一种可减小沉桩阻力的沉桩方法与流程

本系统涉及岩土工程领域，特别涉及一种减小预制桩沉桩阻力的方法，具体是一种能够减少沉桩耗能，同时减少预制桩配筋量的方法。

背景技术：

在桩基础工程中，预制桩和灌注桩各有其优劣。灌注桩配筋量小，但其需要现场钻孔灌注，且灌注质量不好控制。预制桩可在工厂集中生产、养护，桩的质量可以得到保证，同时可以缩短工期。但是预制桩在锤击/静压/振动沉桩过程中会需要更多的配筋来保证其所需的桩身强度在沉桩过程中不会被削弱。本发明在结合目前的沉桩方法上提出一种减小沉桩阻力的方法，从而降低沉桩能耗，降低配筋量。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可减小沉桩阻力的沉桩方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可减小沉桩阻力的沉桩方法，包括以下几个步骤：

s1、根据勘察报告确定土层情况及其物理力学参数，根据工程设计要求确定预制桩设计桩径d；

s2、通过数值模拟软件建立符合实际地层情况的实体模型，并赋予其对应的物理力学参数；

s3、在实体模型中开设孔径为d的孔，并在孔内放置预制桩，并对预制桩有规律地施加竖直向下的瞬时荷载，直至沉入设计深度，计算沉桩能耗；然后不断改变开孔孔径d，保持瞬时荷载大小不变，重复上述操作，计算对应的沉桩能耗，并根据计算结果拟合得到沉桩能耗与孔径d的关系曲线；同时，计算得到挖孔能耗与孔径的关系曲线，找到所述关系曲线与挖孔能耗曲线的交点，将交点处的孔径d的值作为最优孔径dop，其中，孔径d小于桩径d；

s4、在沉桩位置钻孔，钻孔的孔径大小等于最优孔径dop，注入制备好的水泥浆，注入量为桩孔体积的1~3倍，然后预制桩就位，使桩轴线与孔轴线对齐，沉桩。

所述步骤s2中，数值模拟软件为flac或者ansys。

所述水泥浆中，水灰比为0.4~0.45，并且掺入了缓凝剂木质素磺酸钙水剂，掺量为水泥浆质量的0.3~0.5%。

所述水泥浆中，水灰比为0.4~0.45，并且掺入了木质素磺酸钙粉剂，掺量为水泥浆质量的0.2~0.3%。

所述步骤s3中，沉桩能耗的计算公式为：单次锤击能耗成本×桩锤入设计深度所需锤击数；挖孔能耗的计算公式为：单位挖方量能耗成本×挖方量。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过数值模拟，可以得到沉桩能耗与孔径曲线，将沉桩能耗与孔径曲线和挖孔能耗曲线的交点作为最优孔径，通过在沉桩位置钻最优孔径的孔，可以使钻孔的工程量和沉桩能耗达到较好的平衡，不仅大大减小了沉桩阻力，而且不会加大钻孔工程量；然后，在钻孔内注入水泥浆，然后预制桩就位，桩轴线与孔轴线对齐，沉桩；其中，水泥浆在沉桩过程中起护孔、润滑助沉作用，沉桩结束后水泥浆硬化还可加强桩与土之间的连接作用使其共同受力，减少桩土应力比。本发明提供的减少沉桩阻力的沉桩方法不仅限于预制桩沉桩过程中，其它预制深基础如装配式地下连续墙沉桩也可应用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种沉桩方法的施工流程示意图；

图2为本发明实施例中沉桩能耗与孔径的关系曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一

如图1所示，本发明实施例一提供了一种可减小沉桩阻力的沉桩方法，包括以下几个步骤：

s1、根据勘察报告确定土层情况及其物理力学参数，根据工程设计要求确定预制桩设计桩径d。

s2、通过数值模拟软件建立符合实际地层情况的实体模型，并赋予其对应的物理力学参数。

其中，数值模拟软件为flac或者ansys。

s3、在实体模型中开设孔径为d的孔，在孔内放置预制桩，并对预制桩有规律地施加竖直向下的瞬时载荷，直至沉入设计深度，记录锤击次数，并根据锤击次数计算沉桩能耗；然后不断改变开孔孔径d，保持瞬时荷载大小不变，重复上述操作，计算对应的沉桩能耗，并根据计算结果拟合得到沉桩能耗与孔径d的关系曲线。同时，计算挖孔能耗与孔径的关系曲线；如图2所示，然后找到所述关系曲线与挖孔能耗曲线的交点，将交点处的孔径d的值作为最优孔径dop，其中，孔径d小于桩径d。

交点说明在该点孔径的大小对沉桩阻力的减小已发挥最大贡献。再增加孔径，虽然会较小地减少沉桩阻力，但也会加大钻孔的工程量，孔径增大效果并不会很明显。因此，本实施例中，将交点处的孔径设置为最优孔径dop，并作为沉桩的钻孔孔径，一方面可以最大化减小沉桩阻力，另一方面也不会加大钻孔工程量，有利于降低沉桩施工能耗，降低配筋量。

其中，沉桩能耗与挖孔能耗为便于比较，以各自的成本价格进行比较。具体地，沉桩能耗的计算公式为：单次锤击能耗成本×桩锤入设计深度所需锤击数；挖孔能耗的计算公式为：单位挖方量能耗成本×挖方量。其中，单次锤击的能耗成本可以根据瞬时载荷的大小，结合施工的实际来计算出来。单位挖方量能耗成本也可以根据施工成本核算，而挖方量与孔径大小成比例，因此，沉桩能耗和挖孔能耗都可以通过模型模拟计算出来。

s4、在沉桩位置钻孔，钻孔的孔径大小等于最优孔径dop，注入制备好的水泥浆，注入量为桩孔体积的1~3倍，然后预制桩就位，使桩轴线与孔轴线对齐，沉桩。

其中，本实施例中，制备水泥浆时，水灰比为0.4~0.45，水灰比太大容易流淌，水灰比太小和易性不好，水灰比以水泥浆既能附着在孔侧壁土体又能流动为宜。可根据地层沉桩情况在配置水泥浆时适量加入缓凝剂木质素磺酸钙水剂，掺量为水泥质量的0.3％～0.5％，使水泥浆在沉桩完成前不会凝结。

具体实施方式二

与实施例一相同的是，本发明实施例二提供的一种可减小沉桩阻力的沉桩方法，也包括以下几个步骤：

s1、根据勘察报告确定土层情况及其物理力学参数，根据工程设计要求确定预制桩设计桩径d。

s2、通过数值模拟软件建立符合实际地层情况的实体模型，并赋予其对应的物理学参数。

其中，数值模拟软件为flac或者ansys。

s3、在实体模型中开设孔径为d的孔，在孔内放置预制桩，并对预制桩有规律地施加竖直向下的瞬时载荷，直至沉入设计深度，记录锤击次数，并根据锤击次数计算沉桩能耗；然后不断改变开孔孔径d，保持瞬时荷载大小不变，重复上述操作，计算对应的沉桩能耗，并根据计算结果拟合得到沉桩能耗与孔径d的关系曲线，如图2所示，找到所述关系曲线与挖孔能耗曲线的交点，将交点处的孔径d的值作为最优孔径dop，其中，孔径d小于桩径d。

s4、在沉桩位置钻孔，钻孔的孔径大小等于最优孔径dop，注入制备好的水泥浆，注入量为桩孔体积的1~3倍，然后预制桩就位，使桩轴线与孔轴线对齐，沉桩。

水泥浆在沉桩过程中起护孔、润滑助沉作用，沉桩结束后水泥浆硬化还可加强桩与土之间的连接作用使其共同受力，减少桩土应力比。

其中，本实施例中，制备水泥浆时，水灰比为0.4~0.45，水灰比太大容易流淌，水灰比太小和易性不好，水灰比以水泥浆既能附着在孔侧壁土体又能流动为宜。可根据地层沉桩情况在配置水泥浆时适量加入缓凝剂，与实施例一不同的是，本实施例中加入的缓凝剂为木质素磺酸钙粉剂，掺量为水泥浆质量的0.2~0.3%，混凝土凝结时间可延长2～3h，使水泥浆在沉桩完成前不会凝结。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。