一种抗液化排水预制混凝土方桩技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体地涉及一种抗液化排水预制混凝土方桩。
背景技术
在地震作用下，如松散砂土地基中将产生超孔隙水压力，若超孔隙水压力得不到及时消
散将逐渐积累，如果超孔隙水压力积累值达到土的有效应力则土颗粒将悬浮，地基土将由固
体变为液体，从而导致地基失去承载能力，造成建(构)筑物倒塌，地基液化现象已成为场
地地震破坏的重要原因之一。
针对地基液化失效的机理，发展了多种可液化地基处理方法，其中，碎石桩复合地基法
是常用的抗液化加固措施之一。一方面，碎石桩渗透性较大，有利于超孔隙水压力的迅速消
散；一方面，通过碎石桩施工过程中的振密和挤密作用，使松散砂土变得密实，减少了地基
土的液化势；另外，由于碎石桩具有一定的刚度，地震时可分担更多的地震荷载(桩体效应)，
减小了超孔隙水压力的产生。
尽管碎石桩可以提高地基的抗液化能力并在一定程度上提高了地基的承载力，但是由于
碎石桩为散体材料，桩体强度的大小靠周围土体对它的约束作用，因此，碎石桩桩体效应的
发挥和对地基承载力的提高幅度有限，对很多工程难以满足承载力的要求。
尽管刚性桩可以提高地基的承载力，但是由于刚性桩本身不能排水，因此地震时难以及
时排出地基中的超孔隙水压力，从而导致地基土液化破坏。
文献1《刚体排水桩的研究》(参见建设科技，2012年第3期，33-35，马鸿春，张宗贤
等)，给出了一种刚体排水桩。该刚体排水桩是在桩体内设置排水体，通过抽取桩体本身的水
气，形成真空，使桩体与周围土体之间形成压力差，把桩体周围土体的水气抽走，增大土的
摩擦系数来提高桩的承载力，这类桩可用于软土地基处理。对于可液化土层，地震时无法实
现桩体的真空度、无法保证桩土之间的压力差，难以实现超孔压的及时消散。
文献2《刚性排水桩的透水结构》(参见实用新型专利200820037906.0)给出了一种刚性
排水桩的透水结构，该结构在预制透水混凝土管中沿轴向设通孔，在预制透水混凝土管的立
面上沿轴线方向设第一排水槽、沿径向设第二排水槽，排水槽外设透水膜，水通过透水膜进
入第一排水槽，再从第一排水槽进入第二排水槽经第二排水槽进入通孔，通孔中的水再有真
空泵抽出。由于预制透水混凝土管内设置通孔及第二排水槽从而严重削弱了桩体的整体刚度，
同时，其排出的水要从透水混凝土管内部抽走，在水被抽走的过程中，水是从中心向四周对
透水混凝土管进行侵蚀，因此，对透水混凝土管的强度造成了严重影响，使得该桩只能作为
排水用而无法提高地基的承载力、地震时无法发挥桩体效应；用透水膜覆盖于排水槽上且凹
陷于排水桩的立面，当所处理土层埋置较深、土压力和水压力较大时宜破裂。该结构可用于
软土的地基加固而不能用于地震时地基抗液化。
文献3《刚性排水桩的技术开发与抗液化特性试验研究》(参见第一届全国工程安全与防
护学术会议,2008年531-535.刘汉龙等)给出了一种抗液化排水刚性桩。该刚体排水桩是在
刚性桩侧面设置圆形或方形凹槽，在圆形凹槽内设置钢丝软管，在方形凹槽内放置塑料排水
板。由于塑料排水板较薄，有效排水通道不足，不能保证地震时超孔隙水的及时消散，开孔
钢丝软管宜锈蚀。
另外，现有相关排水桩要么构造复杂难以施工、要么排水通道偏少使得超孔隙水压力不
能及时消散而引起液化。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种抗液化排水预制混凝土方桩，该桩桩体强度高可
满足提高地基承载力的要求，地震时可充分发挥桩体效应减小液化，排水通道足够可保证超
孔隙水压力及时消散，同时构造简单、施工方便，利于批量生产。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种抗液化排水预制混凝土方桩，包括预制混凝土方桩，在所述的预制混凝土方桩的侧
面沿方桩的纵向方向设有未贯穿其顶面和底面的凹槽，所述的凹槽与纵向设置的铝合金扣板
围合成竖向空腔，在铝合金扣板上设有透水孔，所述的透水孔外侧设有粘贴在预制混凝土方
桩表面的滤水型土工织物；铝合金扣板上端与凹槽端部预留水平排水口；水透过滤水型土工
织物进入竖向空腔从水平排水口排出。
进一步的，所述的凹槽包括多个，且预制混凝土方桩相对的两个侧面上的凹槽对称设置，
可两面对称设置也可以是四面对称设置。
进一步的，所述的空腔纵向长度应按要求处理液化的深度确定，一般应穿越可液化土层。
进一步的，所述的空腔横截面宽度为50mm，以便于混凝土浇筑、保证排水通道足够。
进一步的，所述的带孔铝合金扣板，扣板厚度为3mm以保证足够强度。
进一步的，所述的滤水型土工织物，贴于透水孔外侧以防止土颗粒进入空腔以保证排水
通道畅通。
进一步的，所述的桩体截面边长为b＝b0+50×n，其中，b为前述的抗液化排水预制混凝土
方桩边长，b0为原无空腔预制混凝土方桩边长，n为单面空腔数，以保证桩体承载力。
进一步的，当桩体截面边长小于300mm时，桩体两面对称设置空腔，且每个面上仅仅设
置一个空腔。
进一步的，所述的铝合金扣板上纵向间隔的设置有多组透水孔，每组透水孔包括多个透
水孔，每个透水孔直径为3-5mm，保证地基地震时产生的超孔隙水能迅速通过透水孔进入空
腔排水。
进一步的，所述的铝合金扣板上端未到达预留凹槽顶端，与预留凹槽顶端形成高度为50mm
水平排水口。
进一步的，所述的水平排水口与垫层中设置的水平向排水通道相连通，水平排水口处设
置不锈钢滤网片。
桩体的制作按照混凝土方桩加工制作方法进行，须在侧壁预留出凹槽作为排水桩的空腔。
铝合金扣板可采用定尺加工的铝合金型材，在侧壁按照可液化土层的深度和范围，用机械方
式钻孔，透水孔的直径为3-5mm，长度方向可采用机械连接。带孔铝合金扣板与凹槽围合，
用结构胶密封，形成空腔。滤水型土工织物通过结构胶粘贴在透水孔范围内预制混凝土方桩
表面阻挡土颗粒进入空腔发生堵塞。水平排水口处设置的不锈钢滤网片可采用定尺加工。
本发明在施工过程中，通过常规打桩设备将抗液化排水预制混凝土方桩打到预设深度。
在地震时，地基中的超孔隙水通过滤水型土工织物和透水孔进入空腔，地震时产生的孔隙水
压力随深度增大而增大，水自然会流出；空腔中水会通过竖向排水通道迅速到达水平排水口
并进入垫层，达到消除液化加速软土地基固结的目的。
本发明的效果在于：
本发明在预制混凝土方桩基础上增加了竖向排水措施，且不影响原结构构件的强度和力
学性能，兼具碎石桩和刚性桩的优点。与碎石桩相比，桩体刚度大，有利于提高地基承载力、
发挥桩体效应；与刚性桩相比，排水性能好，有利于超孔隙水压力及时排出；与多元桩(碎
石桩与刚性桩)复合地基抗液化加固措施相比，施工简单。
本发明的排水是通过预制混凝土方桩的外侧竖向空腔排出的，水在排出的时候其侵蚀是
通过预制混凝土方桩和铝合金扣板共同承担的，同时带孔铝合金扣板强度高且不易拉裂、变
形、老化和腐蚀，能有效保证排水通道的畅通和有效排水面积，因此，本发明可以在地震时，
保证排水的同时，不影响桩体本身强度。另外，本发明排水空腔的排水横截面大，有利于地
震时超孔隙水压力及时排出。本发明不仅满足抗液化要求，还能提高地基承载力减小地基沉
降量及加速震后地基固结。
本发明中的预制混凝土方桩、带孔铝合金扣板、滤水型土工织物可在工厂或现场批量生
产，造价较低。
本发明制作工艺简单，施工方便，通过常规打桩设备即可完成，利于在工程中推广。
本发明可用于液化地基处理，也可用于软土地基的加固，工程应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术
描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实
施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
图1为抗液化排水预制混凝土方桩侧面示意图；
图2为抗液化排水预制混凝土方桩双面双腔结构局部示意图；
图3为抗液化排水预制混凝土方桩双面单腔结构局部示意图；
图4为图3中I-I剖面图；
图5为带孔铝合金扣板侧视图；
图6为带孔铝合金扣板断面图。
图中：1混凝土方桩，2空腔，3铝合金扣板，4土工织物，5透水孔，6水平排水口。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，针对目前的碎石桩和刚性桩存在的技术问题，本发明提供了一
种抗液化排水预制混凝土方桩，该桩桩体强度高可满足提高地基承载力的要求，地震时可充
分发挥桩体效应减小液化，排水通道足够可保证超孔隙水压力及时消散，同时构造简单、施
工方便，利于批量生产。
如图1-图6所示，抗液化排水预制混凝土方桩，包括预制混凝土方桩1，在所述的预制
混凝土方桩的侧面沿方桩的纵向方向设有未贯穿其顶面和底面的凹槽，所述的凹槽与纵向设
置的铝合金扣板围成竖向空腔2，在铝合金扣板3上设有透水孔5，透水孔5外侧设有粘贴在
预制混凝土方桩表面的滤水型土工织物4，铝合金扣板上端与预留凹槽顶端之间空隙为水平
排水口6，水平排水口处设置不锈钢滤网片。
本发明在预制混凝土方桩基础上增加了竖向排水措施，且不影响原结构构件的强度和力
学性能，兼具碎石桩和刚性桩的优点。与碎石桩相比，桩体刚度大，有利于提高地基承载力、
发挥桩体效应；与刚性桩相比，排水性能好，有利于超孔隙水压力及时排出；与多元桩(碎
石桩与刚性桩)复合地基抗液化加固措施相比，施工简单；
本发明的排水是通过预制混凝土方桩的外侧竖向空腔排出的，水在排出的时候其侵蚀是
通过预制混凝土方桩和铝合金扣板共同承担的，同时带孔铝合金扣板强度高且不易拉裂、变
形、老化和腐蚀，能有效保证排水通道的畅通和有效排水面积，因此，本发明可以在地震时，
保证排水的同时，不影响桩体本身强度。另外，本发明排水空腔的排水横截面大，有利于地
震时超孔隙水压力及时排出。本发明不仅满足抗液化要求，还能提高地基承载力减小地基沉
降量及加速震后地基固结。
预制式时，在对称侧面设置长方形或方形凹槽，凹槽凹进深度为50mm。凹槽长度应按要
求处理液化的深度确定，一般应穿越可液化土层。
带孔的铝合金扣板3的厚度3mm，透水孔5的直径3-5mm，保证地基地震时产生的超孔隙
水能迅速通过透水孔进入空腔排水。
带孔的铝合金扣板与凹槽围合，用结构胶密封，形成空腔2。
在透水孔外侧粘贴滤水型土工织物4，在水平排水口6处设置不锈钢滤网片。
桩体截面边长为b＝b0+50×n，其中，b为前述的抗液化排水预制混凝土方桩边长，b0为原
无空腔预制混凝土方桩边长，n为单面空腔数，以保证桩体承载力。
空腔横截面宽度为50mm，以便于混凝土浇筑、保证排水通道足够。
带孔的铝合金扣板3，扣板厚度为3mm以保证足够强度。
滤水型土工织物，贴于透水孔外侧以防止土颗粒进入空腔以保证排水通道畅通。
在施工过程中，通过常规打桩设备将抗液化排水预制混凝土方桩打到预设深度。地基中
的超孔隙水可通过滤水型土工织物4和透水孔5进入空腔2，并通过水平排水口6迅速排出，达
到消除液化加速软土地基固结的目的。
本发明中的预制混凝土方桩、带孔铝合金扣板、滤水型土工织物可在工厂或现场批量生
产，造价较低。
本发明制作工艺简单，施工方便，通过常规打桩设备即可完成，利于在工程中推广。
本发明可用于液化地基处理，也可用于软土地基的加固，工程应用范围广。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限
制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付
出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。