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适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩及其施工方法专利

专利号:201710593776.2

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专利名称:适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩及其施工方法

技术领域:上直杆,下螺杆,抗拔桩

IPC主分类号:E02D5/56

申请号:CN201710593776.2

公开日:2019-09-17

说明书

一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩及其施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及抗拔桩,具体是一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩及其施工方法。

背景技术

[0002] 抗拔桩是一种承受上拔荷载的桩基类型,其承载力是指其所能承受的最大上拔荷载,变形是指在上拔荷载作用下桩顶向上的位移值。在季节性冻土地区,抗拔桩的桩周地基土因季节性变化可能发生冻胀-融沉循环作用,此作用必然对抗拔桩的承载特性产生影响,主要体现在两个方面:
[0003] 一是在桩周地基土发生冻胀时,由于冻胀过程中地基土与抗拔桩之间存在相对位移趋势,因此会产生新的桩侧摩擦力。该桩侧摩擦力的方向与地基土冻胀位移趋势方向相同,也是向上的。这相当于给抗拔桩施加了新的上拔荷载,桩顶也相应地发生向上的位移。由于地基土体的冻胀效应随冻胀过程发展或土体温度降低呈增强变化,使得该上拔荷载随冻胀过程发展或温度降低也呈增大变化,上拔荷载作用下的桩顶位移也呈增大变化。可见,桩周地基土发生冻胀时,冻胀作用会降低抗拔桩的承载力,增大抗拔桩的桩顶位移量;在冻胀过程中,桩顶位移随冻胀过程发展呈逐渐增大变化。
[0004] 二是在桩周地基土发生融沉时,由于融沉过程中土体中的固态冰逐渐转化为液态水,土体的抗剪强度会显著降低,甚至可能低于冻胀前的值,使得桩-土界面的抗剪强度降低,抗拔桩承载力随之降低,相同荷载作用下的桩顶位移量有所增大;另外,由于融沉过程是从地表向下逐渐发展的,桩-土界面抗剪强度的降低也是从地表向下逐渐发展的。可见,桩周地基土发生融沉时,融沉作用会降低抗拔桩的承载力,影响抗拔桩的荷载-位移关系特征。
[0005] 为了防止桩周地基土的冻胀-融沉作用对抗拔桩承载特性的影响,通常的做法有两类:一类是对冻深范围内的桩周地基土进行置换或处理,减少或消除其冻胀-融沉性;二是增大抗拔桩的桩径或桩长,提高承载力设计值。
[0006] 第一类做法虽然可以消除或部分消除冻胀-融沉作用对抗拔桩承载特性的影响,但显然是不经济的;第二类做法可以提高抗拔桩的安全和适当降低冻胀-融沉作用的影响程度,但并不能消除冻胀-融沉作用对抗拔桩承载特性的影响,自然也是不经济的。

发明内容

[0007] 本发明的目的是解决现有技术中的不足,提供一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩及其施工方法。
[0008] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的,一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩,其特征在于,包括:抗拔钢筋、砂浆和套管。
[0009] 抗拔桩包括相连的直杆部分和螺杆部分,所述直杆部分位于抗拔桩的上方、螺杆部分位于抗拔桩的下方。
[0010] 所述抗拔钢筋位于抗拔桩的中心位置,所述抗拔钢筋被砂浆包裹,形成柱形结构。
[0011] 所述砂浆的厚度同时满足桩径和抗拔钢筋或钢绞线保护层厚度的要求;
[0012] 所述抗拔钢筋的数量为若干根,所述抗拔钢筋的数量大于一根时,使用支架将每一根抗拔钢筋分隔。
[0013] 所述抗拔钢筋沿长度方向每隔2~3m设有一个环形支撑。
[0014] 所述抗拔钢筋的顶部留有超出抗拔桩顶部的接头,所述接头与承台或上部结构相连接。
[0015] 所述柱形结构的下方外壁上设有螺纹,形成抗拔桩的螺杆部分。所述柱形结构的上方外壁上无螺纹,形成抗拔桩的直杆部分。所述抗拔桩的直杆部分长度与工程区的最大冻深一致。
[0016] 所述抗拔桩的直杆部分外壁上套有套管,所述套管包括内层套管和外层套管。
[0017] 所述内层套管位于外层套管的内部,所述内层套管的外径与外层套管的内径相契合,所述外层套管能够与内层套管产生沿抗拔桩轴向方向的相对位移。
[0018] 所述内层套管的内壁与砂浆相接触。所述外层套管的外壁与可冻胀-融沉的地基接触。
[0019] 进一步,所述抗拔钢筋能够用钢绞线替代。
[0020] 一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩,其特征在于,包括:钢筋笼、混凝土和套管。
[0021] 抗拔桩包括相连的直杆部分和螺杆部分,所述直杆部分位于抗拔桩的上方、螺杆部分位于抗拔桩的下方。
[0022] 所述钢筋笼沿抗拔桩的轴向通长布置,所述钢筋笼内外均被混凝土包裹,形成柱形结构。
[0023] 所述钢筋笼的所有纵向的抗拔钢筋等长。
[0024] 所述钢筋笼的顶部留有超出抗拔桩顶部的接头,所述接头与承台或上部结构相连接。
[0025] 所述柱形结构的下方外壁上设有螺纹,形成抗拔桩的螺杆部分。所述柱形结构的上方外壁上无螺纹,形成抗拔桩的直杆部分。所述抗拔桩的直杆部分长度与工程区的最大冻深一致。
[0026] 所述抗拔桩的直杆部分外壁上套有套管,所述套管包括内层套管和外层套管。
[0027] 所述内层套管位于外层套管的内部,所述内层套管的外径与外层套管的内径相契合,所述外层套管能够与内层套管产生沿抗拔桩轴向方向的相对位移。
[0028] 所述内层套管的内壁与混凝土相接触。所述外层套管的外壁与可冻胀-融沉的地基接触。
[0029] 进一步,所述抗拔钢筋能够机械连接接长,不能焊接接长,钢绞线不能接长。
[0030] 进一步,所述接头的长度大于50cm。
[0031] 一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0032] 1)钻机就位,制作抗拔钢筋或钢筋笼。
[0033] 所述钻机的钻头普通直杆钻头和螺纹杆钻头,所述钻机的钻头能够根据需要进行接长。
[0034] 2)抗拔桩直杆段钻进成孔。
[0035] 所述直杆钻头钻入地下的深度为抗拔桩直杆段的长度。直杆钻头可根据需要在上端接长。
[0036] 3)提升直杆钻头。
[0037] 将已钻入地下预定深度的直杆钻头提升至地面,并移除。
[0038] 4)安装双层套管。
[0039] 在钻孔内安装套管,所述内层套管的外径略小于钻孔直径。
[0040] 所述套管的上下两端和内外层套管之间设置有密封圈,以防杂物进入。
[0041] 所述套管的长度等于或略大于抗拔桩直杆段的长度。
[0042] 5)抗拔桩螺杆段钻进成孔。
[0043] 将螺杆钻头从已安装的套管内向下钻入地下。
[0044] 所述螺杆钻头钻入地下的深度等于抗拔桩的长度,螺杆钻头可根据需要在上端接长。
[0045] 6)提升螺杆钻头。
[0046] 把已钻入地下预定深度的螺杆钻头通过反向旋转的方式提升至地面,并移除。
[0047] 7)安装抗拔钢筋或钢筋笼、砂浆或混凝土灌注设施。
[0048] 对于抗拔钢筋、砂浆和套管组成的抗拔桩,在钻孔内安装已制作好的抗拔钢筋和注浆管。
[0049] 对于钢筋笼、混凝土和套管组成的抗拔桩,在钻孔内安装已制作好的钢筋笼和混凝土灌注导管。
[0050] 8)灌注砂浆或混凝土。
[0051] 对于抗拔钢筋、砂浆和套管组成的抗拔桩,通过注浆管自桩孔底部开始灌注砂浆,直至注浆到桩顶。
[0052] 对于钢筋笼、混凝土和套管组成的抗拔桩,通过混凝土灌注导管自桩孔底部开始灌注混凝土,直至混凝土灌注到桩顶。
[0053] 9)完成施工,保护好桩头。
[0054] 本发明的技术效果是毋庸置疑的,本发明具有以下优点:
[0055] 1)由于抗拔桩下段侧表面为螺纹状,其与地基土体接触的面积明显大于侧表面平整的常规抗拔桩,且抗拔桩侧表面与地基土体相互嵌入,使得抗拔桩的抗拔承载力显著提高。
[0056] 2)由于地基土冻胀-融沉范围内的抗拔桩上段设置有双层套管,地基冻胀时外层套管随地基冻胀过程沿内层套管外壁向上滑移,地基融沉时外层套管随地基融沉过程沿内层套管外壁向下滑移,双层套管的内外层间摩擦力很小,因此,地基的冻胀-融沉过程不会对抗拔桩的受力、变形产生影响。
[0057] 3)由于抗拔桩直杆段在钻孔成孔后安装了双层套管,双层套管同时可起护壁作用,使得后序施工中不易出现塌孔现象,抗拔桩成孔施工难度降低,有利于确保施工质量。

附图说明

[0058] 图1为实施例1中的抗拔桩的立体图;
[0059] 图2为实施例1中的抗拔桩直杆段的俯视图;
[0060] 图3为实施例1中的抗拔桩螺杆段的俯视图;
[0061] 图4为实施例2中的抗拔桩的立体图;
[0062] 图5为实施例2中的抗拔桩直杆段的俯视图;
[0063] 图6为实施例2中的抗拔桩螺杆段的俯视图;
[0064] 图7为本发明施工步骤图。
[0065] 图1中:抗拔钢筋1、内层套管301和外层套管302;
[0066] 图4中:钢筋笼1、内层套管301和外层套管302。

具体实施方式

[0067] 下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
[0068] 实施例1:
[0069] 如图1、图2和图3所示,一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩,其特征在于,包括:抗拔钢筋1、砂浆2和套管3。
[0070] 抗拔桩包括相连的直杆部分和螺杆部分,所述直杆部分位于抗拔桩的上方、螺杆部分位于抗拔桩的下方。
[0071] 所述抗拔钢筋1位于抗拔桩的中心位置,所述抗拔钢筋1被砂浆2包裹,形成柱形结构。所述抗拔钢筋1能够用钢绞线替代。
[0072] 所述抗拔钢筋1的数量为一根。
[0073] 所述抗拔钢筋1沿长度方向每隔2~3m设有一个环形支撑。
[0074] 所述抗拔钢筋1的顶部留有超出抗拔桩顶部的接头101,所述接头101与承台或上部结构相连接。
[0075] 所述柱形结构的下方外壁上设有螺纹,形成抗拔桩的螺杆部分。所述柱形结构的上方外壁上无螺纹,形成抗拔桩的直杆部分。所述抗拔桩的直杆部分长度与工程区的最大冻深一致。
[0076] 所述抗拔桩的直杆部分外壁上套有套管3,所述套管3包括内层套管301和外层套管302。
[0077] 所述内层套管301位于外层套管302的内部,所述内层套管301的外径与外层套管302的内径相契合,所述外层套管302能够与内层套管301产生沿抗拔桩轴向方向的相对位移。
[0078] 所述内层套管301的内壁与砂浆2相接触。所述外层套管302的外壁与可冻胀-融沉的地基接触。
[0079] 所述抗拔钢筋1能够机械连接接长,不能焊接接长。
[0080] 所述接头101的长度大于50cm。
[0081] 实施例2:
[0082] 如图4、图5和图6所示,一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩,其特征在于,包括:钢筋笼1、混凝土2和套管3。
[0083] 抗拔桩包括相连的直杆部分和螺杆部分,所述直杆部分位于抗拔桩的上方、螺杆部分位于抗拔桩的下方。
[0084] 所述钢筋笼1沿抗拔桩的轴向通长布置,所述钢筋笼1内外均被混凝土2包裹,形成柱形结构。
[0085] 所述钢筋笼1的所有纵向的抗拔钢筋等长。
[0086] 所述钢筋笼1的顶部留有超出抗拔桩顶部的接头101,所述接头101与承台或上部结构相连接。
[0087] 所述柱形结构的下方外壁上设有螺纹,形成抗拔桩的螺杆部分。所述柱形结构的上方外壁上无螺纹,形成抗拔桩的直杆部分。所述抗拔桩的直杆部分长度与工程区的最大冻深一致。
[0088] 所述抗拔桩的直杆部分外壁上套有套管3,所述套管3包括内层套管301和外层套管302。
[0089] 所述内层套管301位于外层套管302的内部,所述内层套管301的外径与外层套管302的内径相契合,所述外层套管302能够与内层套管301产生沿抗拔桩轴向方向的相对位移。
[0090] 所述内层套管301的内壁与混凝土2相接触。所述外层套管302的外壁与可冻胀-融沉的地基接触。
[0091] 所述抗拔钢筋能够机械连接接长,不能焊接接长。
[0092] 所述接头101的长度大于50cm。
[0093] 实施例3:
[0094] 如图7所示,一种适于季节性冻土区的上直杆下螺杆抗拔桩的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0095] 1)钻机就位,制作抗拔钢筋或钢筋笼。
[0096] 所述钻机的钻头普通直杆钻头和螺纹杆钻头,所述钻机的钻头能够根据需要进行接长。
[0097] 2)抗拔桩直杆段钻进成孔。
[0098] 所述直杆钻头钻入地下的深度为抗拔桩直杆段的长度。直杆钻头可根据需要在上端接长。
[0099] 3)提升直杆钻头。
[0100] 将已钻入地下预定深度的直杆钻头提升至地面,并移除。
[0101] 4)安装双层套管。
[0102] 在钻孔内安装套管,所述内层套管的外径略小于钻孔直径。
[0103] 所述套管的上下两端和内外层套管之间设置有密封圈,以防杂物进入。
[0104] 所述套管的长度等于或略大于抗拔桩直杆段的长度。
[0105] 5)抗拔桩螺杆段钻进成孔。
[0106] 将螺杆钻头从已安装的套管内向下钻入地下。
[0107] 所述螺杆钻头钻入地下的深度等于抗拔桩的长度,螺杆钻头可根据需要在上端接长。
[0108] 6)提升螺杆钻头。
[0109] 把已钻入地下预定深度的螺杆钻头通过反向旋转的方式提升至地面,并移除。
[0110] 7)安装抗拔钢筋或钢筋笼、砂浆或混凝土灌注设施。
[0111] 对于抗拔钢筋、砂浆和套管组成的抗拔桩,在钻孔内安装已制作好的抗拔钢筋和注浆管。
[0112] 对于钢筋笼、混凝土和套管组成的抗拔桩,在钻孔内安装已制作好的钢筋笼和混凝土灌注导管。
[0113] 8)灌注砂浆或混凝土。
[0114] 对于抗拔钢筋、砂浆和套管组成的抗拔桩,通过注浆管自桩孔底部开始灌注砂浆,直至注浆到桩顶。
[0115] 对于钢筋笼、混凝土和套管组成的抗拔桩,通过混凝土灌注导管自桩孔底部开始灌注混凝土,直至混凝土灌注到桩顶。
[0116] 9)完成施工,保护好桩头。

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