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1、10申请公布号CN103603335A43申请公布日20140226CN103603335A21申请号201310549637122申请日20131108E02D5/28200601E02D5/48200601E02D5/62200601E02D15/0420060171申请人河海大学地址210098江苏省南京市鼓楼区西康路1号72发明人黄挺郑金海侯利军74专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人虞希光54发明名称一种减少土表堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩57摘要本发明公开了一种减少土表堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩，包括钢管桩、翼板、斜撑钢板、注浆导管、封底钢板。翼板。
2、位于钢管桩两侧，对称竖直连接至钢管桩外壁；封底钢板位于钢管桩桩端附近，与钢管内壁连接；注浆导管布置在钢管桩内壁，沿圆周均匀布置，顶部与钢管桩平齐，底部略伸出封底钢板。该钢管隔离桩通过桩侧设置翼板承担更多土表堆载的荷载作用，并可采用桩端注浆的方法提高自身承载性能，控制桩身沉降，从而有效阻隔堆载附加应力在地基土体内的传播，可以达到减少土表堆载对临近已有工程桩基水平推力、负摩阻力作用的目的。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图3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3页10申请公布号CN103603335ACN103603335A1/1页21一种减少土表。
3、堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩，其特征在于隔离桩为打入桩，隔离桩桩身主体为钢管桩，近地表桩身外围设置有竖向翼板，对于堆载影响显著且桩端持力层较差的状况，钢管桩内部设置用于桩端注浆的注浆导管所述加翼钢管隔离桩主体为钢管桩，其外直径为6002000MM，壁厚为1030MM，在据桩端为12D（D为桩外直径）处设置封底钢板，封底钢板外径略小于钢管桩内径，焊接于钢管桩内壁；所述翼板由平钢板制成，厚度为20MM，高度为13D，宽度为0515D，翼板沿桩外周对称竖直布置，单根钢管桩所用翼板为2块或者4块，翼板所在平面或者所在对称面垂直土表堆载与工程桩基连线方向，当翼板宽度为115D时，钢管桩单侧采用两块。
4、翼板组成楔板的形式与钢管桩外壁连接，钢板夹角取10O；当翼板宽度为051D时，钢管桩单侧采用一块翼板，与钢管桩外壁连接并设置斜撑钢板，翼板采用焊接的方式固定在钢管桩外壁两侧；所述注浆导管为钢管，导管底部布置有注浆阀，导管焊接在钢管桩内壁，注浆导管根据桩径大小设置，对于直径不大于1200MM的桩，沿圆周对称设置2根；对于直径大于1200MM的桩，对称设置4根，注浆导管在桩顶位置与桩壁平齐，注浆导管底部伸出桩端封底钢板长为50MM。权利要求书CN103603335A1/5页3一种减少土表堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩技术领域0001本发明属于桩基工程技术领域，涉及土表堆载对临近构筑物桩基础影响。
5、的隔离方法，以及钢管隔离桩的优化设计。0002技术背景0003土表大面积堆载在实际工程中是较常见的荷载形式。如果工程场地为软土及其他具有较大压缩性的地基土，地基土体在大面积堆载作用下会产生较大沉降，当地基土体竖向沉降大于所在影响区域的桩基沉降后，会造成桩基的负摩阻力作用。桩基础在负摩阻力作用下将导致桩身轴力、桩基沉降增加，严重时造成桩身强度破坏、桩端持力层破坏以及上部结构不均匀沉降破坏等严重后果。如果堆载分布在桩基单侧时，那么除了对桩基产生竖向负摩阻力作用，还会产生水平向推力作用，产生更不利的影响。这些对桩基的不利影响在目前工程中较为常见，例如，单侧人工岛堆载对沉管底桩基的作用、路堤填方对桥台。
6、桩基的作用、货物堆载对码头桩基的作用等。研究土表堆载作用下的桩基减灾控制措施具有普遍意义，而且对于工程安全意义重大。0004自20世纪30年代提出桩基负摩阻力概念以来，如何减少大面积堆载作用在桩身上的负摩阻力一直是工程界、学术界关注的焦点。目前桩基负摩阻力消减方法有涂层法、套管法、换土置换法、隔离桩法，其中以沥青涂层法较为常用。然而沥青涂层法存在固有缺陷沥青材料本身的化学成分在地下长期使用过程中容易对地下水造成污染；并且沥青涂层对减小负摩阻力影响的效果受温度、时间等因素影响明显。由于我国桩基使用中仍以钢筋混凝土桩为主，沥青涂层主法要适用于钢管桩，工程推广不多。隔离桩法，即在堆载和工程桩基之间布。
7、置额外的若干桩基，通过形成遮蔽效应降低堆载引起的工程桩基周围土体的附加应力，实现减少工程桩基负摩阻力作用的目的。该方法相比沥青涂层法，环保无污染；相对内外套管法，制作、施工的要求较低；无需对土体进行处理，避免进一步破坏环境。隔离桩法由于更加符合人们日益提高的环保、节能的观念。0005为了进一步提高隔离桩的隔离效果，特别是增强土表单侧堆载时对工程桩基水平推力和负摩阻力的隔离效果，提出了加翼隔离桩方法，并且针对工程桩基先于土表堆载存在的工况，提出了带桩端注浆功能的加翼隔离桩。该加翼隔离桩主体为钢管桩，在近地表的桩身外壁设置翼板，桩端为闭口设置，桩身内可埋设注浆导管。0006该加翼隔离桩在隔离负摩阻。
8、力方面，因为翼板增大了负摩阻力作用桩段的桩土接触面积，令隔离桩承担更多负摩阻力，从而有效减少作用在工程桩基上的负摩阻力。在隔离水平推力方面，因为翼板获取更多桩侧水平土抗力，同时在一定程度上增加了桩身刚度，有助于控制隔离桩变形、令隔离桩承担更多水平推力达到进一步减少作用在工程桩基上水平推力的目的。在提供相同桩基水平承载性能的条件下，相比通常全桩长增大桩径的方法，近土表桩侧设置翼板能够更加省桩身材料。桩端注浆可为桩端持力层的不良情况提高隔离桩的桩端阻力，通过控制隔离桩桩身沉降，限制桩土相对位移的产生，进而减少堆载荷载的不说明书CN103603335A2/5页4利作用向工程桩传播，提升普通隔离桩的隔。
9、离效果。0007加翼钢管隔离桩通过承担更多土表堆载的作用，并可采用桩端注浆的方法提高自身承载性能、控制桩身沉降，从而有效阻隔土表堆载附加应力在地基土体内的传播，达到减少土表堆载对工程桩基水平推力、负摩阻力作用的目的。相比普通隔离桩，近土表桩侧设置翼板有效提高了单桩隔离效果，因此在实际工程中可以适当增大隔离桩的桩间距，从而有效减少隔离桩的使用量，减少工程投资。0008发明内容0009技术问题本发明所解决的技术问题是提供一种消减土表大面积堆载对临近桩基不利影响的方法。通过设置若干等间距分布的带桩端注浆功能的加翼钢管隔离桩，有效消减堆载造成的桩基负摩阻力作用以及水平推力作用，保证工程桩基具备良好的工。
10、作性能和安全性能。0010技术方案本发明通过以下技术方案来实现一种减少土表堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩，其特征在于隔离桩为打入桩，隔离桩桩身主体为钢管桩，近地表桩身外围设置有竖向翼板。翼板为平钢板。对于堆载影响显著且桩端持力层较差的状况，钢管桩内部设置用于桩端注浆的注浆导管。0011所述加翼钢管隔离桩主体为钢管桩，其外直径为6002000MM，壁厚为1030MM。桩长根据工程实际地质状况进行设计，桩端宜设置在良好的持力层上。为增加端阻力，同时基于打入钢管桩的土塞效应考虑，在据桩端为12D（D为桩外直径）处设置封底钢板，封底钢板外径略小于钢管桩内径，焊接于钢管桩内壁。0012所述翼板由平钢。
11、板制成，厚度为20MM，高度为13D，宽度为0515D。翼板沿桩外周对称竖直布置，单根钢管桩所用翼板为2块或者4块，翼板所在平面或者所在对称面垂直土表堆载与工程桩基连线方向。为确保抵抗变形能力，当翼板宽度为115D时，钢管桩单侧采用两块翼板组成楔板的形式与钢管桩外壁连接，钢板夹角取10O；当翼板宽度为051D时，钢管桩单侧采用一块翼板，与钢管桩外壁连接并设置斜撑钢板。翼板采用焊接的方式固定在钢管桩外壁两侧，与钢管桩外壁连接前需对焊接位置做清理，确保焊接质量。0013所述注浆导管为钢管，导管底部布置有注浆阀，导管焊接在钢管桩内壁，注浆导管根据桩径大小设置。对于直径不大于1200MM的桩，沿圆周对。
12、称设置2根；对于直径大于1200MM的桩，对称设置4根。注浆导管在桩顶位置与桩壁平齐。注浆导管底部伸出桩端封底钢板长为50MM。桩端注浆应根据总的注浆量以及注浆压力控制。注浆量取水泥质量15DT。对于饱和土，浆液的水灰比为045065；对于非饱和土，浆液的水灰比为0709（松散碎石土、砂砾为0506）；低水灰比浆液宜掺入减水剂。对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力为36MPA；对于饱和土层注浆压力为123MPA；软土取低值，密实黏性土取高值。注浆流量不超过75L/MIN。0014所述加翼钢管隔离桩距工程桩设置距离为5D3D，纵向间距为6D12D。0015有益效果与现有技术相比，本发明具有以。
13、下有益效果说明书CN103603335A3/5页51对于侧方土表堆载对工程桩的水平推力作用，由于桩侧设置了竖向翼板，相比普通桩基，加翼隔离桩扩大土体侧向变位的拦截面积，并且在一定程度上加强了桩土抗弯刚度，能够承担了更多的水平推力的作用。由于加翼隔离桩具有较强的承担水平推力的工作性能，故可以明显减少作用在工程桩上的水平力，具有比普通隔离桩更显著的水平推力隔离效果。00162对于侧方土表堆载对工程桩的负摩阻力作用，由于桩侧设置了竖向翼板，相比普通桩基，加翼隔离桩扩大桩土接触面积，能够承担了更多的负摩阻力作用。由于加翼隔离桩具有较强的获取负摩阻力的工作性能，故可以明显减少作用在工程桩上的负摩阻力，具。
14、有比普通隔离桩更显著的负摩阻力隔离效果。00173本发明的加翼隔离桩桩端封闭并且具有桩端注浆功能。对于隔离桩桩端持力层较差的情况，通过桩端注浆可以有效提升隔离桩竖向承载性能，对水平向承载性能也能得到一定提升。隔离桩承载性能的提升可以有效的限制隔离桩与工程桩之间的土体变位，进而提升隔离效果。00184相比普通隔离桩，本发明所提出的带桩端注浆功能的加翼隔离桩由于有效提高了单桩隔离效果，因此在实际工程中可以适当增大隔离桩的桩间距，从而有效减少隔离桩的使用数量，减少工程投资，具有显著的经济效益。00195在提供相同桩基水平承载性能的条件下，相比常规全桩长增大桩径以提升桩基水平承载力的方法，本发明所提出。
15、的带桩端注浆功能的加翼隔离桩，只在近土表桩侧设置翼板能够更加节省桩身材料。0020附图说明0021图1为本发明带注浆功能的加翼钢管隔离桩。0022图2为本发明带注浆功能的加翼钢管隔离桩的俯视图。其中图A为翼板宽为115D时加翼钢管桩的俯视图；图B为翼板宽为051D时加翼钢管桩的俯视图。0023图3为本发明带注浆功能的加翼钢管隔离桩的正视图。其中图A为翼板宽为115D时加翼钢管桩的正视图；图B为翼板宽为051D时加翼钢管桩的正视图。0024图4为本发明带注浆功能的加翼钢管隔离桩的侧视图。其中图A为翼板宽为115D时加翼钢管桩的侧视图；图B为翼板宽为051D时加翼钢管桩的侧视图。0025图5为本发。
16、明的桩端布置细部大样图图中1钢管桩；2翼板；3注浆导管；4斜撑钢板；5封底钢板；6注浆液；7注浆阀；8注浆加固区域；9土表堆载产生的荷载作用。0026具体实施方式0027下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。0028所述承受土表堆载产生的荷载作用（9）的带注浆功能的加翼钢管隔离桩主体为钢管桩（1），其外直径为6002000MM，壁厚为1030MM。桩长根据工程实际地质状况进行设计，桩端宜设置在良好的持力层上。为增加端阻力，同时基于打入钢管桩的土塞效应考虑，说明书CN103603335A4/5页6在据桩端为12D（D为桩外直径）处设置封底钢板（5），封底钢板（5）外径略小于钢管桩（1）内。
17、径，焊接于钢管桩（1）内壁。0029所述翼板（2）由平钢板制成，厚度为20MM，高度为13D，宽度为0515D。翼板（2）沿桩外周对称竖直布置，单根钢管桩（1）所用翼板（2）为2块或者4块，翼板（2）所在平面或者所在对称面垂直土表堆载与工程桩基连线方向。为确保抵抗变形能力，当翼板（2）宽度为115D时，钢管桩（1）单侧采用两面翼板（2）组成楔板的形式与钢管桩（1）外壁连接，钢板夹角取10O；当翼板（2）宽度为051D时，钢管桩（1）单侧采用一面翼板（2），与钢管桩（1）外壁连接并设置斜撑钢板（4）。翼板（2）采用焊接的方式固定在钢管桩（1）外壁两侧，与钢管桩（1）外壁连接前需对焊接位置做清理，。
18、确保焊接质量。0030所述注浆导管（3）为钢管，注浆导管（3）底部布置有注浆阀（7），注浆导管（3）焊接在钢管桩（1）内壁，注浆导管（3）数量根据桩径大小设置。对于直径不大于1200MM的桩，沿圆周对称设置2根；对于直径大于1200MM的桩，对称设置4根。注浆导管（3）在桩顶位置与桩壁平齐。注浆导管（3）底部伸出桩端封底钢板（5）长为50MM。根据总的注浆量以及注浆压力控制桩端注浆施工。注浆量取水泥质量15DT。对于饱和土，浆液的水灰比为045065；对于非饱和土，浆液的水灰比为0709（松散碎石土、砂砾为0506）；低水灰比浆液宜掺入减水剂。对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力为36MP。
19、A；对于饱和土层注浆压力为123MPA；软土取低值，密实黏性土取高值。注浆流量不超过75L/MIN。通过桩端注浆形成的桩端土体注浆加固区域（8）。0031所述加翼钢管隔离桩距工程桩设置距离为5D3D，纵向间距为6D12D。0032本发明所提供的隔离桩的实施例如下实施例1，消减土表堆载对新打入工程桩基的影响，不启用注浆功能。0033位于近海人工岛上的某隧道工程。其工程地质条件为地表下020米为淤泥质土，20米以下为较密实砂土。通过大面积吹填方式形成海上人工岛，筑岛完工后形成对海床淤泥质土高为10米的堆载。现从人工岛中部开挖海底沉管隧道，沉管隧道底部采用桩基础提供竖向支撑，钢管桩顶与海床面平齐。由。
20、于堆载作用下淤泥质土的缓慢固结沉降，将形成对沉管桩基的负摩阻力以及水平向推力的作用，为确保沉管隧道正常运行以及工程安全，需在沉管桩基外侧设置一排隔离桩。0034隔离桩采用本发明加翼钢管隔离桩。选用直径为1200MM，壁厚为20MM的钢管桩（1），桩长为224M，穿越淤泥质土层，进入砂土层24M。0035具体实施步骤如下1在钢管桩（1）内部距桩端往上24M（2D）位置处布置封底钢板（5）。所述封底钢板（5）采用厚度30MM的圆钢板，外径略小于钢管桩（1）内径，采用焊接的方式与钢管桩（1）内壁连接。00362桩侧翼板（2）由尺寸为高为36M（3D），宽为180（15D）M，厚为20MM的钢板制成。。
21、钢管桩（1）单侧采用两面翼板（2）组成楔板的形式与钢管桩（1）外壁连接，钢板夹角取10O。翼板沿桩外周对称竖直布置，翼板（2）采用焊接的方式固定在钢管桩（1）外壁两侧，与钢管桩（1）外壁连接前需对焊接位置做清理，确保焊接质量。00373完成上述钢管桩（1）的加工步骤后，采用打桩机将钢管桩（1）打入，翼板（2）所在对称面垂直土表堆载与工程桩基连线方向。钢管桩（1）设置在距沉管桩基4D处，钢管桩说明书CN103603335A5/5页7（1）纵向布置间距9D。0038实施例2，消减土表堆载对已有工程桩基的影响，启用注浆功能。0039某新建工程的地质条件为地表下020米为软黏土层，20米以下为较密实砂。
22、土。临近原有工程基础为桩基础，新建工程完工后由于土表堆载作用下软黏土的缓慢固结沉降，将形成对已有桩基的负摩阻力以及水平向推力的作用，为确保已有建筑物正常运行以及工程安全，需在原有桩基外侧设置一排隔离桩。0040隔离桩采用本发明带注浆加翼钢管隔离桩。选用直径为1200MM，壁厚为20MM的钢管桩（1），桩长为224M，穿越软黏土层，进入砂土层为24M。具体实施步骤如下1在钢管桩（1）内壁沿桩周对称布置四根注浆导管（3），所述注浆导管（3）为钢管，外直径42MM（内直径32MM），长度为2005M。焊接在钢管桩（1）内壁。注浆导管（3）在桩顶位置与钢管桩（1）平齐。00412在钢管桩（1）内部距桩。
23、端往上24M（2D）位置处布置封底钢板（5）。所述封底钢板（5）采用厚度30MM的圆钢板，外径略小于钢管桩（1）内径，采用焊接的方式与钢管桩（1）内壁连接。封底钢板（5）四周留有四个用于注浆导管（3）通过的圆孔，采用焊接的方式与钢管桩（1）内壁以及注浆导管（3）连接。注浆导管（3）为钢管，注浆导管（3）底部布置有注浆阀（7），注浆导管（3）焊接在钢管桩（1）内壁，注浆导管（3）底部伸出桩端封底钢板（5）长50MM。00423桩侧翼板（2）由尺寸为高为36M（3D），宽为180（15D）M，厚为20MM的钢板制成。钢管桩（1）单侧采用两块翼板（2）组成楔板的形式与钢管桩（1）外壁连接，钢板夹角取。
24、10O。翼板沿桩外周对称竖直布置，翼板（2）采用焊接的方式固定在钢管桩（1）外壁两侧，与钢管桩（1）外壁连接前需对焊接位置做清理，确保焊接质量。00434完成上述钢管桩（1）的加工步骤后，采用打桩机将钢管桩（1）打入，翼板（2）所在对称面垂直土表堆载与工程桩基连线方向。钢管桩（1）设置在距沉管桩基4D处，钢管桩（1）纵向布置间距9D。00445待钢管桩（1）打设完成后，根据总的注浆量以及注浆压力控制桩端注浆施工。注浆量根据经验取水泥质量15DT，浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，取045065。桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，取123MPA。注浆流量不宜超过75L/MIN。通过桩端注浆形成的桩端土体注浆加固区域（8）。说明书CN103603335A1/3页8图1图2说明书附图CN103603335A2/3页9图3图4说明书附图CN103603335A3/3页10图5说明书附图CN103603335A10。