本发明专利技术公开了一种利用桩周钢‑碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法。本发明专利技术将筒结构的筒壁穿过桩身安装至地基土顶面，往内填筑碎砂石料，再对桩基施加水平外力使桩身发生位移，此时桩身倾斜侧下方土层受到压缩产生变形，从而使另一侧桩身与筒体底板接触的部分脱离，产生空隙，筒型基础内部填筑的砂石料可从空隙漏至地基土中。同理，从桩身其余侧进行加载可使其余侧土体也受到同样作用。在打桩的过程中重复上述步骤，可实现碎砂石置换浅部不良地基土，提升桩基水平抗力。本发明专利技术所提出的基础形式兼具单桩基础有效控制竖向位移与筒型基础效控制水平向位移的优势，提高了基础的水平承载力及抗弯承载力，特别适用于海上风机等受力复杂构筑物的基础。
【技术实现步骤摘要】
利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法
本专利技术涉及一种利用桩周附加钢-碎砂石筒体结构从而提升桩基水平承载力的方法，运用领域为桩基承载领域。
技术介绍
近年来，随着近海结构物的不断兴建，海上风电固定式基础类型逐渐增多，主要有单桩基础、高桩承台基础、导管架基础、重力式基础和复合筒基础，桩身出露地表较多的单桩结构由于形式简单最为常用。为承受基础上部的风电结构自重等竖向荷载，此类单桩基础往往高达几十米以上，其通常直径较大且为钢桩，桩体入土较深，竖向承载力通常易满足要求。由于海上风电结构基础在使用过程中常常受到波浪或风荷载作用，刚性短桩在极限荷载作用下桩身发生转动，需要承受较大的水平荷载和倾覆力矩，这就要求单桩基础应具有足够大的水平承载能力才能保证上部风机的安全运行。目前我国近海区域较大部分是淤泥、粉质黏土等软弱地基，无法满足受荷较大时的地基承载力和基础变形要求，单桩结构易出现较大的水平位移及桩身转角。此时，单桩基础往往需要增大其直径或者将桩打至持力能力较好的土层以抵抗较大水平荷载作用。但如果过度增大单桩基础尺寸，不仅增加了材料用量，影响造价，并且在基础安装时也会受到施工设备的限制，在具体施工上也存在一定困难。
技术实现思路
针对我国近海软土地质条件差及普通单桩基础无法较好承受水平荷载的弊端，本专利技术拟设计提出一种在单桩与地表相接处增设一钢-碎砂石筒体结构的方法与施工技术。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法，其步骤如下：S1：将预制的钢筒构件运至预定的单桩基础打桩位置，所述钢筒构件为一个具有中空内腔的钢制筒状壳体，其顶盖和底板分别开设有同轴的顶部预留孔和底部预留孔，且顶部预留孔和底部预留孔的孔径均大于单桩基础的外径；所述顶盖上还设有用于向中空内腔内填充碎砂石材料的填筑孔；S2：将单桩基础初步打入预定桩位处的软弱地基中，然后将钢筒构件通过顶部预留孔和底部预留孔穿入单桩基础顶部，并借助单桩基础的导向作用穿过桩身缓慢沉放，直至底板到达软弱地基顶面处，沉放完成；S3：待钢制筒状壳体沉放完成后，通过顶盖上预留的填筑孔往钢制筒状壳体的中空内腔中填充碎砂石材料，待碎砂石材料材料填筑密实后，形成环绕单桩基础的钢-碎砂石筒体结构；S4：在单桩基础的桩身一侧施加水平作用力，使桩身受到水平力作用绕着底部桩端发生倾斜摆动，通过桩身倾斜产生的位移使桩侧地基土体受到压缩，同时受荷侧桩身和底部预留孔之间的间隙扩大形成供碎砂石材料下落的空隙，碎砂石材料在自重下从空隙中落入地基土中，替代部分原始的桩侧土体；再重新对单桩基础的桩身施加水平作用力使桩身恢复未倾斜状态；S5：然后针对桩身的其余侧，也按照与S4中相同的方法通过施加相应方向的水平作用力，使碎砂石材料进入受荷侧的地基土中，替代部分原始的桩侧土体；S6：在单桩基础打桩过程中不断重复S4和S5，直至桩底到达预计深度且稳定后，使桩身侧部原始的软弱地基土被替换为碎砂石包裹；最后从填筑孔中向筒体内进行注浆，使整个钢筒构件与单桩基础浇筑成整体。作为优选，所述的钢制筒状壳体、顶盖和底板均为钢材质，通过焊接形成整体结构。作为优选，所述的顶部预留孔和底部预留孔的孔径均为单桩基础桩径的1.1倍。作为优选，所述顶盖的外径为单桩基础桩径的4～6倍，所述底板的外径为单桩基础桩径的2～4倍，所述钢制筒状壳体的高度为单桩基础桩径的5倍。作为优选，所述的填筑孔的直径孔径与单桩基础桩径相同。作为优选，所述钢制筒状壳体的壁厚为单桩基础桩径的1/100。作为优选，所述软弱地基所处地质条件为粘土、淤泥或粉质粘土。作为优选，所述单桩基础的桩身与碎砂石接触面预先进行喷砂处理，以提高二者连接整体性及摩擦系数。作为优选，打桩过程中，所述钢制筒状壳体内的碎砂石材料需不断补充。作为优选，为使单桩基础的桩身产生一定倾斜量，施加的水平外力将随着桩身的打入深度增大而逐渐增大；且在使单桩基础向不同侧倾斜时施加的水平力的方向也需适应性变化。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在打桩过程中对地表高度处的桩周增设一钢-碎砂石筒复合基础，附属结构处由于相当于给桩身增设了一个约束，限制了单桩基础的水平位移和转角；同时桩身横截面面积增大，截面惯性矩增大，增加了基础的整体刚度；使复合桩基础的整体水平承载力得到提高，达到了共同抵抗弯矩荷载的效果；除此以外，本专利技术方法利用桩身在水平外力作用下发生倾斜位移时与筒体底板脱离从而产生空隙，原先填筑在筒体内部的砂石料落入地基土中，将浅部土体换填，土性得到改良，以此提高基础在软弱地基上的水平抗力和有效地控制桩身变形问题。筒型基础由于其自身结构的特点具有很好的抗倾覆性能，与单桩结合而成的复合筒型基础可以充分发挥整体性能，有利于风机基础结构满足海洋环境下的水平承载条件。附图说明图1是本专利技术提出的钢-碎石筒复合结构分解示意图；图2(a)是桩基打入一定深度后，将本专利技术提出的钢-碎砂石筒复合结构进行定位安装的施工过程示意图；图2(b)是将碎砂石料通过孔口填筑进筒体结构的过程示意图；图3是当桩身受外力倾斜时，筒中碎石料下落至地基土的过程示意图；图4(a)是桩身持续打入过程中，进行砂石料的二次填筑过程示意图；图4(b)是在桩身对侧施加荷载，使对侧土体得到换填加固的过程示意图；图5是打桩至预定深度后，通过本专利技术方法预期达到的效果示意图；附图标记如下：1-顶盖、2-填筑孔、3-顶部预留孔、4-钢制筒状壳体、5-底板、6-底部预留孔、7-软弱地基、8-单桩基础、9-碎砂石材料、10-地基土换填区、11-混凝土浇筑节管、12-混凝土。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，兹举以下实施例，并配合附图详细说明如下：参见图1所示，本专利技术设计了一种附加于桩周的钢筒构件，该钢筒构件为一个具有中空内腔的钢制筒状壳体4，钢制筒状壳体4的底部呈漏斗状，有利于内部物料向中心集中。钢制筒状壳体4的顶部和底部通过焊接顶盖1和底板5进行密封，但其顶盖1和底板5分别开设有顶部预留孔3和底部预留孔6，顶部预留孔3和底部预留孔6的目的是能够将该钢筒构件整体套在单桩桩身上，因此顶部预留孔3和底部预留孔6需要保持同轴的状态。而且，顶部预留孔3和底部预留孔6的孔径均应当大于单桩基础8的外径，使得单桩基础8能否穿入两个预留孔中。另外，钢制筒状壳体4的中空内腔的作用是填充碎砂石材，因此顶盖1上还需要设有用于向中空内腔内填充碎砂石材料9的填筑孔2。本实施例中，填筑孔2一个有两个，对称布置于顶部预留孔3的两侧。该钢筒构件可在工厂中预先加工而成，此时其内部不填充碎砂石材料9，待其套在单桩桩身上并置于软土地基上后，再向内部填充碎砂石材料9，填充满后即形成了一个钢-碎砂石筒结构。其中，所谓的碎砂石材料9可以根据实际需要用砂、碎石填料进行级配而成。在该钢筒构件中，个部件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法，其特征在于，步骤如下：/nS1：将预制的钢筒构件运至预定的单桩基础(8)打桩位置，所述钢筒构件为一个具有中空内腔的钢制筒状壳体(4)，其顶盖(1)和底板(5)分别开设有同轴的顶部预留孔(3)和底部预留孔(6)，且顶部预留孔(3)和底部预留孔(6)的孔径均大于单桩基础(8)的外径；所述顶盖(1)上还设有用于向中空内腔内填充碎砂石材料(9)的填筑孔(2)；/nS2：将单桩基础(8)初步打入预定桩位处的软弱地基(7)中，然后将钢筒构件通过顶部预留孔(3)和底部预留孔(6)穿入单桩基础(8)顶部，并借助单桩基础(8)的导向作用穿过桩身缓慢沉放，直至底板(5)到达软弱地基(7)顶面处，沉放完成；/nS3：待钢制筒状壳体(4)沉放完成后，通过顶盖(1)上预留的填筑孔(2)往钢制筒状壳体(4)的中空内腔中填充碎砂石材料(9)，待碎砂石材料(9)材料填筑密实后，形成环绕单桩基础(8)的钢-碎砂石筒体结构；/nS4：在单桩基础(8)的桩身一侧施加水平作用力，使桩身受到水平力作用绕着底部桩端发生倾斜摆动，通过桩身倾斜产生的位移使桩侧地基土体受到压缩，同时受荷侧桩身和底部预留孔(6)之间的间隙扩大形成供碎砂石材料(9)下落的空隙，碎砂石材料(9)在自重下从空隙中落入地基土中，替代部分原始的桩侧土体；再重新对单桩基础(8)的桩身施加水平作用力使桩身恢复未倾斜状态；/nS5：然后针对桩身的其余侧，也按照与S4中相同的方法通过施加相应方向的水平作用力，使碎砂石材料(9)进入受荷侧的地基土中，替代部分原始的桩侧土体；/nS6：在单桩基础(8)打桩过程中不断重复S4和S5，直至桩底到达预计深度且稳定后，使桩身侧部原始的软弱地基土被替换为碎砂石包裹；最后从填筑孔(2)中向筒体内进行注浆，使整个钢筒构件与单桩基础(8)浇筑成整体。/n...
【技术特征摘要】
1.一种利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法，其特征在于，步骤如下：
S1：将预制的钢筒构件运至预定的单桩基础(8)打桩位置，所述钢筒构件为一个具有中空内腔的钢制筒状壳体(4)，其顶盖(1)和底板(5)分别开设有同轴的顶部预留孔(3)和底部预留孔(6)，且顶部预留孔(3)和底部预留孔(6)的孔径均大于单桩基础(8)的外径；所述顶盖(1)上还设有用于向中空内腔内填充碎砂石材料(9)的填筑孔(2)；
S2：将单桩基础(8)初步打入预定桩位处的软弱地基(7)中，然后将钢筒构件通过顶部预留孔(3)和底部预留孔(6)穿入单桩基础(8)顶部，并借助单桩基础(8)的导向作用穿过桩身缓慢沉放，直至底板(5)到达软弱地基(7)顶面处，沉放完成；
S3：待钢制筒状壳体(4)沉放完成后，通过顶盖(1)上预留的填筑孔(2)往钢制筒状壳体(4)的中空内腔中填充碎砂石材料(9)，待碎砂石材料(9)材料填筑密实后，形成环绕单桩基础(8)的钢-碎砂石筒体结构；
S4：在单桩基础(8)的桩身一侧施加水平作用力，使桩身受到水平力作用绕着底部桩端发生倾斜摆动，通过桩身倾斜产生的位移使桩侧地基土体受到压缩，同时受荷侧桩身和底部预留孔(6)之间的间隙扩大形成供碎砂石材料(9)下落的空隙，碎砂石材料(9)在自重下从空隙中落入地基土中，替代部分原始的桩侧土体；再重新对单桩基础(8)的桩身施加水平作用力使桩身恢复未倾斜状态；
S5：然后针对桩身的其余侧，也按照与S4中相同的方法通过施加相应方向的水平作用力，使碎砂石材料(9)进入受荷侧的地基土中，替代部分原始的桩侧土体；
S6：在单桩基础(8)打桩过程中不断重复S4和S5，直至桩底到达预计深度且稳定后，使桩身侧部原始的软弱地基土被替换为碎砂石包裹；最后从填筑孔(2)中向筒体内进行注浆，使整个钢筒构件与单桩基础(8)浇筑成整体。
2.如权利要求1所述的利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力...
【专利技术属性】
技术研发人员：王奎华，邱欣晨，涂园，吴君涛，赵爽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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