专利名称：地基复合桩基施工工艺及其桩端位移调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地基施工工艺及其实现装置，尤其是一种地基复合桩基施工工艺及其桩端位移调节装置。
背景技术：
不均匀花岗岩残积土是厦门地区比较常见的地质条件，该地质条件通常表现为花岗岩风化不完全，在地基土中形成随机分布、大小不一的孤石。孤石的岩性多为微风化花岗岩，也有中、强风化花岗岩。部分孤石岩性为微风化花岗岩核心，外包中、强风化外壳。对于常规桩基础，在成桩过程中要经爆破清岩以穿过孤石，不仅施工困难，而且还容易造成土体破坏，故无法实现。
对于此种地基土目前常用的基础方案为(1)使用天然地基。由于花岗岩残积土在没有扰动情况下，实际强度有一定的潜力，使用天然地基是有可能的，但是这样做建筑物沉降较大，有一定的风险，并且还要限制建筑物的高度。
(2)使用复合地基。复合地基施工质量较难控制，一般多应用于多层建筑，因此如使用该方法也需限制建筑物的高度，另外由于复合地基施工容易对花岗岩残积土造成扰动，有一定的风险，并且复合地基的成本亦较高。
综上所述在不均匀花岗岩残积土地基方面，常用基础方案不仅需限制建筑物的高度，而且施工风险较大，且造价较高。
发明内容
本发明提供一种能够降低甚至消除差异沉降影响的地基复合桩基施工工艺及其桩端位移调节装置，尤其适于用作建造在不均匀花岗岩残积土地基上的高层建筑的基础，具有经济、安全的优点。
本发明采用如下技术方案一种适合于不均匀花岗岩残积土使用的地基复合桩基施工工艺(1)根据上部结构荷载设计值确定桩应承担的荷载；(2)按照墙、柱下布桩的原则进行布桩；(3)在花岗岩残积土层设置端承摩擦桩，在孤石上设置端承桩且在端承桩上设置用于调节沉降差异的位移调节装置。
本发明用于实施上述工艺的位移调节装置，由缸体、顶板和伸缩元件组成，顶板和伸缩元件设在缸体内，伸缩元件位于由缸体和顶板围成的腔体内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明与天然地基方法相比，不仅解决了不均匀花岗岩残积土地基较难建造高层建筑物的难题，而且可使建筑物的沉降较小、安全可靠；较复合地基方法相比，本发明充分利用了花岗岩残积土所具有的承载力，使用较少的桩数，在成功解决不均匀花岗岩残积土地基较难建造高层建筑物难题的同时，降低了成本。另外本发明可以使用较短的人工挖土灌注桩，质量控制方便、容易，比起复合地基更能保证建筑物的安全。
图1是本发明所述装置第一实施例的结构示意图。
图2是本发明所述装置第二实施例的结构示意图。
图3是本发明所述装置第三实施例的结构示意图。
图4是本发明所述装置第四实施例的结构示意图。
图中1.筏板；2.地梁；3.桩；具体实施方式
实施例1一种适合于不均匀花岗岩残积土使用的地基复合桩基施工工艺(1)根据上部结构荷载设计值确定桩应承担的荷载；(2)按照墙、柱下布桩的原则进行布桩；(3)在花岗岩残积土层设置端承摩擦桩，在孤石上设置端承桩且在端承桩上设置用于调节沉降差异的位移调节装置，在本实施例中，将端承桩设置在孤石边缘大于桩孔截面积的1/4的孤石上。
以下是应用本发明所述方法的一个实例，即一幢30层的住宅，其下部由一层地下室和三层裙房将工程连成一整体(1)经计算底板以上总荷载(设计值)为N＝608667.4(kN)(单幢)；其中主楼荷载N1＝5576844.6(kN)；裙楼荷载N2＝31822.8(kN)；(2)确定地基的承载力特征值根据旁压试验和荷载板试验结果，综合估计地基土的承载力修正值fa＝420kPa。
(3)确定桩基应承担荷载设计值采用Φ900人工挖孔桩，衬砌厚度150，实际桩径1200mm，桩长10m。
单桩承载力极限值Pu＝3820kN；单桩承载力设计值Pa＝1910kN。
桩基应承担荷载69685kN。桩数n＝37根。
(4)按照墙(剪力墙)、柱下布桩的原则仅在主楼下进行布桩。
(5)人工挖孔桩遇小孤石或者孤石边缘不到桩孔截面积的1/4时，应越过孤石施工。当遇到大孤石时，桩底做10～15cm厚的人工碎石垫层。当孤石边缘超过桩孔截面积的1/4时，在孤石上植入5φ16的钢筋。
(6)桩顶位移调节装置的设置建筑物总沉降估算为3～5cm，取差异沉降值为3cm。人工挖孔桩为端承摩擦桩的单桩极限承载力约为3800kN，遇大孤石转为端承桩时的单桩极限承载力远大于3800kN。故综合考虑后将桩顶弹簧的刚度定为160kN/mm；同时考虑其它因素的影响，将弹簧的总变形量定为6cm。
经过监测，建筑物荷载基本到位的情况下，建筑物目前的最大沉降为38.1mm，平均沉降为27mm。这与最终沉降估算值3～5cm非常吻合，说明本实用新型的实施是合理的也是成功的。另外经过经济分析，本发明的应用不仅成功的解决了如何在在不均匀花岗岩残积土地基上建造高层建筑的难题，而且比一般基础方案节约资金达1215万元。
实施例2一种用于调节桩端位移的桩端位移调节装置，由缸体4、顶板5和伸缩元件组成，顶板5和伸缩元件设在缸体4内，伸缩元件位于由缸体4和顶板5围成的腔体内，其中，伸缩元件可采用立于缸体4内端面和顶板5之间位移调节钢板，该位移调节钢板呈筒形，并可由直径不等的呈筒形的钢板6组成，筒形钢板6按由小到大的直径顺序套设在一起，筒形钢板选用普通HPB235钢材，钢板的高度差和间距宜分别为1cm和2cm，圈数宜为6圈左右。内圈钢板的高度和钢板的厚度可根据具体需要进行调节(高度越大，所能调节的位移量越大，钢板越厚，整个装置的刚度也越大)。具体调节方法为首先计算出所需调节位移量和桩支撑刚度，再根据“刚度＝承载力/位移”的关系，计算所需的承载力，再确定钢板的厚度。通常情况下钢板的厚度取3～5mm。
上述伸缩元件还可以采用下述的其它具体方式①伸缩元件采用碟簧10，在碟簧10的中心设有中心钢柱9，碟簧可根据计算的桩支承刚度和位移调节量，直接在碟簧规格表里选用。
②伸缩元件采用橡胶垫8，且可采用2块以上(如3块、5块或7块橡胶垫)的相互叠合的橡胶垫8，在相邻的橡胶垫之间设有钢板7，橡胶垫可采用JGD-D型隔震橡胶垫(如采用其它规格的橡胶垫，必须满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中的相应规定)。其刚度和厚度可随要求调整。具体为根据计算所得的桩支承刚度，选用相应型号的橡胶垫，然后根据支承刚度和所需调节位移量，计算出橡胶垫的高度。
③伸缩元件由充斥于由缸体4和顶板5所围腔体内的混凝土球11组成，其直径、混凝土强度可以根据需要调整，具体为根据腔体体积减去混凝土球体积再除以腔体界面面积即为调节的总位移量的关系。首先根据计算所需的位移调节量，计算所需的混凝土球的体积，然后再计算混凝土球尺寸。混凝土的强度则主要根据计算所得的桩支承刚度和位移调节量共同得到。
权利要求
1.一种适合于不均匀花岗岩残积土使用的地基复合桩基施工工艺，其特征在于(1)根据上部结构荷载设计值确定桩应承担的荷载；(2)按照墙、柱下布桩的原则进行布桩；(3)在花岗岩残积土层设置端承摩擦桩，在孤石上设置端承桩且在端承桩上设置用于调节沉降差异的位移调节装置。
2.根据权利要求1所述的地基复合桩基施工工艺，其特征在于将端承桩设置在孤石边缘大于桩孔截面积的1/4的孤石上。
3.一种用于实施权利要求1所述工艺的位移调节装置，其特征在于由缸体(4)、顶板(5)和伸缩元件组成，顶板(5)和伸缩元件设在缸体(4)内，伸缩元件位于由缸体(4)和顶板(5)围成的腔体内。
4.根据权利要求3所述的桩端位移调节装置，其特征在于伸缩元件采用立于缸体(4)内端面和顶板(5)之间位移调节钢板。
5.根据权利要求4所述的桩端位移调节装置，其特征在于位移调节钢板呈筒形。
6.根据权利要求5所述的桩端位移调节装置，其特征在于伸缩元件由直径不等的呈筒形的钢板(6)组成，筒形钢板(6)按由小到大的直径顺序套设在一起。
7.根据权利要求3所述的桩端位移调节装置，其特征在于伸缩元件采用橡胶垫(8)。
8.根据权利要求7所述的桩端位移调节装置，其特征在于采用2块以上的相互叠合的橡胶垫(8)，在相邻的橡胶垫之间设有钢板(7)。
全文摘要
本发明公开了一种适合于不均匀花岗岩残积土使用的地基复合桩基施工工艺根据上部结构荷载设计值确定桩应承担的荷载；按照墙、柱下布桩的原则进行布桩；在花岗岩残积土层设置端承摩擦桩，在孤石上设置端承桩且在端承桩上设置用于调节沉降差异的位移调节装置，调节装置由缸体、顶板和伸缩元件组成，顶板和伸缩元件设在缸体内，伸缩元件位于由缸体和顶板围成的腔体内；本发明与天然地基方法相比，解决了不均匀花岗岩残积土地基较难建造高层建筑物的难题，可使建筑物的沉降较小、安全可靠；较复合地基方法相比，充分利用了花岗岩残积土所具有的承载力，使用较少的桩数，成功解决不均匀花岗岩残积土地基较难建造高层建筑物的问题，降低了成本。
文档编号E02D27/12GK1699702SQ20051004031
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者宰金珉, 裴捷, 廖河山 申请人:南京工业大学