適用于水泥土插芯組合樁復合地基的預制樁帽的制作方法

本方案涉及地基處理工程中的樁帽，具體涉及一種適用于水泥土插芯組合樁復合地基的預制樁帽。

背景技術：

水泥土插芯組合樁包括各種在水泥土樁中插芯的復合樁，例如水泥土樁復合芯樁、勁性樁。

水泥土插芯組合樁復合地基施工時需在芯樁頂端制作樁帽，目前關于樁帽方面的研究現狀如下：

（1）200820230810.6本實用新型涉及一種在公路工程軟弱地基處理時使用的上部荷載向下部樁基的傳遞問題的復合式砼樁帽，包括承載鋼板，在承載鋼板底面的中部設置有加勁套環，在承載鋼板底面上、加勁套環的外徑處設置有加勁鋼板，在加勁套環內與樁頂面接觸的承載鋼板底面處粘貼有橡膠墊片，該專利的橡膠墊片主要解決承載鋼板底面和樁頂面由于加工或施工誤差可能造成的應力集中問題。

（2）申請號為200910135359.9的中國專利公開了一種預鑄樁帽結構及其接合結構的接合方法，包含本體、梁柱結合單元、基樁結合單元。發明的樁帽結構均設置了通孔，這種通孔在樁帽安裝后還需對預制樁進行封頂處理，這種方式造成樁帽的受剪性能差，容易使樁帽出現脫落，且操作繁瑣。

（3）申請號為201310030674.1公開了一種復合地基柔性樁帽，包括布設在加固樁樁頂上的水平底座、沿圓周方向布設在水平底座上方的多根斜向受力桿和布設在多根斜向受力桿上的圓形套箍；申請號為201420723764.9的中國專利公開了一種管樁樁帽構造，包括樁帽和管樁，樁帽設置在管樁上部的外圍，樁帽中加設有方形鋼筋籠，方形鋼筋籠的邊長為管樁直徑的兩倍；此兩個專利樁帽都是通過現場制作的方式，施工工期與預制樁帽相比較長。

（4）申請號201520481702.6的中國專利公開了一種預制混凝土樁帽，包括混凝土帽體、卡體和鋼筋骨架體，鋼筋骨架體包括受力鋼筋網片和連接筋。在混凝土帽體上還可以設有至少一個貫穿整個卡體和混凝土帽體的定位安裝孔，定位安裝孔設置在卡體的軸向范圍內。

（5）申請號為201521116438.2的中國專利公開了一種預制樁帽，樁帽主體為鋼筋混凝土預制圓形樁，鋼筋混凝土預制圓形樁配筋采用環向鋼筋和徑向鋼筋布筋；申請號為201510119140.5的中國專利公開了一種復合地基用預制空心樁樁帽及其固定方法，包括將鋼筋網片置于混凝土中澆筑而成的樁帽體，鋼筋網片為多條鋼筋交叉焊接形成的具有網孔的網狀結構；樁帽體上開設有貫通樁帽體的階梯孔；此兩個專利都需要在現場樁內腔澆筑混凝土并進行養護，沒有完全發揮預制樁帽在工期上的優越性。

（6）201610420237.4本方案涉及一種樁與樁帽柔性連接結構，包括頂端鋼板、彈性套管、嵌入鋼板以及若干剪力釘，樁頭與樁帽之間能發生相對旋轉，增加了頂部結構的橫向位移允許量，同時，樁的彎矩也會因橫向位移而顯著減小。

（7）申請號為201610104685.3的中國專利公開了一種復合地基用裝配式樁帽，它包括頂板以及連接在頂板下側面上的固定套件，該專利只是對接觸部位進行補強，其連接強度有限，易發生局部破壞。

目前，樁帽施工大多采用現場制作的方式，致使工作效率低，質量難以保證，且后續養護時間長。關于預制樁帽，已有的相關類似研究仍然存在樁帽結構連接不牢固，仍需進行混凝土養護、安裝不便、沒有考慮芯樁與樁周水泥土的應力分擔等缺點。

技術實現要素：

本方案的目的在于提供一種對水泥土樁和芯樁的應力分擔起到很好的調節作用，具有強度高、結構簡單、加工制作操作方便、造價低等優點，可以實現快速施工的水泥土插芯組合樁復合地基用預制樁帽。

為了達到上述目的，本方案采用下述技術方案：一種適用于水泥土插芯組合樁復合地基的預制樁帽，包括由混凝土一次澆筑成圓桶狀的混凝土表層，截面呈倒凹字形，在混凝土表層中內置組合骨架體，其特征是所述組合骨架體包括鋼板和鋼筋網片，鋼板的頂面和底面為圓形，鋼筋網片的中央部位與鋼板焊接，混凝土表層的底面設置有直通鋼板底面的中央橡膠墊安裝槽，鋼板底面與中央橡膠墊粘接；在混凝土表層的底面環繞中央橡膠墊安裝槽周邊設置有環狀橡膠墊；中央橡膠墊與芯樁頂端接觸，環狀橡膠墊與水泥土樁接觸。

本方案的具體特點還有，所述混凝土表層內腔高度為50mm~150mm；混凝土表層內腔的直徑等于或略大于水泥土樁樁徑，混凝土表層的內徑和外徑之差為100mm~300mm。

所述混凝土表層還包括吊環，所述吊環穿過混凝土表層與鋼板焊接。

所述組合骨架體與混凝土表層同心，所述組合骨架體的鋼板與鋼筋網片同心，所述鋼筋網片外徑小于混凝土表層外徑50mm~150mm。

所述中央橡膠墊與組合骨架體的鋼板同心，其形狀為圓形或圓環形，所述環狀橡膠墊與混凝土表層同心，其形狀為圓環形，圓環外圓直徑等于或略小于混凝土表層內腔直徑。

所述中央橡膠墊與環狀橡膠墊的厚度滿足以下公式：

（E₁：中央橡膠墊的彈性模量；E₂：環狀橡膠墊的彈性模量；σ：水泥土樁樁頂所受應力，不大于水泥土強度值；n：芯樁樁頂所受應力與水泥土樁樁頂所受應力之比；χ：芯樁與水泥土樁的樁頂沉降差，根據實測資料，一般取2cm~5cm；H：中央橡膠墊厚度；h：環狀橡膠墊厚度）。

本方案的有益效果是：該樁帽具有強度高、結構簡單、加工制作操作方便、施工快、造價低等優點，能夠在保證工程質量的前提下實現樁帽的快速施工，對水泥土樁和芯樁的應力分擔起到很好的調節作用。

附圖說明

圖1是適用于水泥土插芯組合樁復合地基的預制樁帽結構示意圖；圖2是組合骨架體的仰視圖；圖3是組合骨架體A-A剖面圖；圖4是樁帽施工安裝示意圖。

圖中：1-混凝土表層；2-組合骨架體；3-中央橡膠墊；4-吊環；5-環狀橡膠墊；6-鋼板；7-鋼筋網片；8-芯樁；9-芯樁頂端；10-水泥土樁；11-墊層；12-原狀土。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本方案做進一步說明：

如圖1~3所示，一種適用于水泥土插芯組合樁復合地基的預制樁帽，包括由混凝土一次澆筑成圓桶狀的混凝土表層1，截面呈倒凹字形，在混凝土表層1中內置組合骨架體2，所述組合骨架體2包括鋼板6和鋼筋網片7，鋼板6的頂面和底面為圓形，鋼筋網片7的中央部位與鋼板6焊接，混凝土表層1的底面設置有直通鋼板6底面的中央橡膠墊3安裝槽，鋼板6底面與中央橡膠墊3粘接；在混凝土表層1的底面環繞中央橡膠墊3安裝槽周邊設置有環狀橡膠墊5。

中央橡膠墊3與芯樁頂端9接觸，環狀橡膠墊5與水泥土樁10接觸。

混凝土表層1內腔高度為50mm~150mm；混凝土表層1內腔的直徑等于或略大于水泥土樁10樁徑，混凝土表層1的內徑和外徑之差為100mm~300mm。

混凝土表層1還包括吊環4，所述吊環4穿過混凝土表層1與鋼板6焊接。

組合骨架體2與混凝土表層1同心，所述組合骨架體2的鋼板6與鋼筋網片7同心，所述鋼筋網片7外徑小于混凝土表層1外徑50mm~150mm。

中央橡膠墊3與組合骨架體2的鋼板6同心，其形狀為圓形或圓環形，所述環狀橡膠墊5與混凝土表層1同心，其形狀為圓環形，圓環外圓直徑等于或略小于混凝土表層1內腔直徑。

如圖4所示，樁帽水平向尺寸大小主要通過現場施工水泥土樁10的尺寸和工程經驗確定。通過設置不等厚度的中央橡膠墊3與環狀橡膠墊5，可以調節水泥土樁10和芯樁8的應力分擔；橡膠墊片的設置充分考慮了芯樁8、水泥土樁10、樁周原狀土12的變形協調，可以更好地發揮水泥土插芯組合樁復合地基的承載能力。安裝完畢后的樁帽要保證芯樁8周圍水泥土樁10豎向方向上完全在混凝土表層1以下，樁帽安裝完成后再進行墊層11施工，最終完成水泥土插芯組合樁復合地基的施工。

中央橡膠墊3與環狀橡膠墊5的厚度與水泥土樁10和芯樁8的荷載分擔、截面面積、橡膠墊的材料彈性模量等相關。中央橡膠墊3與環狀橡膠墊5的厚度滿足以下公式：

其中：E₁：中央橡膠墊3的彈性模量；E₂：環狀橡膠墊5的彈性模量；σ：水泥土樁10樁頂所受應力，不大于水泥土強度值；n：芯樁8樁頂所受應力與水泥土樁10樁頂所受應力之比；χ：芯樁8與水泥土樁10的樁頂沉降差，取2cm~5cm；H：中央橡膠墊3厚度；h：環狀橡膠墊5厚度。

以芯樁8為管樁為例，選取試驗參數如下表一的水泥土插芯組合樁復合地基。表一試驗樁參數

①對于1^#樁：

預估芯樁8與水泥土樁10的樁頂沉降差為2cm，芯樁8樁頂所受應力與水泥土樁10樁頂所受應力之比為4，為達到以上應力分擔之比，選用彈性模量為10MPa的中央橡膠墊3和環狀橡膠墊5，選用厚度為1cm的環狀橡膠墊5時，應用該公式：

計算得到H=3.58cm，選用中央橡膠墊的厚度為3.5cm。

②對于2^#樁：

預估芯樁8與水泥土樁10的樁頂沉降差為3cm，芯樁8樁頂所受應力與水泥土樁10樁頂所受應力之比為5，為達到以上應力分擔之比，選用彈性模量為10MPa的中央橡膠墊3和環狀橡膠墊5，選用厚度為1cm的環狀橡膠墊5時，應用該公式：

計算得到H=4.2cm，選用中央橡膠墊的厚度為4cm。

③對于3^#樁：

預估芯樁8與水泥土樁10的樁頂沉降差為5cm，芯樁8樁頂所受應力與水泥土樁10樁頂所受應力之比為10，為達到以上應力分擔之比，選用彈性模量為20MPa的中央橡膠墊3和環狀橡膠墊5，選用厚度為1cm的環狀橡膠墊5時，應用該公式：

計算得到H=6.7cm，選用中央橡膠墊的厚度為6.5cm。

根據以上計算數據，選取中央橡膠墊3與環狀橡膠墊5的厚度，應用該樁帽后芯樁8和水泥土樁10樁頂的實測應力比和沉降差如下表二。

表二實測應力比和沉降差

由以上水泥土插芯組合樁復合地基的實測應力比和沉降差等監測數據可以得到：通過合理選取中央橡膠墊3與環狀橡膠墊5的厚度，本方案的預制樁帽達到了預期的荷載分擔效果，可以對水泥土樁10和芯樁8的應力分擔起到很好的調節作用。