柔性防水垫层2，无粘结钢绞线1，桩顶锚具5，桩底锚具 6，套管7，定位钢筋笼8组成。无粘结钢绞线1下部用桩底锚具6锚固锁定，无粘结钢绞线 1绑扎在定位钢筋笼8上，无粘结钢绞线1在定位钢筋笼8的顶端预留一定长度，以使成桩后的无粘结钢绞线1顶端能够穿过柔性防水垫层2、套管7和桩顶锚具5，并留锚固长度。在灌注桩成孔结束后，按常规灌注桩施工方法吊放已绑扎无粘结钢绞线1和桩底锚具6的定位钢筋笼8入桩孔，浇注混凝土成桩。桩顶凿除浮浆后填充一定厚度的改性浙青与泡沫塑料混合的柔性防水垫层2，并与基础梁板底面防水层密封连接，无粘结钢绞线1穿出柔性防水垫层2，并在穿出的部分外置套管7，并浇注在基础梁板4的混凝土内，保证无粘结钢绞线 1能够在套管7内自由滑动。穿出基础梁板4的无粘结钢绞线1的端部不锚固或只进行无预应力初锚。此后按照正常工序施工地下结构物。待基坑即将停止降水前，对无粘结钢绞线1的顶部进行张拉，使桩身和桩周土之间产生摩擦预应力，并用顶端锚具5锚固无粘结钢绞线1顶部，并进行防水封锚。各部分的尺寸和材料，可以根据实际工程进行设计、选择。具体为根据桩的抗拔(浮)承载カ要求，按照桩周土层条件设计桩长、桩径以及无粘结钢绞线的横截面面积。根据据抗拔(浮)承载カ设计值确定无粘结钢绞线张拉应力、锚具规格。根据基础梁板施工期间的沉降量，确定柔性防水垫层的厚度、材料。本发明中的桩顶柔性防水垫层除用改性浙青与泡沫塑料混合的柔性防水材料外， 还可以结合基础梁板防水层处理用其他高压缩性的材料替代，可以现场浇注也可以在エ厂预制后现场安装。本发明中的无粘结钢绞线可用其他柔性无粘结筋材代替。本发明所述抗拔(浮)桩成桩方式可以采用灌注桩，也可以采用预制桩。
权利要求
1.一种后锚式柔性桩顶抗拔桩，其特征在于该桩包括混凝土桩身( 的顶部与基础梁板(4)之间用可压缩的柔性连接垫层(2)填充，无粘结钢绞线(1)下部用桩底锚具(6) 锚固在混凝土桩身(3)的底部，无粘结钢绞线(1)穿过混凝土桩身(3)和桩顶柔性连接垫层( 并通过套管(7)穿出基础梁板(4)上端部，由桩顶锚具(5)固定在基础梁板的上端部上；穿出基础梁板(4)上端部的无粘结钢绞线(1)的上端部在地下结构施工期间不锚固或只进行无预应力初锚，能在套管(7)内上下自由滑动；待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后，在无粘结钢绞线(1)的上端部进行张拉，使混凝土桩身(3)和桩周土(9)之间产生摩擦预应力，并用桩顶锚具(5)锚固无粘结钢绞线(1) 上端部。
2.根据权利要求1所述的后锚式柔性桩顶抗拔桩，其特征在于所述的柔性连接垫层 (2)为具有防水性能的、低弹性模量的柔性材料。
3.根据权利要求1所述的后锚式柔性桩顶抗拔桩，其特征在于所述的混凝土桩身(3) 通过桩顶柔性连接垫层( 与基础梁板(4)下部相连；对无粘结钢绞线(1)的上端部，在地下结构施工期间不张拉锚固，待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后，再进行张拉锚固，使混凝土桩身( 和桩周土(9)之间产生摩擦预应力。
全文摘要
本发明是一种后锚式柔性桩顶抗拔桩，该桩包括混凝土桩身(3)的顶部与基础梁板(4)之间用可压缩的柔性连接垫层(2)填充，无粘结钢绞线(1)下部用桩底锚具(6)锚固在混凝土桩身(3)的底部，无粘结钢绞线(1)穿过混凝土桩身(3)和桩顶柔性连接垫层(2)并通过套管(7)穿出基础梁板(4)上端部，由桩顶锚具(5)固定在基础梁板(4)的上端部上；对无粘结钢绞线(1)的上端部，在地下结构施工期间不张拉锚固，待基坑回水前、地基土压缩沉降稳定后，再进行张拉锚固，使混凝土桩身(3)和桩周土(9)之间产生摩擦预应力。通过地基沉降以后再锚固桩顶，并利用混凝土桩身(3)和桩周土(9)之间产生摩擦预应力以减小地下工程的上浮位移量，有效控制其竖向变形。
文档编号E02D27/12GK102535456SQ20111044372
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者王武, 赵志峰, 邵光辉, 闵毅 申请人:南京林业大学