一种肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩及其施工方法

1.本发明属于软土复合地基路堤相关技术领域，更具体地，涉及一种肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩及其施工方法。


背景技术：

2.随着经济的快速发展、城镇化水平的提高，新建铁路及公路路堤主要集中在软土大量分布的沿海地区。而软土孔隙率较大、含水量高、压缩性高，导致其抗剪强度低、渗透系数小，因此，路堤承载力不满足要求、沉降总量和不均匀沉降过大引起的路堤失稳问题十分常见，可见，对地基进行加固处理的需求非常迫切。
3.软土的不均匀沉降病害会对路面平顺性造成负面影响。速度和载重的增加又对平顺性提出了更高的要求。为实现客运高安全性和高舒适性要求，需要有工后沉降小、稳定性高的铁路和公路复合地基路堤。
4.包裹碎石桩加固的软土地基路堤具有承载力高、沉降小、取材方便、节约成本、环境友好等多种优势，但大规模的包裹碎石桩施工流程复杂、工期较长，现有技术中存在包裹碎石桩施工不便、效果不佳的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩及其施工方法，通过竖向肋条和环向肋圈支撑土工布包裹，使其在施工中置入土体及外钢管拔出时不易褶皱或损坏，既增大约束强度，又避免级配填料漏出；同时，自锁插销的使用既简化了单根包裹碎石桩套筒和封底的缝制或焊接工艺，又为深长桩的多节式装配提供了方案，解决了桩体局部鼓胀过大的问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩，所述包裹碎石桩包括多孔封底及一端连接于所述多孔封底的桩体，所述桩体包括碎石桩、环向肋圈、多个竖向肋条及土工布套筒，所述土工布套筒套设在所述碎石桩外周；多个所述竖向肋条两两为一组，一组竖向肋条中的两个所述竖向肋条分别对称设置在所述土工布套筒相背的内侧及外侧；所述竖向肋条的一端连接于所述多孔封底，另一端连接于所述环向肋圈。
7.进一步地，所述包裹碎石桩还包括一个所述环向肋圈，所述竖向肋条的一端依次与对应的该环向肋圈及所述多孔封底相连接。
8.进一步地，所述土工布套筒是由矩形土工布卷成的，矩形土工布相背的两端分别设置有一组所述竖向肋条，所述矩形土工布位于对应的该两组竖向肋条之间的区域被沿自身长度方向等分成多份，矩形土工布的等分处均设置有一组所述竖向肋条。
9.进一步地，所述矩形土工布的两端预留有多余部分，位于所述矩形土工布相背的两端的竖向肋条分别开设有水平穿孔，水平穿孔用于收容水平自锁插销；所述水平自锁插销的一端依次穿过一个水平穿孔、矩形土工布两端的预留部分及对应的另一个水平穿孔而
将所述矩形土工布卷成所述土工布套筒。
10.进一步地，所述多孔封底为圆盘状，其开设有多个第一安装孔，所述多孔封底通过所述第一安装孔与对应的所述环向肋圈及所述桩体相连接。
11.进一步地，所述环向肋圈呈环状，其开设有第二安装孔，所述环向肋圈通过所述第二安装孔连接于所述桩体；多个所述第二安装孔与多个所述第一安装孔的位置及形状分别对应；多个所述竖向肋条的位置分别与多个所述第二安装孔的位置相对应。
12.进一步地，所述多孔封底还开设有多个排水圆孔，所述排水圆孔用于所述包裹碎石桩的排水。
13.进一步地，所述竖向肋条远离所述多孔封底的一端通过垂直自锁插销连接于所述环向肋圈，另一端通过所述垂直自锁插销与所述多孔封底及对应的所述环向肋圈连接成整体。
14.进一步地，所述桩体的数量为多个，多个所述桩体依次相连接而形成一个整体；所述水平自锁插销和所述垂直自锁插销均为伞状槽式弹性紧固件。
15.本发明还提供了一种如上所述的肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的施工方法，该方法包括以下步骤：
16.(1)将钢管压入软土层，直至到达设计深度；
17.(2)用螺旋取土器取出钢管内土体；
18.(3)将土工布套筒接缝处和封底处分别自锁后置入中空钢管；
19.(4)填入级配碎石，振捣至规范规定的密实度，同时抽出钢管；
20.(5)分节装配包裹整体，在桩体与桩体连接处再次使用垂直自锁插销静压入孔，即完成组装。
21.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩及其施工方法主要具有以下
22.有益效果：
23.1.土工布通过肋条、肋圈和插销的弹性自锁效应连接形成整体，大大简化了常规制作中土工布焊接或缝制的流程。
24.2.肋条和肋圈具有硬度，能够为难以成型的土工布提供支撑，使其在置入土体和拔出外钢管的过程中避免褶皱或损坏，同时减少土体扰动。
25.3.肋条和肋圈具备强度，土工布套筒、竖向肋条和环向肋圈的组合能够有效增强对散体碎石的约束；由于土工布本身编织致密，此组合又能有效防止级配碎石颗粒的漏出。
26.4.水平自锁插销和垂直自锁插销使包裹碎石桩具备预制装配性能，因而运输、施工、改造十分简便。
27.5.由自锁插销连接的多节装配式包裹碎石桩尤其适用于设计桩身长、挖孔深的工况，环向肋圈及自锁插销为每节桩体的连接处提供有效支撑，同时增加与周边土体的摩擦，使多节桩体形成“连续梁”式整体结构，从而防止长桩局部鼓胀过大造成桩体破坏或失稳。
附图说明
28.图1是本发明提供的一种肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的局部示意图；
29.图2是图1中的肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的土工布套筒和竖向肋条的
装配示意图；
30.图3中的(a)、(b)分别是图1中的肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的多孔封底和环向肋圈的结构示意图；
31.图4是图1中的肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的水平自锁插销的结构示意图；
32.图5是图1中的肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的垂直自锁插销的结构示意图。
33.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-碎石桩，2-土工布套筒，3-多孔封底，4-竖向肋条，5-水平自锁插销，6-环向肋圈，7-垂直自锁插销。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
35.请参阅图1，本发明提供了一种肋条和肋圈支撑的装配式包裹碎石桩，所述包裹碎石桩解决了包裹碎石桩施工复杂、费时、效果差的问题：土工布无需焊接或缝制；肋条和肋圈的支撑防止了施工中包裹的褶皱或损坏；套筒、肋条、肋圈的组合能够增强约束作用，同时避免级配颗粒漏出；自锁插销使整体能够预制装配，运输、施工简便，也解决了桩体局部鼓胀大的问题。
36.所述包裹碎石桩包括多孔封底3、环向肋圈6及至少一个桩体，至少一个桩体依次相连接成一个柱状体，该柱状体的一端通过所述环向肋圈6连接于所述多孔封底3。
37.请参阅图3，所述多孔封底3为圆盘状，其开设有多个第一安装孔，所述第一安装孔沿所述多孔封底3的厚度方向贯穿所述多孔封底3，且其设置在所述多孔封底3的边缘。所述多孔封底3还开设有多个排水圆孔，所述排水圆孔用于所述包裹碎石桩的排水。其中，所述多孔封底3通过所述第一安装孔与所述环向肋圈6及所述桩体相连接；两个所述第一安装孔沿所述多孔封底3的同一径向方向间隔设置。
38.所述环向肋圈6呈环状，其开设有第二安装孔，所述第二安装孔贯穿所述环向肋圈6，且多个所述第二安装孔与多个所述第一安装孔的位置及形状分别对应。其中，所述环向肋圈6通过所述第二安装孔连接于所述桩体。
39.请参阅图2及图4，所述桩体包括碎石桩1、一个所述环向肋圈6、多个竖向肋条4、土工布套筒2及多个水平自锁插销5，多个所述竖向肋条4分别两个为一组，每组竖向肋条4中的两个竖向肋条4分别对称的连接于所述土工布套筒2的内侧及外侧。所述土工布套筒2套设在所述碎石桩1外周，且两者同轴设置。所述土工布套筒2是由矩形土工布卷成的，矩形土工布相背的两端分别设置有一组所述竖向肋条4，所述矩形土工布位于该两组竖向肋条4之间的区域被沿自身长度方向等分成多份，矩形土工布的等分处均设置有一组所述竖向肋条4。所述矩形土工布的两端预留有多余部分，位于所述矩形土工布相背的两端的竖向肋条4分别开设有水平穿孔，水平穿孔用于收容所述水平自锁插销5。所述水平自锁插销5的一端依次穿过一个水平穿孔、矩形土工布两端的预留部分及对应的另一个水平穿孔而将所述矩
形土工布卷成所述土工布套筒2，同时将所述土工布套筒2及所述竖向肋条4连接到一起。多个所述竖向肋条4的位置分别与多个所述第二安装孔的位置相对应。
40.请参阅图5，所述竖向肋条4远离所述多孔封底3的一端通过垂直自锁插销7连接于所述环向肋圈6，另一端通过所述垂直自锁插销7与所述多孔封底3及对应的所述环向肋圈6连接成整体，所述其余层竖向肋条4两端均通过所述垂直自锁插销7直接连接于所述环向肋圈6。
41.另外一个桩体通过所述垂直自锁插销7连接于上述桩体的环向肋圈6，如此多个桩体依次相连接而形成一个“连续梁式”整体结构。
42.本实施方式中，所述竖向肋条4相背的两端分别开设有垂直孔及水平孔，以用于所述垂直自锁插销7的安装；所述多孔封底3仅存在于底部桩体的最下端，其余桩体装配时无需新增所述多孔封底3的装配。所述水平自锁插销5和所述垂直自锁插销7为伞状槽式弹性紧固件，其厚度与孔位厚度一致，其中部宽度与孔位宽度一致，其最大宽度大于孔位宽度，其最大宽度与开槽宽度之差小于等于孔位宽度，确保弹性紧固件能够静压入孔。此外，对于垂直自锁插销7，除设置垂直孔位外，同时设置水平孔位，使弹性紧固件在插入后伸展固定。
43.所述土工布套筒2的材料应为有纺机织土工布；所述多孔封底3的材料为多孔工业橡胶，具有高弹、防滑、耐磨、抗震的特性。所述竖向肋条4、所述环向肋圈6、所述水平自锁插销5和所述垂直自锁插销7的材料均为pvc材质，具有高强、高韧性的特性。
44.所述多孔封底3的直径和环向肋圈6的外径相等，且与土工布套筒2直径叠加外侧竖向肋条4厚度相等，所述环向肋圈6的径向宽度与内、外侧竖向肋条4总厚度相等。
45.所述竖向肋条4在接缝处连接时，水平自锁插销5需穿过预留的多余土工布，以实现土工布套筒2的固定夹持。所述包裹碎石桩非常适用于施工中对地基稳定性要求严格的，不排水抗剪强度为5kpa～25kpa的软土复合地基。
46.在施工时，将自锁组装的包裹结构直接置入中空钢管即可，无需缝制或焊接工艺，无需其他内部支撑设备，有效防止包裹置入和外钢管拔出全过程中土工布的褶皱或损坏；之后无需撤出内部支撑，即可直接添加级配碎石填料；相比单一的土工布包裹碎石桩或肋条包裹碎石桩：竖向肋条4和环向肋圈6能够为散体材料提供更强的约束，土工布套筒2能够避免级配碎石的漏出；自锁插销使桩体与桩体之间可以互相连接装配，加长桩身的同时，提供连接处的支撑，不致桩体局部鼓胀过大；包裹装置拆装方便，整体性强，从而解决现有包裹碎石桩施工不便、效果不佳的问题。
47.本发明还提供了一种如上所述的肋条及肋圈支撑的装配式包裹碎石桩的施工方法，所述施工方法主要包括以下步骤：
48.(1)挖孔：将钢管缓慢压入软土层，直至到达设计深度。
49.(2)取土：用螺旋取土器取出钢管内土体，清理钢管内壁。
50.(3)置入：将土工布套筒接缝处和封底处分别自锁，将带有竖向肋条和环向肋圈支撑的包裹整体置入中空钢管。
51.(4)填料：填入级配碎石，振捣至规范规定的密实度，同时缓慢抽出钢管。
52.(5)装配：可分节装配包裹整体，在桩体与桩体连接处再次使用垂直自锁插销静压入孔，即完成组装。
53.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以
限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。