一种新型钢管灌注桩及其承载力和内力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种新型钢管灌注桩，采用一种经过防腐设计的钢管内设置钢筋笼，并浇注混凝土的结构形式，构成一种钢管与钢筋混凝土的组合结构。本申请还公开了一种新型钢管灌注桩的承载力和内力计算方法，新型钢管灌注桩桩基承载力计算可结合钢管桩和灌注桩的计算方法，侧摩阻力参考钢管桩，端阻力参考灌注桩；在钢管灌注桩满足弹性长桩条件下，钢管和混凝土桩芯抵抗水平力的比值，与两种材料弯曲刚度比值相同。本发明专利技术的新型钢管灌注桩及其承载力和内力计算方法具有减少材料浪费，优化桩基截面，相比将达到弹性长桩条件的钢护筒仅当做临时设施，可降低工程造价约40％甚至50％，提高同桩径下灌注桩抵抗水平力的能力约80％。

【技术实现步骤摘要】
一种新型钢管灌注桩及其承载力和内力计算方法
本专利技术涉及高桩码头设计领域。更具体地说，本专利技术涉及一种新型钢管灌注桩及其承载力和内力计算方法。
技术介绍
在高桩码头设计领域，钢管桩和灌注桩都在各种码头设施建设中广泛应用，但是把钢管桩与灌注桩组合起来的钢管灌注桩却很少使用。即便灌注桩施工时使用钢护筒成孔，也会在灌注完成后，趁混凝土初凝前将其拔出，不仅工序复杂，而且容易与混凝土桩体造成扰动，或者将钢护筒留在土里却不参与受力计算，造成浪费。在此背景下，本申请提出一种外包钢管的灌注桩结构，即本申请的新型钢管灌注桩。同时由于钢管与灌注桩组合后受力分配不明确，计算复杂，而且钢结构防腐蚀性差，使用年限与灌注桩相差比较大，因此还未有人提出外侧具有预留钢管的灌注桩的承载力和内力计算方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种新型钢管灌注桩及其承载力和内力计算方法，减少材料浪费，优化桩基截面，相比将达到弹性长桩条件的钢护筒仅当做临时设施，可降低工程造价约40％甚至50％，提高同桩径下灌注桩抵抗水平力的能力约80％。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种新型钢管灌注桩，包括下沉至设计标高的钢管，在钢管内设置钢筋笼，并浇注混凝土形成钢管与钢筋混凝土的组合结构，即新型钢管灌注桩。优选的是，所述钢管由多节管节焊接而成，所述管节长度不小于1.5米且仅具有一条纵向焊缝，相邻管节的纵向焊缝错开90°。优选的是，所述钢管表面设置有防腐层。优选的是，所述钢筋笼包括主筋、加强筋和箍筋。优选的是，所述钢管内在钢筋笼内侧环向一圈均匀间隔预埋有多根声测管，用于通过超声波检测桩身的完整性。本专利技术还提供了一种新型钢管灌注桩的承载力和内力计算方法，包括单桩轴向抗压承载力计算，其计算公式为：其中，Qd——轴向承载力设计值；γR——分项系数；U——桩身截面周长；qfi——极限侧摩阻力标准值；li——穿过第i层土的厚度；ψp——端阻力效应系数；qR——极限桩端阻力标准值；A——桩端截面面积。优选的是，还包括单桩轴向抗拔承载力计算，其计算公式为：其中，Td——单桩抗拔极限承载力设计值；γR——分项系数；U——桩身截面周长；ξi——折减系数；qfi——极限侧摩阻力标准值；li——穿过第i层土的厚度；G——桩重力；α——桩轴线与垂线夹角。优选的是，还包括受水平力作用下弹性长桩内力计算，钢管灌注桩的入土长度Lt≥4T，计算公式分别为：其中，F1、F2——分别为钢管和灌注钢筋混凝土所受水平力；F——钢管灌注桩所受水平力；E1、E2——分别为钢管和灌注钢筋混凝土材料弹性模量；I1、I2——分别为钢管和灌注钢筋混凝土截面惯性矩。本专利技术至少包括以下有益效果：1、本申请提供的新型钢管灌注桩，因为钢管为打入施工，且灌注混凝土为实心，因此，较同直径钢管桩和灌注桩桩基承载竖向力更大；弹性长桩条件下，钢管灌注桩中钢管和内部钢筋混凝土结构同时受力，抵抗水平荷载能力强；由于承载能力强，可以优化桩基截面，降低工程造价，尤其是水运工程设计中相比本来就需要设置钢护筒施工的灌注桩，具有更加明显的经济优势。相比将达到弹性长桩条件的钢护筒仅当做临时设施，可降低工程造价约40％甚至50％，提高同桩径下灌注桩抵抗水平力的能力约80％。2、本申请提供的新型钢管灌注桩的承载力和内力计算方法，按照弯曲刚度将外侧钢管和内侧灌注桩的受力条件区分清楚，也就是进一步为本申请这种组合结构的应用打下了基础，开阔了本领域灌注桩施工的一种新局面。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术钢管灌注桩典型断面图。附图标记说明：1、主筋，2、箍筋，3、加强筋，4、钢管，5、混凝土，6、声测管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术提供一种新型钢管灌注桩，包括下沉至设计标高的钢管4，在钢管4内设置钢筋笼，并浇注混凝土5形成钢管4与钢筋混凝土5的组合结构，即新型钢管灌注桩。所述钢管4由多节管节焊接而成，所述管节长度不小于1.5米且仅具有一条纵向焊缝，相邻管节的纵向焊缝错开90°。所述钢管4表面设置有防腐层。所述钢筋笼包括主筋1、加强筋3和箍筋2，为常规的钢筋笼结构。所述钢管4内在钢筋笼内侧环向一圈均匀间隔预埋有多根声测管6，用于通过超声波检测桩身的完整性。在上述技术方案中，现有技术中，高桩码头用的普通灌注桩都是要在水里施工，需要打设钢护筒，很多砂层比较厚的地质条件，钢护筒打的很长，拔不出来，导致钢护筒留在灌注桩的外侧；部分情况下，需要设置联系撑的桩上钢护筒也是不拔的。但是这两种情况不管是哪种，钢护筒只是作为临时设施，不参与受力计算，会导致极大地浪费，导致灌注桩桩截面做的很大，本申请事先就是施工一种钢管灌注桩，把钢管4承载力计算进去，与现有技术中的灌注桩存在本质区别。具体为：采用一种经过防腐设计的钢管4内设置钢筋笼，并浇注混凝土5的结构形式，构成一种钢管4与钢筋混凝土5的组合结构。设计要点：①钢管灌注桩入土长度，需达到弹性长桩条件；②钢管4需采取防腐措施，使钢管4能与桩芯长期共同工作。本申请中的钢管灌注桩施工需对钢管施工前进行防腐处理，具体施工过程及对应的要求简述如下：(1)为保证钢管质量，在工厂整管制作，管身焊缝采用对接焊缝，管节长度应尽量加大，不得小于1.5m，每根管节只准有一条纵向焊缝，相邻管节的纵向焊缝必须错开90°。焊缝外观检查合格后，应进行焊缝无损探伤的检测。超声波和射线照相探伤结果符合国家标准《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-95)及《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》(GB3323)的等级标准，焊缝质量等级要求达到二级；(2)钢管应做防腐处理，涂油漆前，须将金属结构外露部分的毛刺、焊瘤、铁锈及其它附着物除净，表面处理应达到Sa2.5级。防腐涂层应符合《水运工程结构耐久性设计标准》(JTS)；目前钢结构防腐蚀技术取得了长足的进步，技术种类主要包括涂层保护、金属热喷涂、阴极保护等。合理选用以上防腐蚀技术，结合单面腐蚀裕量法，即使是在海水环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型钢管灌注桩，其特征在于，包括下沉至设计标高的钢管，在钢管内设置钢筋笼，并浇注混凝土形成钢管与钢筋混凝土的组合结构，即新型钢管灌注桩。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型钢管灌注桩，其特征在于，包括下沉至设计标高的钢管，在钢管内设置钢筋笼，并浇注混凝土形成钢管与钢筋混凝土的组合结构，即新型钢管灌注桩。


2.如权利要求1所述的新型钢管灌注桩，其特征在于，所述钢管由多节管节焊接而成，所述管节长度不小于1.5米且仅具有一条纵向焊缝，相邻管节的纵向焊缝错开90°。


3.如权利要求1所述的新型钢管灌注桩，其特征在于，所述钢管表面设置有防腐层。


4.如权利要求1所述的新型钢管灌注桩，其特征在于，所述钢筋笼包括主筋、加强筋和箍筋。


5.如权利要求1所述的新型钢管灌注桩，其特征在于，所述钢管内在钢筋笼内侧环向一圈均匀间隔预埋有多根声测管，用于通过超声波检测桩身的完整性。


6.一种新型钢管灌注桩的承载力和内力计算方法，其特征在于，包括单桩轴向抗压承载力计算，其计算公式为：
其中，Qd——轴向承载力设计值；
γR——分项系数；
U——桩身截面周长；
qfi——极限侧摩阻力标准值；

【专利技术属性】
技术研发人员：禹精瑞，王全，杜林，张光伟，罗建美，周伟，刘璐，汤川，
申请(专利权)人：中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42