【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程桩基础，特别是涉及一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩及设计方法和施工方法。
技术介绍
1、随着建筑业的调整发展，建筑工程对地基设计和施工要求越来越高，混凝土桩在高层建筑、桥梁、高铁、港口等建筑工程中得到越来越广泛的应用。
2、目前，混凝土灌注桩一般作为抗压桩使用，当用作抗拔桩时，桩内纵向钢筋承受拉力，钢筋延伸变形，会使桩身混凝土受拉产生裂缝，为保证桩身中受拉钢筋的耐久性，混凝土需要进行裂缝宽度控制，根据现行规范计算的桩身配筋率很高，势必造成钢筋的大量浪费。
3、针对这些问题，改进方法是去掉钢筋笼，在桩中心设置无粘结预应力拉杆，减少了钢筋用量，桩身混凝土形成预压力，避免了自由段桩身裂缝。但是，锚固段桩身仍存在裂缝问题，无法确保锚固段钢拉杆耐久性，而且这种桩往往只能抗拉不能抗压。常规小直径预应力桩在桩端施加预应力时，可能发生局部受压破坏现象。常规预应力抗拔桩一般在筏板顶施加预应力，需要留设预应力杆体通道，与筏板交叉施工，工期长，而且往往造成地下室筏板漏水的通病；常规预应力抗拔桩，桩端无扩大头，抗拔承载力低，变形大。因此，至今未有任何一种桩型能够系统、全面的解决以上技术问题。
4、申请人于cn108330959b中公开了一种喷扩挤压组合桩及其施工方法和该方法使用的螺旋喷扩挤压钻机。该组合桩(标准编制时更名为喷扩锥台压灌桩)的桩体由桩身、扩径体和桩端组成。本专利技术单桩承载力高，施工效率高，经济节约，作为抗压桩在全国建设行业中广泛应用，已取得显著的经济效益、社会效益和环境效益，被住
5、因此，为了解决桩身混凝土裂缝问题、钢筋耐久性问题，降低钢筋用量，同时实现桩既能抗拔、又能抗压的目的，进而取得更大的经济效益和社会效益，亟需设计一种全新的、高效的压灌桩和施工方法。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的是提供一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩。
2、本专利技术的第二目的是提供一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的设计方法。
3、本专利技术的第三目的是提供一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的施工方法。
4、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体如下：
5、一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，由桩体和位于桩体内的预应力杆体组合构件组成；所述桩体包括一体式结构的桩帽、桩身、肋板和双锥台扩径体，所述桩身的外周面上设有至少三个肋板，所述桩身的下方设有至少一个双锥台扩径体；所述预应力杆体组合构件包括自上而下依次相连的杆体张拉端构件、杆体钢拉杆构件和杆体锚固端构件；
6、所述桩帽呈锥台型，所述杆体张拉端构件位于桩帽顶部，并与桩帽共同构成桩张拉端结构；桩张拉端设置桩帽，可防止张拉预应力时桩端混凝土局部受压破坏；
7、所述杆体钢拉杆构件包括位于钢筋笼中央的隔离管，所述隔离管内穿设有钢拉杆，所述隔离管的下端延伸至所述双锥台扩径体的顶部中央，所述钢拉杆的下端从隔离管中穿出并穿过位于双锥台扩径体内部的外螺纹锚固钢管，且通过第二锁定螺母与位于所述双锥台扩径体底部中央的预应力锚固钢板固定在一起。
8、所述杆体张拉端构件包括位于桩帽顶部的预应力支撑钢板，所述预应力支撑钢板的上方设有第一锁定螺母。
9、进一步的，所述桩帽和桩身的内部为带有钢筋笼的混凝土结构，外层为水泥土过渡层；所述桩身的中心轴线上设有杆体钢拉杆构件；所述肋板的内部为混凝土，其外层为水泥土过渡层，设置肋板的目的是为了增加桩侧摩阻力；所述桩身、肋板和杆体钢拉杆构件共同构成桩自由段结构，自由段结构是为了实现桩底锚型结构。
10、进一步的，所述钢拉杆的外表面设有防腐涂层；所述钢拉杆的上端从预应力支撑钢板、中穿出，并穿过螺旋筋与位于螺旋筋上方的锚固板相连；所述第一锁定螺母将钢拉杆和预应力支撑钢板固定在一起。
11、进一步的，所述双锥台扩径体的内部为混凝土，外层为水泥土过渡层，其内部还设有杆体锚固端构件，所述双锥台扩径体与杆体锚固端构件共同构成桩底锚型结构。在双锥台扩径体上端面以上为桩自由段，双锥台扩径体为锚固段，且位于桩底深层密实土层中，形成了抗拔桩底锚型结构。
12、进一步的，所述外螺纹锚固钢管内注有高强灌浆料；所述外螺纹锚固钢管的上部和下部各套设有一个导向环；所述外螺纹锚固钢管、预应力锚固钢板、第二锁定螺母、高强灌浆料和导向环共同组成杆体锚固端构件。
13、进一步的，所述桩体的外侧形成有挤密土层，所述挤密土层将桩帽的下部、桩身和双锥台扩径体包裹住；所述桩帽上部的四周设有垫层所述垫层的上方为基础筏板。
14、本桩型施加预应力的位置是在桩顶桩帽，筏板中无需留设预应力杆体通道，桩顶以上钢拉杆锚固在混凝土筏板中，避免与筏板交叉施工，同时也避免了地下室筏板漏水通病。
15、本专利技术所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的设计方法，基于以下原理：
16、抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩抗拔时，本桩型为底锚型结构，拉拔力施加在双锥台扩径体顶部，上部桩身混凝土受压，由于泊松比效应，桩侧摩阻力比普通抗拔桩提高，基于以上原因及现场试验，桩侧摩阻力抗拔系数λi由《喷扩锥台压灌桩技术标准》t/cecs657-2020的0.5～0.8调为0.8～0.95之间。
17、由于水泥土过渡层和肋板作用，桩侧摩阻力比普通抗拔桩提高，桩侧摩阻力提高系数βsi为1.2～2.1。
18、拉拔力直接施加在双锥台扩径体顶部，与常规抗拔扩底桩相比，双锥台扩径体可提前受力，能够充分发挥扩径体作用，常规抗拔扩底桩无自由段，拉拔力施加在桩顶，桩身侧阻先行发挥，扩大头受力发挥滞后，无法充分发挥扩大头作用。
19、双锥台扩径体上表面设有锥台斜面，土体破裂滑动面与垂直面夹角加大，能使更多的深层密实土参与抗拔工作，双锥台扩径体上拔端阻力大大提高。常规抗拔扩底桩扩大头顶面为水平面，土体破裂滑动面与垂直面夹角加小，参与抗拔工作的土体较少，上拔端阻力小；双锥台的扩径体上部桩身全长设置肋板，肋板延伸至桩身周围远部土层中，使得桩身周围参与抗拔工作的土层范围增大。基于以上原因及现场试验，本专利公式中的基桩自重及其扩径体以上参与抗拔工作的土体自重标准值为现行标准的1.2倍。
20、根据上述原理，所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的抗拔设计方法，具体步骤为：
21、第一步根据桩的抗压、抗拔力和地层条件确定桩的几何参数，桩的几何参数包括桩径、桩长、肋板、扩径体、桩帽的构造几何尺寸、位置等参数，参照《喷扩锥台压灌桩技术标准》t/cecs 657-2020执行；
22、第二步根据上部荷载和水浮力进行桩位布置；
23、第三步进行单桩竖向抗拔承载力验算：
24、当群桩呈非整体破坏时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：由桩体和位于桩体内的预应力杆体组合构件组成；所述桩体包括一体式结构的桩帽(4)、桩身(5)、肋板(6)和双锥台扩径体(7)，所述桩身(5)的外周面上设有至少三个肋板(6)，所述桩身(5)的下方设有至少一个双锥台扩径体(7)；所述预应力杆体组合构件包括自上而下依次相连的杆体张拉端构件(8)、杆体钢拉杆构件(9)和杆体锚固端构件(10)；
2.根据权利要求1所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述桩帽(4)和桩身(5)的内部为带有钢筋笼(23)的混凝土结构，外层为水泥土过渡层(22)；所述桩身(5)的中心轴线上设有杆体钢拉杆构件(9)；所述肋板(6)的内部为混凝土，其外层为水泥土过渡层(22)；所述桩身(5)、肋板(6)和杆体钢拉杆构件(9)共同构成桩自由段结构(2)。
3.根据权利要求2所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述钢拉杆(13)的外表面设有防腐涂层(14)；所述钢拉杆(13)的上端从预应力支撑钢板(12)、中穿出，并穿过螺旋筋(26)与位于螺旋筋(26)上方的锚固板(25)
4.根据权利要求3所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述双锥台扩径体(7)的内部为混凝土，外层为水泥土过渡层(22)，其内部还设有杆体锚固端构件(10)，所述双锥台扩径体(7)与杆体锚固端构件(10)共同构成桩底锚型结构(3)。
5.根据权利要求4所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述外螺纹锚固钢管(16)内注有高强灌浆料(19)；所述外螺纹锚固钢管(16)的上部和下部各套设有一个导向环(20)；所述外螺纹锚固钢管(16)、预应力锚固钢板(17)、第二锁定螺母(18)、高强灌浆料(19)和导向环(20)共同组成杆体锚固端构件(10)。
6.根据权利要求5所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述桩体的外侧形成有挤密土层(24)，所述挤密土层(24)将桩帽(4)的下部、桩身(5)和双锥台扩径体(7)包裹住。
7.根据权利要求6所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述桩帽(4)上部的四周设有垫层(28)，所述垫层(28)的上方为基础筏板(27)。
8.权利要求1-7任一所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的抗拔设计方法，其特征在于：第一步根据桩的抗拔力和地层条件确定桩的几何参数，桩的几何参数包括桩径、桩长、肋板、扩径体、桩帽的构造几何尺寸及位置参数，参照《喷扩锥台压灌桩技术标准》T/CECS 657-2020执行；
9.权利要求1-7任一所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩的施工方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：由桩体和位于桩体内的预应力杆体组合构件组成；所述桩体包括一体式结构的桩帽(4)、桩身(5)、肋板(6)和双锥台扩径体(7)，所述桩身(5)的外周面上设有至少三个肋板(6)，所述桩身(5)的下方设有至少一个双锥台扩径体(7)；所述预应力杆体组合构件包括自上而下依次相连的杆体张拉端构件(8)、杆体钢拉杆构件(9)和杆体锚固端构件(10)；
2.根据权利要求1所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述桩帽(4)和桩身(5)的内部为带有钢筋笼(23)的混凝土结构，外层为水泥土过渡层(22)；所述桩身(5)的中心轴线上设有杆体钢拉杆构件(9)；所述肋板(6)的内部为混凝土，其外层为水泥土过渡层(22)；所述桩身(5)、肋板(6)和杆体钢拉杆构件(9)共同构成桩自由段结构(2)。
3.根据权利要求2所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述钢拉杆(13)的外表面设有防腐涂层(14)；所述钢拉杆(13)的上端从预应力支撑钢板(12)、中穿出，并穿过螺旋筋(26)与位于螺旋筋(26)上方的锚固板(25)相连；所述第一锁定螺母(11)将钢拉杆(13)和预应力支撑钢板(12)固定在一起，与桩帽共同构成张拉端结构(1)。
4.根据权利要求3所述的抗拔抗压预应力喷扩锥台压灌桩，其特征在于：所述双锥台扩径体(7)的内部为混凝土，外层为水泥土过渡层(22)，其内部还设有杆体锚固...
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