一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩及施工方法与流程

1.本发明涉及震后桩基修复技术领域，尤其涉及一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩及施工方法。


背景技术：

2.沿海地区和国家的基础建设得到广泛发展。桩基础能够承受较大的上部荷载，是建筑物普遍使用的基础结构之一，具有承载力高、稳定性好、沉降量小等优点。同时，沿海地区广泛分布有饱和砂土，在地震作用下，饱和砂土极易发生液化现象。大量的震害统计资料表明液化场地桩基础极易发生破坏，从而直接危害到建筑物的安全性。
3.地震作用下土体液化会降低桩周土对桩身的侧向约束，同时液化土的侧向大变形会导致桩基成为一个受弯杆件。另外，建筑物上部结构承受的惯性力会通过承台传递至地下的桩基结构，从而导致现有的预制桩基础在地震作用下极易发生破坏。
4.桩基础破坏后，修复技术难度大，造价成本高昂。沿海地区及国家的地基基础液化问题已经成为国内外众多学者关注的焦点，因此，有必要研发一种适用于狭小空间液化场地变形自恢复预应力电磁桩及施工方法，以满足桩基施工中对于地震后可恢复桩基的需要。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提出一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩及施工方法，该预制桩具有液化场地桩体变形的便捷修复功能，且操作简单方便，能够提高地震时建筑物的安全性，产生良好的经济效益。
6.本发明是通过如下措施实现的：一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩，其中，包括桩体结构、弹簧支撑体系和变形监测系统；
7.所述桩体结构包括顶桩、若干个中间桩和底桩；
8.所述顶桩混凝土桩身中分别设有电磁线圈一、弹簧反力槽、轴力传感器一、拉线位移传感器、防水接线盒一和顶桩挂钩一；
9.所述中间桩内布设有电磁线圈二、位移传感器一、轴力传感器二和防水接线盒二；
10.所述底桩内分别设有电磁线圈三、位移传感器二、轴力传感器三、弹簧安装槽、防水接线盒三和底桩挂钩三；
11.在所述底桩内的弹簧安装槽中内置有巨型支撑弹簧，所述巨型支撑弹簧与底桩挂钩三连接；
12.所述巨型支撑弹簧上部接触顶桩内弹簧反力槽中的顶桩挂钩，形成完整弹簧支撑体系；
13.所述变形监测系统包括每节桩体的位移传感器和轴力传感器及其连接导线；连接导线沿各节桩体内壁由顶桩向下延伸分别与桩体内部电磁线圈接线端、传感器输出端连接。
14.作为本发明提供的一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩进一步优化方案，所述巨型支撑弹簧固定于底桩的弹簧安装槽中，且与底桩挂钩连接，通过塔吊上拉巨型支撑弹簧固定于顶桩中的弹簧反力槽中的顶桩挂钩，用于巨型支撑弹簧施加预应力。
15.作为本发明提供的一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩进一步优化方案，在地震前，通过连接导线使各节桩体内电磁线圈通电工作产生磁力，将相邻桩节在磁力的吸引下连接在一起，用于提高桩的承载力和抗变形能力。
16.作为本发明提供的一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩进一步优化方案，在桩基使用阶段或地震后由于场地的变形导致桩节之间发生错位移动后，利用变形监测系统观测桩节位移变形程度，通过连接导线使各节桩体内电磁线圈通电工作产生磁力，将相邻桩节在磁力的吸引下恢复至原位。
17.为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩的施工方法，具体包括以下步骤：
18.步骤一、底桩定位：将底桩桩尖对准定位孔中心，防水接线盒三连接导线，静压到指定标高；
19.步骤二、连接底桩和若干个中间桩：依次放置底桩上部若干个中间桩，防水接线盒二连接导线并通电，使电磁线圈三和电磁线圈二产生磁力将底桩和中间桩吸附在一起后静压组合桩节达到指定标高；
20.步骤三、连接中间桩节：放置上部中间桩，中间桩节的防水接线盒二连接导线并通电，使电磁线圈二产生磁力将中间桩节吸附在一起后静压组合桩节达到指定标高；
21.步骤四、整桩成型：将巨型支承弹簧放置于弹簧安装槽中并与底桩挂钩紧密连接，放置顶桩使弹簧反力槽中并与顶桩挂钩紧密连接，轻微静压使顶桩底面与相邻中间桩顶面相互接触，接通电源，使顶桩的电磁线圈一、中间桩的电磁线圈二和底桩的电磁线圈三产生磁力并紧密结合成一个整体桩；
22.步骤五、送桩：将整体桩打入指定标高。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.(1)将巨型支撑弹簧放置于桩体结构中央，在受到地震水平作用后相邻桩节之间产生水平错动后，巨型支撑弹簧自身具有弹性，可以在一定程度上抵抗桩节的水平错动，减小桩的变形。
25.(2)桩体结构分成顶桩、中间桩、底桩，在地震前通过连接导线使各节桩体内电磁线圈通电工作产生磁力，将相邻桩节在磁力的吸引下连接在一起，提高桩的承载力和抗变形能力。
26.(2)在桩基使用之前通过控制巨型支撑弹簧拉伸长度，实现巨型支撑弹簧施加预应力，从而提高桩身强度。
27.(4)当地震作用后相邻桩节之间发生移动错位，利用变形监测系统观测桩节位移变形程度，通过导线使各节桩体内电磁线圈通电工作产生磁力，将相邻桩节在磁力的吸引下恢复至原位，从而解决地震后液化场地变形导致桩基破坏难以修复的问题，极大降低了修复桩结构的造价成本。
附图说明
28.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
29.图1是本发明实施例中适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩的整体示意图；
30.图2是本发明实施例中巨型支撑弹簧布置透视图；
31.图3是本发明实施例中顶桩透视图；
32.图4是本发明实施例中的中间桩透视图；
33.图5是本发明实施例中底桩透视图；
34.图6是本发明实施例中弹簧反力槽和弹簧安装槽透视图；
35.图7是本发明实施例中适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩的施工示意图。
36.其中，附图标记为：1、顶桩；1-1、电磁线圈一；1-2、弹簧反力槽；1-3、轴力传感器一；1-4、拉线位移传感器；1-5、防水接线盒一；1-6、顶桩挂钩一；2、中间桩；2-1、电磁线圈二；2-2、位移传感器一；2-3、轴力传感器二；2-4、防水接线盒二；3、底桩； 3-1、电磁线圈三；3-2、位移传感器二；3-3、轴力传感器三；3-4、弹簧安装槽；3-5、防水接线盒三；3-6、底桩挂钩三；4、巨型支撑弹簧。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.实施例1
39.参见图1至图7，本发明提供其技术方案为，一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩，其中，包括桩体结构、弹簧支撑体系和变形监测系统；
40.桩体结构包括顶桩1、若干个中间桩2和底桩3；
41.顶桩1混凝土桩身中分别设有电磁线圈一1-1、弹簧反力槽1-2、轴力传感器一1-3、拉线位移传感器1-4、防水接线盒一1-5和顶桩挂钩一1-6；
42.中间桩2内布设有电磁线圈二2-1、位移传感器一2-2、轴力传感器二2-3和防水接线盒二2-4；
43.底桩3内分别设有电磁线圈三3-1、位移传感器二3-2、轴力传感器三3-3、弹簧安装槽3-4、防水接线盒三3-5和底桩挂钩三3-6；
44.在底桩3内的弹簧安装槽3-4中内置有巨型支撑弹簧4，巨型支撑弹簧4与底桩挂钩三 3-6连接；
45.巨型支撑弹簧4上部接触顶桩1内弹簧反力槽1-2中的顶桩挂钩1-6，形成完整弹簧支撑体系。
46.优选地，预制桩承载能力由混凝土桩身和弹簧支撑体系共同提供。
47.变形监测系统包括每节桩体的位移传感器和轴力传感器及其连接导线5；连接导线5沿各节桩体内壁由顶桩1向下延伸分别与桩体内部电磁线圈接线端、传感器输出端连接。
48.优选地，巨型支撑弹簧4固定于底桩3的弹簧安装槽3-4中，且与底桩挂钩1-6连接，
通过塔吊上拉巨型支撑弹簧4固定于顶桩1中的弹簧反力槽1-2中的顶桩挂钩1-6，用于巨型支撑弹簧4施加预应力。
49.为了更好地实现上述发明目的，本实施例中还提供一种适用于液化场地变形自恢复预应力电磁桩的施工方法，具体包括以下步骤：
50.a)、底桩定位：将底桩3桩尖对准定位孔中心，防水接线盒三3-5连接导线5，静压到指定标高；
51.b)、连接底桩3和若干个中间桩2：依次放置底桩3上部若干个中间桩2，防水接线盒二2-4连接导线5并通电，使电磁线圈三3-1和电磁线圈二2-1产生磁力将底桩3和中间桩2吸附在一起后静压组合桩节达到指定标高；
52.c)、连接中间桩节：放置上部中间桩2，中间桩节的防水接线盒二2-4连接导线5并通电，使电磁线圈二2-1产生磁力将中间桩节吸附在一起后静压组合桩节达到指定标高；
53.d)、整桩成型：将巨型支承弹簧4放置于弹簧安装槽3-4中并与底桩挂钩3-6紧密连接，放置顶桩1使弹簧反力槽1-2中并与顶桩挂钩1-6紧密连接，轻微静压使顶桩1底面与相邻中间桩3顶面相互接触，接通电源，使顶桩1的电磁线圈一1-1、中间桩2的电磁线圈二2-1和底桩3的电磁线圈三3-1产生磁力并紧密结合成一个整体桩；
54.e)、送桩：将整体桩打入指定标高。
55.优选地，在地震前通过连接导线5使各节桩体内电磁线圈通电工作产生磁力，将相邻桩节在磁力的吸引下连接在一起，提高桩的承载力和抗变形能力。
56.优选地，在桩基使用阶段或地震后由于场地的变形导致桩节之间发生错位移动后，利用变形监测系统观测桩节位移变形程度，通过连接导线5使各节桩体内电磁线圈通电工作产生磁力，将相邻桩节在磁力的吸引下恢复至原位。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。