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1、10申请公布号CN102877464A43申请公布日20130116CN102877464ACN102877464A21申请号201210283397022申请日20120804E02D5/30200601E02D3/1020060171申请人盐城工学院地址224051江苏省盐城市迎宾大道9号72发明人吴发红周乾戴龙洋夏军54发明名称一种自排水桩及其在软土地区的应用57摘要本发明公开了一种自排水桩,在钢筋混凝土预制方桩的四周外侧加竖向“V”形槽,沉桩施工时,用特制漏斗将干砂充填至“V”形槽中。使施工环节大为减少;施工设备少;施工速度加快;减少施工成本;减小了沉桩力,由于在沉桩的过程中,通过漏斗。
2、和设置在桩侧的“V”形槽,将黄砂充填到“V”形槽中,也就是说,边沉桩、边充填黄砂,这样,就将原桩侧与土体间的滑动摩擦变为在桩侧和桩侧土之间有黄砂的滚动摩擦,这必将减小沉桩力。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页1/1页21一种自排水桩,其特征在于,在钢筋混凝土预制方桩的四周外侧加竖向“V”形槽,沉桩施工时,用特制漏斗将干砂充填至“V”形槽中。2根据权利要求1所述的自排水桩在软土地区的应用。权利要求书CN102877464A1/5页3一种自排水桩及其在软土地区的应用技术领域0001本发明涉及建筑技术领域,尤。
3、其涉及的是一种自排水桩及其在软土地区的应用。背景技术0002目前工程中所使用的挤土桩包括预制钢筋混凝土方桩、预应力管桩,钢筋混凝土沉管灌注桩。0003在挤土桩沉桩过程中,原桩位处的土体被挤出,这种挤土效应,对于不太密实的砂土地区,桩周土被挤密,在沉桩的同时,使土体产生挤密作用,这对提高桩基承载力是有利的。但在含水量大、压缩性高、透水性差沿海等软土地区的挤土桩的沉桩的过程中,土的挤密作用并不明显,反而随着桩位土体向侧向挤压,土中孔隙水压力上升,形成了消退很慢超孔隙水压力,这种超孔隙水压力使挤土加剧,其结果很容易导致已经沉入的预制产生“浮桩”现象,或使已施工好的灌注桩产生断桩。并且可能对周围环境产。
4、生影响,使邻近建筑物产生倾斜、裂缝,甚至倒塌,使地下管线产生破坏。为避免上述现象的发生,在这类地区使用挤土桩时,通常采取以下措施0004一在设计方面0005采用承载力高的长桩,这样可以扩大桩距,减少桩数,同时还要尽可能加大桩基区域与邻近建筑物之间的距离。0006二在施工方面00071、采用预钻孔的方法0008此种做法是将桩位部分土体用钻孔的方法排掉,以减小挤土效应。其做法一般是钻孔的直径为桩径的70左右,钻孔深度为桩长的1/31/2。00092、采用打砂、砂袋井、碎石桩、砂石桩或塑料排水板0010该种做法主要是迅速降低超孔隙水压力,排除孔隙水。00113、设置挤土槽0012在离沉桩区邻近防护建。
5、筑物和地下管线前3M左右处设置深度大于临近建筑物基础或地下管线埋深的挤土槽。同时,当槽身较大时,可在槽内灌水或护壁泥浆,以防止发生坍塌。该方法也是利用土槽,减小或避免挤土对邻近建筑物的影响。00134、控制打桩速度0014此种做法的主要目的是降低超孔隙水压力而引起的挤土效应。00155、采用防渗挤壁0016即在沉桩区邻近沿软土层埋深预先设置地下连续壁、水泥搅拌桩加固壁、旋喷加固壁、抗渗板桩以及排桩式砂桩、石灰桩、碎石桩等防护措施,其目的是减小超静孔隙水压力影响范围,并加强对沉桩邻近地区地基的约束作用,有效保护邻近建筑物。00176、设置防挤孔0018在沉桩区以及在靠近建筑物一侧,沿软土层埋深,。
6、于沉桩施工前按梅花形设置单排直径为30CM的深孔,并向孔内灌注泥浆护壁,以有利于地基土释放沉桩施工所引起的有说明书CN102877464A2/5页4效应力和超孔隙水压力的消散,并减小地基土体中的超静孔隙水压力和地基土体变形的影响范围和程度。0019从理论和工程实践都可证明,上述减小挤土效应传统的方法的确可以减轻挤土桩在沉桩过程中挤土效应。这些方法对于保证沉桩质量,减轻沉桩对周围环境的影响是行之有效的。但在使用上述方法的过程中,在取得成功的同时,也存在如下问题。00201、如果在设计时采用长桩,以达到增大桩距,减小桩距,最终达到减小挤土效应的目的,但这样做很可能产生桩基设计不合理、增加工程投资成。
7、本的后果。00212、如果采用采用预钻孔或设置挤土槽或采用打砂、砂袋井、碎石桩、砂石桩或塑料排水板,或采用防渗挤壁和设置防挤孔等方法,都会使工程投资增加,施工环节增多,工期拖长,这些都是与工程建设的目标不相适应的。即使光采用控制打桩速度,而不采取其他措施的方法,也可能使工程工期大为增加。0022国内外对挤土桩的挤土效应研究较多。如考虑挤土效应的桩基承载力分析彭吉等,2002,考虑了沉桩挤土效应引起的桩周土体的应力和孔隙比的变化及其对土体非线性性质的影响,修正了现有的荷载传递函数,编制了计算程序,并对一试桩资料进行计算分析;粘性土中沉桩引起的挤土效应分析与研究汪大龙,2002,就沉桩挤土引起的土。
8、体位移问题讨论了影响挤土效应的几个重要因素,通过工程实例,将土体竖向位移实测结果与理论计算结果的比较,验证了用本文所提出的方法计算土体位移的合理性;应用PHC桩的若干问题探讨黄志尚,2003,分析了由于挤土的影响而造成的沉桩难以达到设计标高问题。这些研究,主要是对挤土桩的挤土机理进行的研究,和从桩体之外寻找减少挤土效应的方法。尚未发现通过桩身自排水的方法,进行减小挤土效应的专题研究。发明内容0023针对属于挤土桩的钢筋混凝土预制方桩存在的上述诸多不足,此处采用自排水桩,即该种桩在具备正常桩基应有的功能外,桩本身具有加快孔隙水压力释放,排除孔隙水,减小挤土效应等作用。0024一种自排水桩,在钢筋。
9、混凝土预制方桩的四周外侧加竖向“V”形槽,沉桩施工时,用特制漏斗将干砂充填至“V”形槽中。0025所述的自排水桩在软土地区的应用。0026在预制桩沉桩过程中,在原先计划设置砂桩、砂袋井、碎石桩、砂石桩或塑料排水板处,首先沉自排水桩,这些已沉好的自排水桩在排水方面的作用就相当于原来所设置的砂桩、砂袋井、碎石桩、砂石桩或塑料排水板。同时,先沉的桩,均可为后沉桩的减压排水通道。这样,就将原来需多道工序、多种施工机械、多耗用材料施工的预制桩基变为一种桩机、一种施工机械、少耗用材料的预制桩基的施工。0027除此之外,该“V”形槽还有另外两个作用,其一是“V”形槽内的黄砂为松散结构,因此,在沉桩过程中,在。
10、桩侧土压力的作用下,势必要变密实,砂松散体积与密实体积之差又可容纳部分桩位土壤,也就是说,由于桩侧黄砂被压缩,也可减小部分挤土效应。所以,从减小挤土效应作用来看,其总的效应不小于图1的作用。其二是体现在增加桩基承载力方面。由于桩侧为摩擦系数远大于软土的黄砂,且桩周与四周土的接触面要比原方桩要大,所以,在承载力方面,该种产品要比原桩要大。这些是自排水桩所具备的优点的一个方面。也说明书CN102877464A3/5页5就是说,自排水桩在达到常用桩型作用之外,还具有常用桩型所没有的功能。除此之外,本产品与原有产品相比,还具有以下优点。00281、使施工环节大为减少0029为了达到减小挤土的目的,原方。
11、法中不是要另外钻孔,在孔内灌砂,就是设置防挤孔、挤土槽,或设置防渗壁。而本产品是在正常沉桩过程中,即可达到所有目的。因此,可以所使施工环节大为减少。00302、施工设备少0031由于要进行前述诸多工艺的施工,其施工机械除满足正常沉桩要求的机械外,至少还要增加钻孔及灌砂设备,或土方开挖设备等。00323、施工速度加快0033由于减少了施工环节和相应的施工工序,必将使施工工序大为加快。00344、减少施工成本或投资0035由于施工环节和施工设备的减少,同时也减少了不必要材料的消耗,所以也必将使工程成本或投资大为减少。00365、减小了沉桩力0037由于在沉桩的过程中,通过漏斗和设置在桩侧的“V”形。
12、槽,将黄砂充填到“V”形槽中,也就是说,边沉桩、边充填黄砂,这样,就将原桩侧与土体间的滑动摩擦变为在桩侧和桩侧土之间有黄砂的滚动摩擦,这必将减小沉桩力锤击能量或压桩力。附图说明0038图1砂井排水原理图;11为侧视图,12为俯视图;0039图2自排水桩排水原理图;21为侧视图,22为俯视图;0040图3自排水桩配筋示意图;0041图4自排水桩模板示意图;0042图5灌砂漏斗结构示意图;0043图6自排水桩灌砂工艺图;0044图7主承台下桩位图,压桩顺序图;0045图8桩设计断面图;0046图9桩配筋图;004710配筋;11灌砂漏斗;具体实施方式0048以下结合具体实施例,对本发明进行详细说明。
13、。00491、前述传统方法减小挤土效应的原理0050图1为原施工方法排除孔隙水压力的原理图,土壤中的孔隙水在超孔隙压力的作用下,进入砂石桩体,由于孔隙水的路径大为缩短,所以,孔隙水压力释放较快,从而降低了挤土效应。00512、自排水桩工作原理及优点0052自排水桩是针对挤土桩中的钢筋混凝土预制桩的情况而进行设计的。为了减轻在说明书CN102877464A4/5页6软土地区地基进行预制桩沉桩时,由于超静孔隙水压力增大而产生挤土效应,通过将原钢筋混凝土预制方桩设计成自排水桩,使自身具有加快孔隙水压力释放,排除孔隙水,减小挤土效应等作用。在不增加施工机械和施工难度的条件下同样可达到相应的目的。005。
14、3图2为自排水桩的外形示意图。即在正常的钢筋混凝土预制方桩的基础上,在其四周外侧加竖向“V”形槽,沉桩施工时,用特制漏斗将干砂充填至“V”形槽中。由于黄砂充满了“V”形槽,其排水原理与图1一样,即孔隙水通过设在桩侧、且在沉桩时充满黄砂的“V”形槽,四周“V”形槽就和图1中的砂桩的作用一样,缩短其排水路径,加速孔隙水的排除。0054自排水桩设计方法和步骤同普通钢筋混凝土预制桩。由于桩基设计要求钢筋混凝土预制方桩的主筋保护层不小于30MM,在进行该种桩设计时,可将其保护层设计为3540MM,这在钢筋混凝土预制方桩设计时是常用的。这样,其配筋仍可按断面完全方形设计。为保证在沉桩过程中,桩身不被打坏,。
15、建议在设计时尽可能采用静压沉桩工艺。接头为可为焊接接头,也可为浆锚式接头,如果桩断面较小,应尽可能使用浆锚式形式。0055钢筋混凝土预制桩的生产工艺包括制作和沉桩两个阶段。00561、制桩00571钢筋0058根据设计的要求,桩为正方形截面,配筋采用均匀配筋,截面尺寸及钢筋数量均满足设计,如图3所示。其余制作工艺同普通预制方桩。00592模板0060模板外形同普通钢筋混凝土预制方桩,但需在模板内侧加“V”形槽模,见图4,“V”形槽高为25MM,宽为100MM。顶面“V”形槽的制作可用“V”形槽模直接压制。00613混凝土浇筑0062混凝土浇筑同普通钢筋混凝土预制桩。00632、沉桩00641机。
16、械设备00651打压桩机0066与施工普通钢筋混凝土预制桩相同。00672漏斗0068漏斗用253MM钢板制作,见图5,下口宽度比设计用桩宽50MM,高为500MM,上口长度比下口宽1000MM。00692沉桩工艺0070放桩位桩机就位放置灌砂漏斗吊桩插桩在漏斗内放干砂打压桩接桩如设计不止一节桩打桩。0071黄砂用中细砂。但由于黄砂是在打压桩过程中,靠本身重力流入到桩侧“V”形槽内的,所以,为了保证砂有足够的流动性,施工时必须要使用经晒干或烘干的干砂。0072施工时,桩和漏斗配合见图6,桩从漏斗下口穿过,注入干沙。0073工程应用示例0074某六层框架结构工业厂房,长6176M,宽196M,总。
17、高225M。该工程位于苏北沿海地区,该地区是典型的沿海软土地区,土质为饱和淤泥质粘土,图纸设计为钢筋混凝土预制方桩,计361根。桩数较多,主承台下桩数8根,见图7,梅花状布置,中间两根,4周6根。说明书CN102877464A5/5页7桩断面为400400MM,每根桩长18M,上下两节各9M。设计和施工中如果不考虑措施,很可能导致打桩质量问题,并可能对周围环境产生影响。故,本工程尝试采用自排水桩。0075自排水桩的设计断面见图8,每边设置2个槽口,每个槽口宽100MM,深25MM,两个槽口间距160MM,槽口到桩边70MM;配8根直径16的HRB335钢筋,见图9。用硫磺胶泥接头。0076制桩。
18、模板木模板,“V”形槽采模板采用5MM钢板焊制,沿“V”形槽长度方向每250MM焊一加筋。用木螺丝固定在木模板上。“V”形槽下口宽100MM,高为25MM。0077漏斗采用25MM钢板焊制。0078桩基施工采用2500KN静力压桩机。压桩分两期进行,第一期先压每个承台的中间桩,如主承台1、2号桩,待所以承台的中间桩压完后,再压承台的其他桩,在压其他桩时,必须确保该承台的中间桩结束满3D。0079“V”形槽中的充填砂用本地常用的浇筑混凝土的中细砂,细度模数为35。0080图纸设计单桩最大压桩力为1650KN,本工程施工的最大压桩力均1600左右。设计图纸单桩极限承载力1800KN,最后试桩单桩极限承载力平均为1890KN。0081工程结束对桩进行验收,桩的平面、垂直误差均在规范允许的范围内,没有象邻近房屋施工那样,出现超过误差的现象。0082应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。说明书CN102877464A1/4页8图1图2图3说明书附图CN102877464A2/4页9图4图5说明书附图CN102877464A3/4页10图6图7说明书附图CN102877464A104/4页11图8图9说明书附图CN102877464A11。