一種雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁及施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁及施工方法，其特征在于所述結構包括反拱曲面空心異形樁以及設置在異形樁底端通過固定件固定的樁尖和預制鋼筋混凝土樁尖，樁體外側設水泥土層；異形樁的橫斷面呈Y形或X形，樁體中心的圓孔內和樁體外側分別均設有帶螺紋的套管；樁體內設同形狀但略小的鋼筋籠，鋼筋籠內設置橫縱向拉結筋；在預制鋼筋混凝土樁尖的頂面設有與套管、沉管相對應的固定件。施工時先固定樁尖和內側套管，套接鋼筋籠、外側套管，在內、外側套管之間、外側套管與沉管之間灌注混凝土分別形成混凝土樁芯、樁側水泥土層。本發明樁體橫斷面面積小，減少建筑材料的用量，承載能力強，樁體抵抗環境侵蝕的能力強。
【專利說明】一種雙層塑料套管反拱曲面空心異形粧及施工方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種新型樁體結構及施工方法，特別涉及一種樁體橫斷面為Y形或X形、樁體中心和外側設有帶螺紋塑料套管、樁體內設異形鋼筋籠的雙層塑料套管的反拱曲面空心異形樁，屬于地基工程領域，適用于房屋建筑、公路、市政、機場、堤壩等工程中的地
基處理。
【背景技術】
[0003]隨著我國現代化建設事業的發展，基本建設的規模和建筑物的荷載越來越大，對地基的要求也越來越高。地基處理的目的是借助一系列工程措施、技術措施、結構措施，增加地基的強度和穩定性、減少地基變形。目前，常見的地基處理方法包括復合地基處理法、排水固結法、換填法、強夯法等，各種處理方法均有相應的適用范圍和優缺點。
[0004]考慮到復合地基具有加固效果好、工期短、工后沉降小等優點，在地基加固工程中得到了廣泛應用，常用的復合地基加固方法有沉管灌注樁、預制方樁、預應力管樁、塑料套管混凝土樁等，樁體的橫斷面形狀通常為圓形或方形。在上述復合地基處理方法中管樁是應用較為普遍的一種，常分為預應力管樁和非預應力管樁兩類，它具有單樁承載力能高、適用范圍廣、成樁質量可靠、節省建筑材料等優點。但由于管樁的樁身截面積較小，抵抗側向變形和外界環境侵蝕的能力較差。沉管灌注樁是利用沉樁設備，將帶有鋼筋混凝土樁靴(活瓣式樁靴)的鋼管沉入土中，形成樁孔，然后放入鋼筋骨架并澆筑混凝土，隨之拔出套管，利用拔管時的振動將混凝土搗 實，便形成所需要的灌注樁。沉管灌注樁避免了一般鉆孔灌注樁樁尖浮土造成的樁身下沉，持力不足的問題，同時也有效改善了樁身表面浮漿現象，另外，該工藝也更節省材料。但是施工質量不易控制，拔管過快容易造成樁身縮頸，而且由于是擠土樁，先期澆注好的樁易受到擠土效應而產生傾斜斷裂甚至錯位。
[0005]近年來異形樁也逐步在工程中應用，如Y形樁、X形樁、H形樁等，其中反拱曲面Y、X形樁為目前工程中應用較為廣泛的異形樁，兩種樁型均為具有我國自主知識產權的新穎技術，Y、X形樁樁周所具有向里凹的曲面，可定義為反拱曲面，普通圓形樁所具有向外凸的曲面，可定義為正拱曲面。Y、X形樁其共同特征為改變了樁“非圓即方”的傳統理念，具有向里凹的反拱曲面，根據等截面異形周邊擴大原理，派生于傳統圓形樁，如Y形樁與常用直徑377mm的同面積圓形樁相比，周長為其1.46倍，可采用預制成樁或普通沉管灌注樁設備現場澆注成樁。該異形樁雖具有良好的力學特性，但由于樁壁較薄其抗腐蝕性能較差、樁側抗剪強度偏低。現有異形樁的施工質量較難控制，主要體現在成樁的均勻性不夠、斷樁現象突出等。
[0006]目前已有在樁體外側設塑料套管的新型樁體結構，如塑料套管混凝土樁，由預制隔水樁尖、螺紋塑料套管、混凝土、樁帽(蓋板)等組成，在適宜的工程背景和地質條件下也取得了相對較好的工程效果，但其樁身橫截面為圓形，與本次申請的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁在施工過程、連接方式、受力性能等方面存在較大差異。
[0007]綜上所述，雖然現有各地基處理方法在適宜的工程條件下取得了良好的加固效果和經濟效益，但一些樁型在抵御外界環境侵蝕、抵抗橫向變形、提高材料利用率、改善樁體受力性能等方面尚存一定欠缺。鑒于此，根據目前的實際情況和技術條件，目前亟需發明一種防腐性能好、承載能力高、建筑材料用量省的新型樁體結構及施工方法，以滿足地基加固工程的需要。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種受力性能好、承載能力高、耐腐蝕性能強，并能節省建筑材料的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁結構及施工方法，以豐富地基處理方法、提高地基加固質量。
[0009]為了實現上述技術目的，本發明采用了以下技術方案:
一種雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于包括反拱曲面空心異形樁和預制鋼筋混凝土樁尖；反拱曲面空心異形樁的橫斷面呈Y形或X形，樁體中心沿軸向設貫通性的圓孔，樁體中心和樁體外側分別設有帶螺紋的套管；
樁體內設與樁體同形狀但比樁體小100~200mm的鋼筋籠，鋼筋籠內設置橫向拉結
筋；
預制鋼筋混凝土樁尖的底部呈圓錐形，在預制鋼筋混凝土樁尖的頂面設與套管、鋼筋籠、沉管的外形、尺寸相對應的固定件，該固定件具體為凸隼、連接管或凹槽。
[0010]所述內外套管為帶螺紋塑料套管，外側套管呈Y形或X形，內側套管呈圓形，各節套管與套管接頭之間采用粘合劑或鉚接的方式固定連接。所述內外套管為單壁螺紋PVC管、PE管或HDPE管。
[0011]所述預制鋼筋籠的相鄰箍筋之間設置橫向拉結筋，該橫向拉結筋與箍筋、豎向受力鋼筋之間通過綁扎或焊接連接，并且橫向拉結筋的一端固定于箍筋的中間部位，另一端與鄰近箍筋垂直固定。
[0012]在內側圓形帶螺紋塑料套管與外側異形套管之間的空腔內灌注混凝土，形成呈Y形或X形的混凝土樁芯；在沉管內側設置注漿管限位環，待混凝土樁芯填筑完成后通過注漿管向外側套管與沉管之間的空腔內均勻壓入水泥漿，形成樁側水泥土層。
[0013]一種雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的施工方法，包括以下步驟:
步驟一、平整場地，鋪設厚度為200mnT300mm的砂墊層、碎石墊層或輕宕渣層；
步驟二、預制鋼筋混凝土樁尖，樁尖頂面直徑較外側沉管大150mnT250mm，并在其頂面
設置用于與雙層塑料套管連接的套管連接管和凸隼，與樁體外測沉管連接的凹槽；
步驟三、用套管接頭分別接長雙層套管的內管和外管，使套管總長度超過設計樁長200mnT300mm ；
步驟四、先將樁體中心的內側圓形帶螺紋塑料套管與預制樁尖的凸隼和套管接頭連接密封，并用PVC粘結劑膠結，再將預制鋼筋籠套于樁體中心內側圓形帶螺紋塑料套管的外偵U，最后套接外側套管，并將外側套管與預制樁尖的連接管連接并密封；
步驟五、先采用吊繩將帶有樁尖的套管從外側鋼管沉管的底部伸入外側鋼管沉管內，再將后注漿管插入沉管限位環內，最后將沉管與預制樁尖連接緊密； 步驟六、采用樁打設機將與預制樁尖連接好的沉管、樁體中心圓形套管、外側套管、注漿管，連同鋼筋籠一起均勻打入地基中；
步驟七、提升沉管，將樁體中心圓形套管、鋼筋籠、外側套管留于地基土體內；
步驟八、將打樁機移至下一樁位；
步驟九、待所有樁體套管壓入地基后，向樁體中心圓形套管與外側套管之間的空腔內灌注混凝土并振實，形成呈Y形或X形的混凝土樁芯；
步驟十、通過后注漿管向外側套管與沉管之間的空腔內注入混凝土，形成樁側水泥土
層；
步驟十一、在樁頂支設模板，澆筑混凝土形成現澆樁帽；待混凝土養護期滿28天后，在樁頂澆筑鋪設300mnT700_厚的砂墊層，并在砂墊層頂部鋪設土工格柵。
[0014]本發明具有以下優點和有益效果:
(I)反拱曲面異形樁由于反拱曲面的存在，可在橫斷面面積固定的情況下擴大樁體周長，改善了樁體的受力性能，提高了樁體抵抗橫向彎矩、扭矩的能力。
[0015](2)樁體內側和外側設置的塑料套管既可作為樁體混凝土澆筑的模板，提高了成樁質量；又可將混凝土樁芯與外界環境隔離，提高了樁體的抗腐蝕性能。
[0016](3)樁體外側套管的側壁呈螺紋狀，可加大樁體與外界土體的摩阻力，提高樁體的承載能力。
[0017](4)通過外側異形塑料套管與圓形沉管之間的注漿管向樁側土體壓漿，可在樁周形成一定厚度的樁側水泥土層，提高了樁體與樁側土體的粘結強度以及樁側土體的承載能力。
[0018](5)預制樁尖采用防腐蝕混凝土預制，且樁尖頂面預設了能與雙層塑料套管緊密連接的套管插頭及連接管，可確保套管與樁尖密閉連接，從底部隔斷了地下水與混凝土樁體的接觸。
[0019]總之，本發明的特點在于同時具有反拱曲面異形樁與管樁的優點，不但可以改善樁體的受力性能、增大樁側摩阻力，而且可以提高樁體的抗腐蝕性能和樁側土體的承載能力，還可以節省樁體建筑材料的用量，具有較好的技術經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的組合立體圖；
圖2是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的剖面圖；
圖3是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的橫斷面圖；
圖4是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁鋼筋籠的橫斷面圖；
圖5是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁預制混凝土樁樁尖的剖面圖；
圖6是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁預制混凝土樁樁尖的平面圖；
圖7是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的施工流程圖。
[0021]圖中:1 一內側圓形帶螺紋塑料套管、2—外側Y形帶螺紋塑料套管、3—異形鋼筋籠、4 一內側套管連接管、5—內側塑料套管連接凸隼、6—外側套管連接管、7—外側塑料套管連接凸隼、8—沉管連接凹槽、9 一預制鋼筋混凝土樁尖、10—樁側水泥土層、11 一鋼筋籠橫向拉結筋、12—鋼筋籠縱向受力鋼筋、13—鋼筋混凝土樁芯、14 一鋼筋籠橫向箍筋、15—注漿管、16—沉管、17—現澆鋼筋混凝土樁帽、18—塑料套管接頭。
具體實施例
[0022]樁體異形鋼筋籠的設計及施工技術要求，預制樁尖的設計及施工技術要求，樁體混凝土、鋼筋籠、樁側水泥土的設計及施工技術要求，塑料套管與套管接頭的粘結施工技術要求等，本實施方式中不再累述，重點闡述本發明涉及結構的實施方式。
[0023]圖1是雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的組合立體圖；圖2是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的剖面圖，圖3是雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的橫斷面圖。
[0024]參照圖1、2、3所示，雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，主要由樁體中心設置的內側圓形帶螺紋塑料套管1、以及外側Y形帶螺紋塑料套管2、異形鋼筋籠3、預制鋼筋混凝土樁尖9、樁側水泥土層10、鋼筋混凝土樁芯13、現澆鋼筋混凝土樁帽17組成。
[0025]反拱曲面異形樁的橫斷面呈Y形，樁體中心設圓形帶螺紋塑料套管1，外側Y形帶螺紋塑料套管2。
[0026]內側圓形帶螺紋塑料套管1、外側Y形帶螺紋塑料套管2，均采用單壁PVC塑料波紋管，每節套管長6m ；內側圓形帶螺紋塑料套管I的公稱直徑為200mm ;外側Y形帶螺紋塑料套管2的外包圓直徑為600mm，開弧間距為300mm。
[0027]內側圓形帶螺紋塑料套管1、外側Y形帶螺紋塑料套管2均采用相應尺寸的塑料套管接頭18連接，塑料套管接頭18為雙層結構，采用PVC直通接頭，承口深度為50mm ;每節內側圓形帶螺紋塑料套管I或外側Y形帶螺紋塑料套管2與塑料套管接頭18之間用PVC粘結膠粘結牢固。
[0028]沉管16的外徑為700mm，采用無縫鋼管。鋼材的強度等級為Q345，厚度20mm，尺寸規格滿足規范現行相關規范之要求。
[0029]在雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁端部設置預制鋼筋混凝土樁尖9，圖5是雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁預制混凝土樁樁尖的剖面圖；圖6是雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁預制混凝土樁樁尖的平面圖；參照圖4、5、6所示，在雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁端部設置預制鋼筋混凝土樁尖9，預制鋼筋混凝土樁尖9為鋼筋混凝土結構，采用直徑為800mm的圓形樁尖,樁尖下部呈圓錐形，圓錐高度為300mm,上部呈圓柱形，圓柱高度為250_ ;預制鋼筋混凝土樁尖9的混凝土強度等級為C30，采用耐腐蝕混凝土澆筑，要求樁尖表面平整密實，不得有面積大于1%的蜂窩、麻面和缺邊掉角現象；樁尖內部采用直徑為12mm的III級鋼筋。
[0030]預制鋼筋混凝土樁尖9與空心異形樁通過插接方式連接，預制鋼筋混凝土樁尖9的上表面中央設有與內側圓形帶螺紋塑料套管I管徑一致的內側套管連接管4和內側塑料套管連接凸隼5 ;內側塑料套管連接凸隼5的直徑為180_，高出上表面150mm;內側套管連接管4的直徑為240mm，高出上表面200mm，伸入樁尖混凝土 200mm。
[0031]為了便于固定異形樁，在預制鋼筋混凝土樁尖9的上表面、內側塑料套管連接凸隼5的外圍設置與異性樁橫截面一致的固定件，具體體現在:設置與外側Y形帶螺紋塑料套管2位置、尺寸、外形相對應的外側套管連接管6和外側塑料套管連接凸隼7，外側塑料套管連接凸隼7呈矩形或扇環形；外側塑料套管連接凸隼7，高出上表面150mm，寬為50mm，邊(弧)長為200mm ;外側套管連接管6高出上表面200mm，邊(弧)長為200mm，伸入粧尖混凝土200mmo
[0032]內側套管連接管4、外側套管連接管6均采用光面PVC管，管壁厚度為10mm，質量和尺寸要求滿足現行規范要求。
[0033]預制鋼筋混凝土樁尖9的上表面還設有沉管連接凹槽8，該凹槽8的外徑700mm，槽底寬度30mm,槽深為150mm。
[0034]圖4是雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁鋼筋籠的橫斷面圖；參照圖4所示，異形預制鋼筋籠3的橫斷面形狀呈Y形，其外包圓直徑為500mm，包括鋼筋籠橫向拉結筋11、鋼筋籠縱向受力鋼筋12、鋼筋籠橫向箍筋14,鋼筋籠橫向拉結筋11 一端設于箍筋的中間部位，另一端與鄰近箍筋垂直；橫向拉結筋11與箍筋14、鋼筋籠縱向受力鋼筋12之間采用綁扎連接；縱向受力鋼筋12采用直徑為22mm的III級螺紋鋼筋；鋼筋籠橫向拉結筋11和橫向箍筋14均采用直徑為IOmm的I級鋼筋，鋼筋籠橫向拉結筋11豎向間隔為200mm。
[0035]沉管16及預制鋼筋混凝土樁尖9打入地基后，在外側Y形帶螺紋塑料套管2與沉管16形成的環形空腔內插入注漿管15，注漿管采用直徑為30_的PVC管；通過該注漿管15向樁體外側土體內壓漿即可形成樁側水泥土層10。
[0036]鋼筋混凝土樁芯13的混凝土采用C30的細石混凝土，要求混凝土骨料最大粒徑不超過25mm，混凝土工作性能滿足現行規范要求；且混凝土澆筑時，需用振動棒沿全樁長振搗均勻。
[0037]圖7是本發明雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的施工流程圖，參照圖7所示，雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的施工過程包括:
步驟一、平整場地，鋪設厚度為300mm的砂墊層；
步驟二、預制鋼筋混凝土樁尖9，樁尖頂面直徑較外側沉管16大200_，并在其頂面設置用于與內側圓形帶螺紋塑料套管I連接的樁體中心圓形套管連接管4和內側塑料套管連接凸隼5，與外側Y形帶螺紋塑料套管2連接的外側套管連接管6和外側塑料套管連接凸隼
7,與樁體外測沉管16連接的沉管連接凹槽8 ；
步驟三、用套管接頭分別接長雙層套管的內管內側圓形帶螺紋塑料套管I和外管外側Y形帶螺紋塑料套管2，使套管總長度超過設計樁長200mnT300mm ；
步驟四、先將樁體中心的內側圓形帶螺紋塑料套管I與預制樁尖9的凸隼5和套管接頭4連接密封，并用PVC粘結劑膠結，再將預制鋼筋籠3套于樁體中心內側圓形帶螺紋塑料套管I的外側，最后套接外側套管外側Y形帶螺紋塑料套管2，并將外側套管外側Y形帶螺紋塑料套管2與預制樁尖9的連接管連接并密封；
步驟五、先采用吊繩將帶有樁尖9的套管從外側鋼管沉管16的底部伸入外側鋼管沉管16內，再將后注漿管插入沉管限位環內，最后將沉管16與預制樁尖9連接緊密；
步驟六、采用樁打設機將與預制樁尖9連接好的沉管16、內側圓形帶螺紋塑料套管1、外側Y形帶螺紋塑料套管2、注漿管15，連同鋼筋籠3 —起均勻打入地基中；
步驟七、提升沉管16，將圓形帶螺紋塑料套管1、外側Y形帶螺紋塑料套管2、注漿管15留于地基土體內；
步驟八、將打樁機移至下一樁位；
步驟九、待所有樁體套管壓入地基后，向內側圓形帶螺紋塑料套管I與外側Y形帶螺紋塑料套管2之間的空腔內灌注混凝土并振實，形成呈Y形混凝土樁芯；
步驟十、通過后注漿管15向外側Y形帶螺紋塑料套管2與沉管16之間的空腔內注入少量混凝土，形成樁側水泥土層；
步驟十一、在樁頂支設模板，澆筑混凝土形成現澆樁帽；待混凝土養護期滿28天后，在樁頂澆筑鋪設400_厚的砂墊層，并在砂墊層頂部鋪設土工格柵。
[0038]根據以上實施例記載的內容，所述的異形樁橫斷面也可以為X形，相關內容未具體闡述，但也在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于包括反拱曲面空心異形樁和預制鋼筋混凝土樁尖；反拱曲面空心異形樁的橫斷面呈Y形或X形，樁體中心沿軸向設貫通性的圓孔，樁體中心和樁體外側分別設有帶螺紋的套管； 樁體內設與樁體同形狀但比樁體小100~200mm的鋼筋籠，鋼筋籠內設置橫向拉結筋； 預制鋼筋混凝土樁尖的底部呈圓錐形，在預制鋼筋混凝土樁尖的頂面設與套管、鋼筋籠、沉管的外形、尺寸相對應的固定件，該固定件具體為凸隼、連接管或凹槽。
2.根據權利要求1所述的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于所述內外套管為帶螺紋塑料套管，外側套管呈Y形或X形，內側套管呈圓形，各節套管與套管接頭之間采用粘合劑或鉚接的方式固定連接。
3.根據權利要求2所述的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于所述內外套管為單壁螺紋PVC管、PE管或HDPE管。
4.根據權利要求1所述的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于所述預制鋼筋籠的相鄰箍筋之間設置橫向拉結筋，該橫向拉結筋與箍筋、豎向受力鋼筋之間通過綁扎或焊接連接。
5.根據權利要求4所述的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于橫向拉結筋的一端固定于箍筋的中間部位，另一端與鄰近箍筋垂直固定。
6.根據權利要求1所述的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于在內側圓形帶螺紋塑料套管與外側異形套管之間的空腔內灌注混凝土，形成呈Y形或X形的混凝土樁-!-H`Λ ο
7.根據權利要求1所述的雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁，其特征在于在沉管內側設置注漿管限位環，待混凝土樁芯填筑完成后通過注漿管向外側套管與沉管之間的空腔內均勻壓入水泥漿，形成樁側水泥土層。
8.基于權利要求1至7任一項雙層塑料套管反拱曲面空心異形樁的施工方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、平整場地，鋪設厚度為200mnT300mm的砂墊層、碎石墊層或輕宕渣層； 步驟二、預制鋼筋混凝土樁尖，樁尖頂面直徑較外側沉管大150mnT250mm，并在其頂面設置用于與雙層塑料套管連接的套管連接管和凸隼，與樁體外測沉管連接的凹槽； 步驟三、用套管接頭分別接長雙層套管的內管和外管，使套管總長度超過設計樁長200mnT300mm ； 步驟四、先將樁體中心的內側圓形帶螺紋塑料套管與預制樁尖的凸隼和套管接頭連接密封，并用PVC粘結劑并膠結，再將預制鋼筋籠套于樁體中心內側圓形帶螺紋塑料套管的外側，最后套接外側套管，并將外側套管與預制樁尖的連接管連接并密封； 步驟五、先采用吊繩將帶有樁尖的套管從外側鋼管沉管的底部伸入外側鋼管沉管內，再將后注漿管插入沉管限位環內，最后將沉管與預制樁尖連接緊密； 步驟六、采用樁打設機將與預制樁尖連接好的沉管、樁體中心圓形套管、外側套管、注漿管，連同鋼筋籠一起均勻打入地基中； 步驟七、提升沉管，將樁體中心圓形套管、鋼筋籠、外側套管留于地基土體內； 步驟八、將打樁機移至下一樁位；步驟九、待所有樁體套管壓入地基后，向樁體中心圓形套管與外側套管之間的空腔內灌注混凝土并振實，形成呈Y形或X形的混凝土樁芯； 步驟十、通過后注漿管向外側套管與沉管之間的空腔內注入混凝土，形成樁側水泥土層； 步驟十一、在樁頂支設模板，澆筑混凝土形成現澆樁帽；待混凝土養護期滿28天后，在樁頂澆筑鋪設300mnT700_ 厚的砂墊層，并在砂墊層頂部鋪設土工格柵。
【文檔編號】E02D5/48GK103485334SQ201310426114
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】章永泉, 章亦男, 阮美琴, 李發林, 黃秦, 施五四, 奕天校, 張超 申請人:上海嘉實（集團）有限公司