一种双层塑料套管反拱曲面空心异形桩及施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种双层塑料套管反拱曲面空心异形桩及施工方法，其特征在于所述结构包括反拱曲面空心异形桩以及设置在异形桩底端通过固定件固定的桩尖和预制钢筋混凝土桩尖，桩体外侧设水泥土层；异形桩的横断面呈Y形或X形，桩体中心的圆孔内和桩体外侧分别均设有带螺纹的套管；桩体内设同形状但略小的钢筋笼，钢筋笼内设置横纵向拉结筋；在预制钢筋混凝土桩尖的顶面设有与套管、沉管相对应的固定件。施工时先固定桩尖和内侧套管，套接钢筋笼、外侧套管，在内、外侧套管之间、外侧套管与沉管之间灌注混凝土分别形成混凝土桩芯、桩侧水泥土层。本发明桩体横断面面积小，减少建筑材料的用量，承载能力强，桩体抵抗环境侵蚀的能力强。
【专利说明】一种双层塑料套管反拱曲面空心异形粧及施工方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种新型桩体结构及施工方法，特别涉及一种桩体横断面为Y形或X形、桩体中心和外侧设有带螺纹塑料套管、桩体内设异形钢筋笼的双层塑料套管的反拱曲面空心异形桩，属于地基工程领域，适用于房屋建筑、公路、市政、机场、堤坝等工程中的地
基处理。
【背景技术】
[0003]随着我国现代化建设事业的发展，基本建设的规模和建筑物的荷载越来越大，对地基的要求也越来越高。地基处理的目的是借助一系列工程措施、技术措施、结构措施，增加地基的强度和稳定性、减少地基变形。目前，常见的地基处理方法包括复合地基处理法、排水固结法、换填法、强夯法等，各种处理方法均有相应的适用范围和优缺点。
[0004]考虑到复合地基具有加固效果好、工期短、工后沉降小等优点，在地基加固工程中得到了广泛应用，常用的复合地基加固方法有沉管灌注桩、预制方桩、预应力管桩、塑料套管混凝土桩等，桩体的横断面形状通常为圆形或方形。在上述复合地基处理方法中管桩是应用较为普遍的一种，常分为预应力管桩和非预应力管桩两类，它具有单桩承载力能高、适用范围广、成桩质量可靠、节省建筑材料等优点。但由于管桩的桩身截面积较小，抵抗侧向变形和外界环境侵蚀的能力较差。沉管灌注桩是利用沉桩设备，将带有钢筋混凝土桩靴(活瓣式桩靴)的钢管沉入土中，形成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣 实，便形成所需要的灌注桩。沉管灌注桩避免了一般钻孔灌注桩桩尖浮土造成的桩身下沉，持力不足的问题，同时也有效改善了桩身表面浮浆现象，另外，该工艺也更节省材料。但是施工质量不易控制，拔管过快容易造成桩身缩颈，而且由于是挤土桩，先期浇注好的桩易受到挤土效应而产生倾斜断裂甚至错位。
[0005]近年来异形桩也逐步在工程中应用，如Y形桩、X形桩、H形桩等，其中反拱曲面Y、X形桩为目前工程中应用较为广泛的异形桩，两种桩型均为具有我国自主知识产权的新颖技术，Y、X形桩桩周所具有向里凹的曲面，可定义为反拱曲面，普通圆形桩所具有向外凸的曲面，可定义为正拱曲面。Y、X形桩其共同特征为改变了桩“非圆即方”的传统理念，具有向里凹的反拱曲面，根据等截面异形周边扩大原理，派生于传统圆形桩，如Y形桩与常用直径377mm的同面积圆形桩相比，周长为其1.46倍，可采用预制成桩或普通沉管灌注桩设备现场浇注成桩。该异形桩虽具有良好的力学特性，但由于桩壁较薄其抗腐蚀性能较差、桩侧抗剪强度偏低。现有异形桩的施工质量较难控制，主要体现在成桩的均匀性不够、断桩现象突出等。
[0006]目前已有在桩体外侧设塑料套管的新型桩体结构，如塑料套管混凝土桩，由预制隔水桩尖、螺纹塑料套管、混凝土、桩帽(盖板)等组成，在适宜的工程背景和地质条件下也取得了相对较好的工程效果，但其桩身横截面为圆形，与本次申请的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩在施工过程、连接方式、受力性能等方面存在较大差异。
[0007]综上所述，虽然现有各地基处理方法在适宜的工程条件下取得了良好的加固效果和经济效益，但一些桩型在抵御外界环境侵蚀、抵抗横向变形、提高材料利用率、改善桩体受力性能等方面尚存一定欠缺。鉴于此，根据目前的实际情况和技术条件，目前亟需发明一种防腐性能好、承载能力高、建筑材料用量省的新型桩体结构及施工方法，以满足地基加固工程的需要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种受力性能好、承载能力高、耐腐蚀性能强，并能节省建筑材料的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩结构及施工方法，以丰富地基处理方法、提高地基加固质量。
[0009]为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案:
一种双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于包括反拱曲面空心异形桩和预制钢筋混凝土桩尖；反拱曲面空心异形桩的横断面呈Y形或X形，桩体中心沿轴向设贯通性的圆孔，桩体中心和桩体外侧分别设有带螺纹的套管；
桩体内设与桩体同形状但比桩体小100~200mm的钢筋笼，钢筋笼内设置横向拉结
筋；
预制钢筋混凝土桩尖的底部呈圆锥形，在预制钢筋混凝土桩尖的顶面设与套管、钢筋笼、沉管的外形、尺寸相对应的固定件，该固定件具体为凸隼、连接管或凹槽。
[0010]所述内外套管为带螺纹塑料套管，外侧套管呈Y形或X形，内侧套管呈圆形，各节套管与套管接头之间采用粘合剂或铆接的方式固定连接。所述内外套管为单壁螺纹PVC管、PE管或HDPE管。
[0011]所述预制钢筋笼的相邻箍筋之间设置横向拉结筋，该横向拉结筋与箍筋、竖向受力钢筋之间通过绑扎或焊接连接，并且横向拉结筋的一端固定于箍筋的中间部位，另一端与邻近箍筋垂直固定。
[0012]在内侧圆形带螺纹塑料套管与外侧异形套管之间的空腔内灌注混凝土，形成呈Y形或X形的混凝土桩芯；在沉管内侧设置注浆管限位环，待混凝土桩芯填筑完成后通过注浆管向外侧套管与沉管之间的空腔内均匀压入水泥浆，形成桩侧水泥土层。
[0013]一种双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的施工方法，包括以下步骤:
步骤一、平整场地，铺设厚度为200mnT300mm的砂垫层、碎石垫层或轻宕渣层；
步骤二、预制钢筋混凝土桩尖，桩尖顶面直径较外侧沉管大150mnT250mm，并在其顶面
设置用于与双层塑料套管连接的套管连接管和凸隼，与桩体外测沉管连接的凹槽；
步骤三、用套管接头分别接长双层套管的内管和外管，使套管总长度超过设计桩长200mnT300mm ；
步骤四、先将桩体中心的内侧圆形带螺纹塑料套管与预制桩尖的凸隼和套管接头连接密封，并用PVC粘结剂胶结，再将预制钢筋笼套于桩体中心内侧圆形带螺纹塑料套管的外侦U，最后套接外侧套管，并将外侧套管与预制桩尖的连接管连接并密封；
步骤五、先采用吊绳将带有桩尖的套管从外侧钢管沉管的底部伸入外侧钢管沉管内，再将后注浆管插入沉管限位环内，最后将沉管与预制桩尖连接紧密； 步骤六、采用桩打设机将与预制桩尖连接好的沉管、桩体中心圆形套管、外侧套管、注浆管，连同钢筋笼一起均匀打入地基中；
步骤七、提升沉管，将桩体中心圆形套管、钢筋笼、外侧套管留于地基土体内；
步骤八、将打桩机移至下一桩位；
步骤九、待所有桩体套管压入地基后，向桩体中心圆形套管与外侧套管之间的空腔内灌注混凝土并振实，形成呈Y形或X形的混凝土桩芯；
步骤十、通过后注浆管向外侧套管与沉管之间的空腔内注入混凝土，形成桩侧水泥土
层；
步骤十一、在桩顶支设模板，浇筑混凝土形成现浇桩帽；待混凝土养护期满28天后，在桩顶浇筑铺设300mnT700_厚的砂垫层，并在砂垫层顶部铺设土工格栅。
[0014]本发明具有以下优点和有益效果:
(I)反拱曲面异形桩由于反拱曲面的存在，可在横断面面积固定的情况下扩大桩体周长，改善了桩体的受力性能，提高了桩体抵抗横向弯矩、扭矩的能力。
[0015](2)桩体内侧和外侧设置的塑料套管既可作为桩体混凝土浇筑的模板，提高了成桩质量；又可将混凝土桩芯与外界环境隔离，提高了桩体的抗腐蚀性能。
[0016](3)桩体外侧套管的侧壁呈螺纹状，可加大桩体与外界土体的摩阻力，提高桩体的承载能力。
[0017](4)通过外侧异形塑料套管与圆形沉管之间的注浆管向桩侧土体压浆，可在桩周形成一定厚度的桩侧水泥土层，提高了桩体与桩侧土体的粘结强度以及桩侧土体的承载能力。
[0018](5)预制桩尖采用防腐蚀混凝土预制，且桩尖顶面预设了能与双层塑料套管紧密连接的套管插头及连接管，可确保套管与桩尖密闭连接，从底部隔断了地下水与混凝土桩体的接触。
[0019]总之，本发明的特点在于同时具有反拱曲面异形桩与管桩的优点，不但可以改善桩体的受力性能、增大桩侧摩阻力，而且可以提高桩体的抗腐蚀性能和桩侧土体的承载能力，还可以节省桩体建筑材料的用量，具有较好的技术经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的组合立体图；
图2是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的剖面图；
图3是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的横断面图；
图4是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩钢筋笼的横断面图；
图5是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩预制混凝土桩桩尖的剖面图；
图6是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩预制混凝土桩桩尖的平面图；
图7是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的施工流程图。
[0021]图中:1 一内侧圆形带螺纹塑料套管、2—外侧Y形带螺纹塑料套管、3—异形钢筋笼、4 一内侧套管连接管、5—内侧塑料套管连接凸隼、6—外侧套管连接管、7—外侧塑料套管连接凸隼、8—沉管连接凹槽、9 一预制钢筋混凝土桩尖、10—桩侧水泥土层、11 一钢筋笼横向拉结筋、12—钢筋笼纵向受力钢筋、13—钢筋混凝土桩芯、14 一钢筋笼横向箍筋、15—注浆管、16—沉管、17—现浇钢筋混凝土桩帽、18—塑料套管接头。
具体实施例
[0022]桩体异形钢筋笼的设计及施工技术要求，预制桩尖的设计及施工技术要求，桩体混凝土、钢筋笼、桩侧水泥土的设计及施工技术要求，塑料套管与套管接头的粘结施工技术要求等，本实施方式中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
[0023]图1是双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的组合立体图；图2是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的剖面图，图3是双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的横断面图。
[0024]参照图1、2、3所示，双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，主要由桩体中心设置的内侧圆形带螺纹塑料套管1、以及外侧Y形带螺纹塑料套管2、异形钢筋笼3、预制钢筋混凝土桩尖9、桩侧水泥土层10、钢筋混凝土桩芯13、现浇钢筋混凝土桩帽17组成。
[0025]反拱曲面异形桩的横断面呈Y形，桩体中心设圆形带螺纹塑料套管1，外侧Y形带螺纹塑料套管2。
[0026]内侧圆形带螺纹塑料套管1、外侧Y形带螺纹塑料套管2，均采用单壁PVC塑料波纹管，每节套管长6m ；内侧圆形带螺纹塑料套管I的公称直径为200mm ;外侧Y形带螺纹塑料套管2的外包圆直径为600mm，开弧间距为300mm。
[0027]内侧圆形带螺纹塑料套管1、外侧Y形带螺纹塑料套管2均采用相应尺寸的塑料套管接头18连接，塑料套管接头18为双层结构，采用PVC直通接头，承口深度为50mm ;每节内侧圆形带螺纹塑料套管I或外侧Y形带螺纹塑料套管2与塑料套管接头18之间用PVC粘结胶粘结牢固。
[0028]沉管16的外径为700mm，采用无缝钢管。钢材的强度等级为Q345，厚度20mm，尺寸规格满足规范现行相关规范之要求。
[0029]在双层塑料套管反拱曲面空心异形桩端部设置预制钢筋混凝土桩尖9，图5是双层塑料套管反拱曲面空心异形桩预制混凝土桩桩尖的剖面图；图6是双层塑料套管反拱曲面空心异形桩预制混凝土桩桩尖的平面图；参照图4、5、6所示，在双层塑料套管反拱曲面空心异形桩端部设置预制钢筋混凝土桩尖9，预制钢筋混凝土桩尖9为钢筋混凝土结构，采用直径为800mm的圆形桩尖,桩尖下部呈圆锥形，圆锥高度为300mm,上部呈圆柱形，圆柱高度为250_ ;预制钢筋混凝土桩尖9的混凝土强度等级为C30，采用耐腐蚀混凝土浇筑，要求桩尖表面平整密实，不得有面积大于1%的蜂窝、麻面和缺边掉角现象；桩尖内部采用直径为12mm的III级钢筋。
[0030]预制钢筋混凝土桩尖9与空心异形桩通过插接方式连接，预制钢筋混凝土桩尖9的上表面中央设有与内侧圆形带螺纹塑料套管I管径一致的内侧套管连接管4和内侧塑料套管连接凸隼5 ;内侧塑料套管连接凸隼5的直径为180_，高出上表面150mm;内侧套管连接管4的直径为240mm，高出上表面200mm，伸入桩尖混凝土 200mm。
[0031]为了便于固定异形桩，在预制钢筋混凝土桩尖9的上表面、内侧塑料套管连接凸隼5的外围设置与异性桩横截面一致的固定件，具体体现在:设置与外侧Y形带螺纹塑料套管2位置、尺寸、外形相对应的外侧套管连接管6和外侧塑料套管连接凸隼7，外侧塑料套管连接凸隼7呈矩形或扇环形；外侧塑料套管连接凸隼7，高出上表面150mm，宽为50mm，边(弧)长为200mm ;外侧套管连接管6高出上表面200mm，边(弧)长为200mm，伸入粧尖混凝土200mmo
[0032]内侧套管连接管4、外侧套管连接管6均采用光面PVC管，管壁厚度为10mm，质量和尺寸要求满足现行规范要求。
[0033]预制钢筋混凝土桩尖9的上表面还设有沉管连接凹槽8，该凹槽8的外径700mm，槽底宽度30mm,槽深为150mm。
[0034]图4是双层塑料套管反拱曲面空心异形桩钢筋笼的横断面图；参照图4所示，异形预制钢筋笼3的横断面形状呈Y形，其外包圆直径为500mm，包括钢筋笼横向拉结筋11、钢筋笼纵向受力钢筋12、钢筋笼横向箍筋14,钢筋笼横向拉结筋11 一端设于箍筋的中间部位，另一端与邻近箍筋垂直；横向拉结筋11与箍筋14、钢筋笼纵向受力钢筋12之间采用绑扎连接；纵向受力钢筋12采用直径为22mm的III级螺纹钢筋；钢筋笼横向拉结筋11和横向箍筋14均采用直径为IOmm的I级钢筋，钢筋笼横向拉结筋11竖向间隔为200mm。
[0035]沉管16及预制钢筋混凝土桩尖9打入地基后，在外侧Y形带螺纹塑料套管2与沉管16形成的环形空腔内插入注浆管15，注浆管采用直径为30_的PVC管；通过该注浆管15向桩体外侧土体内压浆即可形成桩侧水泥土层10。
[0036]钢筋混凝土桩芯13的混凝土采用C30的细石混凝土，要求混凝土骨料最大粒径不超过25mm，混凝土工作性能满足现行规范要求；且混凝土浇筑时，需用振动棒沿全桩长振捣均匀。
[0037]图7是本发明双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的施工流程图，参照图7所示，双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的施工过程包括:
步骤一、平整场地，铺设厚度为300mm的砂垫层；
步骤二、预制钢筋混凝土桩尖9，桩尖顶面直径较外侧沉管16大200_，并在其顶面设置用于与内侧圆形带螺纹塑料套管I连接的桩体中心圆形套管连接管4和内侧塑料套管连接凸隼5，与外侧Y形带螺纹塑料套管2连接的外侧套管连接管6和外侧塑料套管连接凸隼
7,与桩体外测沉管16连接的沉管连接凹槽8 ；
步骤三、用套管接头分别接长双层套管的内管内侧圆形带螺纹塑料套管I和外管外侧Y形带螺纹塑料套管2，使套管总长度超过设计桩长200mnT300mm ；
步骤四、先将桩体中心的内侧圆形带螺纹塑料套管I与预制桩尖9的凸隼5和套管接头4连接密封，并用PVC粘结剂胶结，再将预制钢筋笼3套于桩体中心内侧圆形带螺纹塑料套管I的外侧，最后套接外侧套管外侧Y形带螺纹塑料套管2，并将外侧套管外侧Y形带螺纹塑料套管2与预制桩尖9的连接管连接并密封；
步骤五、先采用吊绳将带有桩尖9的套管从外侧钢管沉管16的底部伸入外侧钢管沉管16内，再将后注浆管插入沉管限位环内，最后将沉管16与预制桩尖9连接紧密；
步骤六、采用桩打设机将与预制桩尖9连接好的沉管16、内侧圆形带螺纹塑料套管1、外侧Y形带螺纹塑料套管2、注浆管15，连同钢筋笼3 —起均匀打入地基中；
步骤七、提升沉管16，将圆形带螺纹塑料套管1、外侧Y形带螺纹塑料套管2、注浆管15留于地基土体内；
步骤八、将打桩机移至下一桩位；
步骤九、待所有桩体套管压入地基后，向内侧圆形带螺纹塑料套管I与外侧Y形带螺纹塑料套管2之间的空腔内灌注混凝土并振实，形成呈Y形混凝土桩芯；
步骤十、通过后注浆管15向外侧Y形带螺纹塑料套管2与沉管16之间的空腔内注入少量混凝土，形成桩侧水泥土层；
步骤十一、在桩顶支设模板，浇筑混凝土形成现浇桩帽；待混凝土养护期满28天后，在桩顶浇筑铺设400_厚的砂垫层，并在砂垫层顶部铺设土工格栅。
[0038]根据以上实施例记载的内容，所述的异形桩横断面也可以为X形，相关内容未具体阐述，但也在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于包括反拱曲面空心异形桩和预制钢筋混凝土桩尖；反拱曲面空心异形桩的横断面呈Y形或X形，桩体中心沿轴向设贯通性的圆孔，桩体中心和桩体外侧分别设有带螺纹的套管； 桩体内设与桩体同形状但比桩体小100~200mm的钢筋笼，钢筋笼内设置横向拉结筋； 预制钢筋混凝土桩尖的底部呈圆锥形，在预制钢筋混凝土桩尖的顶面设与套管、钢筋笼、沉管的外形、尺寸相对应的固定件，该固定件具体为凸隼、连接管或凹槽。
2.根据权利要求1所述的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于所述内外套管为带螺纹塑料套管，外侧套管呈Y形或X形，内侧套管呈圆形，各节套管与套管接头之间采用粘合剂或铆接的方式固定连接。
3.根据权利要求2所述的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于所述内外套管为单壁螺纹PVC管、PE管或HDPE管。
4.根据权利要求1所述的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于所述预制钢筋笼的相邻箍筋之间设置横向拉结筋，该横向拉结筋与箍筋、竖向受力钢筋之间通过绑扎或焊接连接。
5.根据权利要求4所述的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于横向拉结筋的一端固定于箍筋的中间部位，另一端与邻近箍筋垂直固定。
6.根据权利要求1所述的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于在内侧圆形带螺纹塑料套管与外侧异形套管之间的空腔内灌注混凝土，形成呈Y形或X形的混凝土桩-!-H`Λ ο
7.根据权利要求1所述的双层塑料套管反拱曲面空心异形桩，其特征在于在沉管内侧设置注浆管限位环，待混凝土桩芯填筑完成后通过注浆管向外侧套管与沉管之间的空腔内均匀压入水泥浆，形成桩侧水泥土层。
8.基于权利要求1至7任一项双层塑料套管反拱曲面空心异形桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、平整场地，铺设厚度为200mnT300mm的砂垫层、碎石垫层或轻宕渣层； 步骤二、预制钢筋混凝土桩尖，桩尖顶面直径较外侧沉管大150mnT250mm，并在其顶面设置用于与双层塑料套管连接的套管连接管和凸隼，与桩体外测沉管连接的凹槽； 步骤三、用套管接头分别接长双层套管的内管和外管，使套管总长度超过设计桩长200mnT300mm ； 步骤四、先将桩体中心的内侧圆形带螺纹塑料套管与预制桩尖的凸隼和套管接头连接密封，并用PVC粘结剂并胶结，再将预制钢筋笼套于桩体中心内侧圆形带螺纹塑料套管的外侧，最后套接外侧套管，并将外侧套管与预制桩尖的连接管连接并密封； 步骤五、先采用吊绳将带有桩尖的套管从外侧钢管沉管的底部伸入外侧钢管沉管内，再将后注浆管插入沉管限位环内，最后将沉管与预制桩尖连接紧密； 步骤六、采用桩打设机将与预制桩尖连接好的沉管、桩体中心圆形套管、外侧套管、注浆管，连同钢筋笼一起均匀打入地基中； 步骤七、提升沉管，将桩体中心圆形套管、钢筋笼、外侧套管留于地基土体内； 步骤八、将打桩机移至下一桩位；步骤九、待所有桩体套管压入地基后，向桩体中心圆形套管与外侧套管之间的空腔内灌注混凝土并振实，形成呈Y形或X形的混凝土桩芯； 步骤十、通过后注浆管向外侧套管与沉管之间的空腔内注入混凝土，形成桩侧水泥土层； 步骤十一、在桩顶支设模板，浇筑混凝土形成现浇桩帽；待混凝土养护期满28天后，在桩顶浇筑铺设300mnT700_ 厚的砂垫层，并在砂垫层顶部铺设土工格栅。
【文档编号】E02D5/48GK103485334SQ201310426114
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】章永泉, 章亦男, 阮美琴, 李发林, 黄秦, 施五四, 奕天校, 张超 申请人:上海嘉实（集团）有限公司