一种用于软基处理的预制变直径孔管桩结构的制作方法

本实用新型涉及预制管桩领域，尤其涉及一种用于软基处理的预制变直径孔管桩结构。

背景技术：

我国沿江和沿海地区，存在着深厚软基，预制管桩因其优越性被广泛用于我国各类建设工程的地基处理中。但是管桩沉桩过程产生的挤土效应会使桩周土体内的超孔隙水压力迅速上升，且随着桩体贯入深度的增加不断递增，从而造成断桩、土体位移等不良影响。

已有工艺：为减轻沉桩过程中产生的挤土效应、加快超孔隙水压力的消散，现有的工艺技术是在管桩管壁上开设一些相等直径的桩身小孔，沉桩过程中桩周土体内的超孔隙水可以通过桩身小孔排入管腔，同时通过水泵抽出以减轻挤土效应，减小超孔隙水压力值、加速其消散，达到减少沉桩事故的目的，但已有工艺仍存在以下不足：

1、已有工艺桩身开设的桩身小孔孔径相等，未考虑沉桩过程中超孔隙水压力与深度、桩身小孔开孔孔径间的关系，对于桩长较长的开孔管桩，相等孔径的桩身小孔不能很好的将较深处桩体周围土体内增加的孔隙水同时快速排入管腔。

2、已有工艺能有效减轻挤土效应的原因在于沉桩过程中，桩周土体内的超孔隙水可以通过管桩壁上的桩身小孔流入管腔，再用水泵将水排出，以减小土体内的超孔隙水压力。但是沉桩过程中，桩周土体会堵塞桩身小孔，若桩身小孔都被土体完全堵塞，就失去了桩身开孔的作用。

3、已有工艺在排孔隙水的同时会造成桩周不同土层的土体(如：淤泥质土)流失，也会存在一定的沉桩风险。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于软基处理的预制变直径孔管桩结构，用于解决现有相等孔径的桩身小孔不能将较深处桩体周围土体内增加的孔隙水快速排入管腔问题，沉桩过程中排孔隙水的同时桩周土体容易堵塞桩身小孔以及造成桩周土体流失的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于软基处理的预制变直径孔管桩结构，包括管桩以及土工布，所述管桩包括一管桩壁，所述管桩壁内具有一个贯通桩顶与桩底的管腔，所述管桩壁上设有若干桩身小孔，所述桩身小孔的孔径沿着管桩的轴向由桩顶至桩底逐渐增大，所述土工布包裹于所述管桩壁的外侧。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述桩身小孔的孔径比相邻的上一水平高度的桩身小孔的孔径大1/12～1/8。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述土工布围绕管桩壁的外围包裹一圈，通过土钉固定土工布的搭接部分，且所述土工布与管桩壁两端齐平。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述土工布的搭接宽度为0.2m以上。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述土工布为涤纶短纤针刺土工布。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，位于同一水平高度的桩身小孔为一个，所有桩身小孔的连线与管桩的中心轴平行。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，位于同一水平高度的桩身小孔为两个，包括第一通孔与第二通孔，第一通孔与第二通孔相对设置于所述管桩壁上形成单向对穿孔，所述管桩壁上所有第一通孔的连线以及所有第二通孔的连线均与管桩的中心轴平行。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，位于同一水平高度的桩身小孔为三个，包括第一通孔、第二通孔以及第三通孔，所述第一通孔、第二通孔以及第三通孔呈等边三角形分布于所述管桩壁上，所述管桩壁上所有第一通孔的连线、所有第二通孔的连线以及所有第三通孔的连线均与管桩的中心轴平行。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，位于同一水平高度的桩身小孔为两个，包括第一通孔与第二通孔，所述第二通孔相对第一通孔在管桩壁上顺时针或者逆时针旋转90度，所述管桩壁上所有第一通孔的连线以及所有第二通孔的连线均与管桩的中心轴平行。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，位于同一水平高度的桩身小孔为四个，包括第一通孔、第二通孔、第三通孔以及第四通孔，每个桩身小孔相对相邻的同一水平高度的桩身小孔在管桩壁上顺时针或者逆时针旋转90度，所述管桩壁上所有第一通孔的连线、所有第二通孔、所有第三通孔的连线以及所有第四通孔的连线均与管桩的中心轴平行。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构，利用土体的超孔隙水压力沿深度方向线性增加，且相同深度处桩身开孔孔径越大，超孔隙水压力消散越快的原理，通过在管桩壁设置开设若干孔径沿着管桩的轴向由桩顶至桩底逐渐增大的桩身小孔即变直径孔，可以保证压桩过程所遇到的不同深度的孔隙水都能够快速排出，防止沉桩事故发生；并且本实用新型通过在所述管桩壁的外侧包裹土工布，利用土工布的反滤和排水的作用，使得桩周土体内的超孔隙水和气体通过土工布的孔隙排入管内管腔的同时，将颗粒、细沙、小石料进行有效拦截，防止桩身小孔堵塞，并可以利用水泵排出管腔内的孔隙水，达到最优减轻沉桩挤土效应的目的。并且，利用土工布良好的透气性和透水性，本实用新型可以使得桩周水流流入桩内管腔时能够有效地截流土颗粒、细沙、小石料等，从而能够保持桩身小孔范围内水土工程的稳定，防止局部范围内的水土流失。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构的结构剖视图。

图2为本实用新型一实施例中管桩的结构示意图。

图3为本实用新型一实施例中土工布展开示意图。

图4为本实用新型一实施例中土工布搭接示意图。

图5为桩身小孔在管桩同一水平高度的分布示意图之一(单向不对穿孔)。

图6为桩身小孔在管桩同一水平高度的分布示意图之二(单向对穿孔)。

图7为桩身小孔在管桩同一水平高度的分布示意图之三(双向不对穿孔)。

图8为桩身小孔在管桩同一水平高度的分布示意图之四(双向对穿孔)即图2的a-a剖视图。

图9为桩身小孔在管桩同一水平高度的分布示意图之五(星状开孔)。

图中：1、桩身小孔；2、管桩壁；3、管腔；4、土工布；5、土钉。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本实用新型的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本实用新型技术方案的限制。

请参阅图1至图9，本实施例公开了一种用于软基处理的预制变直径孔管桩结构，包括管桩以及土工布4，所述管桩包括一管桩壁2，所述管桩壁内具有一个贯通桩顶与桩底的管腔3，所述管桩壁2上设有若干桩身小孔1，所述桩身小孔1的孔径沿着管桩的轴向由桩顶至桩底逐渐增大，形成所述变直径孔，所述土工布4包裹于所述管桩壁2的外侧。

本实用新型提供的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构，利用土体的超孔隙水压力沿深度方向线性增加，且相同深度处桩身开孔孔径越大，超孔隙水压力消散越快的原理，通过在管桩壁2设置开设若干孔径沿着管桩的轴向由桩顶至桩底逐渐增大的桩身小孔1即变直径孔，可以保证压桩过程所遇到的不同深度的孔隙水都能够快速排出，从而能有效防止沉桩事故的发生；并且本实用新型通过在所述管桩壁2的外侧包裹土工布4，利用土工布4的反滤和排水的作用，使得桩周土体内的超孔隙水和气体通过土工布4的孔隙排入管内管腔3，同时将土颗粒等拦截，有效防止土体堵塞桩身小孔1，并可以利用水泵排出管腔3内的孔隙水，达到最优减轻沉桩挤土效应的目的。并且，本实用新型利用土工布4良好的透气性和透水性，可以使得桩周水流流入桩内管腔3时能够有效地截流土颗粒、细沙、小石料等，从而能够保持桩身小孔1范围内水土工程的稳定，防止局部范围内的水土流失。

由于在沉桩过程中：同一深度处的超孔隙水压力与桩身小孔23开孔孔径成反比，桩身小孔23孔径越大，超孔隙水压力越小；桩身小孔23开孔孔径相同时，超孔隙水压力与深度成正比，超孔隙水压力随深度的加深呈线性增长。经实用新型团队反复试验论证，当所述桩身小孔23竖向间距为1/5～1/8倍桩长，所述桩身小孔23的孔径比相邻的上一水平高度的桩身小孔23的孔径大1/12～1/8时，管桩2具有足够的强度，且管桩2在整个成桩过程中超空隙水压力较小且均衡，排水流畅稳定及时，能够保持桩身小孔23范围内水土工程的稳定，防止局部范围内的水土流失。进一步的，本实施例中，所述桩身小孔23竖向间距为1/6倍桩长，所述桩身小孔23的孔径比相邻的上一水平高度的桩身小孔23的孔径大1/10，综合效果最佳。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述土工布4围绕管桩壁2的外围包裹一圈，通过土钉5固定土工布4的搭接部分，且所述土工布4与管桩壁2两端齐平。土工布4的搭接部分通过土钉5固定，不但施工方便，而且可以实心土工布4的牢固固定。

为了实现土工布4对管桩壁2的外表面的全覆盖，以及实现土工布4的可靠固定，优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述土工布4的搭接宽度d为0.2m以上。

优选的，在上述的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构中，所述土工布4采用涤纶短纤针刺土工布，涤纶短纤针刺土工布具有良好透气性和透水性，可以使得桩周水流流入桩内管腔3时能够有效地截流土颗粒、细沙、小石料等，从而能够保持桩身小孔1范围内水土工程的稳定，防止局部范围内的水土流失。

为了使得管桩结构在满足排水需求的情况下具有足够的强度，本实施例中，所述竖向小孔间距取1/6倍桩长，所述的管桩壁厚取1/8倍桩径，所述管桩的桩径取1/12倍桩长。

位于同一水平高度的桩身小孔的开孔形式，可以多样化，可以采用单向开孔，也可以采用双向开孔，还可以采用星状开孔，以及螺旋开孔。

所述单向开孔包括单向不对穿开孔与单向对穿开孔。其中，单向不对穿开孔形式，请参阅图5，位于同一水平高度的桩身小孔1为一个，所有桩身小孔1的连线与管桩的中心轴平行。单向对穿开孔形式，请参阅图5，位于同一水平高度的桩身小孔1为两个，包括第一通孔与第二通孔，第一通孔与第二通孔相对设置于所述管桩壁2上形成单向对穿孔，所述管桩壁2上所有第一通孔的连线以及所有第二通孔的连线均与管桩的中心轴平行。

所述双向开孔包括双向不对穿开孔与双向对穿开孔。其中，双向不对穿开孔形式，请参阅图7，位于同一水平高度的桩身小孔1为两个，包括第一通孔与第二通孔，所述第二通孔相对第一通孔在管桩壁2上顺时针或者逆时针旋转90度，所述管桩壁2上所有第一通孔的连线以及所有第二通孔的连线均与管桩的中心轴平行。双向对穿开孔，请参阅图8，位于同一水平高度的桩身小孔1为四个，包括第一通孔、第二通孔、第三通孔以及第四通孔，每个桩身小孔1相对相邻的同一水平高度的桩身小孔1在管桩壁2上顺时针或者逆时针旋转90度，所述管桩壁2上所有第一通孔的连线、所有第二通孔、所有第三通孔的连线以及所有第四通孔的连线均与管桩的中心轴平行。也就是说，四个桩身小孔两两对穿，且两组对穿小孔圆心的连线相互垂直。采用双向开孔形式，能够解决管桩周围两个面或者四个面桩周土体内的超孔隙水渗流问题，使其都能最快流入官腔内，同时双向对穿开孔可以合理避免在桩身开孔处小孔的应力集中效应因开孔不对称可能造成的管桩开孔处开裂、下沉等不利影响。

所述星状开孔请参阅图9，位于同一水平高度的桩身小孔1为三个，包括第一通孔、第二通孔以及第三通孔，所述第一通孔、第二通孔以及第三通孔呈等边三角形分布于所述管桩壁2上，所述管桩壁2上所有第一通孔的连线、所有第二通孔的连线以及所有第三通孔的连线均与管桩的中心轴平行。也就是说，三个桩身小孔1组合成星状开孔，所述星状开孔在同一横断面上分布三小孔，三个小孔两两斜向对穿，且三个小孔圆心的连线呈等边三角形。相比于单向开孔以及双向开孔，星状开孔不仅超孔隙水压力最大值最小，而且在开孔处产生的应力集中效应影响最小，是最优开孔方式，可以使得沉桩过程中产生的超孔隙水从三个方向均衡流入管桩的管腔内，加速超孔隙水压力的消散或是减小群桩超孔隙水压力的最大值，有效减小沉桩挤土效应，降低沉桩事故的发生。

请继续参阅图1至图9，本实用新型的用于软基处理的预制变直径孔管桩结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤一，在管桩壁2上自上而下开设若干孔径逐渐增大的桩身小孔1；

步骤二，根据管桩壁2的外周长、土工布4所需的搭接长度、以及管桩桩长确定土工布4所需裁剪的尺寸；

步骤三，将土工布4围绕管桩壁2外围包裹一圈，并用土钉5固定土工布4的搭部位，且土工布4的搭接宽度为0.2m以上；

步骤四，将工厂预制加工好的管桩运输至现场；

步骤五，管桩测量定位；

步骤六，静力压桩机就位；

步骤七，吊桩；

步骤八，静力压桩至设计高程，在压桩过程中利用水泵排出管腔内的孔隙水。

综上所述，本实用新型有益效果如下：

对于已有工艺桩身开设桩身小孔1孔径相等，未考虑沉桩过程中超孔隙水压力与深度、桩身小孔1开孔孔径间的关系，对于桩长较长的开孔管桩，相等孔径的桩身小孔1不能很好的将较深处桩体周围土体内增加的孔隙水同时快速排入管腔3的问题。本实用新型通过理论公式推导得知超孔隙水压力与沉桩深度、桩身小孔1的开孔孔径密切相关，沉桩过程中超孔隙水压力随深度的加深呈线性增长，超孔隙水压力随开孔孔径的增大而减小。因此预制管桩沉桩完成后桩底周围土体的超孔隙水压力远大于桩顶周围土体内的孔压。本实用新型在管桩壁2设置自上而下孔径逐渐增大的变直径孔，对比桩身小孔1孔径相等的开孔管桩更能有效减小超孔隙水压力最大值，进一步加快超孔隙水压力的消散，更能有效防止沉桩事故的发生。

对于已有工艺能有效减轻挤土效应的原因在于沉桩过程中，桩周土体内的超孔隙水可以通过管桩壁2上的桩身小孔1流入管腔3，再用水泵将水排出，以减小土体内的超孔隙水压力，但是沉桩过程中，桩周土体会堵塞桩身小孔1，若桩身小孔1都被土体完全堵塞，就失去了桩身开孔的作用的问题。本实用新型通过在管桩外围包裹一圈土工布4，所述的土工布4强度高，在干湿状态下都能保持充分的强力和伸长；耐腐蚀性好，在不同的酸碱度的泥土及水中能长久地耐腐蚀；同时具有透水性好、抗微生物性好、施工方便等特点。本实用新型利用土工布4的反滤和排水的作用，它可以在土体内部形成排水通道，桩周土体内的超孔隙水和气体通过桩身小孔1排入管内管腔3，并将土颗粒等拦截，有效防止土体堵塞桩身小孔1，最后利用水泵排出管腔3内的孔隙水，达到最优减轻沉桩挤土效应的目的。

对于已有工艺在排孔隙水的同时会造成桩周不同土层的土体(如：淤泥质土)流失，也会存在一定的沉桩风险的问题。本实用新型利用涤纶短纤针刺土工布4良好的透气性和透水性，使水流通过同时有效地截流土颗粒、细沙、小石料等，以保持桩身小孔1范围内水土工程的稳定，防止局部范围内的水土流失。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。