内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基。本实用新型的目的是提供一种结构简单、制作方便的内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，以在保持钢管桩桩径和壁厚不变的情况下，增强钢管桩抗弯刚度，起到减少桩基水平位移和转角的目的。本实用新型的技术方案是：一种内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，桩基打入泥面，该桩基包括钢管桩，以及设置于钢管桩内部预定高程的变刚度段，变刚度段上下分别设置上盖板和下盖板，上、下盖板焊接固定于钢管桩内壁。本实用新型适用于近海海洋工程、水利水电工程、港口通航工程中水平抗侧桩基【技术领域】。
【专利说明】内撑灌浆式水平抗侧变刚度粧基
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基。适用于近海海洋工程、水利水电工程、港口通航工程中水平抗侧桩基【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近几十年来，随着开敞式码头、跨海大桥、海洋石油平台、海上风电场的建设，浪、潮、流、风等荷载成为建筑物的重要水平设计荷载，其循环作用和动力作用也对桩的设计计算提出了更高的要求。另外如柔性靠船桩等结构，是充分利用钢管桩的水平位移来吸收水平荷载产生的巨大能量；在滑坡防治中，广泛采用抗滑桩来抵抗滑坡横向下滑推力。
[0003]目前水平抗侧桩的计算方法常采用属于弹塑性分析的P-Y曲线法，它可以对桩、土体系统进行非线性分析，被美国石油学会制定的《固定式海上平台设计施工技术规范》所采用，我国标准《港口工程桩基规范》亦采用该方法。
[0004]通过P-Y曲线法计算分析，地层浅部土体对桩受力及变形影响较为关键，相比之下，深层土的影响要小很多，对钢管桩而言，一般水平位移及弯矩影响深度约为泥面以下桩径D的6?8倍，具体深度范围与桩身的抗弯刚度E1、地层岩土体工程地质特性及所施加的荷载大小有关，需根据实际情况进行设计计算而确定。对其所需参数进行了敏感性分析，发现各个参数对桩顶的水平位移和转角影响不一，其中桩的抗弯刚度EI对水平位移和转角影响较为显著，EI增大20%，桩基的水平位移和转角约降低13%。
【发明内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种结构简单、制作方便的内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，以在保持钢管桩桩径和壁厚不变的情况下，增强钢管桩抗弯刚度，起到减少桩基水平位移和转角的目的。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，桩基打入泥面，其特征在于:该桩基包括钢管桩，以及设置于钢管桩内部预定高程的变刚度段，变刚度段上下分别设置上盖板和下盖板，上、下盖板焊接固定于钢管桩内壁；
[0007]所述变刚度段具有三种结构形式:其一为焊接固定于钢管桩内壁的钢结构内撑；其二为与钢管桩内壁黏结的灌浆段；其三为钢结构内撑与灌浆段相结合，钢结构内撑焊接固定于钢管桩内壁，灌浆段包裹钢结构内撑并与钢管桩内壁黏结。
[0008]所述钢结构内撑设置长度及所述灌浆段长度为泥面以上0.5?ID至泥面以下6?8D，D为钢管桩直径。泥面以下应根据实际地层分布情况结合P-Y曲线法计算分析其位移及弯矩影响距离而确定，另考虑泥面以上0.5?I倍钢管桩桩径D范围的影响距离。
[0009]所述灌浆段由水泥砂浆灌注而成，灌浆段对应的钢管桩内壁需经磨砂加工处理。
[0010]所述钢结构内撑与钢管桩内壁采用双面焊缝连接。
[0011]所述钢结构内撑采用十字内撑或井字形内撑等形式。
[0012]本实用新型的有益效果是:1、本实用新型在桩基一处或多处设置变刚度段，不需变动桩径和钢管壁厚，即可起到增强钢管桩截面抗弯刚度，减少桩基水平位移和转角，减少钢材用量，节省成本且布置灵活；2、钢结构内撑在钢管桩内焊接可在工厂预制，保证了质量，同时缩短作业时间；3、可根据设计、施工实际情况，对变刚度段可选择钢结构内撑、灌浆段或两种相组合的方式，其灵活性和适用性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为实施例1的立面示意图。
[0014]图2为实施例1的截面示意图。
[0015]图3为实施例2的立面示意图。
[0016]图4为实施例2的截面示意图。
[0017]图5为实施例3的立面示意图。
[0018]图6为实施例3的截面示意图。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:如图1、图2所示，在钢管桩I中靠近泥面6处设置变刚度段，长度为泥面6上I倍桩径加上泥面下7倍桩径，起到增强该部位钢管桩I水平抗侧刚度的作用，以减少泥面6处钢管桩I的水平位移和转角，钢管桩I内变刚度段上下分别设置上盖板2和下盖板3，以起到打桩时固定变刚度段内撑作用，且上、下盖板焊接固定于钢管桩I内壁。本例中变刚度段为钢结构内撑4，具体为十字内撑，由双面焊缝同钢管桩I连接，可工厂预制。
[0020]实施例2:如图3、图4所示，本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于本例中变刚度段为灌浆段5，灌浆段5由水泥砂浆灌注而成，此水泥砂浆材料易取、致密均匀、黏结性能好且抗弯刚度值大。灌浆段5对应的钢管桩I内壁需经磨砂加工处理，以增加其粗糙度，该灌浆段与钢管桩I内壁黏结。
[0021]实施例3:如图5、图6所示，本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于本例中变刚度段为钢结构内撑4(采用十字内撑)与灌浆段5的组合形式，十字内撑由双面焊缝同钢管桩I连接，可工厂预制；为变刚度段进行灌浆，形成包裹钢结构内撑4的灌浆段5，该灌浆段对应的钢管桩I内壁需经磨砂加工处理，灌浆段与钢管桩I内壁黏结。
[0022]上述实施例中钢管桩I截面抗弯刚度EtlItl由下式计算:
[0023]E010 =-d4)
64
[0024]其中，D为钢管桩I外径，d为钢管桩I内径，E0为钢材模量。
[0025]十字内撑截面抗弯刚度EtlI1由下式计算:
[0026]EnI'= (Ht + ?/ζ )
12
[0027]其中，h为十字内撑单撑长度，t为十字内撑厚度。
[0028]灌浆段5截面抗弯刚度E1I2由下式计算:
[0029]￡丨/') = //丄丄 ￠/4
1 - 64
[0030]其中，E1为混凝土模量，η为刚度折减系数，为由外界因素影响而导致浆液与钢材黏结的刚度折减。
[0031]针对实施例，钢管桩I外径D = 120cm,内径d = 116.2cm，采用C35水泥砂浆，十字内撑h等于钢管桩内径d,为116.2cm,厚度t亦为1.9cm,刚度折减系数η =0.8,计算表明只设置十字内撑(如实施例1)抗弯刚度增加20.2%，只设置灌浆段(如实施例2)抗弯刚度增加91.7%，两种方式组合设置(实施例3)时，抗弯刚度增加1.12倍。
[0032]另外，针对本实施例，采用P-Y曲线法计算分析水平抗侧桩(黏性土参数不排水抗剪强度Cu = 54KPa，有效重度r’ = 9KN/m3，最大主应力差一半的应变ε 50 = 0.017)，泥面以上钢管桩I悬臂高度为7.9m,钢管桩I入土深度为45m，变刚度段设置长度为10m，在水平力P = 400KN下，桩顶水平位移由19.4cm降低为9.8cm，桩顶水平位移约降低了 49.5%，效果显著。
【权利要求】
1.一种内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，桩基打入泥面￠)，其特征在于:该桩基包括钢管桩(1)，以及设置于钢管桩内部预定高程的变刚度段，变刚度段上下分别设置上盖板(2)和下盖板(3)，上、下盖板焊接固定于钢管桩(I)内壁； 所述变刚度段具有三种结构形式:其一为焊接固定于钢管桩(I)内壁的钢结构内撑(4);其二为与钢管桩(I)内壁黏结的灌浆段(5);其三为钢结构内撑(4)与灌浆段(5)相结合，钢结构内撑(4)焊接固定于钢管桩(I)内壁，灌浆段(5)包裹钢结构内撑(4)并与钢管桩内壁黏结。
2.根据权利要求1所述的内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，其特征在于:所述钢结构内撑(4)设置长度及所述灌浆段(5)长度为泥面￠)以上0.5?ID至泥面￠)以下6?8D，D为钢管桩⑴直径。
3.根据权利要求1所述的内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，其特征在于:所述灌浆段(5)由水泥砂浆灌注而成，灌浆段(5)对应的钢管桩⑴内壁需经磨砂加工处理。
4.根据权利要求1所述的内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，其特征在于:所述钢结构内撑(4)与钢管桩(I)内壁采用双面焊缝连接。
5.根据权利要求4所述的内撑灌浆式水平抗侧变刚度桩基，其特征在于:所述钢结构内撑(4)采用十字内撑或井字形内撑等形式。
【文档编号】E02D5/50GK204000856SQ201420408526
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】狄圣杰, 单治钢, 白福青, 徐学勇, 张琳 申请人:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司