一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩及其施工方法.pdf

本发明涉及一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩及其施工方法，属于软土地基处理技术领域。带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩是由竖向加筋式土工合成材料层、圆形箍筋及填充散体桩孔内部的散体材料层构成，使用铁丝把圆形箍筋沿散体桩孔竖直方向等间距水平固定在竖向加筋式土工合成材料层内侧上，竖向加筋式土工合成材料层内部充填散体材料层，经过密实形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩。与现有技术相比，本发明能够充分利用桩体与土体之间的摩擦力，提供径向约束力，有效减小沉降，明显提高复合地基的承载能力，携带与施工方便，具有预制性，工程造价较低，适应工业化生产需求。

1.  一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，其特征在于，所述异形散体桩置于软土地基（7）中，所述异形散体桩的顶部位于地表(1)处，由散体桩孔（2）、竖向加筋式土工合成材料层（3）、圆形箍筋（4）、铁丝（5）及散体填料（6）构成，竖向加筋式土工合成材料层（3）放置于散体桩孔（2）内，圆形箍筋（4）通过铁丝（5）沿散体桩孔（2）竖直方向等间距水平固定于竖向加筋式土工合成材料层（3）的内侧，通过圆形箍筋（4）把竖向加筋式土工合成材料层（3）沿竖直方向分隔成若干块，竖向加筋式土工合成材料层（3）内填充散体材料层（6），经过密实最终形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩。

2.  根据权利要求1所述的一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，其特征在于：所述散体桩孔（2）为圆柱形散体桩孔。

3.  根据权利要求1所述的一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，其特征在于：所述的竖向加筋式土工合成材料层（3）采用具有抗拉强度和透水性的土工格栅、土工布、土工模袋或土工包中任一种；竖向加筋式土工合成材料层（3）的管径及高度与散体桩孔（2）的直径及高度大小一致，其下部由铁丝（5）进行封口绑扎。

4.  根据权利要求1所述的一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，其特征在于：所述圆形箍筋（4）是使用铁丝沿着散体桩孔（2）竖直方向等间距水平固定在竖向加筋式土工合成材料层（3）的内侧，且固定点之间的间距取为散体桩孔（2）直径的大小；当散体桩孔（2）的直径小于等于800mm时，选用圆形箍筋直径大于6mm；当散体桩孔（2）的直径大于800mm时，选用圆形箍筋直径大于8mm。

5.  根据权利要求1所述的一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，其特征在于：所述的散体材料层（6）是碎石或者砂，其中碎石取粒径小于6cm的散体填料层，散体材料层中所述砂用中粗砂或砾砂。

6.  一种如权利要求1所述的一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩的施工方法，其特征在于：所使用的施工方法为闭口沉管挤土法或者套管击实法，施工步骤如下：
一、闭口沉管挤土法
1）振动沉管成孔
采用振动式打桩机，当沉管机械就位后，在软土地基（7）的地表（1）利用锤重及桩管自重将沉管徐徐压入1-2m后开动振动锤振动沉管，每下沉0.5-1m留振5-10s，直至设计深度，这时在软土地基(7)中形成了一个圆筒形地下散体桩孔（2）；
2）安装竖向加筋式土工合成材料层（3）
将竖向加筋式土工合成材料层（3）由铁丝（5）固定好圆形箍筋（4），在竖向加筋式土工合成材料层（3）中，预先放入适量散体材料层（6），利用散体材料层（6）、圆形箍筋4及竖向加筋式土工合成层（3）的自重作用，自动沉入到圆筒形地下散体桩孔（2）的底部，完成竖向加筋式土工合成材料层（3）的安装；
3）施工形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩
通过振动式打桩机上的料斗，向圆筒形地下散体桩孔（2）内投注散体材料层（6），当散体桩孔（2）内的碎石高度大于散体桩孔（2）高度的1/3时，方可上拔沉管，拔管前应先振动5-10s，边振边拔，每拔高度0.5m-1.0m停振，如此反复直至将全管拔出，经过密实最终形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，从而形成复合地基；
二、套管击实法
1）锤击套管成孔
采用蒸汽打桩机或柴油打桩机，当桩管垂直就位后，在软土地基（7）的地表（1）上锤击内管和外管，下沉到规定的深度，这时在软土地基（7）中形成了一个圆筒形地下散体桩孔（2）；
2）安装竖向加筋式土工合成材料层（3）
将竖向加筋式土工合成材料层（3）由铁丝（5）固定好圆形箍筋（4），拔起内管，在竖向加筋式土工合成材料层（3）中，预先放入适量散体材料层（6），利用散体材料层（6）、圆形箍筋（4）及竖向加筋式土工合成层（3）的自重作用，自动沉入到圆筒形地下散体桩孔（2）的底部，完成竖向加筋式土工合成材料层（3）的安装；
3）施工形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩
竖向加筋式土工合成材料层（3）的安装完成后，向圆筒形地下散体桩孔（2）内填筑散体材料层（6），放下内管到外管内的散体材料层（6）面上，拔起外管到与内管地面平齐，锤击内管和外管将散体材料层（6）压实，拔起内管向外管内灌注散体材料层（6），重复上述过程，直到桩管拔出地面，经过击实最终形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，从而形成复合地基。

一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩及其施工方法
技术领域
本发明属于土木工程领域，尤其是涉及软土地基处理技术领域，具体涉及一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩及其施工方法。
背景技术
我国软土地基种类繁多，分布广泛，普遍就有含水率高、压缩性大、强度低、透水性差等特点。建造在软土地基上的建筑物常出现总沉降量过大、差异沉降明显、后期沉降量超标、承载力不足等工程问题，影响建筑物的正常使用性能和安全性能。对此，为提高软土地基的承载能力，国内外涌现了大量的软基处理技术，其中复合地基加固方法较为普遍。
复合地基加固法一种比较理想的软土地基处理方式，起源于20世纪60年代，由于该法能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑制地基土体侧向变形，在世界范围内都得到广泛应用。碎石桩是复合地基处理方法中的一种，它是用振动、冲击或水冲等方法在软土地基中成孔，再将碎石压入孔中，形成由碎石构成的大直径密实桩体。碎石桩加固法是由德国工程师S.Steuerman在1936年发展而来的，经过数十年的发展，碎石桩已广泛用于各类软基加固处理工程，它既可以提高地基承载力、降低压缩量，还可以配合砂垫层等其他措施加快软土地基的固结沉降速度，从而达到加固地基的目的。
虽然碎石桩是复合地基加固中普遍使用的一种桩，但它的缺陷是易受到破坏。碎石桩需要桩周土对其的侧限来保证桩体的强度及承载力，当侧限不足时，桩体(特别是桩顶附近桩体)极易在桩顶荷载作用下发生鼓胀或整体剪切破坏，其中鼓出破坏是最常见的形式。鼓出破坏的原因是在上部荷载作用下，桩顶附近一定深度范围内会发生径向变形，变形过大将导致桩承载力大大降低从而导致失效。碎石桩起作用需要一定的径向约束力, 如果地基土强度过低(一般认为不排水剪强度Cu<20kPa)，就不能提供碎石桩起足够作用所需的径向约束力，从而降低整体承载能力。赵维炳发明的一种砼芯碎石桩（ZL：200610037621.2），即采用预制砼桩作为碎石桩的桩芯，承受竖向荷载并将其传递至下卧硬土层，但是这种方法不能很好的解决碎石径向变形过大问题；汪中卫发明的一种双重径向网笼碎石桩（ZL：201020603436.7），在碎石桩的桩侧设置侧向约束网笼，以提高碎石桩承载力和减少沉降，但问题在于没有充分利用桩体与土体之间的摩擦力，且施工工艺也较为繁杂，工程质量难以控制。
综上所述，目前利用碎石桩处理软土地基的方法在承载力及施工质量控制保证等方面还存在一定的局限性；为此，本发明提出的技术方案可以充分利用桩体与土体之间的摩擦力，显著提高碎石桩的承载能力，提升软土地基的处理效果，产生良好的经济效益。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术中碎石桩存在的技术缺陷，提供一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩及其处理软基的施工方法。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术解决方案：
本发明提出的带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，所述异形散体桩置于软土地基7中，所述异形散体桩的顶部位于地表处，由散体桩孔2、竖向加筋式土工合成材料层3、圆形箍筋4、铁丝5及散体填料6构成，竖向加筋式土工合成材料层3放置于散体桩孔2内，圆形箍筋4通过铁丝5沿散体桩孔2竖直方向等间距水平固定于竖向加筋式土工合成材料层3的内侧，通过圆形箍筋4把竖向加筋式土工合成材料层3沿竖直方向分隔成若干块，竖向加筋式土工合成材料层3内填充散体材料层6，经过密实最终形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩。
本发明中，所述的散体桩孔2为圆柱形散体桩孔；所述的散体材料层6是碎石或者砂，其中碎石取粒径不大于6cm的散体填料层，砂易用中粗砂，也可用砾砂。
本发明中，所述的竖向加筋式土工合成材料层3采用具有抗拉强度和透水性的土工格栅、土工布、土工模袋或土工包中任一种；竖向加筋式土工合成材料层3的管径及高度与散体桩孔2的直径及高度大小一致，其下部由铁丝5进行封口绑扎。
本发明中，所述的圆形箍筋4是使用铁丝沿着散体桩孔2竖直方向等间距水平固定在竖向加筋式土工合成材料层3的内侧，且固定点之间的间距取为散体桩孔2直径的大小；当散体桩孔2的直径小于等于800mm时，选用圆形箍筋4直径不宜小于6mm；当当散体桩孔2的直径大于800mm时，选用圆形箍筋4直径不宜小于8mm。
本发明提出的一种带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩的施工方法，所使用的施工方法为闭口沉管挤土法或者套管击实法，具体施工步骤如下：
一、闭口沉管挤土法
1）振动沉管成孔
采用振动式打桩机，当沉管机械就位后，在软土地基7的地表1利用锤重及桩管自重将沉管徐徐压入1-2m后开动振动锤振动沉管，每下沉0.5-1m留振5-10s，直至设计深度，这时在软土地基7中形成了一个圆筒形地下散体桩孔2。
2）安装竖向加筋式土工合成材料层3
将竖向加筋式土工合成材料层3由铁丝5固定好圆形箍筋4，在竖向加筋式土工合成材料层3中，预先放入适量散体材料层6，利用散体材料层6、圆形箍筋4及竖向加筋式土工合成层3的自重作用，自动沉入到圆筒形地下散体桩孔2的底部，完成竖向加筋式土工合成材料层3的安装。
3）施工形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩
通过振动式打桩机上的料斗，向圆筒形地下散体桩孔2内投注散体材料层6，当散体桩孔2内的碎石高度大于散体桩孔2高度的1/3时，方可上拔沉管，拔管前应先振动5-10s，边振边拔，每拔高度0.5m-1.0m停振，如此反复直至将全管拔出，经过密实最终形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩，从而形成复合地基。
二、套管击实法
1）锤击套管成孔
采用蒸汽打桩机或柴油打桩机，当桩管垂直就位后，在软土地基7的地表1上锤击内管和外管，下沉到规定的深度，这时在软土地基7中形成了一个圆筒形地下散体桩孔2。
2）安装竖向加筋式土工合成材料层3
将竖向加筋式土工合成材料层3由铁丝5固定好圆形箍筋4，拔起内管，在竖向加筋式土工合成材料层3中，预先放入适量散体材料层6，利用散体材料层6、圆形箍筋4及竖向加筋式土工合成层3的自重作用，自动沉入到圆筒形地下散体桩孔2的底部，完成竖向加筋式土工合成材料层3的安装。
3）施工形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩
竖向加筋式土工合成材料层3的安装完成后，向圆筒形地下碎石孔2内填筑散体材料层6，放下内管到外管内的散体材料层6面上，拔起外管到与内管地面平齐，锤击内管和外管将散体材料层压实，拔起内管向外管内灌注散体材料层6，重复上述过程，直到桩管拔出地面，经过击实最终形成带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩。
本发明的工作机理：
在软土地基打入带箍筋折叠式土工合成材料散体桩后，形成一种复合地基，当复合地基受到建筑物或者其他因素施加的压力时，竖向加筋式土工合成材料层与箍筋共同提供径向约束力，由于在竖向土工合成材料层的变形比箍筋的大，会导致类似糖葫芦串式的异形散体桩的形成，这增大了桩体与土体之间的接触面积，从而增大了桩体与土体之间的摩擦力，提高了桩体承载能力，进一步提升软土地基的整体承载力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明由于利用适量散体材料层、圆形箍筋及竖向加筋式土工合成层的自重作用，自动沉入到圆筒形地下散体桩孔的底部，比一般加筋碎石桩安装更为简单方便。
2、本发明的（已由铁丝固定好圆形箍筋）竖向加筋式土工合成层可以折叠成圆饼状，节省空间，携带更为方便。
3、本发明中的异形散体桩增大了桩体与土体之间的接触面积，从而增大了桩体与土体之间的摩擦力，提高了桩体承载能力，进一步提升软土地基的整体承载力。
4、本发明在工程投资中仅增加箍筋材料的费用，性价比较高，施工工艺简单，加工安装方便，适应工业化生产需求。
附图说明
   图1为一种带箍筋折叠式土工布异形碎石桩平面示意图；
图2为一种带箍筋折叠式土工布异形碎石桩立面示意图；
图中标号：1-地表，2-散体桩孔，3-竖向加筋式土工布层，4-圆形箍筋，5-铁丝，6-散体填料层,7-软土地基。
具体实施方式
参看附图，结合具体实施案列对本发明进行详细说明。
实施例1
一、带箍筋折叠式土工合成材料异形散体桩
如图1、2所示，置于软土地基7的地下散体桩孔2中，由散体桩孔2、竖向加筋式土工布层3、圆形箍筋4、铁丝5及散体填料层6构成，使用铁丝5把圆形箍筋4沿散体桩孔2竖直方向等间距水平固定在竖向加筋式土工布层3内侧上，竖向加筋式土工布层3放置于散体桩孔2内，竖向加筋式土工布层3内填充散体填料层6，经过密实最终形成带箍筋折叠式土工布异形碎石桩。
本实施例中散体桩孔2为圆柱形散体桩孔，直径取为800mm；所采用的散体填料层6是取粒径不大于6cm的散体填料层。
本实施例中竖向加筋式土工布层3的管径及高度与散体桩孔2的直径及高度大小一致，其下部由铁丝5进行封口绑扎。
本实施例中的圆形箍筋4是使用铁丝5沿着散体桩孔2竖直方向等间距水平固定在竖向加筋式土工布层3的内侧，且固定点之间的间距取为散体桩孔2直径的大小；选用直径6mm的圆形箍筋；
利用带箍筋折叠式土工布异形碎石桩处理软土地基的施工方法采用套管击实法，具体施工步骤如下，如图1,2所示：
1）锤击套管成孔
采用蒸汽打桩机或柴油打桩机，当桩管垂直就位后，在软土地基7的地表1上锤击内管和外管，下沉到规定的深度（10m），这时在软土地基7中形成了一个圆筒形地下散体桩孔2。
2）安装竖向加筋式土工布层3（已由铁丝5固定好圆形箍筋4）
拔起内管，在竖向加筋式土工布层3中，预先放入适量散体填料层6，利用散体填料层6、圆形箍筋4及竖向加筋式土工布层3的自重作用，自动沉入到圆筒形地下散体桩孔2的底部，完成竖向加筋式土工布层3的安装。
3）施工形成带箍筋折叠式土工布异形碎石桩
竖向加筋式土工布层3的安装完成后，向圆筒形地下碎石孔2内填筑散体填料层6，放下内管到外管内的散体填料层6面上，拔起外管到与内管地面平齐，锤击内管和外管将散体填料层6压实，拔起内管向外管内灌注散体填料层6，重复上述过程，直到桩管拔出地面，经过击实最终形成带箍筋折叠式土工布异形碎石桩，从而形成复合地基。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。