应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构及其应用方法与流程

本发明涉及土木工程，特别是涉及应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构及其应用方法。

背景技术：

1、在国家资源节约型、环境友好型社会的建设要求下，工程领域低碳而可持续的发展势在必行，采用节能、更具经济性的工程措施及方法是发展的必然选择。在各类工程的基础建设中，桩基往往能提供相当大的承载力，但随之是高昂的造价与庞大的能源及材料的消耗，在某些仅需较小承载力的工程建设，如海岸滩涂的光伏电站建设中，往往为满足规范的最小要求而造成大量的资源浪费，此时，若选择采用劲性水泥土复合桩将极大地降低造价及能耗。

2、劲性水泥土复合桩是一种待水泥土搅拌桩施工完成后，将劲性芯桩竖直植入水泥土搅拌桩中让其外围为水泥土所包裹的新型组合桩，其兼具水泥土搅拌桩较大的桩侧摩阻力及芯桩较高的强度和刚度。

3、目前劲性水泥土复合桩中劲性芯桩采用管桩、钢管、螺旋钢管等形式，其中对于内芯采用螺旋钢管的劲性水泥土复合桩，其承担的载荷多集中于上部螺旋叶片，钢管与螺旋叶片之间的焊接位置存在着应力集中现象，而下部螺旋叶片分担到的荷载却过少。

4、因此，本发明提出一种应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构及其应用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构及其应用方法，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，包括：

3、钢管；

4、钢环筒，所述钢环筒套设在所述钢管的外壁上，并且所述钢环筒与所述钢管的外壁滑动连接；

5、紧固件，所述紧固件安装在所述钢环筒上；所述紧固件用于调节所述钢环筒的内壁与所述钢管的外壁的间隙；

6、螺旋叶片，所述螺旋叶片安装在所述钢环筒的外壁上；

7、限位组件，所述限位组件安装在所述钢管上，所述限位组件与所述钢环筒之间限位配合。

8、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，所述钢环筒包括两对称设置的半圆形钢套，两所述半圆形钢套之间通过所述紧固件可拆卸连接，所述螺旋叶片固定连接在两所述半圆形钢套的外壁上。

9、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，两所述半圆形钢套上分别固定连接有法兰耳盘，两所述半圆形钢套的所述法兰耳盘之间通过所述紧固件可拆卸连接。

10、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，所述紧固件包括螺栓，两所述半圆形钢套的所述法兰耳盘之间通过所述螺栓螺纹连接。

11、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，所述限位组件包括固定连接在所述钢管外壁的两阻隔凸起，所述钢环筒设置在两所述阻隔凸起之间，且与两所述阻隔凸起之间限位配合。

12、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，设两所述阻隔凸起之间的所述钢管为钢管滑动段；所述钢环筒与所述钢管滑动段的外壁滑动连接。

13、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，所述钢管滑动段的外壁为糙面。

14、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，所述钢管滑动段的外壁为光滑面。

15、根据本发明提供的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，所述钢环筒的内壁为糙面或光滑面。

16、本发明还提供应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构的应用方法，包括以下步骤：

17、步骤一、对组合承载结构施工区域的地下障碍物进行探测，并清理障碍物、平整场地、分层夯实；

18、步骤二、土方开挖至设计标高，按照要求测量放线定位，作好永久及临时标志；

19、步骤三、三轴搅拌桩孔位定位，桩机就位，按要求制备及注入水泥浆液，按要求控制搅拌桩机下沉及提升速度，形成水泥土搅拌桩；

20、步骤四、将钢环筒安装在钢管上组合形成螺旋钢管内芯桩，确保桩位、桩身垂直度及标高，旋转植入外芯水泥土搅拌桩中。

21、本发明公开了以下技术效果：

22、本发明通过将现有的螺旋叶片与钢管之间稳固不变的焊接连接转变为摩擦滑动连接，通过紧固件调节钢环筒的内壁与钢管的外壁的间隙，进而调整钢环筒壁与钢管接触面之间的滑动摩擦力，在承荷过程中将荷载通过钢环筒与钢管之间的相对滑动更多地向下部螺旋叶片进行传递，同时对应力进行重分配，以实现荷载沿桩身全长均匀分配的目的，极大地缓解了现有技术中上部螺旋叶片与钢管连接处应力集中的问题，更好地符合劲性水泥土复合桩的荷载传递理论，其在钢环筒相对钢管向上位移时能更好地提供抗压承载力，也能在相对向下位移时更好地提供出抗拔承载力，其发挥出了更好的承载性能，节约了材料，减少了能耗。

技术特征：

1.应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：所述钢环筒(2)包括两对称设置的半圆形钢套，两所述半圆形钢套之间通过所述紧固件可拆卸连接，所述螺旋叶片(1)固定连接在两所述半圆形钢套的外壁上。

3.根据权利要求2所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：两所述半圆形钢套上分别固定连接有法兰耳盘(6)，两所述半圆形钢套的所述法兰耳盘(6)之间通过所述紧固件可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：所述紧固件包括螺栓(7)，两所述半圆形钢套的所述法兰耳盘(6)之间通过所述螺栓(7)螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：所述限位组件包括固定连接在所述钢管(3)外壁的两阻隔凸起(5)，所述钢环筒(2)设置在两所述阻隔凸起(5)之间，且与两所述阻隔凸起(5)之间限位配合。

6.根据权利要求5所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：设两所述阻隔凸起(5)之间的所述钢管(3)为钢管滑动段(4)；所述钢环筒(2)与所述钢管滑动段(4)的外壁滑动连接。

7.根据权利要求6所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：所述钢管滑动段(4)的外壁为糙面。

8.根据权利要求6所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：所述钢管滑动段(4)的外壁为光滑面。

9.根据权利要求1所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于：所述钢环筒(2)的内壁为糙面或光滑面。

10.应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构的应用方法，基于权利要求1-9任一项所述的应力可控型螺旋钢管-水泥土组合承载结构，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开应力可控型螺旋钢管‑水泥土组合承载结构及其应用方法，结构包括：钢管、钢环筒、紧固件、螺旋叶片和限位组件；钢环筒滑动套设在钢管的外壁上；紧固件安装在钢环筒上；螺旋叶片安装在钢环筒的外壁上；限位组件安装在钢管上。应用方法包括以下步骤：步骤一、对地下障碍物进行清理、平整场地、分层夯实；步骤二、土方开挖至设计标高，测量放线定位；步骤三、三轴搅拌桩孔位定位，控制搅拌桩下沉及提升速度；步骤四、将螺旋钢管内芯桩旋转植入外芯水泥土搅拌桩中。本发明中螺旋叶片与钢管采用滑动连接，将荷载向下部螺旋叶片进行传递，进而实现荷载均匀分配，缓解了上部螺旋叶片与钢管连接处应力集中的问题，提高了承载性能、减少能耗。

技术研发人员：汪志勇,廖利云,吴学震,夏亚歆
受保护的技术使用者：福建七建集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15