一种压灌水泥土静压管桩结构论文和设计-王长科

全文摘要

一种压灌水泥土静压管桩结构，属于建筑地基结构技术领域，用于提高桩体强度、竖向承载力、抗弯、抗拉和抗剪强度，从而提高加固地基能力。其技术方案是：管桩垂直放置，定位器为钢筋焊接的框架，定位器环绕在管桩底部，定位器与管桩外壁焊接连接，水泥土桩环绕在管桩外周，水泥土桩的直径为管桩直径的一倍以上。本实用新型解决了现有地基处理中各种承载桩本身及施工的不足，压灌水泥土静压管桩结构及施工方法能够有效地提高桩体强度和竖向承载力，具有较高的抗弯、抗拉和抗剪强度，从而大大提高加固地基能力，可以适应多种地质条件的地基处理要求，同时方便施工、可以有效地降低成本，满足环保要求，有广泛的推广使用价值。

主设计要求

1.一种压灌水泥土静压管桩结构，其特征在于：它包括压灌水泥土桩（1）、管桩（2）、定位器（3），管桩（2）垂直放置，定位器（3）为钢筋焊接的框架，定位器（3）环绕在管桩（2）底部，定位器（3）与管桩（2）外壁焊接连接，水泥土桩（1）环绕在管桩（2）外周，水泥土桩（1）的直径大于管桩（2）直径300mm以上。

设计方案

2.根据权利要求1所述的压灌水泥土静压管桩结构，其特征在于：所述管桩（2）为预制管桩，管桩（2）的截面为圆形。

3.根据权利要求1所述的压灌水泥土静压管桩结构，其特征在于：所述定位器（3）由两个圆环平面和多个拉杆（6）组成，两个圆环平面上下平行同轴放置，两个圆环平面的外圆周有多根垂直的拉杆（6）连接，每个圆环平面由一个外圆环（4）、一个内圆环（5）和一个正三角形（7）组成，外圆环（4）和内圆环（5）同轴放置，内圆环（5）为正三角形（7）的内切圆焊接连接，正三角形（7）的顶点与外圆环（4）焊接连接，两个圆环平面内的正三角形（7）交错放置，两个正三角形（7）在水平面上的投影为正六角形，两个外圆环（4）的直径与水泥土桩（1）的外径相同，两个内圆环（5）的直径与管桩（2）的外径相匹配，管桩（2）的外壁与两个内圆环（5）焊接连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种建筑地基的管桩结构，属于建筑地基结构技术领域。

背景技术

目前，随着大量的各种基本建设项目、工业项目的实施，在各种不同的地质条件下进行地基施工成为建筑行业的常态。不同的地质条件和地面环境的约束，以及建筑物的造型设计都给地基处理带来了新的挑战。现在常用的地基处理方法有：水泥土搅拌桩、夯实水泥土桩、灰土挤密桩、预制管桩、水泥粉煤灰碎石桩（CFG）等。

水泥土搅拌桩、夯实水泥土桩和灰土挤密桩的施工简单、造价低廉，但桩身强度较低，提高地基承载力能力有限，并且不能够承受剪力，容易产生较大变形和破坏。

水泥粉煤灰碎石桩由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而成，与桩间土、褥垫层共同形成复合地基，具有施工简便、噪声低、进度快，复合地基承载力较高，可减小变形，桩身不配筋工程造价较低等优点。但成桩质量不容易控制，容易出现桩偏斜、窜孔、缩颈、桩身加泥、断桩等质量问题，受施工的机械影响较大，经常发生堵管、钻进困难等情况，桩身不配筋桩体水平抗力较低等缺点。

预应力管桩竖向承载力很高，因其在工厂预制，桩身质量容易保证，且所耗钢筋、混凝土相比钻孔灌注桩节省很多。由于桩身配有钢筋，桩体水平抗力较强。在重污染天气下可以施工，保证工期。管桩的施工方法一般为静压法或锤击法，适宜于软弱土层。在遇到坚硬土、厚层砂土、填土等地质条件时，沉桩困难，需借助引孔方能施工，且对施工机械要求较高，同时又对承载力造成一定的影响。

由于目前使用的常用地基处理方法都有各自的不足，因此，设计一种具有较高强度和承载力、施工方便、成本低廉的承载桩是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种压灌水泥土静压管桩结构，这种压灌水泥土静压管桩结构能够有效地提高桩体强度和竖向承载力，具有较高的抗弯、抗拉和抗剪强度，从而大大提高加固地基能力，同时，具有方便施工、降低成本的优点。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种压灌水泥土静压管桩结构，它包括压灌水泥土桩、管桩、定位器，管桩垂直放置，定位器为钢筋焊接的框架，定位器环绕在管桩底部，定位器与管桩外壁焊接连接，水泥土桩环绕在管桩外周，水泥土桩的直径大于管桩直径300mm以上。

上述压灌水泥土静压管桩结构，所述管桩为预制管桩，管桩的截面为圆形。

上述压灌水泥土静压管桩结构，所述定位器由两个圆环平面和多个拉杆组成，两个圆环平面上下平行同轴放置，两个圆环平面的外圆周有多根垂直的钢筋拉杆连接，每个圆环平面由一个外圆环、一个内圆环和一个正三角形组成，外圆环和内圆环同轴放置，内圆环为正三角形的内切圆，正三角形的顶点与外圆环焊接连接，两个圆环平面内的正三角形交错放置，两个正三角形在水平面上的投影为正六角形，两个外圆环的直径与水泥土桩的外径相同，两个内圆环的直径与管桩的外径相匹配，管桩的外壁端头板与两个内圆环焊接连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在水泥土桩内增加了管桩，管桩由定位器控制定位，与现有地基处理使用的各种承载桩相比较有以下优点：

(1)承载力高：比普通水泥土桩增大4-5倍，比管桩增大20%-30%；

(2)桩身强度高：桩体内有预制管桩，成桩质量容易控制，增大了桩体抗拉、抗弯及抗剪强度；

(3)施工方便：不需要特殊机械，使用常规机械即可完成施工，操作简单方便；

(4)节省材料：与传统CFG桩相比，由于承载力的提高，可缩短桩长和增大桩间距，节省材料；

(5)环保：钻孔出土制备水泥浆液，几乎无渣土消纳，管桩为预制不污染环境，可在重污染天气下施工，保证工期。

本实用新型是基建地基处理领域中的首创，解决了现有地基处理各种承载桩本身及施工的不足。本实用新型的压灌水泥土静压管桩结构能够有效地提高桩体强度和竖向承载力，具有较高的抗弯、抗拉和抗剪强度，从而大大提高加固地基能力，可以适应多种地质条件的地基处理要求，同时方便施工、可以有效地降低成本，满足环保要求，在行业内有广泛的推广使用价值。

附图说明

图1是本实用新型的压灌水泥土静压管桩的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是定位器结构示意图；

图4是本实用新型的施工方法工艺流程图。

图中标记如下：水泥土桩1、管桩2、定位器3、外圆环4、内圆环5、钢筋拉杆6、正三角形7。

具体实施方式

本实用新型的压灌水泥土静压管桩由水泥土桩1、管桩2、定位器3组成。

图1、2显示，压灌水泥土静压管桩的外部是水泥土桩1，管桩2位于水泥土桩1内，与水泥土桩1浇注为一体，定位器3环绕在管桩2底部，定位器3与管桩2外壁焊接连接。

水泥土桩1由水、水泥、土和外加剂组成，其中水、水泥和土的质量比为0.45比0.2比1，土选用不含有垃圾和腐殖质的现场土，外加剂可根据水泥土和易性及施工要求添加，如微膨胀剂、缓凝减水剂、纤维素、粉煤灰等。

管桩2为圆形截面，其比表面积最大，提供的侧摩阻力最大。水泥土桩1直径大于管桩2直径3000mm以上，以保证水泥土能提供桩侧摩阻，即不出现水泥土与管桩截面破坏情况。

外围水泥土桩1齐平于预制管桩2，以保证水泥土1和管桩2共同承受荷载，保证桩身整体质量，也有利于后期施工时保护桩体。

图2、3显示，定位器3外径紧贴桩孔侧壁，内径与预制管桩2焊接在一起，定位器3高度与管桩2端头板高度一致。

定位器3由两个圆环平面和多个拉杆6组成，两个圆环平面上下平行同轴放置，两个圆环平面的外圆周有多根垂直的钢筋拉杆6连接。每个圆环平面由一个外圆环4、一个内圆环5和一个正三角形7组成，外圆环4和内圆环5同轴放置，内圆环5为正三角形7的内切圆焊接连接，正三角形7的顶点与外圆环4焊接连接。

两个圆环平面内的正三角形7交错放置，两个正三角形7在水平面上的投影为正六角形。

两个外圆环4的直径与水泥土桩1的外径相同，两个内圆环5的直径与管桩2的外径相匹配，管桩2的外壁与两个内圆环5焊接连接。

本实用新型的施工方法，它采用以下步骤进行：

a. 施工前准备：首先测量放线桩位，然后长螺旋钻机定位，钻机就位后进行钻孔施工，钻孔深度及孔径严格按照压灌水泥土静压管桩的设计要求执行，成孔挖出的土要注意保护，以制备水泥土浆液；

b. 按配比制备水泥土浆液，其中水：水泥：土=0.45:0.2:1(质量比)，外加剂可根据水泥土和易性及施工要求添加，如微膨胀剂、缓凝减水剂、粉煤灰等，现场采用搅拌机进行拌和，水泥土搅拌方量要满足成桩要求；

c.按照设计要求制备管桩2；

d.现场制作定位器3，定位器3的外圆环4直径与钻孔直径相匹配，定位器3的内圆环5直径与管桩2外径相匹配，将定位器3与管桩2焊接连接；

e.浇注水泥土，将拌和好的水泥土压灌进钻孔内，灌注过程中不得中断，压灌方量为成孔体积减去管桩体积，考虑水泥土损失宜适现场土质情况增加灌注量；

f.安装管桩2和定位器3，在水泥土尚未凝固前，用吊机将已经连接好的管桩2和定位器3垂直插入水泥土中，下沉过程中使定位器3外周与孔壁接触，缓慢沉入，如遇下沉困难，可在桩顶用振动器辅助下沉；

g. 桩体进行养护，养护时间不得少于21天，待桩体达到强度要求后，截去保护部分的水泥土桩，清理场地，进行检测试验。

本实用新型的一个实施例如下：

某工程采用此方法施工，要求单桩竖向抗压承载力特征值≥1300kN。经过计算选用水泥土桩1直径为800mm，管桩2直径为500mm，桩长21m。

施工方法：

水泥土桩1的水泥掺入量为20%，即现场砂土+20%的水泥+一定比例的膨润土，水：水泥：土=0.45:0.2:1(质量比)。

通过长螺旋钻机(型号CFG30-800mm)钻孔，通过钻杆中输料管与地泵连接，将预先拌和好的水泥土拌和料压灌入孔中。

预应力管桩2采用PHC500AB100-10,9，选自国标图集《预应力混凝土管桩》，桩身混凝土的抗渗等级不应低于P10，并掺入防腐阻锈剂，钢筋保护层厚度不小于35mm，采用静压管桩机压装，管桩接头焊接时按相关规范执行.

定位器3由HRB400钢筋焊接而成，钢筋直径为20mm，定位器3高度200mm，定位器3的内圆环直径为500mm，外圆环直径为800mm。

设计图

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