一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩及施工方法与流程

本发明涉及建筑、土木施工领域，尤其是一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩及施工方法。

背景技术：

近年来，随着经济和科学技术的发展，建筑事业发展迅速，为了提高建筑的稳定性和地基的承载力，我国房屋建筑的基础类型一般选择桩基础。根据建筑的用途和结构特征，以及对地基的要求，可以选择不同的桩基础类型和施工技术，以保证建筑的安全。

用于建筑物的基础桩可大致分为：钢管桩、混凝土桩和灌注桩。钢管桩总体强度大，能较好的抗拉，抗压，材质均匀，相较于混凝土预制桩，质轻且坚固，运输方便，施工快速，但普通钢管桩表面摩擦力小，容易沉降，且易于与内部混凝土分离；混凝土桩抗压性能好，造价低，但抗拉性能差，不能作为抗拔桩，容易出现裂缝，发生沉降后受拉容易断桩，抗震性能差。灌注桩钢筋配置灵活，受力性能好，抗震性能好，对环境影响小，但施工过程隐蔽，工艺复杂，容易发生断桩，施工质量较难控制。

技术实现要素：

本发明针对以上情况提出一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩及施工方法，其加固效果明显，可使压力、拉力沿桩体均匀分散，有良好的承载力和抗拔抗浮性能，施工方法多样，适用多种不同地基。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩，它包括钢管桩，所述钢管桩为主体结构，在钢管桩的侧壁上均布设置有孔洞，所述孔洞所在的位置通过翼板旋转轴铰接有翼板；所述钢管桩的底部灌注有封底混凝土，在钢管桩内部位于翼板所在的一段长度灌注有膨胀混凝土，相邻的膨胀混凝土之间灌注普通混凝土，所述钢管桩的顶部灌注有封孔混凝土。

所述膨胀混凝土和普通混凝土的分隔层设置有分隔板。

所述钢管桩的外部设置有多圈加劲条，所述加劲条设置在钢管桩上孔洞所在位置的上端和下端。

所述孔洞所在位置的翼板采用可开合的安装结构；包括向上开口式翼板和向下开口式翼板；所述翼板在钢管桩下沉时处于闭合状态，在灌注膨胀混凝土后将沿其翼板旋转轴张开。

所述灌注膨胀混凝土和张开的翼板共同形成正向或反向斜锥形的膨胀体。

所述孔洞采用月牙形孔洞、人字形孔洞或分段螺旋形孔洞，上述形式的孔洞在膨胀混凝土作用下将形成均匀在钢管桩外部全长的膨胀体结构。

所述钢管桩上开设孔洞的区段其外围套装有橡胶套，所述橡胶套上加工有与孔洞相配合的配合孔洞。

所述钢管桩的封底混凝土上浇筑有爪式支撑。

所述膨胀混凝土和普通混凝土内混合有碎石。

任意一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

Step1： 桩身孔洞布设，根据地质条件以及单桩承载力要求，在桩身设置与孔洞形状尺寸吻合的翼板，通过翼板旋转轴与钢管桩连接；

Step2：封底，用封底混凝土进行封底，并加一块分隔板；

Step3：钻孔，钻孔至设计深度，立即下管，此过程中保持翼板为闭合状态，下管过程防止孔壁坍塌；

Step4：钢管桩灌注，分段施工：在开设孔洞区段充填碎石，并灌注膨胀混凝土，保证膨胀混凝土量>50%；加分隔板，随后继续填充一定量的碎石，在未开设孔洞区段灌注普通混凝土；

Step5：重复Step4，直至达到设计标高；

Step6：终孔，用封孔混凝土将钢管桩顶部预留区段进行封注。

本发明有如下有益效果：

1、上述钢管桩受力性能良好，可兼有各种桩型的优点，相互促进，充分发挥钢管桩和膨胀混凝土的特性。

2、设置不同的桩身孔洞形式，使压力或者拉力沿桩体均匀分散，受力性能良好，可提高桩体的承载力和稳定性。

3、上端开口式翼板可有效减小不均匀沉降的发生，下端开口式翼板可提高抗拔抗浮性能。

4、月牙形、人字形、分段螺旋形钢管桩使得压力或者拉力均匀分布在全长上，抗拔抗浮以及承载力明显加强。

5、外围包有不透水橡胶套的钢管桩可用于水下施工。

6、钢管桩端部以及翼板式孔洞上下端设置加劲条，可防止孔洞周边应力集中，同时起到紧箍作用，充分发挥膨胀混凝土和钢管桩的性能。

7、钢管桩灌浆过程和高压注浆工艺配合使用，可形成强度高、压缩性低、抗渗性强和稳定性良好的复合体。

8、全段灌注膨胀混凝土和设置分隔板分段灌浆，可充分发挥膨胀混凝土、普通砼和钢材的受力特性，不仅可改善地质条件，形成的应力分散式膨胀体也可提高钢管桩抗拔抗浮及承载力。

9、灌浆的同时加入一定量的碎石，就地取材，方便快捷，节约成本。

10、底部端头在沉管前封孔，方便施工，质量有保证。亦可结合爪式支撑形成复合地基，改善下部支撑条件，提高桩体承载力，相比较传统的爆炸式扩头，对周边地质条件影响较小，而且容易控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明采用翼板向上开口的主剖视图。

图2本发明采用翼板向上开口的左视图。

图3本发明采用翼板向下开口的主剖视图。

图4本发明采用翼板向下开口的左视图。

图5本发明采用月牙形孔洞的钢管桩。

图6本发明采用人字形孔洞的钢管桩。

图7本发明采用分段螺旋形孔洞的钢管桩。

图8本发明适用于水下施工的孔洞外包橡胶套膨胀混凝土钢管桩示意图。

图9本发明底部端头采用爪式支撑结构的示意图。

图中：钢管桩1、翼板旋转轴4、封底混凝土5、碎石6、普通混凝土7、膨胀混凝土8、分隔板9、封孔混凝土10、月牙形孔洞11、人字形孔洞12、分段螺旋形孔洞13、配合孔洞14、橡胶套15、爪式支撑16。

2-1—闭合状态的上端开口式翼板；

2-2—闭合状态的下端开口式翼板；

3-1—被胀开的上端开口式翼板；

3-2—被胀开的下端开口式翼板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-9所示，一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩，它包括钢管桩1，所述钢管桩1为主体结构，在钢管桩1的侧壁上均布设置有孔洞，所述孔洞所在的位置通过翼板旋转轴4铰接有翼板；所述钢管桩1的底部灌注有封底混凝土5，在钢管桩1内部位于翼板所在的一段长度灌注有膨胀混凝土8，相邻的膨胀混凝土8之间灌注普通混凝土7，所述钢管桩1的顶部灌注有封孔混凝土10。通过采用上述的钢管桩1，在孔洞附近形成不同形式的应力分散膨胀体，使得压力或拉力分散均匀，可适用于不同的地基。在充分发挥钢管桩刚优良特性的同时，桩身孔洞可使混凝土均匀向四周扩散形成应力分散式膨胀体，从而使得压力或拉力分散均匀。

进一步的，所述膨胀混凝土8和普通混凝土7的分隔层设置有分隔板9。

进一步的，所述钢管桩1的外部设置有多圈加劲条17，所述加劲条17设置在钢管桩1上孔洞所在位置的上端和下端。防止孔洞周边应力集中，同时起到紧箍作用，充分发挥膨胀混凝土和钢管桩的性能。

进一步的，所述孔洞所在位置的翼板采用可开合的安装结构；包括向上开口式翼板和向下开口式翼板；所述翼板在钢管桩1下沉时处于闭合状态，在灌注膨胀混凝土8后将沿其翼板旋转轴4张开。当膨胀混凝土发挥作用时翼板可被胀开沿旋转轴开启，由膨胀混凝土和翼板共同形成正向和反向的斜锥形的膨胀体，使得压力或拉力分散均匀。

进一步的，所述灌注膨胀混凝土8和张开的翼板共同形成正向或反向斜锥形的膨胀体。

进一步的，所述孔洞采用月牙形孔洞11、人字形孔洞12或分段螺旋形孔洞13，上述形式的孔洞在膨胀混凝土8作用下将形成均匀在钢管桩1外部全长的膨胀体结构。

进一步的，所述钢管桩1上开设孔洞的区段其外围套装有橡胶套15，所述橡胶套15上加工有与孔洞相配合的配合孔洞14。

进一步的，所述钢管桩1的封底混凝土5上浇筑有爪式支撑16。

进一步的，所述膨胀混凝土8和普通混凝土7内混合有碎石6。钢管桩全部灌注膨胀混凝土，亦可分段灌浆并设置分隔板。灌浆的时候可加入部分粒径较好的碎石。底部端头可进行普通封孔，亦可结合爪式支撑形成复合地基。灌浆过程和高压注浆工艺配合使用。

进一步的，钢管桩全部灌注膨胀混凝土，在膨胀混凝土沿孔洞向外膨胀的同时，未有孔洞的区段，膨胀混凝土膨胀也可给钢管桩提供压力，使得桩体发生微小扩张的同时充分发挥钢材的受力特性。

进一步的，分段灌浆时设置分隔板。翼板式钢管桩灌浆时开有孔洞的区段灌膨胀砼，未开孔洞的区段灌普通砼，二者之间设置分隔板，防止互相侵入混合，充分发挥普通砼的抗压特性，使得膨胀砼充分沿径向膨胀，形成大型应力分散膨胀体，最大限度发挥膨胀体作用。

进一步的，灌浆的时候可加入部分粒径较好的碎石。可节省一部分砼，节约成本，就地取材，但需要控制碎石的量，膨胀砼区段需保证膨胀砼量>50%。

进一步的，底部端头的第一种施工方式：浇筑一定厚度的混凝土封孔，然后在沉管。此方式可防止沉管过程中，土体挤入，而且施工方便，封孔混凝土质量有保证。

进一步的，底部端头的第二种施工方式：先沉管至标高，用压杆将爪式支撑压入底部，在钢管桩顶部采用压力设备通过压杆，将一部分爪式支撑压入岩土体中，然后将压杆升起，在钢管桩底部灌浆封孔。爪式支撑与被刺入岩土体形成复合地基，同时浆液渗入，可改善钢管桩下部的支撑条件，提高桩体承载力。

实施例2：

如图1-4，上端开口式翼板钢管桩承载力好，适用于一般地质条件下的施工，下端开口式翼板钢管桩抗拔抗浮性能好，可用于有地下水环境的施工。

任意一种多功能应力分散型的膨胀混凝土钢管桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

Step1： 桩身孔洞布设，根据地质条件以及单桩承载力要求，在桩身设置与孔洞形状尺寸吻合的翼板，通过翼板旋转轴4与钢管桩1连接；

Step2：封底，用封底混凝土5进行封底，并加一块分隔板9；

Step3：钻孔，钻孔至设计深度，立即下管，此过程中保持翼板为闭合状态，下管过程防止孔壁坍塌；

Step4：钢管桩1灌注，分段施工：在开设孔洞区段充填碎石6，并灌注膨胀混凝土8，保证膨胀混凝土量>50%；加分隔板9，随后继续填充一定量的碎石6，在未开设孔洞区段灌注普通混凝土7；

Step5：重复Step4，直至达到设计标高；

Step6：终孔，用封孔混凝土10将钢管桩顶部预留区段进行封注。

实施例3：

如图5-7，主要介绍本发明月牙形、人字形、分段螺旋形式孔洞钢管桩通用的施工方法，此种钢管桩适用于一般地质条件下的施工。

Step1：桩身孔洞布设，根据地质条件以及单桩承载力要求，在桩身选择设置月牙形孔洞11、人字形孔洞12或分段螺旋形孔洞13的孔洞；

Step2：钻孔，钻孔至设计深度，立即下管，下管过程防止孔壁坍塌；

Step3：封底，用封底混凝土5进行封底，待混凝土强度达到75%时进行下一步骤；

Step4：桩体材料灌注，可全长灌注膨胀砼或者加入一定量的碎石6，灌浆达到设计标高为止；

Step5：终孔，用封孔混凝土10将钢管桩顶部预留区段进行封注。

实施例4：

主要介绍本发明不透水橡胶套孔洞钢管桩施工的通用方法。此种钢管桩适用于水下施工。

Step1：桩身孔洞布设，根据地质条件以及单桩承载力要求，在桩身择设置圆形孔洞14的数量及间距，保证圆形孔洞均匀且在同一水平面内；

Step2：橡胶套布设，在圆形孔洞外围布设一圈一定宽度一定厚度的高弹性、耐腐蚀的不透水橡胶套15；

Step3：封底，用封底混凝土5进行封底。待混凝土强度达到75%时进行下一步骤；

Step4：钻孔，钻孔至设计深度，立即下管，此过程中保持钢管桩1内部为干燥状态，下管过程防止孔壁坍塌；

Step5：桩体材料灌注，可全长灌注膨胀砼或者加入一定量的碎石6，灌浆达到设计标高为止；

Step6：终孔，用封孔混凝土10将钢管桩顶部预留区段进行封注。

实施例5：

主要介绍本发明爪式支撑钢管桩的施工方法。此种钢管桩适用于基础下端较软弱持力层的施工。

Step 1：桩身孔洞布设，根据地质条件以及单桩承载力要求，在桩身择设置合适的孔洞形式，可参考前三个案例的孔洞形式；

Step 2：钻孔，钻孔至设计深度，立即下管，下管过程防止孔壁坍塌；

Step 3：爪式支撑的施工及封底，先用用压杆将爪式支撑16压入底部，在钢管桩顶部采用压力设备通过压杆，将一部分爪式支撑压入岩土体中，然后将压杆升起，在钢管桩底部灌注封底混凝土5封孔。

Step 4：桩体材料灌注及终孔施工过程参考前三个案例。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。