专利名称：大口径灌注桩和大直径扩底墩的设计与施工的新方法
技术领域：
本发明为大口径灌注桩和大直径扩底墩的设计与施工新方法，所属领域为建筑地基基础科学中喷射混凝土技术在大口径灌注桩和大直径扩底墩设计施工中的应用。
与发明有关的现有技术及技术文件喷射混凝土技术《建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)》《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JBJ3-91)》《混凝土结构设计规范(GBJ10-89)》现行的大口径灌注桩、大直径扩底墩的设计与施工方法有两种(1)沉井护壁法先预制出沉井做护壁放在工位上，然后开挖，沉下一节后再续一节直至挖至设计标高，在计算单桩承载力时，不考虑护壁的作用，仅取内径d做为桩身计算直径。由于不能考虑摩擦力和护壁的作用，承载力较低。如果为了下沉顺利，开挖的外径太大，还会产生负摩擦。
(2)现浇护壁法每挖一段后在内侧支上模板，然后灌混凝土，直至设计标高。在计算单桩承载力时，除摩擦力外不考虑护壁的作用。这种方法支拆模不方便、工期长。因护壁不能太厚，混凝土很难浇注密实，而且上下段接茬处连接不可靠，与后浇混凝土也很难形成一体。
已知中国发明专利90108927.3号专利公开了灌注-预制复合桩的成桩方法。其特征是在灌注的混凝土初凝前，在中心打入一根预制的桩芯，开挖基坑后，从预制桩上焊出连接钢筋，这种方法避免了断桩和缩颈事故，但比较复杂，不便施工。
92104708.8号专利“粉煤灰水泥浆护壁灌注成桩法”，由于采用粉煤灰水泥浆低压护壁，灌注级配混凝土，可保证成桩质量、降低造价，减少污染，适用于有地下水和流砂的地质条件下成桩。
本发明的目的改进现行的大口径灌注桩的设计与施工方法。
用喷射混凝土护壁法取代前几种护壁法，提高桩的承载力和可靠性、提高施工工效、降低造价、缩短建设工期。
发明内容
在现行的挖孔大口径灌注桩和大直径扩底墩的设计与施工中引进喷射混凝土技术，即用喷射混凝土护壁法，取代沉井护壁法和现浇护壁法，喷射用的混凝土具有快凝、快硬、早强、防渗、膨胀等特性，使护壁混凝土快凝、快硬、早强可保证挖孔施工的连续性，加快施工进度;使护壁混凝土防渗、膨胀，可防止土中的水渗入孔内，引起土的不稳定，又能提高桩与土的摩擦力，提高承载力。用喷射混凝土或配筋喷射混凝土做桩孔的护壁，在孔壁的四周挖有环形沟槽，以提高桩与土的摩擦力，在孔壁的四周插一些钢筋，加强土体和护壁的稳定性，护壁内侧喷成环形隆起的条带，以提高与后浇混凝土的咬合效果。
具体施工方法首先按设计直径制作圆形的钢筋混凝土圈套，壁厚为10-20cm，高为50-60cm，在地面露出的高度为15-20cm，以防止杂物进入孔内。在圆形圈套内用人工或机械开挖，严格按设计要求控制尺寸和形状，周围的环形沟槽根据桩的大小，承载力及土的情况而定，可大可小，可设也可以不设。每开挖1m左右为一个施工段，在土壁周围设好喷射厚度(一般为10cm左右)的标志，如果土体不稳定，可缩短施工段。做好施工前的准备，严格遵照工艺流程和施工要点，将石子、砂、水泥等过磅搅拌后装入喷射机，再配合空压机和高压水箱，由下而上进行喷射。当施工至设计标高后，即可在孔底打上垫层，然后进行桩身的施工。虽然护壁具有一定的防渗作用，如果在开挖深度范围内有地下水时，开挖前应首先降水。
优点或积极效果(1)提高桩的承载能力及可靠性喷射混凝土在高压作用下，混凝土能很好地和土紧密结合在一起，膨胀混凝土使护壁对土产生预压应力，再加上环形沟槽，能使桩身与土形成一体，共同工作，使摩擦力大大提高。在桩的设计时不仅可以考虑护壁的摩擦，而且可以做为桩身的一部分考虑桩端承载力。目前的沉井护壁，摩擦力不能考虑，而且有时还会产生负摩擦;支模的现浇护壁，由于护壁不能做得太厚，所以很难浇注密实，上、下混凝土接茬不可靠，从而大大地降低了桩的承载力。
(2)降低工程造价由于桩的承载力提高了，在相同的设计荷载情况下，新方法设计的桩其体量减小，从而降低材料消耗，降低工程造价。一般桩的造价可降低20%-30%。
(3)提高工效，节省劳动力沉井施工一般沉井困难，尤其是较深的桩，要想沉井顺利，就必须扩大挖孔外径，这必然产生前面所说的负摩擦，而且沉井偏心不易纠正。
支模的现浇护壁，需要支模、灌混凝土、养护，支模拆模都需要很长时间，工效低。
喷射混凝土可以边挖边喷射，可以连续施工，喷完即可下挖，挖好又可喷射，极大地提高了工效，同时又节省了劳动力，这一点也能降低工程造价。
(4)缩短建设工期由于喷射混凝土护壁施工工艺简单，可使挖孔连续进行，提高工效，必然就会缩短建设工期。
图1护壁做法图中1、地基土;2、喷射混凝土或配筋喷射混凝土护壁;3、沟槽内喷射混凝土;4、喷成隆起的混凝土条带;5、插入土体内的钢筋。
实现该技术的实施例长春市新发大世界工程基础均为一柱一桩。其中Ha-Db轴的单桩承载力设计值为9800KN，如果采用现浇护壁法施工，桩身直径为1.35m，扩大头直径为2.65m，桩长为15.9m，施工时间至少要30天;实际采用喷射混凝土护壁法施工，桩身直径为1.2m，扩大头直径为2.5m，桩长为15.9m。施工时间为7天。这样，材料消耗降低25%，工期缩短显著。
权利要求
1.大口径灌注桩和大直径扩底墩的设计与施工新方法，其特征在于用喷射混凝土护壁法，取代沉井护壁法和现浇壁法，首先按设计直径制作圆形的钢筋混凝土圈套，放到工位上，在圈套内用人工或机械开挖，每开挖1m左右为一个施工段，在土壁周围设好喷射厚度标志，用混凝土喷射机由下而上喷射，当施工至设计标高后，即可在孔底打上垫层，然后进行桩身的施工。
2.按权利要求1所述的施工方法，其特征在于为提高桩与土的摩擦力，可在孔壁四周挖有环形沟槽、为提高与后浇混凝土的咬合效果，在护壁内侧喷成环形隆起的条带。
3.按权利要求1所述的施工方法，其特征在于按设计直径制作的圆形混凝土圈套，壁厚为10-20cm，高为50-60cm，为防止杂物进入，在地面露出高度为20cm左右。
4.按权利要求1所述的施工新方法，其特征在于为使护壁混凝土快硬、早强、稳定，采用快凝、快硬、早强混凝土。
5.按权利要求1所述的施工新方法，其特征在于为使护壁防渗，采用防渗混凝土。
6.按权利要求1所述的施工新方法，其特征在于为提高桩与土的摩擦力，使桩周围土挤密而采用膨胀混凝土。
全文摘要
本发明为大口径灌注桩和大直径扩底墩的设计与施工新方法，属于建筑科学中喷射混凝土技术在建筑地基基础中的推广应用，主要特征是用喷射混凝土护壁法，取代沉井护壁法和现浇护壁法，该技术能提高桩的承载能力及可靠性，提高工效，节省劳力，降低工程造价，缩短建设工期，具有较大的社会效益和经济效益。
文档编号E02D5/44GK1111308SQ9311599
公开日1995年11月8日 申请日期1993年12月28日 优先权日1993年6月18日
发明者孟凡林 申请人:孟凡林