一种消减软土区桩基负摩阻力的装置及施工方法与流程

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种负摩擦管和内套管组合的消减软土区桩基负摩阻力的装置及施工方法。

背景技术：

在沿海地区，广泛分布软土地层，尤其在滨海滩涂围垦区，软弱土层较厚，压缩性较大，在后期围垦填土以及路基施工，会产生显著的沉降变形，引起工程桥梁、建筑、路基下桩基显著的负摩阻力，增加了桩基的竖向荷载，降低了工程桩基的安全度。严重情况会导致桥梁桩基与支座脱离，建筑桩基与地下室底板脱离，路堤不均匀沉降等工程危害，给工程建设带来极大的困难，增加了工程运营维护资金投入，带来不良的社会影响。因此，为了减少软土区桩基负摩阻力，目前一般采取软基处理，或者待软基沉降一定标准后，再施工钻孔灌注桩，但工后沉降引起桩基的负摩阻力也不能从根本上解决；而且实际工程中大多数情况后期填土如围垦工程周期较长，而交通桥梁往往需要在围垦之前运营，后期不可预见的填土工况会对工程桩基产生不利的负摩阻力和沉降影响。虽然目前已出现一些消减或消除桩基负摩阻力的装置，但是目前已有的消减或消除桩基负摩阻力装置一方面构造较复杂，现场施工较困难，难以保证消减负摩阻力效果，另一方面部分专利装置也降低了桩基正摩阻力，忽略了正常竖向受荷桩在可能没有填土影响下的上段桩有效正摩阻力作用，难以满足工程安全性和经济性要求。

因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种消减软土区桩基负摩阻力的装置及施工方法，利用倒锥形负摩擦管可提高竖向受荷桩基的竖向承载力，负摩擦管桩径比桩基直径大又可以增加桩基抗水平承载能力，同时利用负摩擦管和内套管组合装置，使桩基与负摩擦管相对滑动，消减因桩周土过大沉降引起的负摩阻力，可有效降低桩基附加荷载及附加沉降，解决软土区桩基不均匀沉降问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种消减软土区桩基负摩阻力的装置，包括负摩擦管、内套管、垫块、橡胶密封圈以及卵石和细砂填充料。内套管作为桩基的护筒，与桩身混凝土浇筑在一起，负摩擦管与内套管间可相对滑动，上部软弱土层沉降拖动负摩擦管沉降，而负摩擦管与内套管之间摩阻力较小，消减了负摩阻力对工程桩基的影响。

优选的，所述负摩擦管包括上部直立管段、中部倒锥形管段和下部直立管段，上部直立管长度不小于1倍内套管直径d，下部直立管长度不小于10cm；所述负摩擦管的下部直立管与内套管之间布置橡胶密封圈，橡胶密封圈的高度等于下部直立管长度。所述负摩擦管长度l1不小于软弱压缩土层厚度。倒锥形负摩擦管向下沉降可与桩基脱离，消除负摩阻力对桩基影响，当不存在负摩阻力时，倒锥形和桩体可一起承受上部荷载，且倒锥形受力面积更大，增加了正摩阻力，间接提高桩基承载力。

进一步，所述负摩擦管上部管径d1比内套管直径d大30~40cm，负摩擦管下部管径d3比内套管直径d大10cm。负摩擦管与内套管之间的缝隙足以满足卵石和细砂填充需求。

其中，所述内套管与桩身混凝土浇筑成整体，内套管管底低于负摩擦管底部不少于2d，保证内套管内混凝土浇筑过程不外露。

优选的，所述负摩擦管和内套管之间填充卵石和细砂，卵石粒径小于5cm。卵石和细砂有充足的相对滑动特性，保证负摩擦管和内套管相对自由滑动。

再者，所述的负摩擦管和内套管组合装置，内部的所述垫块焊接在内套管外侧，沿深度均匀布置，间距c为5~8m，环向90°布置四个，每层的垫块与负摩擦管可相对滑动，且垫块可保证负摩擦管和外套管之间的空隙，增加外套管沉放过程稳定性。

本发明一种消减软土区桩基负摩阻力的装置的施工方法，包括如下步骤：

a、采用静压法或振动法在设计桩基位置埋设外套管，外套管直径d2比负摩擦管（2）直径d1大10cm，外套管长度h1为4~8m，用于保护成孔稳定性，根据周围土层强度和透水性特点适当调整外套管长度h1；

b、外套管沉放至设计标高位置后，在外套管内钻孔施工，钻孔至设计的负摩擦管管底标高位置，形成外套管等直径成孔孔壁，外套管管底以下钻孔的深度为h2=l1-h1，形成上部桩孔；

c、组装负摩擦管和内套管，内套管外侧环向对称焊接垫块，负摩擦管底部与内套管之间采用橡胶密封圈连接，橡胶密封圈固定在内套管外侧，橡胶密封圈与负摩擦管可滑动，内套管底部超出负摩擦管底部长度h3；

d、将组装好的负摩擦管和内套管的组合装置，下放至外套管内，下放深度为l2，其中l2=h1+h2+h3，内套管压入土层深度h3；

e、继续在内套管内钻孔，钻孔至设计桩底位置，形成桩孔，内套管底距离孔底h4；

f、在负摩擦管和内套管之间填充卵石和细砂，拔出外套管；

g、在内套管内沉放钢筋笼至设计标高，浇筑混凝土，形成桩基。

本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种消减软土区桩基负摩阻力的装置，利用负摩擦管与内套管之间的相对滑动特性，桩周软弱土层沉降引起的负摩阻力直接作用在负摩擦管侧壁，避免了负摩阻力直接作用在桩侧，降低了负摩阻力对桩基的影响，克服了常规桩侧涂抹沥青或贴薄膜等处理效果的失效性问题；

2、本发明所述的倒锥形负摩擦管在正常不出现负摩阻力情况下，可作为正常的桩体一部分承受正摩阻力，增加了桩基承载力，摈弃了常规消减负摩阻力方法只考虑消减负摩阻力问题，而没有发挥上段桩有效承受正摩阻力特性，甚至常规桩侧涂抹沥青或贴薄膜等处理方法还降低了上段桩正摩阻力，在软土固结完成后或不存在软土沉降情况下不能充分发挥上段桩承受正摩阻力效果；

3、本发明所述的负摩擦管外径大于桩径，负摩擦管和内套管之间填充了卵石和细砂，整体性较好，外套管可承受一定的水平荷载，提高了桩基抗水平能力，克服了常规方法对桩基抗水平能力没有什么贡献的缺点；

4、本发明所述的内套管和桩身混凝土浇筑在一起形成整体，提高了桩基的抗弯能力；

5、该消减桩基负摩阻力装置制作简单，现场施工便捷，容易推广、经济社会效益显著等优点。

附图说明

图1为钻孔至设计桩底标高示意图；

图2为埋设外套管示意图；

图3是外套管沉放至设计标高示意图；

图4为钻孔至负摩擦管底设计标高示意图；

图5（a）为沉放负摩擦管及内套管组合装置示意图；

图5（b）为沉放负摩擦管及内套管组合装置后上部孔口剖面示意图；

图5（c）为沉放负摩擦管及内套管组合装置后下部孔口剖面示意图；

图6为负摩擦管内填充卵石和细砂示意图；

图7为拔出外套管示意图；

图8是外套管拔出后剖面示意图；

图9是沉放钢筋笼示意图；

图10是钢筋笼沉放完成后并清孔结束示意图；

图11（a）是完成浇筑混凝土示意图；

图11（b）是图11（a）的aˊ-aˊ剖面图；

图11（c）是图11（a）的bˊ-bˊ剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图2和图3所示，本发明施工一种消减桩基负摩阻力装置前需沉放外套管1，为了便于后期拔出外套管1，建议外套管1沉放的深度h1为4-8m，同时也保证了成孔稳定性，可根据周围土层强度和渗透性进行调整外套管1沉放深度；此外，为了保证后续顺利沉放消减桩基负摩阻力装置，外套管1的直径应d2比负摩擦管2直径d1大10cm；

如图4和图5所示，在上述沉放后的外套管1内钻孔，钻孔直径略小于外套管1内径，钻孔深度达到负摩擦管2底部标高，然后将制作好的消减桩基负摩阻力装置沉放到孔内，为了防止后续浇筑混凝土过程混凝土外露到内套管3外侧，避免混凝土渗入到负摩擦管2和内套管3之间的空隙内，沉放过程将内套管进一步向孔底压入h3长度，其中h3不小于2倍桩径；

如图5（a）和5（b）所示，负摩擦管2为倒锥形，更加有利于负摩擦管2受负摩阻力后与内套管3脱离滑动，负摩擦管2与内套管3间等间距布置了垫块4，垫块4一方面保证了负摩擦管2与内套管3间的空隙，另一方面提高了负摩擦管2的稳定性；负摩擦管2底部与内套管3之间设置了橡胶密封圈5，避免了浆液和混凝土从下部深入到负摩擦管2内。

如图1和6所示，在上述内套管3内放入桩径大小钻头，钻孔至设计桩底标高，形成桩孔8，然后在负摩擦管2和内套管3间填充卵石和细砂6，保证负摩擦管2和内套管3有效滑动，同时也增加了桩体的整体刚度和稳定性。

如图7和图8所示，拔出外套管1，回收利用外套管1，同时外侧土体可进一步发生侧向变形，与负摩擦管2外面接触，然后清孔，形成带消减桩基负摩阻力装置的桩孔。

如图9、图10和图11所示，沉放钢筋笼9，进一步清孔和清桩底沉渣，然后在内套管3内浇筑混凝土，形成带消减桩基负摩阻力装置的桩基，保证了桩基的整体性和完整性，可有效降低桩基负摩阻力，间接提高桩基正摩阻力和抗水平能力，克服了常规方法消减负摩阻力效果差，削弱正摩阻力等缺点。

本发明一种消减桩基负摩阻力的装置的施工方法，包括如下步骤：

a、采用静压法或振动法在设计桩基位置埋设外套管1，外套管1直径d2比负摩擦管2直径d1大10cm，外套管长度h1为4-8m，用于保护成孔稳定性，根据周围土层强度和透水性特点适当调整外套管长度h1；

b、外套管1沉放至设计标高位置后，在外套管1内钻孔施工，钻孔至设计的负摩擦管2管底标高位置，形成外套管等直径成孔孔壁7，外套管1管底以下钻孔的深度为h2=l1-h1；

c、组装负摩擦管2和内套管3，内套管3外侧环向对称焊接垫块4，负摩擦管2底部与内套管3之间采用橡胶密封圈5连接，橡胶密封圈5固定在内套管3外侧，橡胶密封圈5与负摩擦管2可滑动，内套管3底部超出负摩擦管2底部长度h3；

d、将组装好的负摩擦管2和内套管3的组合装置，下放至外套管1内，下放深度为l2，其中l2=h1+h2+h3；

e、继续在内套管3内钻孔，钻孔至设计桩底位置，形成桩孔8，内套管3底距离孔底h4；

f、在负摩擦管2和内套管3之间填充卵石和细砂6，拔出外套管1；

g、在内套管2内沉放钢筋笼9至设计标高，浇筑混凝土10，形成桩基。

本发明采用该消减桩基负摩阻力的装置可降低桩基负摩阻力，减小桩基附加沉降，提高正常无负摩阻力情况下桩基竖向承载力，同时还可以增强桩基抗水平承载能力，制作简便易施工，容易推广、具有效果好、实用性强等优点。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。