一种组合桩及其施工方法和单桩竖向承载力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种组合桩及其施工方法和单桩竖向承载力计算方法，所述组合桩包括预制桩芯和包裹在所述预制桩芯外的结石体，预制桩芯由若干根预制桩分段连接而成并且所述预制桩芯的桩端、桩顶及分段连接处均设置有刚性连接板，预制桩具有大截面端和小截面端并且预制桩的桩截面面积沿着轴线从大截面端向小截面端渐变减小。本发明专利技术公开的组合桩结构有利于预制桩与结石体紧密粘结形成整体并防止二者接触面滑移，还能够扩大有效桩径，单桩承载力相对于普通预制桩大幅增大；此外，能够通过简单的标贯试验估算单桩承载力，计算过程简单、方便，计算结果可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种组合桩及其施工方法和单桩竖向承载力计算方法
本专利技术涉及土木工程的
，更具体地讲，涉及建筑、交通、市政领域中一种组合桩及其施工方法和单桩竖向承载力计算方法。
技术介绍
目前桩基采用的机械施工方法主要分为两种：机械成孔灌注桩和锤击或静压预制桩。旋挖灌注桩是机械成孔灌注桩中最常用的桩型之一，其施工效率高，人工安全性好，然而缺点也很明显：首先桩端持力层具有不确定性，如在中风化与强风化互层的端承桩，桩端持力层往往难以满足设计要求；其次是采用泥浆护壁桩底沉渣厚度不易控制，桩身质量不易控制，易出现缩颈、夹泥、离析等；最后是单桩承载力较大的桩的检测难度较大。预制桩具有桩身质量可控、锤击或静压法施工效率较高、穿透力较强并且可使桩端位于较硬的持力层的优点，缺点是锤击施工噪音和振动大、挤土明显，易对周边建筑物及地下管线产生不利影响，此外锤击法施工对软岩、较软岩的破坏性较大，工后易出现端承力减小、可靠度降低的问题。并且，静压法施工桩端难以达到设计要求的较硬持力层，还会产生挤土效应。当持力层之上有较硬土层时，锤击或静压施工难以使预制桩穿过这些地层达到设计持力岩层，以上问题在一定程度上影响了预制桩的应用。综合灌注桩和预制桩的施工工艺，对两种桩型取其长、避其短，采用先钻孔再植入预制桩，形成预制桩外包裹结石体的组合桩，其具有以下优点：1)桩端持力层可控，可以到达设计要求的持力层；2)对软质岩石的破坏小，减少后期因岩石软化带来的质量隐患；3)采用先注浆技术，对岩石裂隙和桩周土孔隙的充填，可提高单桩竖向承载力；4)桩身质量有保障，大大降低工程质量隐患。专利文献(申请号91103285.1)提出一种沉桩工艺，包括以下步骤：放样定桩位→钻机就位钻孔→测量孔深、孔径及孔底虚土沉渣→泥浆护壁→植入预制桩，桩尖达设计标高→拔送桩管、回填送桩内孔虚土。此工艺将挤土桩改善为低挤土桩，减小了沉桩对邻近建筑物、构筑物不良影响，解决了穿越硬夹土层等特定条件下的施工难度。专利文献(申请号201610404195.5)提出一种植桩方法，包括以下步骤：采用可入岩的旋挖钻、回转钻、冲击钻等钻孔，穿过各种土层进入坚硬岩土层，钻孔中采用泥浆护壁，干成孔时不用泥浆护壁，形成桩孔；钻孔完成后，将预制桩或型钢桩或钢管插入孔内；采用注浆工艺以水泥触变泥浆或水泥浆置换泥浆，干成孔时直接在孔内注入水泥触变泥浆；在预制桩或型钢桩的顶部施加压力或打击力。此方法可穿过各种土层及坚硬，成孔深度大。然而现有技术存在以下不足：1)插入的预制桩单独发挥作用，没有发挥组合桩优势，或预制桩与水泥浆结石体间不能很好形成整体共同发挥作用，在较大荷载下可能发生组合桩内预制桩与水泥浆结石体间发生滑移破坏；2)组合桩作为一种新的桩型，现有单桩承载力计算方法不一定适用，在使用中需要一种简单、有效的承载力计算方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种组合桩及其施工方法和单桩竖向承载力计算方法。本专利技术一方面提供了一种组合桩，所述组合桩包括预制桩芯和包裹在所述预制桩芯外的结石体，所述预制桩芯由若干根预制桩分段连接而成并且所述预制桩芯的桩端、桩顶及分段连接处均设置有刚性连接板，其中，所述预制桩具有大截面端和小截面端并且预制桩的桩截面面积沿着轴线从大截面端向小截面端渐变减小。根据本专利技术组合桩的一个实施例，所述组合桩由上部的非扩体段和下部的扩体段组成，其中，所述扩体段的长度不小于2m且不大于组合桩的桩长的一半，所述扩体段的直径为非扩体段的直径的1～2倍。根据本专利技术组合桩的一个实施例，所述预制桩均以大截面端朝上且小截面端朝下的方式进行分段连接，预制桩通过焊接方式与刚性连接板连接。根据本专利技术组合桩的一个实施例，所述预制桩为混凝土预制桩、金属质预制桩或合成树脂类预制桩，所述预制桩的桩长为2～100m。根据本专利技术组合桩的一个实施例，所述预制桩为实心桩或中空桩，所述实心桩的桩截面形状为圆形、方形、十字形或梅花形，所述中空桩的中空截面形状为圆形、方形、十字形或梅花形。根据本专利技术组合桩的一个实施例，所述预制桩的桩截面面积渐变率0.01≤γ＝(D2-D1)/L0≤0.2，其中L0为单节预制桩的桩长，D2为大截面端的外径或边长，D1为小截面端的外径或边长。根据本专利技术组合桩的一个实施例，所述刚性连接板的面积大于分段连接处预制桩的桩截面面积，所述刚性连接板为钢板、合金板或合成树脂板，所述结石体是由注浆材料硬化后形成的，所述注浆材料为水泥浆或聚氨酯化学浆液。本专利技术的另一方面提供了上述组合桩的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：在预定桩位钻孔或挖孔形成非扩孔段，向孔内注入少量注浆材料；将预制桩分段连接至设计桩长并在桩端、桩顶及分段连接处设置刚性连接板，制成预制桩芯；将预制桩芯下放至孔底预定深度并将预制桩芯对中固定，补充注浆材料至孔口，静置养护至硬化达到设计强度。根据本专利技术组合桩的施工方法的一个实施例，所述施工方法还包括钻孔或挖孔时在孔底以上的预定深度进行扩孔形成扩孔段的步骤，其中，孔深为3～100m，孔径为0.2～1.6m，所述扩孔段的孔径为非扩孔段的孔径的1～2倍，所述孔径大于刚性连接板的面积。本专利技术的再一方面提供了上述组合桩的单桩竖向承载力计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：①通过动力触探标准贯入试验确定各土层标准贯入锤击数；②根据所述各土层标准贯入锤击数计算桩端承力P1和桩侧阻力P2，其中，桩端承力P1与土层标准贯入锤击数之间的关系符合下式1：P1＝N1A0(mλn+tλ)——式1其中，A0为组合桩非扩体段的桩截面面积；A为组合桩扩体段的桩截面面积；m、n、t为常数；N1为组合桩扩体段土层范围的平均锤击数；桩侧阻力P2与土层标准贯入锤击数之间的关系符合下式2：P2＝aU∑Nili——式2其中，a为常数，U为组合桩非扩体段的周长，Ni为桩侧土层i的标准贯入锤击数，li为桩侧土层i的厚度；所述桩侧阻力P2未计入扩体段及以上非扩体段2m范围内的桩侧摩阻力；③根据下式3计算得到单桩竖向承载力特征值Ra：Ra＝(P1+P2)/K——式3其中，K为安全系数且K取值为3；上述常数m、n、t、a，对于黏性土分别取值为200、1.2、90、3，对于非黏性土分别取值为250、1.5、100、4。与现有技术相比，本专利技术公开的组合桩结构有利于预制桩芯与结石体紧密粘结形成整体并防止二者接触面滑移，还能够扩大有效桩径，单桩承载力相对于普通预制桩大幅增大；此外，能够通过简单的标贯试验估算单桩承载力，计算过程简单、方便，计算结果可靠。附图说明图1示出了根据本专利技术示例性实施例的组合桩的结构示意图。附图标记说明：1-刚性连接板、2-结石体、3-预制桩、4-非扩体段、5-扩体段。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面对本专利技术的组合桩及其施工方法和单桩竖向承载力计算方法分别进行具体说明。图1示出了根据本专利技术示例性实施例的组合桩的结构示意图。如图1所示，根据本专利技术的示例性实施例，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合桩，其特征在于，所述组合桩包括预制桩芯和包裹在所述预制桩芯外的结石体，所述预制桩芯由若干根预制桩分段连接而成并且所述预制桩芯的桩端、桩顶及分段连接处均设置有刚性连接板，其中，所述预制桩具有大截面端和小截面端并且预制桩的桩截面面积沿着轴线从大截面端向小截面端渐变减小。

【技术特征摘要】
1.一种组合桩，其特征在于，所述组合桩包括预制桩芯和包裹在所述预制桩芯外的结石体，所述预制桩芯由若干根预制桩分段连接而成并且所述预制桩芯的桩端、桩顶及分段连接处均设置有刚性连接板，其中，所述预制桩具有大截面端和小截面端并且预制桩的桩截面面积沿着轴线从大截面端向小截面端渐变减小。2.根据权利要求1所述的组合桩，其特征在于，所述组合桩由上部的非扩体段和下部的扩体段组成，其中，所述扩体段的长度不小于2m且不大于组合桩的桩长的一半，所述扩体段的直径为非扩体段的直径的1～2倍。3.根据权利要求1所述的组合桩，其特征在于，所述预制桩均以大截面端朝上且小截面端朝下的方式进行分段连接，预制桩通过焊接方式与刚性连接板连接。4.根据权利要求1所述的组合桩，其特征在于，所述预制桩为混凝土预制桩、金属质预制桩或合成树脂类预制桩，所述预制桩的桩长为2～100m。5.根据权利要求1所述的组合桩，其特征在于，所述预制桩为实心桩或中空桩，所述实心桩的桩截面形状为圆形、方形、十字形或梅花形，所述中空桩的中空截面形状为圆形、方形、十字形或梅花形。6.根据权利要求1所述的组合桩，其特征在于，所述预制桩的桩截面面积渐变率0.01≤γ＝(D2-D1)/L0≤0.2，其中L0为单节预制桩的桩长，D2为大截面端的外径或边长，D1为小截面端的外径或边长。7.根据权利要求1所述的组合桩，其特征在于，所述刚性连接板的面积大于分段连接处预制桩的桩截面面积，所述刚性连接板为钢板、合金板或合成树脂板，所述结石体是由注浆材料硬化后形成的，所述注浆材料为水泥浆或聚氨酯化学浆液。8.如权利要求1至7中任一项所述组合桩的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敬一，蒋志军，李泽泽，张炳焜，
申请(专利权)人：四川省建筑科学研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51