专利名称：竹节形预制混凝土节段桩的制作方法
技术领域：
本发明涉及软土地基桥梁的修建技术领域，尤其涉及一种竹节形预制混凝土节段桩。
背景技术：
目前软土地基桥梁的桩基通常采用等直径的预制桩或钻孔灌注桩形式，截面形式一般采用方形或者管形。受施工设备及地质条件等限制，一般混凝土预制桩的尺寸均较小(直径600毫米以下)。一般采用锤击或者振动沉桩工艺，其存在的主要问题是1)混凝土预制桩的直径较小，单桩承载力较低，因此所需桩的根数较多。但当桩的根数较多时，桩侧土壤在压桩时被挤，容易导致已施工的桩产生横向位移或变位，影响施工。2)振动沉桩工艺受限于施工设备的局限，一般仅适用于小型建筑的桩基础。桩的横断面积比较小，长度也较短(一般30米以下)，达不到桥梁桩基的承载能力要求。3)随着城市环保要求的不断提高，锤击等打入桩施工由于噪音、振动等负面影响已经不适于在城区内采用。另一方面，钻孔灌注桩的尺寸一般较大(直径600毫米以上)，然而采用钻孔和现场浇筑水下混凝土的施工工艺又会带来以下问题1)需要现场浇筑混凝土，施工速度慢，一般一根桩的施工周期需要2 3天，且施工质量无法有效控制。2)钻孔灌注桩施工工艺存在施工时产生的泥浆会对环境造成污染等问题，不符合环保要求。3)在软土地基环境施工时，稍有不慎桩孔护壁容易塌孔造成事故。4)水下浇筑混凝土的强度一般不高，基本上只能达到C30。综上所述，对于在软土地基上如何实现大直径的桥梁桩基，目前没有很好的解决办法。因此，本领域的技术人员致力于开发一种单桩承载力高的竹节形预制混凝土节段桩。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种单桩承载力高的竹节形预制混凝土节段桩。为实现上述目的，本发明提供了一种竹节形预制混凝土节段桩，包括多个桩基节段，各所述桩基节段之间依次固定连接；所述桩基节段的外形为竹节形，所述桩基节段为内腔贯通的中空结构；在所述桩基节段的内腔中设置有取土通道及导向结构，所述内腔兼做所述取土通道；所述导向结构包括支臂及用于穿设导向杆的导向孔，所述桩基节段的侧壁上还开设有多个用于喷气或喷水的通孔。较佳地，所述桩基节段的端部直径与腰部直径之比为1.1 1至1.3 1。较佳地，所述桩基节段的前端面还设置有钢结构桩靴。较佳地，所述支臂为钢结构件，与所述桩基节段固定连接。较佳地，所述桩基节段在靠近前端及后端的位置分别设置有所述导向结构。较佳地，各所述桩基节段之间的固定连接为预应力连接。本发明的有益效果本发明的竹节形预制混凝土节段桩，由于上述竹节形的结构设计，竖向单桩承载力比等直径桩基的单桩承载力提高30 % 45%，桩基的水平抗剪切力有所提高，桩的总沉降量大大减小，实现了软土地基桩基施工的预制化、低噪音施工，大大减少了桩基根数，避免对桩周土的干扰。本发明同时还解决了软土地基上预制桩直径小、单桩承载力不足根数弥补和钻孔灌注桩施工速度慢、施工质量无法有效控制、施工时产生环境污染等问题。本发明提出的竹节形预制混凝土节段桩，可满足在软土地基上直径达到3米左右、长度达到50 60米的桩基要求。桩的横截面形式可以为圆形、方形、长方形、多边形等。 竹节突出边缘无尺寸限制，可根据实际情况确定。由于采用了上述结构设计，本发明的竹节形预制混凝土节段桩可实现施工现场以外的工厂化预制，并且在其施工中，具有如下优点1)采用桩基分段预制、现场拼接的方式，加快施工速度、桩基质量容易保证。2)采用振动沉桩，实现低噪音。3)采用大直径预制桩，提供更高的桩基承载力。4)下沉过程中采取桩内取土、气(水)幕辅助下沉的方式，减少阻力，降低了设备的功率要求。5)采用导向技术，实现精确沉桩。6)导向杆可回收，循环利用，低碳环保。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明的竹节形预制混凝土节段桩一具体实施例中桩基节段的俯视结构示意图。图2是图1中A-A部剖视结构示意图。图3是本发明的竹节形预制混凝土节段桩一具体实施例中首段桩基节段的局部剖视结构示意图。图4是本发明的竹节形预制混凝土节段桩在施工中的一施工状态示意图。图5是本发明的竹节形预制混凝土节段桩在施工中的一施工状态示意图。图6是本发明的竹节形预制混凝土节段桩在施工中的一施工状态示意图。图7是本发明的竹节形预制混凝土节段桩在施工中的一施工状态示意图。图8是本发明的竹节形预制混凝土节段桩在施工中的一施工状态示意图。
具体实施例方式本发明的竹节形预制混凝土节段桩包括多个桩基节段，各桩基节段之间依次固定连接形成一体。在各个桩基节段中，除了首段桩基节段以外，其他各级桩基节段的结构形式均相同，以更便于规模化预制，和降低模具成本。以下详述其中一桩基节段的结构。如图1、图2所示，一桩基节段1由侧壁10合围形成内腔2，内腔2贯通其中，并兼做取土通道，内腔2中还设置有导向结构。本发明中，桩基节段的外形为竹节形，两端直径大，腰部直径小，底部直径与腰部直径之比为1.1 1至1.3 1。图1中虚线所示为桩基节段的腰部。具体地，本实施例中的导向结构包括在圆周方向上均布的三个支臂11，及用于穿设导向杆的导向孔12。支臂11为钢结构件，与桩基节段1的侧壁10固定连接(或浇筑在一起)。导向杆不是桩基节段1的一部分，其结构与功用，后文另述。桩基节段1的侧壁10上，预留有竖向的管道及多个用于喷气或喷水的通孔13 (专业术语为“气龛”)，以从地面处桩壁的孔口施加高压的气或水。如图3所示为本发明的桩基节段中的首段桩基节段的结构示意图。首段桩基节段的结构与各级桩基节段的结构基本相同，所不同之处在于，为便于进入土体，减少与土体的摩擦阻力，在首段桩基节段的前端面还设置有斜面14，构成钢结构的桩靴以分解垂直方向的摩擦阻力。斜面14的设置方式，可以为如图3所示在内壁的外扩形，也可以是未做图示的在外壁的倒梯形。另外，参考图3所示，在不同的实施例中，桩基节段可以在靠近前端及后端的位置分别设置前述的导向结构，以获得更好的导向效果。在其他实施方式中，导向结构的形式也不限于以上实施例。例如，支臂11的数量也可以为2个或4个或多个(但过多数量的支臂会影响取土通道的畅通)，导向结构的设置也可以设置在桩基节段1的中部，导向孔12的数量也可以是2个，或多个，等等。各桩基节段之间，包括与首节桩基节段之间，可以采用预应力钢绞线或预应力钢筋等现有的预应力连接，或本技术领域中其他常用的连接方式，以实现足够强度，尤其是抗剪切强度的固定连接。以下简要说明本发明的竹节形预制混凝土节段桩的施工工艺首先，在预制场预制桩基节段，并运至施工现场。桩基节段的长度选定，可以按照设计桩身的长度进行若干分段。桩基节段的直径与设计桩身的直径相同。然后，如图4所示，在施工现场选定的桩位处，采用静压法将导向杆4沉入土体5 的施工平面以下。导向杆4为一直度好的钢性部件，用于在后续工步中引导桩基节段的下沉方向。如图5所示，将第一桩基节段1A(即前文所述首节桩基节段)的导向孔12可移动地套设在导向杆4上。采用振动沉桩的方法，将第一桩基节段IA沿导向杆4方向沉入土体5的地下。尤其是，在振动沉桩的同时，还采用边取土作业、边喷气或喷水作业的方式减小软土地基土体5对桩基节段IA的阻力。
具体地，前述取土作业是在振动沉桩时，挖出或吸出桩基节段IA的中空的内腔2 中的土体。前述喷气或喷水作业，具体为在振动沉桩时，通过桩基节段IA侧壁上的通孔13对桩基节段IA外侧的土体5喷气或喷水，在桩基节段IA的外壁与土体5之间形成气幕或水幕，以减小两者之间的摩擦阻力。如图6所示，在第二桩基节段IB的导向孔中穿设导向杆4。采用预应力钢绞线连接方式，将第二桩基节段IB与第一桩基节段IA在连接处3进行固定连接。重复上述工步，采用振动沉桩法，并辅以取土作业、喷气或喷水作业，直至第二桩基节段IB连同第一桩基节段IA —起沉入土地5的地下。之后，如图7所示，依次施工第三桩基节段1C、第四桩基节段1D。根据设计桩身的长度要求，重复上述工步施工至满足设计桩身要求的第N桩基节段1N。如图8所示，使所需数量的桩基节段沉至土体5的地下。之后，还可以从土体5中拔出并回收导向杆4。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种竹节形预制混凝土节段桩，包括多个桩基节段，各所述桩基节段之间依次固定连接；其特征在于所述桩基节段的外形为竹节形，所述桩基节段为内腔贯通的中空结构； 在所述桩基节段的内腔中设置有取土通道及导向结构，所述内腔兼做所述取土通道；所述导向结构包括支臂及用于穿设导向杆的导向孔，所述桩基节段的侧壁上还开设有多个用于喷气或喷水的通孔。
2.如权利要求1所述的竹节形预制混凝土节段桩，其特征在于所述桩基节段的端部直径与腰部直径之比为1. 1 1至1. 3 1。
3.如权利要求1所述的竹节形预制混凝土节段桩，其特征在于所述桩基节段的前端面还设置有钢结构桩靴。
4.如权利要求1所述的竹节形预制混凝土节段桩，其特征在于所述支臂为钢结构件， 与所述桩基节段固定连接。
5.如权利要求1所述的竹节形预制混凝土节段桩，其特征在于所述桩基节段在靠近前端及后端的位置分别设置有所述导向结构。
6.如权利要求1所述的竹节形预制混凝土节段桩，其特征在于各所述桩基节段之间的固定连接为预应力连接。
全文摘要
本发明公开了一种竹节形预制混凝土节段桩，包括多个桩基节段，各所述桩基节段之间依次固定连接；所述桩基节段的外形为竹节形，所述桩基节段为内腔贯通的中空结构；在所述桩基节段的内腔中设置有取土通道及导向结构，所述内腔兼做所述取土通道；所述导向结构包括支臂及用于穿设导向杆的导向孔，所述桩基节段的侧壁上还开设有多个用于喷气或喷水的通孔。本发明由于上述结构设计，获得的竹节形混凝土预制节段桩具有单桩承载力高等有益效果。
文档编号E02D5/30GK102561320SQ201210038668
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者何晓光, 周良, 李雪峰, 陆元春 申请人:上海市城市建设设计研究总院