一种散体材料芯膨胀混凝土桩及其施工方法与流程

本发明涉及土木建筑工程技术领域，特别涉及一种散体材料芯膨胀混凝土桩及其施工方法。

背景技术：

在民建、道路、港口、桥梁工程中，桩基应用广泛。目前实心混凝土灌注桩和碎石桩等散体材料桩是工程中常见的桩基类型。桩基础的极限承载力取决于桩周土体提供的摩阻力极限值和自身结构承载力极限值的小值。在桩体达到极限承载力时，实心混凝土桩混桩身结构承载力远大于桩周土体提供的摩阻力，单位材料利用率低；散体材料桩由于其桩身侧向刚度较小，容易产生鼓胀变形，承载力较低，不能充分发挥土体提供的摩阻力和桩端阻力，难以得到较大的承载力。此外，随着我国城市建设和旧城区改造进程的加快，产生了很多废弃砖块、混凝土块等建筑垃圾，如何利用这些建筑垃圾生产出材料利用率高，桩身结构承载力和桩周侧摩阻力发挥更加平衡，低碳绿色，充分利用建筑垃圾的桩型，是值得研究的课题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低碳绿色、可利用建筑垃圾且成桩效果好的散体材料芯膨胀混凝土桩及其施工方法，解决现有技术中，桩基整体性差、承载力和刚度低下以及施工成本高等问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种散体材料芯膨胀混凝土桩的施工方法，包括以下步骤：

1)根据地质条件，使用钻机在土层中钻设桩孔至设计深度。

2)起吊钢管桩模，对准桩位，调整钢管桩模的垂直度，然后施压将钢管桩模压入土层中至设计标高。其中，所述钢管桩模为上下端均敞口的中空圆柱体。

3)在钢管桩模和桩孔孔壁间通过注浆泵注入混凝土浆液。

4)向钢管桩模内腔中投入散体材料，形成散体材料桩芯。其中，所述散体材料桩芯顶部低于桩顶。

5)通过机器边振动边拔起钢管桩模，在此过程中，每隔一段距离补注一次混凝土浆液。

6)在钢管桩模到达桩顶时进行补注混凝土浆液，直至拔桩模完成。其中，所述混凝土浆液没过散体材料桩芯，混凝土浆液填充至桩顶与地表平整。桩顶泛浆充分。混凝土浆液固结形成混凝土半空心桩。

进一步，步骤1)中所述桩孔采用泥浆护壁。

进一步，步骤2)中，放入钢管桩模前，还包括在桩孔内注入泥浆清孔的相关步骤。

进一步，所述钢管桩模的下端敞口处具有锋利的切刀。

进一步，步骤3)中，注入混凝土浆液前，还包括在钢管桩模和桩孔孔壁间注入泥浆清孔，清孔完毕后放入钢筋笼的相关步骤。

进一步，所述混凝土采用膨胀混凝土。

本发明还公开一种采用上述方法制成的散体材料芯膨胀混凝土桩，包括植入土层内的混凝土半空心桩和散体材料桩芯。

所述混凝土半空心桩包括实心圆柱桩和空心管桩。所述空心管桩设置于实心圆柱桩的底部。所述实心圆柱桩和空心管桩为一个整体。

所述空心管桩的内腔内填充有散体材料桩芯。所述散体材料桩芯的散体材料采用建筑垃圾和/或碎石。所述混凝土半空心桩和散体材料桩芯胶结凝固为一个整体。

进一步，所述混凝土半空心桩内具有桩体主筋和桩体螺旋箍筋。所述桩体主筋和桩体螺旋箍筋共同构成钢筋笼。

进一步，所述钢筋笼由多节钢筋笼拼接而成。各节钢筋笼采用焊接或铆接的方式固定。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

a)桩体中心散体材料整体性好，强度高。桩体整体承载力高，刚度大；

b)桩体外周膨胀混凝土桩体内置入钢筋笼后即可作抗拔桩使用；

c)桩体中心散体材料可以使用建筑垃圾，降低了施工成本，低碳绿色；

d)施工工艺简单清晰，施工速度快，成桩效果好。

附图说明

图1为散体材料芯膨胀混凝土桩结构示意图；

图2为a-a截面图；

图3为钢管桩模结构示意图；

图4为散体材料芯膨胀混凝土桩施工流程示意图。

图中：散体材料桩芯1、混凝土半空心桩2、实心圆柱桩201、空心管桩202、钢筋笼3、桩体主筋301、桩体螺旋箍筋302、钢管桩模4。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种散体材料芯膨胀混凝土桩的施工方法，参见图4，包括以下步骤：

1)成孔：根据地质条件，使用钻机在土层中钻设桩孔至设计深度。其中，所述桩孔采用泥浆护壁。

2)钢管桩模下压：在桩孔内注入泥浆清孔。起吊钢管桩模4，对准桩位，调整钢管桩模4的垂直度。然后施压将钢管桩模4压入土层中至设计标高。参见图3，所述钢管桩模4为上下端均敞口的中空圆柱体。所述钢管桩模4的下端敞口处具有锋利的切刀。所述切刀插入孔底的深度≥0.5米。

3)灌注桩体外周膨胀混凝土：在钢管桩模4和桩孔孔壁间注入泥浆清孔，清孔完毕后放入钢筋笼3。在钢管桩模4和桩孔孔壁间通过注浆泵注入膨胀混凝土浆液。

4)投入桩体中心散体材料：向钢管桩模4内腔中投入散体材料，形成散体材料桩芯1。其中，所述散体材料桩芯1顶部低于桩顶。

5)振动拔桩模：通过机器边振动边拔起钢管桩模4，在此过程中，一部分膨胀混凝土浆液会进入散体材料桩芯2中，导致桩外周浆液面降低。桩模每拔出2米补注一次膨胀混凝土浆液。

6)补浆成桩：在钢管桩模4到达桩顶时进行补注膨胀混凝土浆液，直至拔桩模完成。其中，所述膨胀混凝土浆液没过散体材料桩芯1，膨胀混凝土浆液填充至桩顶与地表平整。桩顶泛浆充分。膨胀混凝土浆液固结形成膨胀混凝土半空心桩2。

混凝土半空心桩2对散体材料桩芯1有挤密作用。同时，一部分膨胀混凝土浆液进入散体材料起胶结加固作用。混凝土半空心桩2还对散体材料桩芯1产生约束提高其刚度，防止其侧向发生鼓胀变形影响桩体承载力。

实施例2：

一种采用实施例1所述方法制成的散体材料芯膨胀混凝土桩，包括植入土层内的混凝土半空心桩2和散体材料桩芯1。

参见图1，所述混凝土半空心桩2包括实心圆柱桩201和空心管桩202。所述空心管桩202设置于实心圆柱桩201的底部。所述实心圆柱桩201和空心管桩202为一个整体。参见图2，所述混凝土半空心桩2内具有桩体主筋301和桩体螺旋箍筋302。所述桩体主筋301和桩体螺旋箍筋302共同构成钢筋笼3。所述钢筋笼3由多节钢筋笼拼接而成。各节钢筋笼采用焊接或铆接的方式固定。

所述空心管桩202的内腔内填充有散体材料桩芯1。所述散体材料桩芯1的散体材料采用建筑垃圾和/或碎石。所述混凝土半空心桩2和散体材料桩芯1胶结凝固为一个整体。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种散体材料芯膨胀混凝土桩及其施工方法。该散体材料芯膨胀混凝土桩包括混凝土半空心桩和散体材料桩芯。所述混凝土半空心桩的内腔内填充有散体材料桩芯。该散体材料芯膨胀混凝土桩的施工方法包括成孔、钢管桩模下压、灌注桩体外周混凝土、投入桩体中心散体材料、振动拔桩模和补浆成桩等步骤。该散体材料芯膨胀混凝土桩桩体中心散体材料整体性好，强度高。桩体整体承载力高，刚度大。施工成本低，低碳绿色。可广泛应用于地基工程中。

技术研发人员：周航;范玉明;刘汉龙;查亚辉;丁选明;李雪苑;袁井荣
受保护的技术使用者：重庆大学;华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院
技术研发日：2017.03.21
技术公布日：2017.08.04