一种寒区抗冻拔桩体结构制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种寒区抗冻拔桩体结构，桩体结构从上至下依次为：桩身段、锚固段和桩端，锚固段包括：锚固段桩身、锚固片、转动轴、弹簧和贯穿孔。本发明专利技术通过设置锚固段，锚固段装有锚固片和弹簧，锚固片下端和桩身铰接，锚固片上端在打入时压紧弹簧，当桩体冻拔时，锚固片张开，桩侧土体进入锚固片和锚固段桩身之间的空隙，为桩提供上拔阻力，抑制桩基冻拔。在第一个冷季产生一定的冻拔量后，锚固段获得足够的上拔阻力，桩基不再继续上拔，累积冻拔病害得到控制。病害得到控制。病害得到控制。

【技术实现步骤摘要】
一种寒区抗冻拔桩体结构


[0001]本专利技术涉及冻土工程桩基础
，尤其涉及一种寒区抗冻拔桩体结构。

技术介绍

[0002]冻土是温度低于0℃且含有冰的土岩，按其存在时间长短可分为多年冻土和季节性冻土，我国冻土分布广泛，多年冻土区和季节性冻土区占我国国土面积的75％左右。多年冻土是两年以上处于冻结状态的土，只有表层几米的土层处于夏融冬冻的状态，该层也被称为季节性活动层；季节性冻土是只在地表几米范围内冬季冻结、夏季融化的土，该层也被称为季节冻结层或季节活动层。也就是说，在多年冻土区和季节冻土区，在地表几米范围内，均存在冬季冻结、夏季融化的活动层。
[0003]在寒区，电线杆等构筑物广泛采用杆式桩基础，这类构筑物的共同特点是荷载和自重较小、桩基细长，在活动层的季节冻胀融沉交替作用下，桩基极易产生冻拔病害。随着年份增长，冻拔位移不断累积，导致基础拔出或倾覆。寒冷季节，随着大气温度下降，活动层土体冻结，会向竖直方向冻胀。然而，桩基础改变了冻土的自然形态，导致桩周土的竖向冻胀受到约束，冻结土体则对桩基础产生切向冻胀力，使桩向上拔起。暖季到来后，活动层土体融化，桩身所受上拔力消失，桩基础会停留在其上拔后位置，或产生一定的沉降、倾斜，但受桩侧土体摩阻力支撑、不会回到上拔前位置。因此，在一个冻融循环作用内，桩体会产生净上拔量。随着活动层反复冻融循环，桩基重复上述冻拔过程，冻拔量不断累积增长，最终导致桩基产生过大的累积冻拔量，危害着上覆工程构筑物的稳定性。在寒区，每年需要付出巨大的经济代价将冻拔后的电线杆扶正、重新打入。
[0004]综上，在我国广大的季节性冻土区和多年冻土区，均存在桩基冻拔病害，对于约束力较小的电线杆基础，冻拔病害尤为严重，亟需采取针对性的抗冻拔措施，控制其累积冻拔量。桩基冻拔发生的本质是桩基受到的上拔力超过向下约束力。因此，桩基抗冻拔的关键，是提高桩身所受的约束力，减小切向冻胀力，使上拔力小于约束力。
[0005]现有常用的桩基抗冻拔措施有以下几种：
[0006]1.换填法，将桩身季节性活动层范围内土体置换为弱冻胀性土；
[0007]2.保温法，绕桩身在季节性活动层范围内铺设保温材料；
[0008]3.护筒法，在桩侧增设具有保温、隔水、降低桩-土接触面粗糙度等作用的护筒；
[0009]4.锚固法，在桩体之外，增设锚固结构，将桩端锚固在活动层以下的稳定土体中；
[0010]5.变截面桩法，如扩底桩、锥形桩等，这些桩型大部分为现浇基础形式。
[0011]以上措施取得了一定效果。但可以看出，换填、保温、护筒、锚固等方法都需进行桩基础之外的结构施工，存在成本高、施工复杂、难以普及等问题；现浇的变截面桩需要进行桩孔开挖、浇筑混凝土等过程，需要大型施工机械，施工周期长、环境扰动大，且混凝土桩和土体具有较大的摩擦系数，不利于减小桩所受的切向冻胀力。同时，在多年冻土中，混凝土产生的水化热会引起下部多年冻土融化，减小桩基础的上拔阻力，加剧桩的冻拔变形。
[0012]因此，迫切需要一种结构简单、施工方便、经济环保、便于推广的抗冻拔桩基础。

技术实现思路

[0013]本专利技术的实施例提供了一种寒区抗冻拔桩体结构，以克服现有技术的缺陷。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0015]一种寒区抗冻拔桩体结构，所述桩体结构从上至下依次为：桩身段、锚固段和桩端，所述桩身段、锚固段和桩端为实心结构；
[0016]所述桩身段横截面为圆形，所述桩端为倒置的圆锥形，圆锥母线长度等于桩体直径D；
[0017]所述锚固段包括：锚固段桩身、锚固片组、转动轴、弹簧和贯穿孔；
[0018]在所述锚固段，沿横截面轴线、垂直于锚固片组的方向设有贯穿孔，所述弹簧放置于贯穿孔内；
[0019]所述锚固片组、弹簧及贯穿孔分别为n个，n为1或2；
[0020]每个锚固片组包括两个锚固片，所述两个锚固片对称地设置于锚固段桩身的两侧，分别与一个弹簧的两端连接；
[0021]所述锚固片的底端通过转动轴与所述锚固段桩身的底部铰接，所述锚固片可绕转动轴转动；
[0022]所述锚固片横截面为拱形，其内表面为平面，外表面为圆弧形；
[0023]当所述锚固片的内表面与锚固段的桩身贴合时，所述锚固段和桩身段的形状一致，且锚固段的横截面直径等于桩体直径D，所述弹簧缩在贯穿孔内处于最紧状态，当所述弹簧处于最紧状态时，长度L
min
＝D-2T
max
，T
max
为锚固片最大厚度，当所述弹簧松弛时，其长度为L0。
[0024]优选地，当桩体打入时，锚固片压紧弹簧、紧贴桩身，当桩体冻拔时，锚固片在弹簧压力作用下张开，桩周土体进入锚固片和锚固段桩身之间的空隙，为桩体提供上拔阻力，抑制桩基冻拔。
[0025]优选地，在第一个冷季，桩体产生一定的冻拔量后，锚固段获得所述上拔阻力，在后续的季节冻融过程中，所述上拔阻力可以平衡上拔力，桩基不再继续上拔。
[0026]优选地，所述锚固段弹簧需综合考虑锚固片张开间距B、弹簧极限压力Fm和锚固段截面积S，进行设计和选型。
[0027]优选地，所述锚固段设于活动层下的稳定土层。
[0028]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的一种寒区抗冻拔桩体结构，通过设置锚固段，锚固段装有锚固片和弹簧，锚固片下端和桩身铰接，当桩体冻拔时，锚固片在弹簧压力作用下张开，桩侧土体进入锚固片和锚固段桩身之间的空隙，为桩提供上拔阻力，抑制桩基冻拔。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1)抗冻拔效果更好：当桩体首次冻拔，达到平衡态时，在后续的冻融循环过程中总是可以达到此平衡态；2)结构更简单：桩身锚固段融入桩体结构，利用桩周土对桩体产生抗拔力，无需对桩基增设其他结构，经济性佳；3)施工更方便：桩体采用工厂预制，便于批量生产和运输，采用锤击贯入法施工，简化了施工方法，加快了施工进度；4)环保性更好：无需在冻土区进行大开挖和混凝土灌注，避免了对多年冻土的热扰动；5)设计方法更明确：本专利技术明确了桩身各结构设计标准及建议范围，可针对不同场地情况进行桩的设计、选型；6)削减土体冻胀力：桩身外表面材质为钢材，可减小桩-土接触面的粗糙度，进而减小桩基受到的切向冻胀力，
削减桩基冻拔量。
[0029]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例提供的一种寒区抗冻拔桩体结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例提供的A-A剖面图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种寒区抗冻拔桩体结构，其特征在于，所述桩体结构从上至下依次为：桩身段、锚固段和桩端，所述桩身段、锚固段和桩端为实心结构；所述桩身段横截面为圆形，所述桩端为倒置的圆锥形，圆锥母线长度等于桩体直径D；所述锚固段包括：锚固段桩身、锚固片组、转动轴、弹簧和贯穿孔；在所述锚固段，沿横截面轴线、垂直于锚固片组的方向设有贯穿孔，所述弹簧放置于贯穿孔内；所述锚固片组、弹簧及贯穿孔分别为n个，n为1或2；每个锚固片组包括两个锚固片，所述两个锚固片对称地设置于锚固段桩身的两侧，分别与一个弹簧的两端连接；所述锚固片的底端通过转动轴与所述锚固段桩身的底部铰接，所述锚固片可绕转动轴转动；所述锚固片横截面为拱形，其内表面为平面，外表面为圆弧形；当所述锚固片的内表面与锚固段的桩身贴合时，所述锚固段和桩身段的形状一致，且锚固段的横截面直径等于桩体直径D，所述弹簧缩在贯穿孔内处于最紧状态，当所述弹簧处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，李晓康，杜战军，柴玉卿，丁心香，高晓培，李帅，高晓静，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：