一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩及施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述薄壁管桩主体桩身采用双层钢沉管现浇成桩，桩身上部桩径扩大，并在桩径扩大段混凝土桩身的外侧由内向外依次设置塑料套管和竖向排水体；桩径扩大段连接上部预制桩尖，桩身底部连接下部预制桩尖；薄壁管桩上部的桩周土体固化处理为固化土层；在薄壁管桩顶部和桩芯封闭段与桩顶盖板之间设置有连接筋；桩顶盖板内设有与竖向排水体连通的排水通道。本发明不但提高了桩体的打设质量，而且可以改善上部桩身和桩周土体的力学性能，同时可防止因泥皮带出地表引起的桩体变形，具有较好的技术经济效益。本发明还公开了上述薄壁管桩的施工方法。
【专利说明】 一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管粧及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种现浇薄壁管桩，特别涉及一种桩身上部扩大并外包竖向排水体、桩顶土体固化的顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩。属于地基处理领域，适用于地基处理工程，尤其适用于软土埋深浅、桩间距较小的软土地基处理工程。
【背景技术】
[0002]我国幅员辽阔，地质条件复杂且各地差别较大，软弱地基类别多、分布广，特别是在沿海地区及内地湖河沉积相地区存在着众多复杂的中等深厚的软土地基。如何有效提高深厚软土地基的承载能力、控制土体变形，一直是岩土工程中需着重解决的难题之一。目前，对软土地基的处理措施主要有两类，一类为排水固结法，另一类为复合地基法。
[0003]考虑到复合地基具有加固效果好、工期短、工后沉降小等优点，在地基加固工程中得到了广泛应用。目前，常用的复合地基加固方法有沉管灌注桩、预制方桩、预应力管桩、塑料套管混凝土桩等，其中，管桩具有单方混凝土承载力高、侧摩阻力大及抗弯性能好等优点，已被越来越多的软土地基处理工程所选用。从施工工艺来看，管桩可分为预制管桩和现浇管桩两种。预制管桩具有单桩承载力高、成桩质量可靠、桩身耐锤击和抗裂性好等优点；但考虑到运输和施工等因素，需适当加大钢筋用量以增加强度，抵抗施工可能带来的破坏性，从而增加了造价；现浇管桩具有施工速度快、桩长可自由调节、不存在接桩处的薄弱区段等优点，其工程适用性更较好，但因其采用现有技术施工难度较大，在实际工程中并不被广泛应用。
[0004]新世纪初期，河海大学开发的的现场浇筑混凝土薄壁管桩软土地基加固专利技术《用于软基处治的套管成模大直径现浇管桩机》(ZL 01273182.X)和施工工艺《软基处治大直径现浇管桩复合地基施工方法》(CN 1367296A)，采用相应技术进行现浇薄壁管桩施工达到了造价低、承载力高、地基的稳定性增加和地基沉降降低等目的。
[0005]然而，在实际施工过程中，由于现浇混凝土薄壁管桩属于挤土类桩型，相邻桩沉管打设及桩机移动会对尚未初凝的混凝土桩身产生不利影响，即便在打桩顺序，装置贯入度等方面进行施工方案优化，仍然会出现桩顶区域桩身偏位，或断桩、桩体混凝土离析、薄弱夹层等病害，严重影响现浇薄壁管桩的成桩质量及承载性能。
[0006]目前，已有一种薄壁管桩，包括横截面为圆环形的混凝土桩身、设置在所述混凝土桩身内的钢筋笼，以及固定于所述混凝土桩身端部的端头板和包箍，该桩型虽结构简单，也可在一定程度上约束桩端的变形，但由于约束仅设置于桩端头位置，难以有效解决桩体间的相互挤压变形和破坏问题。
[0007]综上所述，现浇薄壁管桩具有适用性强、承载能力高、抗弯性能好等优点，但由于管桩直径较大、管壁薄，易在施工时出现一些质量问题，导致桩体的承载能力难以有效发挥，严重影响桩体质量和地基处理效果。
[0008]鉴于当前薄壁管桩设计及施工过程中的实际质量问题，为有效提高桩体的承载能力，目前亟待发明一种邻桩施工扰动小，可充分发挥不同层位土体承载能力，并可兼具排水固结法优点、减小上部桩体负摩阻力的新型顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种桩体施工质量可靠、邻桩施工挤土效应小、可同时发挥不同层位土体承载能力、负摩阻力小、兼具排水固结处理效果的顶部加强型现浇混凝土
薄壁管桩。
[0010]为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案:
一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述薄壁管桩主体桩身采用双层钢沉管现浇成桩，桩身上部桩径扩大，并在桩径扩大段混凝土桩身的外侧由内向外依次设置塑料套管和竖向排水体；桩径扩大段连接上部预制桩尖，桩身底部连接下部预制桩尖；薄壁管桩上部的桩周土体固化处理为固化土层；在薄壁管桩顶部和桩芯封闭段与桩顶盖板之间设置有连接筋；桩顶盖板内设有与竖向排水体连通的排水通道。
[0011]固化土层由工程开挖土与水泥及固化剂拌合而成，均匀摊铺于整个施工场地上，摊铺厚度40(T800mm，预留打设孔孔径为薄壁管桩设计外径的1.2^1.5倍。双层钢沉管由钢制的内沉管和外沉管组成，其中外沉管在桩径扩大段的底部沿环向设置与上部预制桩尖连接的凸隼，通过振动沉管法或静压法携同预制桩尖下沉至设计底面标高。
[0012]上部预制桩尖的上表面设有与外沉管连接凸隼、塑料套管、钢护筒对应的限位凹槽；在下部预制桩尖的上表面设有与双层钢沉管对应的限位凹槽。
[0013]所述扩大桩身为钢沉管拔起后混凝土侧向漫延至塑料套管形成，塑料套管可采用单壁螺纹的PVC管、PE管或HDPE管。
[0014]所述竖向排水体由中粗砂松散填充形成，分布于塑料套管外侧的上部预制桩尖下压形成的空间内。
[0015]桩顶盖板为现浇钢筋混凝土盖板，在盖板上沿环向均匀设置有与竖向排水体连通的排水通道，并与排水垫层相连通。
[0016]一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤:
1)施工前准备:根据设计图纸，处理施工场地，测定桩体位置，绘制施工轮廓线，组织施工材料、机械、人员就位；
2)摊铺固化土:施工场地平整后摊铺固化土或就地固化后压实摊平，并根据设计桩径，在桩位处预留打设孔；
3)钢沉管和护筒打设:采用振动或静压沉管法，将与预制桩尖连接好的双层钢沉管连同其外侧的塑料套管、钢护筒一同打设至设计标高；
4)填筑排水体:在塑料套管、钢护筒、上部预制桩尖形成的环形空腔内填充中粗砂；
5)浇筑桩身混凝土:根据设计要求放入钢筋笼后，向双层钢沉管与底部预制桩尖围合形成的环形空腔内灌注混凝土；
6)沉管及钢护筒拔出:先将双层钢沉管缓缓振动拔出，上拔过程中需压住外围钢护筒及塑料套管，待沉管彻底拔出后，再拔出钢护筒；
7)桩顶填补:待沉管及钢护筒拔出后，立即向塑料套管内填补混凝土至设计桩顶标高，形成扩大桩身和桩芯封闭段；
8)连接筋埋入:在混凝土初凝前，向薄壁管桩顶部和桩芯封闭段的上部插入与桩顶盖板连接的钢筋；
9)浇筑盖板：根据设计要求，支设模板，在桩顶现场浇筑桩顶盖板。
[0017]本发明具有以下特点和有益效果：
(1)在沉管装置下压前，在施工场地上摊铺固化土层，可同时起到提高上部土体承载能 力、减小施工机械对地基土的扰动、防止桩身倾斜的作用。
[0018](2)桩身上部扩大，类似变直径桩身设计，可充分发挥不同层位地基土的承载能 力。
[0019](3)桩身外侧设置的竖向排水体既可减少沉管施工时挤土效应对成桩质量的影 响，还可加速上部土体的排水固结，减小桩体的负摩阻力，避免了因上部设置固化土层的不 透水问题。
[0020](4)塑料套管的设置不但可以作为桩体混凝土浇筑的模板，而且可防止混凝浇筑 时水泥浆渗入竖向排水体内。
[0021]总之，本发明施工工艺简单，不但可以减少桩体施工对邻桩的影响，确保施工质 量；而且可以充分发挥不同层位土体的承载能力；还可以加速上部桩周土体的排水固结， 减小负摩阻力，同时可防止因泥皮带出地表引起的桩体变形，具有较好的技术经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的示意图；
图2是本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩施工装置示意图；
图3是所述上部预制桩尖的上表面槽口布置示意图；
图4. r4. 8是本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的施工流程示意图；
其中：1-固化土层、2-钢护筒、3-塑料套管、4-外沉管、5-内沉管、6-竖向排水体、7-上 部扩大桩身、8-现浇混凝土薄壁管桩、9-桩芯封闭段、10-连接筋、11-排水通道、12-现浇 盖板、13-上部预制桩尖、14-下部预制桩尖、15-连接凸隼、16-软弱土层、17-相对硬土层、 18-塑料套管限位槽、19-钢护筒限位槽、20-凸隼嵌入槽。
具体实施例
[0023]本实施方式中钢板切割、焊接施工技术要求，钢筋笼绑扎施工技术要求，预制桩尖 设计及施工技术要求，振动沉管施工技术要求，桩身混凝土配合比设计及浇筑技术要求，中 粗砂颗粒填筑施工技术要求等不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
[0024]图1是本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的示意图，图2是本发明一 种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩施工装置示意图，图3是所述上部预制桩尖的上表面槽 口布置示意图。参照图广3所示，本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩主要由固化 土层1、竖向排水体6、上部扩大桩身7、现浇混凝土薄壁管桩8、桩芯封闭段9、上部预制桩 尖13、下部预制桩尖14组成。薄壁管桩桩身8上部桩径扩大形成扩大桩身7，在扩大桩身 7的外侧由内向外依次设置塑料套管3和竖向排水体6 ;上部扩大桩身7的底部和现浇混凝 土薄壁管桩8的底部分别设置上部预制桩尖13和下部预制桩尖14 ;薄壁管桩8上部的桩 周土体固化处理为固化土层1，采用混凝土封堵薄壁管桩上部空腔形成桩芯封闭段9 ;在薄 壁管桩8顶部和桩芯封闭段9与桩顶现浇盖板12之间设置连接筋10 ;桩顶盖板12内设有与竖向排水体6连通的排水通道11。[0025]固化土层I的厚度为500mm，采用清理施工场地产生的弃土与水泥拌合而成；固化土 I的7d抗压强度应大于0.8MPa，水泥掺入质量比为5%，采用32.5#普通硅酸盐水泥；桩位1.2倍桩径范围内不填筑固化土。
[0026]钢护筒2米用外径为1000mm,厚度为16mm的Q345无缝钢管,长1500mm。
[0027]塑料套管3采用PVC管材，直径为800mm，厚度为2mm，长度为1400mm。
[0028]双层钢沉管由钢制的外沉管4和内沉管5组成，内、外沉管均采用Q345无缝钢管，厚度为20mm ;其中外沉管4的外径为680mm，在桩径扩大段的底部沿环向均匀设置4块与上部预制桩尖13连接的凸隼15,凸隼15呈梯形，上底长为40mm,下底长为80mm,高为80mm,采用钢材的强度等级为Q345，厚度为20mm，下底与外沉管4之间焊接连接；内沉管5的外径为 400mm。
[0029]竖向排水体6设于塑料套管3的外侧，由粒径均匀的中粗砂填充而成。
[0030]上部预制桩尖13的外形为中空环形，剖面为等腰直角三角形，外直径为1100mm，内径为690mm，高为250mm ;在上表面内侧沿环向设置4处与外沉管4上的凸隼15连接的凸隼嵌入槽20，以及塑料套管限位槽18和钢护筒限位槽19各一道，凹槽深度为40mm，桩尖混凝土的强度等级为C35，采用42.5#普通硅酸盐水泥。
[0031]下部预制桩尖14外形同样为中空环形，剖面为等腰直角三角形，其外直径为800mm,内径为300mm，高为250mm ;在上表面上设置两道与外沉管4和内沉管5相对应的凹槽，凹槽深度为40mm，桩尖混凝土的强度等级为C35，采用42.5#普通硅酸盐水泥。
[0032]桩顶混凝土初凝前，在桩顶上表面沿环向均匀插入连接筋10，连接钢筋10采用直径为12mm、强度等级为Q235的螺纹钢筋。
[0033]待桩身质量检验合格后，现场支模，浇筑桩顶盖板12，盖板12的混凝土强度等级为C30 ;在桩顶盖板12上与竖向排水体6对应的位置预埋排水通道11 ;排水通道11采用直径为30mm的PVC管，插入竖向排水体的深度不小于50mm。
[0034]图4.1-4.8是本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的施工流程示意图，参照4.1-4.8所示，本发明一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的主要施工步骤如下:
1)施工前准备:根据设计图纸，处理施工场地，测定桩体位置，绘制施工轮廓线，组织施工材料、机械、人员就位；
2)摊铺固化土:施工场地平整后摊铺固化土 1，并在桩位1.2倍桩径处预留桩打设空
间；
3)钢沉管和护筒打设:采用振动沉管法，将与下部预制桩尖14和上部预制桩尖13连接好的外沉管4、内沉管5、钢护筒2连同塑料套管3 —同打设至设计标高；
4)填筑排水体:在塑料套管3、钢护筒2、上部预制桩尖13形成的环形空腔内填充中粗砂，形成竖向排水体6 ；
5)浇筑桩身混凝土:根据设计要求放入钢筋笼后，向外沉管4、内沉管5与下部预制桩尖14形成的环形空腔，以及外沉管5、塑料套管3和上部预制桩尖13形成的环形空腔内灌注混凝土 ；
6)沉管及钢护筒拔出:先将外沉管4、内沉管5缓缓振动拔出，上拔过程中需压住外围钢护筒2及塑料套管3 ;待外沉管4、内沉管5彻底拔出后，再拔出钢护筒2，塑料套管3留于地基内；
7)桩顶填补:待外沉管4、内沉管5及钢护筒2拔出后，立即向塑料套管3内填补混凝土至设计桩顶标高，形成扩大桩身7和桩芯封闭段9，填筑混凝土的强度等级为C30 ；
8)连接筋埋入:在混凝土初凝前，向薄壁管桩8顶部和桩芯封闭段9的上部插入与桩顶盖板12连接的钢筋10 ；
9)浇筑盖板:根据设计要求，支设模板，在桩顶现场浇筑桩顶盖板12。
【权利要求】
1.一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述薄壁管桩主体桩身采用双层钢沉管现浇成桩，桩身上部桩径扩大，并在桩径扩大段混凝土桩身的外侧由内向外依次设置塑料套管和竖向排水体；桩径扩大段连接上部预制桩尖，桩身底部连接下部预制桩尖；薄壁管桩上部的桩周土体固化处理为固化土层；在薄壁管桩顶部和桩芯封闭段与桩顶盖板之间设置有连接筋；桩顶盖板内设有与竖向排水体连通的排水通道。
2.根据权利要求1所述的一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述固化土层由工程开挖土与水泥及固化剂拌合而成，均匀摊铺于整个施工场地上，摊铺厚度40(T800mm，预留打设孔孔径为薄壁管桩设计外径的1.2^1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述双层钢沉管由钢制的内沉管和外沉管组成，其中外沉管在桩径扩大段的底部沿环向设置与上部预制桩尖连接的凸隼，通过振动沉管法或静压法携同预制桩尖下沉至设计底面标高。
4.根据权利要求3所述的一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于在上部预制桩尖的上表面设有与外沉管连接凸隼、塑料套管、钢护筒对应的限位凹槽；在下部预制桩尖的上表面设有与双层钢沉管对应的限位凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述扩大桩身为钢沉管拔起后混凝土侧向漫延至塑料套管形成，塑料套管可采用单壁螺纹的PVC管、PE管或HDPE管。
6.根据权利要求1所述的一 种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述竖向排水体由中粗砂松散填充形成，分布于塑料套管外侧的上部预制桩尖下压形成的空间内。
7.根据权利要求1所述的一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩，其特征在于所述桩顶盖板为现浇钢筋混凝土盖板，在盖板上沿环向均匀设置有与竖向排水体连通的排水通道，并与排水垫层相连通。
8.权利要求f7所述的一种顶部加强型现浇混凝土薄壁管桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤: 1)施工前准备:根据设计图纸，处理施工场地，测定桩体位置，绘制施工轮廓线，组织施工材料、机械、人员就位； 2)摊铺固化土:施工场地平整后摊铺固化土或就地固化后压实摊平，并根据设计桩径，在桩位处预留打设孔； 3)钢沉管和护筒打设:采用振动或静压沉管法，将与预制桩尖连接好的双层钢沉管连同其外侧的塑料套管、钢护筒一同打设至设计标高； 4)填筑排水体:在塑料套管、钢护筒、上部预制桩尖形成的环形空腔内填充中粗砂； 5)浇筑桩身混凝土:根据设计要求放入钢筋笼后，向双层钢沉管与底部预制桩尖围合形成的环形空腔内灌注混凝土； 6)沉管及钢护筒拔出:先将双层钢沉管缓缓振动拔出，上拔过程中需压住外围钢护筒及塑料套管，待沉管彻底拔出后，再拔出钢护筒； 7)桩顶填补:待沉管及钢护筒拔出后，立即向塑料套管内填补混凝土至设计桩顶标高，形成扩大桩身和桩芯封闭段； 8)连接筋埋入:在混凝土初凝前，向薄壁管桩顶部和桩芯封闭段的上部插入与桩顶盖板连接的钢筋；9)浇筑盖板:根据设计要 求，支设模板，在桩顶现场浇筑桩顶盖板。
【文档编号】E02D5/66GK103510511SQ201310444570
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】张以国, 陈祥节, 林丰, 宋君勇, 谢纯良 申请人:鸿厦建设有限公司