一种适用于多年冻土区桩基础的钢套筒加固装置

1.本实用新型涉及多年冻土区桩基础加固领域，具体是一种适用于多年冻土区桩基础的钢套筒加固装置。该装置在工厂预制，现场组装，具有施工方便，适应性强且在施工过程中对冻土扰动小的特点。


背景技术：

2.由于桩基础可打入地下几十米，可利用桩与土间的巨大的摩擦力来承受荷载，稳定性好，因此在多年冻土区修筑青藏铁路的过程中，为了避免对冻土的热扰动和防止冻胀、融沉等不良地质现象对构筑物基础的破坏，桩基础桥梁的被广泛采用。
3.近年来，全球温度升高引起多年冻土退化的问题正愈演愈烈。陈国栋等在(青藏高原多年冻土区地下水及其变化)中指出，1970年至2010年期间，青藏高原多年冻土总面积由1.5
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106km2减少到了1.26
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106km2；而冻土下限在北界处抬升了25m，在南界处抬升了50～80m。吴青柏在(recent permafrost warming on the qinghai-tibetan plateau)一文中根据实际检测数据指出，1995年~2007年期间，青藏高原多年冻土活动层厚度持续增加，年均速率达到7.5cm/年，6.0m深度处的年平均温度平均升高了0.43℃。张中琼等在(气候变化情景下青藏高原多年冻土活动层厚度变化预测)一文中预测到2099年时，青藏高原多年冻土活动层平均厚度将分别增加2.93m~3.42m。多年冻土退化问题正在加速进行，多年冻土退化将直接导致桩土间摩擦力减小，桩基础竖向承载力严重降低。青藏铁路原有设计的桩基础桥梁的稳定性已然面临着多年冻土退化带来的严重威胁。为此，发明一种适用于多年冻土区桩基础的钢套筒加固装置，对确保多年冻土退化日益加剧背景下以青藏铁路为代表的多年冻土区工程项目的长期稳定性具有重要的意义。


技术实现要素：

4.在多年冻土退化导致多年冻土区桩基础与土之间摩擦力减小的背景下，为提高多年冻土区桩基础的竖向承载力，并本着经济环保、施工效率高、对冻土扰动小的原则，本实用新型提供了一种适用于多年冻土区桩基础的钢套筒加固装置。该装置易加工、对环境适应性强，且装配简便。本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于多年冻土区桩基础的钢套筒加固装置。包括半钢套筒帽檐（1）、半钢套筒（2）、半钢构件螺栓连接凸起板（3）、防滑齿（4）、半钢套筒-帽檐局部加强承托（5）、半钢套筒连接高强螺栓（6）、半钢套筒连接螺栓紧定螺母（7）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）、钢构件帽檐连接螺栓孔道（11）、钢构件连接帽檐螺栓（12）、钢构件连接帽檐螺栓紧定螺母（13）及半钢构件凸起板螺栓孔（14）十四部分。其特征是半钢套筒帽檐（1）、半钢套筒（2）、半钢构件螺栓连接凸起板（3）、半钢套筒-帽檐局部加强承托（5）、半钢套筒连接高强螺栓（6）、半钢套筒连接螺栓紧定螺母（7）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）、钢构件连接帽檐螺栓（12）、钢构件连接帽檐螺栓紧定螺母（13）在工厂标准化预制完成；在半钢套筒帽檐（1）上加工钢构件
帽檐连接螺栓孔道（11），在半钢套筒（2）的壁上加工钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8），在半钢构件螺栓连接凸起板（3）上加工钢构件凸起板螺栓孔（14），钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）、钢构件帽檐连接螺栓孔道（11）和半钢构件凸起板螺栓孔（14）的个数及规格根据实际承载力情况进行加工；在半钢套筒帽檐（1）和半钢套筒（2）内壁加工防滑齿（4）；将半钢套筒帽檐（1）和半钢套筒（2）采用焊接的方式焊接为整体，并在焊接处增焊半钢套筒-帽檐局部加强承托（5），在半钢套筒帽檐（1）和半钢套筒（2）上焊接半钢构件螺栓连接凸起板（3），最终形成端部半钢构件（16）和中部半钢构件（15），中部半钢构件（15）需在半钢套筒（2）上焊接2个半钢套筒帽檐（1），而端部半钢构件（16）需在半钢套筒（2）上焊接1个半钢套筒帽檐（1）；将预制好的端部半钢构件（16）和中部半钢构件（15）根据工程数量运输制现场，在桩基需加固的最深处先将两片端部半钢构件（16）拼装在一起，在两片半钢构件螺栓连接凸起板（3）中的半钢构件凸起板螺栓孔（14）紧定半钢套筒连接高强螺栓（6），并在半钢套筒连接高强螺栓（6）的端部紧定半钢套筒连接螺栓紧定螺母（7），最后在钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）处紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9），并紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）；端部钢构件安装完毕后进行下一个节段钢构件安装，下一个节段钢构件组合安装和端部钢构件类似，不同的是在钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）处紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9）和紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）之前，需将上下两个节段钢构件的半钢套筒帽檐（1）的钢构件帽檐连接螺栓孔道（11）中紧定钢构件连接帽檐螺栓（12）和钢构件连接帽檐螺栓紧定螺母（13）；具体加固长度可根据实际桩基所需承载力来定，整个加固钢构件安装完毕后喷射防锈漆。
5.本实用新型的优点和产生的有益效果是：1.本实用新型采用预制装配式桩基础不仅可以克服多年冻土退化条件下桩基础竖向承载能力不足的缺陷，而且通过预制拼装的施工方法，更有利于保护高寒地区脆弱的生态环境。2本实用新型的钢套筒壁处的螺栓不仅具有增大桩基与土之间竖向摩擦力的作用，这些用于增大摩擦的螺栓还具有通过紧定钢套筒与桩基础之间的连接的作用和增大土体参与度的作用。3.本实用新型的钢帽檐不仅可用于节段钢构件的连接，还可以增大桩基竖向承载力。4.本实用新型的连接螺栓孔道以及钢套筒壁的用于增大摩擦的螺栓孔道的数量及规格可以根据桩基础承载力要求设定，增加了桩基础加固的灵活性。5.本实用新型采用高强螺栓连接的钢构件加固，并在钢构件表明喷射防锈漆，具有质轻、性能提升高的优点。6.本实用新型结构简单、易于操作、对工作环境条件要求低、工作稳定。
6.附图说明：图1是本实用新型端部-中部装置连接整体示意图。图2是本实用新型端部-中部装置连接俯视图。图3是本实用新型端部-中部装置连接刨面图。图4是本实用新型端部装置刨面图。图5是本实用新型中部装置刨面图。
7.具体实施方式：下面结合附图1~5，对本实用新型再做进一步的说明：如图1~5所示，一种适用于多年冻土区桩基础的钢套筒加固装置。包括半钢套筒帽檐（1）、半钢套筒（2）、半钢构件螺栓连接凸起板（3）、防滑齿（4）、半钢套筒-帽檐局部加强承托（5）、半钢套筒连接高强螺栓（6）、半钢套筒连接螺栓紧定螺母（7）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）、钢构件帽檐连接螺栓孔道（11）、钢构件连接帽檐螺栓（12）、钢构件连接帽檐螺栓紧定螺母（13）及半钢构件凸起板螺栓孔（14）十四部分。其特征是首先半钢套筒帽檐（1）、半钢套筒（2）、半钢构件螺
栓连接凸起板（3）、半钢套筒-帽檐局部加强承托（5）、半钢套筒连接高强螺栓（6）、半钢套筒连接螺栓紧定螺母（7）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9）、钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）、钢构件连接帽檐螺栓（12）、钢构件连接帽檐螺栓紧定螺母（13）在工厂标准化预制完成；接着在半钢套筒帽檐（1）上加工钢构件帽檐连接螺栓孔道（11），在半钢套筒（2）的壁上加工钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8），在半钢构件螺栓连接凸起板（3）上加工半钢构件凸起板螺栓孔（14），钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）、钢构件帽檐连接螺栓孔道（11）和半钢构件凸起板螺栓孔（14）的个数及规格可根据实际承载力情况进行加工；接着在半钢套筒帽檐（1）和半钢套筒（2）内壁加工防滑齿（4）；然后将半钢套筒帽檐（1）和半钢套筒（2）采用焊接的方式焊接为整体，并在焊接处增焊半钢套筒-帽檐局部加强承托（5）；然后在半钢套筒帽檐（1）和半钢套筒（2）上焊接半钢构件螺栓连接凸起板（3），最终形成端部半钢构件（16）和中部半钢构件（15），中部半钢构件（15）需在半钢套筒（2）上焊接2个半钢套筒帽檐（1），而端部半钢构件（16）需在半钢套筒（2）上焊接1个半钢套筒帽檐（1）；当所需钢装置工厂化预制、加工、组装完成后，将预制好的端部半钢构件（16）和中部半钢构件（15）根据工程数量要求运输至现场，在桩基需加固的最深处先将两片端部半钢构件（16）拼装在一起，并在两片半钢构件螺栓连接凸起板（3）中的半钢构件凸起板螺栓孔（14）紧定半钢套筒连接高强螺栓（6），同时在半钢套筒连接高强螺栓（6）的端部紧定半钢套筒连接螺栓紧定螺母（7）；然后在钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）处紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9），并紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）；当端部钢构件安装完毕后进行下一个节段钢构件安装，下一个节段钢构件组合安装和端部钢构件类似，不同的是在钢套筒壁增大摩擦高强螺栓孔道（8）处紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓（9）和紧定钢套筒壁增大摩擦高强螺栓紧定螺母（10）之前，需将上下两个节段钢构件的半钢套筒帽檐（1）的钢构件帽檐连接螺栓孔道（11）中紧定钢构件连接帽檐螺栓（12）和钢构件连接帽檐螺栓紧定螺母（13）；以此装配工艺顺延，具体加固长度可根据实际桩基所需承载力来定，最后在整个加固钢构件安装完毕后喷射防锈漆。