主动式变刚度调平桩及其施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种灌注桩及其施工方法， 特别是一种主动式变刚度调平桩及其施工方法。 背景技术 灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、 钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土 中形成桩孔， 并在其内放置钢筋笼、 灌注混凝土而做成的桩。灌注桩由最早的 100 多年前的 1893 年， 因为工业的发展以及人口的增长， 高层建筑不断增加， 但是因为好多城市的地基条 件比较差， 不能直接承受由高层建筑所传来的压力， 地表以下存在着厚度很大的软土或中 等强度的黏土层， 建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩， 必然产生很大的沉降。 于是工 程师们借鉴了掘井技术发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩。于是在随后的 50 年 之后， 即 20 世纪 40 年代初随着大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世， 二战后， 世界 各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展， 时至今日， 随着科学技术的日新月异发展， 钻孔
灌注桩在高层、 超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用。
由于不同部位上部结构及基础自重不同， 导致桩体发生不均匀沉降， 桩体顶面不 在同一水平位置， 又由于桩体的不均匀沉降对基础和上部结构产生次应力， 对基础安全影 响尤其大， 导致结构不安全或者造价增加等， 如何找到一种有效减少差异沉降的桩基是工 程界面临的一个难题。 发明内容
本发明的目的是提供一种主动式变刚度调平桩及其施工方法， 要解决由于桩体的 不均匀沉降对基础和上部结构产生次应力影响结构安全的技术问题 ； 并解决利用地基承载 力降低桩体造价的问题。
为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案 ： 一种主动式变刚度调平桩， 位于基础的底部， 由横向钢筋、 纵向钢筋以及桩箍筋焊接而 成的桩身钢筋笼与桩身混凝土现浇而成， 还包括调平段， 调平段位于钢筋混凝土桩身上部， 包括调平钢筋笼、 调平筒、 排气管、 浇筑管和后浇混凝土， 调平筒套在钢筋混凝土桩身上部， 由筒壁和隔板组成， 调平钢筋笼位于调平筒筒顶， 与基础现浇为一体， 其内置排气管和浇筑 管， 调平纵筋和浇筑管伸入调平筒内与桩的纵向钢筋搭接， 并与调平筒、 上部桩身钢筋笼和 后浇混凝土现浇为一体。
所述调平筒的筒壁通过焊接在横向钢筋端部的调平筒固定件与桩身钢筋笼连接 为一体。
所述调平筒固定件底面焊接有锚筋， 锚筋插入桩身混凝土中。
所述调平筒的筒壁为金属波纹管或中央外凸的金属筒。
所述调平钢筋笼由调平纵筋和调平横筋或 / 和调平箍筋焊接而成， 所述调平纵筋 平直或中央外凸。所述隔板包括上隔板和下隔板， 上隔板上设置有加劲肋或没有， 所述加劲肋为纵 向加劲肋或纵向劲肋和横向加劲肋， 下隔板上设置有加劲肋或没有， 上隔板和下隔板上均 开设有洞口。
所述调平段高度为 0.1 ～ 3.5m。
一种所述的主动式变刚度调平桩的施工方法， 步骤如下 ： 步骤一， 灌注桩成孔形成桩孔 ； 步骤二， 把焊接好的桩身钢筋笼和调平筒固定件放入桩孔中 ； 步骤三， 浇筑桩身混凝土 ； 步骤四， 开挖桩侧土体 ； 步骤五， 凿除开挖土体对应部分的桩上端混凝土， 开凿到预定的调平筒固定件位置 ； 步骤六， 安装调平段钢筋笼和调平筒， 将调平筒的筒壁与调平筒固定件焊接连接， 并安 装排气管和浇筑管 ； 步骤七， 回填桩侧周边开挖的回填土并夯实 ； 步骤八， 施工基础及上部结构， 基础与调平钢筋笼现浇为一体， 同时监测调平筒的变 形； 步骤九， 待调平筒的变形达到设计要求， 通过浇筑管浇筑后浇混凝土。
所述步骤一， 在成孔同时并进行泥浆护壁。
所述步骤二， 焊接好的桩身钢筋笼内插后浇筑设备 ； 所述步骤三， 在浇筑桩身混凝 土时， 同时通过后注浆设备浇筑后注浆层。
所述步骤一成孔的方法为人工挖孔、 回旋钻孔、 冲击成孔或抓斗成孔。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果 ： 1. 本发明通过调平段的设置， 能主动调节上部结构的差异沉降， 减少由于不均匀沉降 导致的筏板和上部结构的造价的增加， 且增强了整个结构的安全性。
2. 本发明通过后浇筑设备增加后浇注层， 可充分利用地基土的承载力， 减少桩的 造价。
3. 本发明通过调平段的设置， 以及凿除已浇筑调平段混凝土待沉降稳定后再通 过预先设置的浇筑管后浇注， 可有效减少上部结构由于沉降不均匀造成的次应力， 排除了 在施工阶段可能存在的结构的安全隐患。
本发明克服了传统灌注桩由于不同部位上部结构及基础自重不同， 导致桩体发生 不均匀沉降， 桩体顶面不在同一水平位置， 进而由于桩体的不均匀沉降对基础和上部结构 产生次应力影响基础及上部结构安全的缺点， 解决了利用地基土承载力主动调节上部结构 沉降差异降低工程造价保证结构安全的技术问题。
本发明可广泛应用于灌注桩的施工。 附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图１是本发明的结构示意图。 图 2 是图浇筑了桩身混凝土的桩体断面图。 图 3 是图 1 的 A-A 剖面图。图 4 是图 2 的 B-B 剖面图。 图 5 是调平筒结构示意图。 图 6 是无加劲肋上隔板结构示意图。 图 7 是有纵向加劲肋上隔板结构示意图。 图 8 是有纵横向加劲肋上隔板结构示意图。 图 9 是有井格加劲肋下隔板结构示意图。 图 10 是无加劲肋下隔板结构示意图。 图 11 是圆形加劲肋下隔板结构示意图。 图 12 是调平筒筒壁为波纹管结构示意图。 图 13 是调平筒筒壁为中央外凸金属筒结构示意图。 图 14 是桩体调平筒固定件处断面图 （一） 。 图 15 是调平筒固定件与横向钢筋的连接示意图。 图 16 是桩体调平筒固定件处断面图 （二） 。 图 17 是带锚筋的调平筒固定件与横向钢筋的连接示意图。 图 18 是施工步骤一结构示意图。图 19 是施工步骤二结构示意图。
图 20 是施工步骤三结构示意图。
图 21 是施工步骤四结构示意图。
图 22 是施工步骤五结构示意图。
图 23 是施工步骤六结构示意图。
图 24 是施工步骤七结构示意图。
图 25 是施工步骤八结构示意图。
图 26 是施工步骤九结构示意图。
图 27 是进行泥浆护壁施工结构示意图。
图 28 是进行后浇筑施工时安装后浇筑设备结构示意图。
图 29 是通过后浇筑设备进行后浇注层浇筑结构示意图。
图 30 是调平段钢筋笼的实施例一。
图 31 是调平段钢筋笼的实施例二。
图 32 是调平段钢筋笼的实施例三。
附图标记 ： 1 －桩身混凝土、 2 －桩身钢筋笼、 2.1 －横向钢筋、 2.2 －纵向钢筋、 2.3 －桩箍筋、 3 －调平段钢筋笼、 3.1 －调平横筋、 3.2 －调平纵筋、 3.3 －调平箍筋、 4 －调 平筒、 4.1 －筒壁、 4.2 －锚筋、 4.3 －上隔板、 4.4 －下隔板、 4.5 －横向加劲肋、 4.6 －纵向 加劲肋、 4.7 －洞口、 4.8 －调平筒固定件、 5 －排气管、 6 －浇筑管、 7 －后浇混凝土、 8 －基 础、 9 －回填土、 10- 桩孔、 11 －后浇设备、 12 －后注浆层、 13 －井格加劲肋、 14 －圆形加劲 肋。 具体实施方式
实施例一参见图 1 ～图 4 和图 30 ～ 32 所示， 一种主动式变刚度调平桩， 位于基础 8 的底部， 由横向钢筋 2.1、 纵向钢筋 2.2 以及桩箍筋 2.3 焊接而成的桩身钢筋笼 2 与桩身混凝土 1 现浇而成， 还包括调平段， 调平段位于钢筋混凝土桩身上部， 包括调平钢筋笼 3、 调 平筒 4、 排气管 5、 浇筑管 6 和后浇混凝土 7， 调平筒 4 套在钢筋混凝土桩身上部， 由筒壁 4.1 和隔板组成， 调平钢筋笼 3 位于调平筒 4 筒顶， 与基础 8 现浇为一体， 其内置排气管 5 和浇 筑管 6， 调平纵筋 3.2 和浇筑管 6 伸入调平筒 4 内与桩的纵向钢筋 2.2 搭接， 并与调平筒 4、 上部桩身钢筋笼和后浇混凝土 7 现浇为一体。调平纵筋 3.2 与桩的纵向钢筋 2.2 为搭接， 搭接长度为 5d ～ 60d， d 为纵向钢筋直径。所述调平钢筋笼 3 由调平纵筋 3.2 和调平横筋 3.1 或 / 和调平箍筋 3.3 焊接而成， 所述调平纵筋 3.2 平直或中央外凸， 平纵筋 3.2 也可以 和桩的纵向钢筋 2.2 通过套筒或者焊接连为一体。所述调平段高度为 0.1 ～ 3.5m。
所述调平筒结构示意图及其详图参见图 5、 图 12 ～图 17， 调平筒 4， 由筒壁 4.1 和 隔板组成， 所述调平筒的筒壁通过焊接在横向钢筋端部的调平筒固定件 4.8 与桩身钢筋笼 2 连接为一体。所述调平筒固定件 4.8 底面焊接有锚筋， 所述锚筋插入桩身混凝土中。所述 调平筒的筒壁 4.1 为金属波纹管或中央外凸的金属筒。管壁厚度为 0.4 ～ 20mm。所述调平 筒固定件为金属环板厚度是 0.2 ～ 30mm， 环板宽度是 2 ～ 600mm。
图 6 ～图 11 是隔板结构示意图。所述隔板包括上隔板 4.3 和下隔板 4.4， 上隔板 和下隔板为钢板， 厚度为 0.2 ～ 30mm 上隔板上设置有加劲肋或没有， 所述加劲肋为纵向加 劲肋 4.6 或纵向劲肋 4.6 和横向加劲肋 4.5， 下隔板上设置有加劲肋或没有， 所设加劲肋为 井格加劲肋 13、 圆形加劲肋 14; 加劲肋厚度为 0.2 ～ 20mm， 高度为 10 ～ 500mm 上隔板和下 隔板上均开设有洞口 4.7 用于穿越纵向钢筋或下混凝土。 图 18 ～图 26 是本发明的施工方法， 步骤如下 ： 步骤一， 灌注桩成孔， 形成桩孔 10 ； 步骤二， 把焊接好的桩身钢筋笼 2 和调平筒固定件 4.8 放入桩孔 10 中 ； 步骤三， 浇筑桩身混凝土 1 ； 步骤四， 开挖桩侧土体 ； 步骤五， 凿除开挖土体对应部分的桩上端混凝土， 开凿到预定的调平筒固定件 4.8 位 置； 步骤六， 安装调平段钢筋笼 3 和调平筒 4， 将调平筒的筒壁 4.1 与调平筒固定件 4.8 焊 接连接， 并安装排气管 5 和浇筑管 6 ； 步骤七， 回填桩侧周边开挖的回填土 9 并夯实 ； 步骤八， 施工基础及上部结构， 基础 8 与调平钢筋笼 3 现浇为一体， 同时监测调平筒 4 的变形 ； 步骤九， 待调平筒 4 的变形达到设计要求， 通过浇筑管 6 浇筑后浇混凝土 7。
实施例二参见图 27 ～图 29， 在上述施工方法基础上， 所述步骤一， 在成孔同时并 进行泥浆护壁。
所述步骤二， 焊接好的桩身钢筋笼 2 内插后浇筑设备 11 ； 所述步骤三， 在浇筑桩身 混凝土时， 同时通过后注浆设备 11 浇筑后注浆层 12。
上述实施例一和二中所述步骤一成孔的方法为人工挖孔、 回旋钻孔、 冲击成孔或 抓斗成孔。