一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽的制作方法

本发明涉及岩土工程地基处理技术领域，具体的说是一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽。

背景技术：

桩承式加筋路堤主要包括下部的刚性桩复合地基和上部的加筋路堤两部分，大部分路堤荷载及交通荷载通过路堤土拱效应及加筋效应传递至刚性桩，并由其传递至地基深处，从而优化地基附加应力分布，提高地基承载力并降低了压缩量，因此桩承式加筋路堤具有施工快、承载力高、总沉降量小、稳定性好等优点，被广泛地用于(高速)铁路、(高速)公路沿线软土地基处理工程。在桩顶设置“桩帽”(或称“承台”)可将更多地路堤荷载集中至桩顶，扩大桩土荷载比，有助于发挥刚性桩的高承载力特性，并获得更好的经济效益。工程现场最常见的桩帽设置方式是在复合地基施工完毕后，现场浇筑钢筋混凝土桩帽并加以养护，待其满足强度要求后，再行铺设加筋垫层及上覆路堤。为改善上述现浇桩帽养护耗时长、质量可控性差的缺点，业内提出了多种用作复合地基的预制桩帽的装置，为提高桩帽安装效率和控制质量提供了更多可能性。然而，现有桩帽的改进形式只考虑了“预制装配”的特征，桩帽顶面均为平面，没有进一步考虑如何促进桩承式加筋路堤中土拱效应和加筋效应的发挥。此外，铺设于桩顶平面的土工加筋后期在上部荷载作用下将发生挠曲，而桩帽边缘处土工加筋的局部应变剧增，不仅容易发生破坏且不利于土工加筋整体强度的发挥。为此，从进一步激发桩承式加筋路堤土拱效应及加筋效应的角度出发，提出新的装配式桩帽装置及其工作方法具有重要的工程应用价值。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽，能够在桩承式加筋路堤的刚性桩顶端形成弧形结构，促使土工加筋形变，能够促进土拱效应和加筋效应发挥，并可避免土工加筋在桩帽边缘因局部应变过大而破坏。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽，其特征在于：预制桩帽包括基台，所述的基台的上表面向上突起形成弧面，所述的弧面由基台上表面的顶部均匀过度延伸至基台上表面的边缘；

所述的基台的上表面与土工加筋紧密贴合。

所述的基台上表面的弧面顶部位于预制桩帽的轴心处，所述的基台上表面的弧面为蘑菇状曲面，所述的蘑菇状曲面包括但不限于s型曲线旋转面、旋转抛物面、半球面。

所述的基台上表面的弧面向上突起高度为h，h的取值范围为[min{0.5dc,dp,0.7(s-dc)},max{0.5dc,dp,0.7(s-dc)}]，其中，s为桩间距，dp为桩径，dc为预制桩帽的外径.

所述的基台上表面的弧面表面均匀设置有若干表面突起，所述的表面突起用于嵌入土工加筋层内。

所述的基台的下表面设置有预留桩孔，刚性桩的顶端嵌入预留桩孔内与预制桩帽可拆卸连接。

所述的基台上表面的弧面顶部设置有预留孔，所述的预留孔竖直设置并与预留桩孔的底部连通。

所述的预留孔的直径小于1/5dp，dp为桩径；所述的预留孔在刚性桩的顶端嵌入预留桩孔内后采用砂浆填充。

所述的预留桩孔内安装有连接钢筒，所述的连接钢筒包括套筒和环状折板，所述的套筒筒壁与预留桩孔内壁紧密接触，所述的套筒远离预制桩帽一端向外延伸并伸出预留桩孔；

所述的环状折板嵌入预制桩帽内，所述的套筒穿过环状折板，所述的环状折板与套筒外壁固定连接。

所述的预制桩帽为钢筋混凝土结构，所述的预制桩帽设置有若干纵筋和若干箍筋，所述的纵筋均沿竖直平面设置，若干纵筋以预制桩帽轴心为中心轴在圆周方向均匀分布，箍筋用于连接相邻纵筋。

一种利用装配式蘑菇状桩帽的桩承式加筋路堤施工方法，其特征在于：

步骤1，根据刚性桩桩径dp制备与之配套的预制桩帽，根据复合地基的桩帽置换率确定预制桩帽的外径dc，预制桩帽凸起高度h的取值范围为[min{0.5dc,dp,0.7(s-dc)},max{0.5dc,dp,0.7(s-dc)}]，其中，s为桩间距；

步骤2，刚性桩复合地基施工结束，且刚性桩达到设计强度后，将预制桩帽下端的连接钢筒嵌套至刚性桩桩顶，直至刚性桩桩顶嵌入预留桩孔内；

步骤3，在预制桩帽顶部的预留孔内填筑砂浆，由于预留孔与预留桩孔连通，填筑的砂浆使预制桩帽与刚性桩桩顶充分接触；

步骤4，场地内的预制桩帽全部安装完毕后在预制桩帽的顶部铺设土工加筋；

步骤5，逐层填筑路堤填料，在路堤填料的荷载作用下，将土工加筋预拉伸形成碟状，使土工加筋表面与预制桩帽表面的表面突起嵌套结合；

步骤6，完成路堤填料的铺设。

该种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽能够产生的有益效果为：不同于现有的平顶面桩帽，蘑菇状桩帽有益于增大桩帽厚度范围内的桩土沉降差，蘑菇状桩帽顶面作为路堤中土拱效应的拱脚面，同时也是土工加筋的承托面，有助于土工加筋形成与桩帽顶面相切的张拉力，从而有益于土拱效应及加筋效应的充分发挥，有利于进一步提高桩承式加筋路堤的桩土荷载比。同时，桩帽顶面的表面凸起有助于土工加筋与桩帽顶面结合更为紧密，且上凸的桩帽结构形式可以避免桩帽边缘处土工加筋局部应变过大而失效。此外，所述桩帽为预制钢筋混凝土构件，质量可控，可在刚性桩复合地基施工完成后实现现场装配安装，提高施工效率。

附图说明

图1为本发明一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽的结构示意图。

图2为本发明一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽的施工示意图。

图3为本发明一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽中预制桩帽的结构示意图。

图4为本发明一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽中预制桩帽的俯视图。

说明书附图标记：1、预制桩帽，1.1、基台，2、刚性桩，3、路堤填料，4、软土，5、土工加筋，6、表面凸起，7、连接钢筒，7.1、套筒，7.2、环状折板，8、预留孔，9、纵筋，10、箍筋，11、砂浆，12、预留桩孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种桩承式加筋路堤的装配式蘑菇状桩帽，其特征在于：预制桩帽1包括基台1.1，所述的基台1.1的上表面向上突起形成弧面，所述的弧面由基台1.1上表面的顶部均匀过度延伸至基台1.1上表面的边缘；

所述的基台1.1的下表面设置有预留桩孔12，刚性桩2的顶端嵌入预留桩孔12内与预制桩帽1可拆卸连接；

所述的基台1.1的上表面与土工加筋5紧密贴合。

预制桩帽1上表面向上突起形成的弧面在上方路堤填料3加载后，土拱拱脚位于所述预制桩帽1的顶面；此时土工加筋5的加筋效应在预制桩帽1顶面得到加强。

本实施例中，基台1.1上表面的弧面顶部位于预制桩帽1的轴心处，所述的基台1.1上表面的弧面为蘑菇状曲面，所述的蘑菇状曲面包括但不限于s型曲线旋转面、旋转抛物面、半球面。蘑菇状曲面的形状可以根据现场工况进行选择。进一步的，基台1.1上表面的弧面向上突起高度为h，h的取值范围为[min{0.5dc,dp,0.7(s-dc)},max{0.5dc,dp,0.7(s-dc)}]，其中，s为桩间距，dp为桩径，dc为预制桩帽的外径

本实施例中，基台1.1上表面的弧面表面均匀设置有若干表面突起6，所述的表面突起6用于嵌入土工加筋5层内。表面突起6以基台1.1上表面轴心为中心放射状放向周围扩散，表面突起6的存在进一步提高了土工加筋5与预制桩帽1上表面的结合紧密度。一般情况下预制桩帽1表面的表面突起6的高度尺寸为3～8cm；

本实施例中，基台1.1上表面的弧面顶部设置有预留孔8，所述的预留孔8竖直设置并与预留桩孔12的底部连通。预留孔8的直径小于1/5dp，dp为桩径；所述的预留孔8在刚性桩2的顶端嵌入预留桩孔12内后采用砂浆11填充。预留孔8用于刚性桩2现场安装预制桩帽1时连通预留桩孔12内外气压，进一步的在预制桩帽1安装完毕后采用砂浆11填充后，砂浆11步进能够填充预留孔8，还能够将预留桩孔12内壁与刚性桩2之间的间隙进行填充，提高刚性桩2和预制桩帽1的连接稳定性和一体性。

本实施例中，预留桩孔12内安装有连接钢筒7，所述的连接钢筒7包括套筒7.1和环状折板7.2，所述的套筒7.1筒壁与预留桩孔12内壁紧密接触，所述的套筒7.1远离预制桩帽1一端向外延伸并伸出预留桩孔12；环状折板7.2嵌入预制桩帽1内，所述的套筒7.1穿过环状折板7.2，所述的环状折板7.2与套筒7.1外壁固定连接。套筒7.1的存在一方面提高了预留桩孔12内壁的平整度，有利于刚性桩2和预制桩帽1的连接，另一方面套筒7.1的长度延长，预防了预留桩孔12边缘在预制桩帽1的压力下对刚性桩2侧壁的侵损。由于预留孔8需要和预留桩孔12连通，因此套筒7.1端部不能封闭，为了提高套筒7.1与预制桩帽1的一体性环状折板7.2在浇筑时即设置在预制桩帽1内。

本实施例中，预制桩帽1为钢筋混凝土结构，所述的预制桩帽1设置有若干纵筋9和若干箍筋10，所述的纵筋9均沿竖直平面设置，若干纵筋9以预制桩帽1轴心为中心轴在圆周方向均匀分布，箍筋10用于连接相邻纵筋9。

进一步的，该种装配式蘑菇状桩帽安装在刚性桩2端部后，蘑菇状预制桩帽1有益于增大桩帽厚度范围内的桩土沉降差，蘑菇状预制桩帽1顶面作为路堤中土拱效应的拱脚面，同时也是土工加筋5的承托面，有助于土工加筋5形成与预制桩帽1顶面相切的张拉力，从而有益于土拱效应及加筋效应的充分发挥，有利于进一步提高桩承式加筋路堤的桩土荷载比。上凸的桩帽结构形式可以避免预制桩帽1边缘处土工加筋5的局部应变过大而失效。此外，所述预制桩帽1为预制钢筋混凝土构件，质量可控，可在刚性桩复合地基施工完成后实现现场装配安装，提高施工效率。

一种利用装配式蘑菇状桩帽的桩承式加筋路堤施工方法，其特征在于：

步骤1，根据刚性桩2桩径dp制备与之配套的预制桩帽1，根据复合地基的桩帽置换率确定预制桩帽1的外径dc，预制桩帽1凸起高度h的取值范围为[min{0.5dc,dp,0.7(s-dc)},max{0.5dc,dp,0.7(s-dc)}]，其中，s为桩间距；

步骤2，刚性桩2复合地基施工结束，且刚性桩2达到设计强度后，将预制桩帽1下端的连接钢筒7嵌套至刚性桩2桩顶，直至刚性桩2桩顶嵌入预留桩孔12内；

步骤3，在预制桩帽1顶部的预留孔8内填筑砂浆11，由于预留孔8与预留桩孔12连通，填筑的砂浆11使预制桩帽1与刚性桩2桩顶充分接触；

步骤4，场地内的预制桩帽1全部安装完毕后在预制桩帽1的顶部铺设土工加筋5；

步骤5，逐层填筑路堤填料3，在路堤填料3的荷载作用下，将土工加筋5预拉伸形成碟状，使土工加筋5表面与预制桩帽1表面的表面突起6嵌套结合；

步骤6，完成路堤填料3的铺设。

在施工过程中，刚性桩复合地基中刚性桩2一般设置在软土4中，土工加筋5在蘑菇状的桩帽群中得到预拉伸，在路堤填料3的荷载作用下，变形后的土工加筋面与带有顶部凸起的桩帽顶面趋于紧密贴合，位于桩帽顶面的土工加筋部分的拉应力始终与桩帽顶面相切，可避免土工加筋局部应力过分集中而破坏；位于刚性桩2间土上方的变形后的土工加筋5呈浅碟形，利于路堤中空间土拱效应发挥，空间土拱的大主应力方向垂直于桩帽顶面。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。