一种具有较高水平承载力的新型复合桩基的制作方法

本实用新型属于建筑工程领域，尤其涉及一种具有较高水平承载力的新型复合桩基。

背景技术：

传统的陆上桩基在设计时主要考虑竖向荷载作用，但对于桥墩基础和高耸结构基础，如高压电塔、海上结构基础等，在受到地震荷载、风荷载、波浪荷载，甚至是船只撞击作用时，均会受到很大的水平荷载作用。因此，桩基础水平受荷性能的优劣和水平承载力的强弱，对上述结构的基础来说是十分关键的。目前，通常采用扩大桩径、增加桩数或增加桩身配筋等方式方法来提高桩基的水平承载力；但上述方式方法不仅施工复杂，耗材、成本高，而且有时因场地限制难以实施。因此，寻找结构合理、施工简单的桩基结构以提升桩基的水平承载力，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种具有较高水平承载力的新型复合桩基，其结构合理、施工简单，能有效提升桩基的水平承载力。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种具有较高水平承载力的新型复合桩基，包括中心桩和紧密布设在中心桩桩顶外围圆周的边桩，且中心桩与边桩、边桩与边桩两两相互咬合。

作为本案的优化方案，所述边桩的轴向长度是中心桩直径的5~8倍。

作为本案的优化方案，所述边桩之间相互咬合的尺寸范围为0.2倍边桩直径，所述边桩与中心桩之间咬合的尺寸范围为0.1~0.2m。

作为本案的优化方案，所述中心桩为灌注桩，边桩为高压旋喷桩。

作为本案的优化方案，所述边桩高压旋喷注浆采用二重管法或三重管法浇筑，水灰比为1:1~1.5。

作为本案的优化方案，所述边桩高压旋喷注浆的参数按照喷水压力不小于20MPa，喷浆压力24～26MPa，提升速度18～20cm/min，旋转速度20～25r/min。

本实用新型的有益效果是：

1、边桩呈 “梅花形”布设在中心桩的外围，其轴向长度在8倍中心桩直径的范围对中心桩进行加固，加固桩基础竖向荷载力的同时，通过增大桩身截面惯性矩、改善桩周土的抗力系数的方法使桩基的水平承载力提高了2~3倍；

2、边桩采用高压喷射注浆法，其整体性、均匀性都要高于一般的静压灌浆，固结体在良好的(对混凝土无侵蚀)环境中强度能够不断增加，整个结构水平承载力随时间提高，强度增长率可延续至10年以上，经实测10年其强度可增加1. 5倍乃至更高，质量可靠经久耐用；施工过程简单，且旋喷施工的深度浅、工程量小，有成熟的施工机具旋喷钻机，施工工期较短且施工效果好。

附图说明

图1为本实用新型复合桩基的结构示意图；

图2为本实用新型复合桩基的俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型及其效果作进一步阐述。

如图1、2所示，一种具有较高水平承载力的新型复合桩基，包括中心桩1和紧密布设在中心桩1桩顶外围圆周的边桩2，即边桩2呈 “梅花形”布设在中心桩1的外围，中心桩1与边桩2、边桩2与边桩2两两相互咬合，且边桩2沿中心桩1桩顶向下的轴向长度是中心桩直径的5~8倍，边桩2之间相互咬合的尺寸范围为0.2倍边桩直径，边桩1与中心桩1之间咬合的尺寸根据一般中心桩的钢筋保护层的厚度确定，范围为0.1~0.2m。边桩2紧密布设在中心桩1外围，使得中心桩1桩身直径变大，其抗弯刚度会随之增大，该处桩身的计算宽度也会变大。在水平荷载作用下，桩基承力盘会和桩身一起发生转动，由于边桩2两侧土体的抗力作用，会产生一个由于承力盘转动而产生的抵抗弯矩。从而通过增大桩身截面惯性矩、改善桩周土的抗力系数的方法使桩基水平承载力提高了2~3倍。

进一步地，所述中心桩1为钻孔灌注桩或人工挖孔灌注桩，根据桩基的竖向承载力设计中心桩1的尺寸规格；边桩2为高压旋喷桩，并采用二重管法或三重管法浇筑，水灰比为1:1~1.5，且高压旋喷注浆的参数按照喷水压力不小于20MPa，喷浆压力24～26MPa，提升速度18～20cm/min，旋转速度20～25r/min进行施工。并且中心桩1先于边桩2进行施工，待中心桩1灌注混凝土完成终凝前采用高压旋喷注浆法进行边桩2施工。边桩2的轴向长度为中心桩直径的8倍，边桩旋喷直径尺寸结合具体工程取值，若无参考资料可以根据土质按下表格选取。

高压旋喷桩的直径设计选取表

高压喷射注浆法于20世纪70年代始于日本，在化学注浆的基础上采用高压水射流切割技术而发展起来的地基处理方法。采用钻机成孔至预定深度后，用高压注浆流体发生设备使水和浆液通过装在钻杆末端的特制喷嘴喷出，以高压脉动的喷射流向土体四周喷射，将一定范围内的土体结构破坏，强制与化学浆液混合，形成注浆体，同时钻杆按一定方向旋转提升，待浆液凝固后在土中制成具有一定强度和防渗性能的圆柱状、板状等固结体，与周围土体共同作用加强地基。高压喷射注浆技术目前在国内的工程中广泛应用。能够提高地基的承载力，加固基础的竖向荷载能力；提高地基的抗渗防渗能力和防止渗漏。由于桩顶承台的固结约束作用，桩顶一定深度范围内受到较大的弯矩作用。从桩受到的水平荷载而言，桩顶一定深度范围内的土体侧向约束作用控制着桩的水平承载力。鉴于此，本案结合目前的科学研究与工程经验，提出一种将喷射注浆技术用于提高桩基水平承载力的复合桩基结构。

实施例

先进行中心桩施工，在中心桩混凝土终凝前进行边桩施工。现中心桩为钻孔灌注桩泥浆护壁为例。

(1)施工准备

施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布置等。钻机是中心桩钻孔灌注施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。

(2)钻孔机的安装与定位

安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜，造成桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求钻孔机的安装地基稳固。为防止桩位不准，在施工中最重要的环节是定好中心位置和正确安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与钻孔中心在同一垂线上，以保证钻机的安装垂直度。

(3)泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，以及防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据选取的钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。

(4)钻孔

钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量。首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固，所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远或相互产生干扰。

(5)清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求后，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀而引起钻孔坍塌。对于摩擦桩，当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前的沉渣厚度不大于30cm；当孔壁不易坍塌时，沉渣厚度不大于20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于5cm。清孔方法依据使用的钻机不同而灵活应用，通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机、真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔时，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用；其原理就是利用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。

(6)灌注混凝土

清孔之后，即可将预制的钢筋笼垂直吊入孔内，定位后加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不应中断，否则易出现断桩现象。

以上步骤完成后即完成了中心桩的施工，在中心桩混凝土初凝后终凝前，进行边桩施工。边桩施工具体以下几步：

1、平整场地作为施工作业面，测算需处理的中心桩位及旋喷桩桩位。使用全站仪和钢尺，准确放样出每排桩位的轴线和每根桩的中心点，用白灰作醒目标记，设置注浆孔，各个注浆孔的注浆范围相互交叉重叠；根据中心桩实际位置结合设计要求进行布设，孔位偏差不大于50mm。

2、转机就位、整平钻机，钻杆的垂直度偏差不大于1.5%，就位后先进行0.5mpa低压射水实验，检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。使用钻机设备将安装在注浆管底部侧面的喷嘴置入预定深度。

3、配制水泥浆：旋喷注浆材料一般包括主剂和助剂，浆液是由注浆材料用水或其他溶液按一定比例配制而成的液体，有时一种注浆材料可能有多种配方。浆液经过一定的化学反应或物理变化后由液体成为固体。通常注浆材料选用水泥，固结性能良好、品种多且来源容易；在配置水泥注浆液时，根据需要加入外加剂，例如早强超塑化剂、抗冻外加剂等。按照1:1.0- 1.5的水灰比搅制水泥浆，并掺入高效减水剂，搅拌时间不少于1分钟。

4、使用高压泥浆泵和高压发生装置进行边桩高压旋喷注浆，喷射浆液冲击和破坏桩孔内的土体，注浆管旋转、提升注浆，浆液与从土体上崩落的土搅拌混合；由下而上进行喷射作业至设计标高，技术人员须时刻注意注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。当达到设计标高后，边提升并改用常压注浆，使浆液充满钻孔。旋喷注浆的参数按照喷水压力不小于20MPa，喷浆压力24～26MPa，提升速度18～20cm/min，旋转速度20～25r/min，水泥浆水灰比为1.5∶ 1，桩体水泥用量为220kg/m。

5、自下而上进行高压旋喷注浆，当注浆管不能一次提升而需分次卸管时，卸管后的搭接长度不得小于100mm，以保证固结体的整体性。

6、清洗管线，移至下一孔位。

7、施工中应严格按照施工参数和材料用量施工，并如实做好各项记录。

8、当高压喷射注浆完毕后，若喷射注浆过程因故中断，短时间(小于或等于浆液初凝时间)内不能继续喷浆时，均应拔出注浆管清洗备用，以防浆液凝固后拔不出管或喷嘴堵塞。

9、砾石地层措施：当遇砾石地层时，为保证桩径，可重复喷射，直到注浆管提升至停浆面。

以上实施例仅是示例性的，并不会局限本实用新型，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，所做出的其它等同变型和改进，均应视为本实用新型的保护范围。