一种高强度可排水预制复合桩的制作方法

本实用新型涉及岩土工程地基加固领域，具体涉及一种高强度可排水预制复合桩，尤其适用于深厚软土地基加固的桩基工程和地基处理。

背景技术：

随着我国建筑节能技术的不断推广与城镇绿色建筑的深入实施，预制装配化施工成为工程建设领域发展的必然趋势。近年来，预制混凝土桩因其生产技术先进、工业化程度高、质量稳定、施工周期短等技术、经济优势，在我国基础工程和地基处理领域得到广泛应用，尤其以预应力高强混凝土管桩PHC、薄壁管桩PTC为代表的预应力管桩的技术、经济效益尤为显著。此类桩往往具有较大的刚度和强度，在工程中多直接用作桩基础或与桩间土一起组成刚性桩复合地基，较易满足工程中对地基承载力与工后沉降控制的要求，与传统的钻孔灌注桩、水泥搅拌桩等相比，不仅技术合理、质量可控，而且可缩短工期、节约成本。但是，桩身材料多采用高标号（不低于C60）混凝土，材料本身透水性较低，且施工中多采用静压或锤击法施工，属于典型的挤土桩，沉桩过程中由于桩侧土受到挤压、扰动、重塑，产生较大的超孔隙水压力。这种超孔隙水压力容易使地基土隆起和水平挤出而导致邻近已沉桩基产生偏位、“浮桩”，甚至断桩等病害，即使在沉桩顺序等方面进行施工方案优化，仍难以保证沉桩质量和其承载性能。在深厚饱和软土区域，预制桩的这种挤土效应和病害尤为显著。

近年来，透水混凝土逐渐在工程领域应用。透水混凝土是以单粒级粗骨料为骨架、水泥浆液为胶结质，形成的骨架-孔隙结构的多孔混凝土材料，将其用作桩身材料可形成透水混凝土桩。透水混凝土桩由于其自身结构特点，具有很好的透水性，可以为周围土体提供竖向排水通道，加快地基土固结排水时间，可大幅削减沉桩挤土引起的地基土超孔隙水压力，但是透水混凝土材料的强度普遍不高，桩身承载力受到限制，从而限制了其在桩基工程和地基处理中的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高强度可排水预制复合桩，以解决现有技术中混凝土桩的强度不足、地基土孔压消散和固结排水差的问题。

本实用新型的一种高强度可排水预制复合桩的技术方案是：一种高强度可排水预制复合桩，包括径向由内向外依次设置的内层预应力混凝土桩体、包裹于内层预应力混凝土桩体外壁上的中层透水混凝土筒和包裹于中层透水混凝土筒外壁上的外层钢管，外层钢管的钢管壁上设置有透水孔。

形成中层透水混凝土筒的透水混凝土由水泥、粗集料、水、外掺剂组成，其中水泥：粗集料：水：外掺剂=1:4~5:0.3~0.35:0.02~0.03（重量比）。

所述透水孔为设置于外层钢管上的并列式孔洞结构或错列式孔洞结构。

孔洞结构的各孔洞直径为透水混凝土中粗集料最大粒径的1.5~2.0倍，以保持透水混凝土良好的透水特性。

所述粗集料粒径为10～15mm。

形成中层透水混凝土筒的透水混凝土的抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于3mm/s。

所述内层预应力混凝土桩的混凝土强度等级不低于C50。

所述中层透水混凝土筒的厚度为150~200mm。

该预制复合桩的长度为8~12m。

该预制复合桩的下端设有圆锥形的桩靴结构。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的技术特点是由内层预应力混凝土桩、中层透水混凝土筒和外层钢管共同组成复合桩，内层预应力混凝土桩的高强度是复合桩高强度的基础，中层透水混凝土筒为复合桩提供良好的排水通道，外层钢管的径向约束效应起到进一步复合桩强度的作用，同时其壁面开设的透水孔也起到保持透水混凝土筒高透水性的作用。内层预应力混凝土的高强度和外层钢管的径向约束效应确保了复合桩的高强度，外层钢管壁面开孔和中层透水混凝土筒的设置则为地基土孔压消散和固结提供排水通道。因此，通过桩身结构的创新，本实用新型所提出的预制复合桩不仅具有传统预应力混凝土桩高强度、高刚度的力学特点，而且兼备利于地基土孔压消散和固结排水的强大持久排水能力，能显著提高地基土的固结效率和继续维持并强化后期地基土固结效果的能力；同时，其技术特点有利于大规模工业化生产，符合节能环保的装配化施工趋势，可广泛应用于建筑、公路、铁路、水利、港口、市政工程等工程的桩基工程和地基加固。

附图说明

图1是本实用新型的一种高强度可排水预制复合桩的一个实施例的剖面示意图；

图2是图1的横截面示意图；

其中：1内层预应力混凝土桩体；2中层透水混凝土筒；3外层钢管。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的一种高强度可排水预制复合桩，如图1和图2所示，由内向外沿径向分三层，由内而外分别为内层预应力混凝土桩体1、中层透水混凝土筒2和外层钢管3。内层预应力混凝土桩体1的混凝土强度等级不得低于C50。中层透水混凝土筒2包裹在上述内层预应力混凝土桩体1径向外壁，厚度为150~200mm。形成中层透水混凝土筒的透水混凝土由水泥、粗集料、水、外掺剂组成，其中水泥：粗集料：水：外掺剂=1:4~5:0.3~0.35:0.02~0.03（重量比），粗集料粒径宜为10～15mm。透水混凝土抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于3mm/s。

外层钢管3包裹在上述中层透水混凝土筒2径向外壁，提供约束以提高整个桩体的强度，外层钢管3的钢管壁上设置有透水孔，透水孔为设置于外层钢管上的并列式孔洞结构或错列式孔洞结构，孔洞结构的各孔洞直径为透水混凝土中粗集料最大粒径的1.5~2.0倍，以保持透水混凝土良好的透水特性。本实用新型的高强度可排水预制复合桩的单节预制长度一般为8~12m，其他实施例中，可根据工程需要预制相应单节复合桩长度。现场施工时，根据设计桩长采用手工电弧焊或二氧化碳气体保护焊进行焊接接桩，焊接层数不少于三层。预制复合桩在现场沉桩时，首节桩的下端宜设计为圆锥形的桩靴结构。

本实用新型的预制复合桩结构中，内层预应力混凝土的高强度和外层钢管的径向约束效应确保了复合桩的高强度，外层钢管壁面开孔和中层透水混凝土筒的设置则为地基土孔压消散和固结提供排水通道，使得预制复合桩具有高强度竖向增强、排水固结桩间土的多重作用机理，且桩身结构简洁，易于工业化生产。

本实用新型避免了传统预制桩沉桩时引起的超孔隙水压力不利影响、加快了地基土排水固结和克服了透水混凝土强度有限的缺点，不仅能够确保复合桩体的高强度、高刚度，而且兼具强大持久的排水能力，有利于地基土的排水固结；桩体结构新颖简洁，易于工厂化生产，便于预制装配式施工。