一种新型地下抗浮结构及其施工方法与流程

本发明是涉及土木建筑领域，具体的说是一种新型地下抗浮结构及其施工方法。

背景技术：

抗浮桩属于抗拔桩，桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化，抗拔桩是指抵抗建筑物向上位移的各种桩型的总称。

抗拔结构需要在水位上浮时，提供逐渐增加的拉力，在水位下降时，能够提供符合需求的承载力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，提供一种新型地下抗浮结构及其施工方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型地下抗浮结构，其特征在于：包括竖直设置的抗浮桩，所述的抗浮桩的顶部与地下结构底板连接，所述的地下结构底板的侧面安装有竖直的地下结构侧墙，所述的地下结构侧墙顶部设置有地下结构顶板，所述的地下结构侧墙的外侧壁固定安装有若干竖直设置的抗浮侧壁；

所述的抗浮桩包括桩体，所述的桩体包括底部桩体和顶部桩体，所述的桩体的轴向中心位置设置有轴向的变径通孔，所述的变径通孔孔径由下至上逐渐减小，所述的顶部桩体由若干片具有弹性的单体桩片组成，所述的单体桩片底端固定安装在底部桩体的顶端面，相邻单体桩片侧壁相互不接触，所述的变径通孔内设置有浮球，所述的浮球通过钢索与地下结构底板固定连接，所述的浮球直径大于顶部桩体上顶端内径，小于顶部桩体下顶端内径。

所述的单体桩片的外侧面设置有齿状结构。

所述的抗浮桩为圆柱形预制桩，所有单体桩片围绕形成环形，所述的单体桩片由钢纤维混凝土制成。

所述的抗浮侧壁为倾斜侧壁，抗浮侧壁底部水平向外延伸形成墙趾。

所述的钢索穿过地下结构底板，通过锚固端与地下结构底板锚接，所述的锚固端位于地下结构底板上表面。

所述的地下结构底板底面和抗浮桩顶部端面之间设置有垫块，所述的钢索穿过垫块，所述的垫块用于阻止地下结构底板底面和抗浮桩顶部端面紧密接触。

一种新型地下抗浮结构的施工方法，其特征在于：所述的抗浮桩为预制桩，具体步骤如下：

步骤1，开挖基坑；

步骤2，在基坑底面预钻孔，所述的钻孔直径与预制抗浮桩直径相同；

步骤3，将抗浮桩打入钻孔内；

步骤4，安装地下结构底板；

步骤5，将浮球的连接钢索依次穿过垫块、地下结构底板，通过锚固端固定在地下结构底板上，在锚固过程中在钢索上施加的预拉力；

步骤6，安装地下结构侧墙；

步骤7，在地下结构侧墙处安装抗浮侧壁，抗浮侧壁与地下结构侧墙采用螺栓方式固定连接；

步骤8，安装地下结构顶板；

步骤9，回填地下结构上覆土层。

抗浮桩采用钢纤维混凝土材料制成，所述的钢纤维混凝土制备方法具体如下：

步骤1，准备材料，使用低碳钢纤维和钢纤维混凝土，所述的低碳钢纤维截面为圆形，直径为0.25～0.75mm，长度均为20～60mm；所述的钢纤维混凝土使用425号普通硅酸盐水泥，使用的粗骨料最大粒径以不超过15mm；

步骤2，掺量，纤维长径比为30～80，纤维最大掺量体率比的上限值为2%，且不低于0.5%；

步骤3，搅拌，钢纤维混凝土采用强制式搅拌机搅拌，使纤维能均匀分散于混凝土中，通过摇筛或分散机加，先将粗细集料、水泥和水加入搅拌机，搅拌均匀后再将纤维加入搅拌；

步骤4，捣实，采用泵送至仓内，不加插搞，纤维在其中呈三维乱向。

当水位上升时，地下结构所受的浮力变大，地下结构上浮会导致浮球向上运动，由于桩体内通孔为变径通孔，当浮球向上运动时，会挤压单体桩片张开，单体桩片的外侧齿状板与土体接触更紧密，会产生更大的抗浮力，这样可阻止地下结构上浮。

该种新型地下抗浮结构及其施工方法能够达到的有益效果为：第一，地下结构的体积能够保证当水位下降时，能够提供足够的承载力，与地下结构连接抗浮桩能够保证在水位上升时提供更大的拉力；第二，当地下结构产生上浮时，浮球会沿着桩中的变径通孔向上运动，从而顶部桩体因挤压被膨胀，提高了桩体的抗拔力；第三，顶部桩体外侧面设置的齿状板保证了桩体抗拔力的有效性；第四，桩体材料采用钢纤维混凝土材料，该种材料能够改善混凝土的力学性能，满足新型抗拔桩的扩张变形要求；第五，墙趾的设计，一方面增加了地下结构的自重，可以提高抗浮能力；另一方面由于墙趾的水平延伸，也提高了结构的抗浮能力。

附图说明

图1为本发明一种新型地下抗浮结构的结构原理图。

图2为本发明一种新型地下抗浮结构抗浮桩的结构原理图。

图3为本发明一种新型地下抗浮结构抗浮桩桩体的结构原理图。

图4为本发明一种新型地下抗浮结构抗浮桩桩体的俯视图。

图5为本发明一种新型地下抗浮结构抗浮桩桩体的仰视图。

附图标记：1、抗浮桩；2、地下结构底板；3、地下结构侧墙；4、地下结构顶板；5、抗浮侧壁；6、桩体；7、底部桩体；8、顶部桩体；9、变径通孔；10、浮球；11、钢索；12、锚固端；13、垫块；14、单体桩片。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

一种新型地下抗浮结构，其特征在于：包括竖直设置的抗浮桩1，所述的抗浮桩1的顶部与地下结构底板2连接，所述的地下结构底板2的侧面安装有竖直的地下结构侧墙3，所述的地下结构侧墙3顶部设置有地下结构顶板4，所述的地下结构侧墙3的外侧壁固定安装有若干竖直设置的抗浮侧壁5；

所述的抗浮桩1包括桩体6，所述的桩体6包括底部桩体7和顶部桩体8，所述的桩体6的轴向中心位置设置有轴向的变径通孔9，所述的变径通孔9孔径由下至上逐渐减小，所述的顶部桩体8由若干片具有弹性的单体桩片14组成，所述的单体桩片14底端固定安装在底部桩体7的顶端面，相邻单体桩片14侧壁相互不接触，所述的变径通孔9内设置有浮球10，所述的浮球10通过钢索11与地下结构底板2固定连接，所述的浮球10直径大于顶部桩体8上顶端内径，小于顶部桩体8下顶端内径。

当水位上升时，地下结构所受的浮力变大，地下结构上浮会通过钢索11的牵引作用导致浮球10向上运动，由于桩体6内的通孔为变径通孔9，当浮球10向上运动时，会挤压单体桩片14张开，单体桩片14的外侧面与土体接触更紧密，会产生更大的抗浮力，这样可阻止地下结构上浮。

本实施例中，单体桩片14的外侧面设置有齿状结构。

齿状结构由若干个齿状板组成，齿状板的齿向与桩体6的轴向垂直，齿状板增加了桩体1与周围土层的接触面积，能够增加摩擦力，同时，在单体桩片14膨胀外扩时，能够有效提高抗浮力。

本实施例中，抗浮桩1为圆柱形预制桩，所有单体桩片14围绕形成环形，所述的单体桩片14由钢纤维混凝土制成。

掺入钢纤维的混凝土，可显著地改善了混凝土的力学性能。当掺量在许可范围之内，可提高抗拉强度30%～50%，抗弯强度可提高50%～100%，韧性可提高10～50倍，满足新型抗拔桩的扩张变形要求。

本实施例中，抗浮侧壁5为倾斜侧壁，抗浮侧壁5底部水平向外延伸形成墙趾。

墙趾的设计，一方面增加了地下结构的自重，可以提高抗浮能力；另一方面由于墙趾的水平延伸，也提高了结构的抗浮能力。

本实施例中，钢索11穿过地下结构底板2，通过锚固端12与地下结构底板2锚接，所述的锚固端12位于地下结构底板2上表面。

地下结构底板2上设置有预留孔，钢索11穿过预留孔通过锚固端12固定在地下结构底板2上。通过锚固端12可以在钢索11上施加预拉力，该预拉力为设计计算的抗拔力。

本实施例中，地下结构底板2底面和抗浮桩1顶部端面之间设置有垫块13，所述的钢索11穿过垫块13，所述的垫块13用于阻止地下结构底板2底面和抗浮桩1顶部端面紧密接触。

地下结构底板2底面和抗浮桩1顶部端面不能紧密接触，防止地下结构底板2底面和抗浮桩1顶部端面之间的摩擦力导致各个单体桩片14无法分开。

一种新型地下抗浮结构的施工方法，其特征在于：所述的抗浮桩1为预制桩，具体步骤如下：

步骤1，开挖基坑；

步骤2，在基坑底面预钻孔，所述的钻孔直径与预制抗浮桩1直径相同；

步骤3，将抗浮桩1打入钻孔内；

步骤4，安装地下结构底板2；

步骤5，将浮球10的连接钢索11依次穿过垫块13、地下结构底板2，通过锚固端固定在地下结构底板2上，在锚固过程中在钢索11上施加的预拉力；

步骤6，安装地下结构侧墙3；

步骤7，在地下结构侧墙3处安装抗浮侧壁5，抗浮侧壁5与地下结构侧墙3采用螺栓方式固定连接；

步骤8，安装地下结构顶板；

步骤9，回填地下结构上覆土层。

抗浮桩1采用钢纤维混凝土材料制成，所述的钢纤维混凝土制备方法具体如下：

步骤1，准备材料，使用低碳钢纤维和钢纤维混凝土，所述的低碳钢纤维截面为圆形，直径为0.25～0.75mm，长度均为20～60mm；所述的钢纤维混凝土使用425号普通硅酸盐水泥，使用的粗骨料最大粒径以不超过15mm；

步骤2，掺量，纤维长径比为30～80，纤维最大掺量体率比的上限值为2%，且不低于0.5%；

步骤3，搅拌，钢纤维混凝土采用强制式搅拌机搅拌，使纤维能均匀分散于混凝土中，通过摇筛或分散机加，先将粗细集料、水泥和水加入搅拌机，搅拌均匀后再将纤维加入搅拌；

步骤4，捣实，采用泵送至仓内，不加插搞，纤维在其中呈三维乱向。

低碳钢纤维也可采用扁平形钢纤维，扁平形钢纤维厚度为0.15～0.4mm，宽度为0.25～0.9mm，长度均为20～60mm。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。