一种抗上拱螺纹桩结构及其设计和施工方法技术

本发明专利技术涉及岩土工程领域，特别是一种抗上拱螺纹桩结构及其设计和施工方法，其中螺纹桩结构包括螺纹桩，所述螺纹桩的上部具有等直径段，所述螺纹桩的下部具有螺纹段，所述螺纹段的外壁上具有螺纹，所述等直径段外侧套设有双层钢护筒，所述双层钢护筒包括内层钢护筒和外层钢护筒，所述内层钢护筒与所述外层钢护筒能够相对移动。本申请所述的一种抗上拱螺纹桩结构，能够增大抗拔桩(选用螺纹桩为抗拔桩)的抗上拱能力，不仅满足软岩深路堑条件下使用，而且相比于常规的等直径抗拔桩来说，在相同的抗上拱能力的条件下，规格更小，经济性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种抗上拱螺纹桩结构及其设计和施工方法
本专利技术涉及岩土工程领域，特别是一种抗上拱螺纹桩结构及其设计和施工方法。
技术介绍
软质岩普遍具有较强的卸荷蠕变、遇水膨胀的性质，当无砟轨道以深路堑形式通过软质岩地区时，在开挖卸荷、水环境变化的双重影响下，出现路基结构上拱病害的风险较大。为保证高速铁路运营安全，目前通常采用抗拔桩结构来控制路基上拱变形。但是，如图1所示，在软岩深路堑条件下，路基以下一定深度内存在上拱变形区3，上拱变形区3下部为稳定区4，上拱变形区3内岩土体会发生上拱变形，使得抗拔桩受到向上的侧阻力，降低其抗上拱能力。另外，常规的等直径桩提供的桩侧阻力相对有限，导致设计桩身较长、截面较大，经济性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的在软岩深路堑条件下，岩土体会降低抗拔桩的抗上拱能力，而常规的等直径抗拔桩提供的桩侧阻力相对有限，导致设计桩身较长、截面较大，经济性较差问题，提供一种抗上拱螺纹桩结构及抗上拱螺纹桩结构的设计方法和抗上拱螺纹桩结构的施工方法，能够增大抗拔桩的抗上拱能力，不仅满足软岩深路堑条件下使用，而且相比于常规的等直径抗拔桩来说，在相同的抗上拱能力的条件下，规格更小，经济性更高。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种抗上拱螺纹桩结构，包括螺纹桩，所述螺纹桩的上部具有等直径段，所述螺纹桩的下部具有螺纹段，所述螺纹段的外壁上具有螺纹，所述等直径段外侧套设有双层钢护筒，所述双层钢护筒包括内层钢护筒和外层钢护筒，所述内层钢护筒与所述外层钢护筒能够相对移动。本申请所述的一种抗上拱螺纹桩结构，包括双层钢护筒、螺纹桩，所述螺纹桩分为上部等直径段、下部螺纹段，双层钢护筒包括内层钢护筒和外层钢护筒，内层钢护筒与外层钢护筒能够相对移动，在施工时，螺纹段伸入地基的稳定区内，等直径段位于地基的上拱变形区内，所述螺纹桩等直径段外设有双层钢护筒，能有效消除螺纹桩结构在上拱变形区的不利侧阻力影响，上部采用等直径段能使桩体与双层钢护筒的内层钢护筒结合更加紧密，从而提高桩体整体强度，下部采用螺纹段能增加桩体在稳定区的侧阻力，从而增强螺纹桩结构的整体抗拔性能。综上所述，本申请所述的一种抗上拱螺纹桩结构，能够增大抗拔桩(选用螺纹桩为抗拔桩)的抗上拱能力，不仅满足软岩深路堑条件下使用，而且相比于常规的等直径抗拔桩来说，在相同的抗上拱能力的条件下，规格更小，经济性更高。优选地，所述双层钢护筒轴向的长度与上拱变形区的厚度相适配，所述等直径段沿其轴向的长度与所述双层钢护筒轴向的长度相适配，以完全消除螺纹桩结构在上拱变形区的不利侧阻力影响。本申请还公开了一种用于本申请所述的抗上拱螺纹桩结构的设计方法，包含以下步骤，A1.预设所述螺纹桩的结构尺寸，并以此计算所述螺纹桩的自重Gp以及所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值Tuk；A2.所述螺纹桩的自重Gp以及所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值Tuk计算所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值Ra。A3：根据所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值Ra调整所述螺纹桩的结构尺寸，直至计算得到的所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值Ra满足所述螺纹桩的抗拔要求，得到最终的所述螺纹桩的结构尺寸。本申请所述的一种用于本申请所述的抗上拱螺纹桩结构的设计方法，先根据经验预设所述螺纹桩的结构尺寸，并以此计算所述螺纹桩的自重以及所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值，进一步算得所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值，之后根据所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值是否满足所述螺纹桩的抗拔要求，来调整所述螺纹桩的结构尺寸，从而得到最终的所述螺纹桩的结构尺寸，该方法能够科学合理地开展抗上拱螺纹桩结构的抗拔设计，且力学原理明确、推导思路清晰、计算过程简单，保证了本专利技术结构的受力安全，为工程设计计算提供可靠的依据。优选地，计算所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值时，依据所述螺纹段的侧阻力，排除所述等直径段的侧阻力。计算所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值时，忽略螺纹桩上部等直径段的侧阻力，仅考虑螺纹桩下部螺纹桩的侧阻力，使计算更偏向安全。优选地，所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值为：Tuk＝u∑λβqsikli式中：Tuk为所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值，kN；qsik为干作业钻孔桩极限侧阻力标准值，kPa；λ为抗拔系数；β为螺纹桩桩身等效极限侧阻力标准值相对于干作业钻孔桩极限侧阻力标准值的增强系数；当螺纹段桩侧土以砂土为主时取高值，以黏性土为主时取低值；li为所述螺纹段穿过的第i层土厚度，m。优选地，所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值具体为：Ra＝Tuk/K+Gp式中：Ra为所述螺纹桩的单桩竖向抗拔承载力特征值，kN；K为安全系数，取K＝2；Tuk为所述螺纹桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值，kN；Gp为所述螺纹桩自重，kN。本申请还公开了一种施工方法，用于形成本申请所述的抗上拱螺纹桩结构，基于钻机，所述钻机包括螺旋钻杆，所述螺旋钻杆内部沿长度设置有用于输送混凝土的输送通道，所述螺旋钻杆的钻头部位有与所述输送通道相连通的出口，该施工方法包含如下步骤：S1.沉入所述双层钢护筒至上拱变形区中的预定位置；S2.启动所述钻机，所述螺旋钻杆正向旋转，进行钻孔施工，所述螺旋钻杆贯穿所述上拱变形区并伸入稳定区，直至所述螺纹段的预定深度后停钻，已形成用于成型所述螺纹桩的桩孔；S3.所述螺旋钻杆反向旋转并回程，同时继续将混凝土通过输送通道泵送至所述钻头处，并填充至所述桩孔中；S4.当所述钻头到达所述上拱变形区与稳定区分界面时，所述螺旋钻杆正向旋转并回程，继续朝所述桩孔中输送混凝土，直至所述桩孔中完全填满混凝土；S5.将所述螺纹桩的钢筋笼沉入所述桩孔内的混凝土中，直至预定位置，待混凝土凝固后，形成一体浇筑的所述螺纹桩。本申请所述的一种施工方法，用于形成本申请所述的抗上拱螺纹桩结构，基于钻机，通过钻机上螺旋钻杆的正转和翻转，从而能够在下部钻得螺纹孔，上部转得等直径孔，从而保证了钻孔填筑后形成等直径段和螺纹段，之后将钢筋笼沉入所述桩孔内的混凝土中，最终形成符合要求的一体浇筑的螺纹桩，施工简单，整个施工过程都能借助钻机机械，省时省力，缩短工期，降低施工成本。优选地，所述螺旋钻杆反向旋转并回程过程中，所述钻头与所述桩孔中的混凝土相接触。以避免发生桩身夹泥或断桩的情况，而影响成桩效果。优选地，所述钢筋笼与所述桩孔的内壁之间具有间隙。若所述钢筋笼插入内壁，会破坏已钻孔形成的螺纹桩桩孔，对浇筑完成后的螺纹桩质量造成影响,故所述钢筋笼与所述桩孔的内壁之间具有间隙，以避免钢筋笼插入内壁。优选地，所述钻机包括振动管，步骤S5中，将所述螺纹桩的钢筋笼套入振动管，并将所述钢筋笼振动沉入所述桩孔内的混凝土中。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本申请所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗上拱螺纹桩结构，其特征在于，包括螺纹桩(2)，所述螺纹桩(2)的上部具有等直径段(21)，所述螺纹桩(2)的下部具有螺纹段(22)，所述螺纹段(22)的外壁上具有螺纹，所述等直径段(21)外侧套设有双层钢护筒(1)，所述双层钢护筒(1)包括内层钢护筒和外层钢护筒，所述内层钢护筒与所述外层钢护筒能够相对移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗上拱螺纹桩结构，其特征在于，包括螺纹桩(2)，所述螺纹桩(2)的上部具有等直径段(21)，所述螺纹桩(2)的下部具有螺纹段(22)，所述螺纹段(22)的外壁上具有螺纹，所述等直径段(21)外侧套设有双层钢护筒(1)，所述双层钢护筒(1)包括内层钢护筒和外层钢护筒，所述内层钢护筒与所述外层钢护筒能够相对移动。


2.根据权利要求1所述的一种抗上拱螺纹桩结构，其特征在于，所述双层钢护筒(1)轴向的长度与上拱变形区(3)的厚度相适配，所述等直径段(21)沿其轴向的长度与所述双层钢护筒(1)轴向的长度相适配。


3.一种用于如权利要求1或2所述的抗上拱螺纹桩结构的设计方法，其特征在于，包含以下步骤，
A1.预设所述螺纹桩(2)的结构尺寸，并以此计算所述螺纹桩(2)的自重Gp以及所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔极限承载力标准值Tuk；
A2.所述螺纹桩(2)的自重Gp以及所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔极限承载力标准值Tuk计算所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔承载力特征值Ra；
A3：根据所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔承载力特征值Ra调整所述螺纹桩(2)的结构尺寸，直至计算得到的所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔承载力特征值Ra满足抗拔要求，得到最终的所述螺纹桩(2)的结构尺寸。


4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，计算所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔极限承载力标准值时，依据所述螺纹段(22)的侧阻力，排除所述等直径段(21)的侧阻力。


5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔极限承载力标准值为：
Tuk＝u∑λβqsikli
式中：Tuk为所述螺纹桩(2)的单桩竖向抗拔极限承载力标准值，kN；qsik为干作业钻孔桩极限侧阻力标准值，kPa；λ为抗拔系数；β为螺纹桩(2)桩身等效极限侧阻力标准值相对于干作业钻孔桩极限侧阻力标准值的增强系数；li为所述螺纹段(22)穿过的第i层土厚度，m。


6.根据权利要求5所述的设计方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周和祥，付铭川，李宁，周成，吴沛沛，胡超，曾永红，龚建辉，肖昌睿，陈伟志，周川滨，张耀，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51