專(zhuān)利名稱(chēng)：填芯管樁水泥土復(fù)合基樁及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在軟土地區(qū)使用的高承載力基樁，即一種大直徑水泥土樁中插入填芯高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合而成的基樁。
背景技術(shù)：
目前公開(kāi)及使用的外層為水泥土、內(nèi)芯為管樁的復(fù)合樁根據(jù)成樁尺寸可分為兩 種，一種是中等直徑樁型，一種是大直徑樁型。中等直徑樁型為外層水泥土樁由深層攪拌法或高壓旋噴法形成，中心插入中小直 徑管樁而形成。中等直徑樁型由于受成樁方法及樁工設(shè)備限制，樁徑集中在500 700mm 之間，樁長(zhǎng)相對(duì)較短，所提供承載力仍相對(duì)較低，且一般作為復(fù)合地基中增強(qiáng)體使用。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200710113491.0公開(kāi)了一種復(fù)合樁，包括樁芯和包裹在樁芯外的 外層樁，外層樁為水泥土樁，其特征是所述的樁芯為截面為圓環(huán)形的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。 所述水泥土樁的直徑為800-1500mm，長(zhǎng)度為20_30m，所述樁芯由多節(jié)長(zhǎng)度為7_15m，直徑 為300mm，400mm或500mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁接成，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的強(qiáng)度等級(jí)為C60或 C80o這種新型復(fù)合樁集中水泥土樁和鋼筋混凝土樁二者的優(yōu)點(diǎn)，由預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為 樁芯承擔(dān)豎向荷載，用較大截面的水泥土樁來(lái)傳遞樁側(cè)摩阻力，可最大程度地發(fā)揮出預(yù)應(yīng) 力混凝土管樁的極限承載力，其受力機(jī)理明確，單樁承載力高，質(zhì)量可靠；插入管樁時(shí)，對(duì)水 泥土樁有擠密效應(yīng)，可提高樁土間的結(jié)合力。與其他的基樁相比在摩擦樁條件下，可大大節(jié) 省鋼筋用量，降低工程造價(jià)。新型復(fù)合樁能實(shí)現(xiàn)低噪音、無(wú)振動(dòng)施工，對(duì)環(huán)境無(wú)影響。單樁 豎向承載力特征值940kN-2700kN。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200710113495. 9公開(kāi)了一種大載荷復(fù)合樁，與上述復(fù)合樁的主要 區(qū)別是外層樁為素混凝土樁，單樁豎向承載力特征值1000kN-3000kN，由高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝 土管樁和素混凝土樁共同承擔(dān)豎向載荷，大截面的低標(biāo)號(hào)素混凝土樁增大了樁側(cè)摩阻力， 能最大程度地發(fā)揮出高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的極限承載力；插入管樁時(shí)，對(duì)素混凝土樁 有一種擠密效應(yīng)，可提高素混凝土的密度，有擴(kuò)徑和增強(qiáng)樁土結(jié)合力的作用。在地質(zhì)和樁 長(zhǎng)、樁徑等相同條件下，與其他基樁相比，其單樁豎向承載力大，可大大減少鋼筋用量，造價(jià) 低。能實(shí)現(xiàn)低噪音、無(wú)振動(dòng)施工，對(duì)環(huán)境影響小，應(yīng)用范圍廣。單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值指單樁在豎向荷載作用下達(dá)到破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不 適于繼續(xù)承載的變形時(shí)多對(duì)應(yīng)的最大荷載，取決于土對(duì)樁的支承阻力和樁身承載力，即土 對(duì)樁的支承阻力和樁身承載力應(yīng)同時(shí)充分發(fā)揮。但目前公開(kāi)的大直徑復(fù)合樁存在如此缺 陷(1)未提供芯樁與外層樁的幾何尺寸及強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)匹配關(guān)系，導(dǎo)致芯樁材料強(qiáng)度和樁 周土對(duì)外層水泥土提供的樁側(cè)摩阻力不能同時(shí)充分發(fā)揮，進(jìn)而增加了單位承載力造價(jià)；(2) 單樁承載力由作為芯樁的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身結(jié)構(gòu)承載力所決定，單樁承載力提高有限 制，往往會(huì)導(dǎo)致芯樁承載力達(dá)到了極限而外層水泥土樁側(cè)摩阻力還未完全發(fā)揮出來(lái)，即芯 樁與外層水泥土樁未達(dá)到經(jīng)濟(jì)匹配關(guān)系，存在外層水泥土樁側(cè)摩阻力浪費(fèi)現(xiàn)象；即使芯樁 材料強(qiáng)度和樁周土對(duì)外層水泥土提供的樁側(cè)摩阻力同時(shí)達(dá)到極限，由于單樁承載力由芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力所決定，也限制了外層水泥土樁直徑最大為1500mm; (3)未解決與承臺(tái)的 連接問(wèn)題，無(wú)法直接作為基樁使用，而作為復(fù)合地基增強(qiáng)體使用時(shí)，容易出現(xiàn)外層水泥土先 破壞進(jìn)而導(dǎo)致管樁壓爆破壞現(xiàn)象；(4)施工方法簡(jiǎn)單，未提供達(dá)到設(shè)計(jì)要求的詳細(xì)技術(shù)參 數(shù)及保證措施，難以指導(dǎo)具體實(shí)施
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是(1)提出作為芯樁使用的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與包裹 在芯樁周?chē)耐鈱铀嗤翗秲烧唛g的幾何尺寸(包括外徑與樁長(zhǎng))及強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)匹配關(guān) 系，降低單位承載力造價(jià)；(2)解決單樁承載力受芯樁樁身材料強(qiáng)度限制的問(wèn)題，大幅提高 單樁承載力、增大外層水泥土樁經(jīng)濟(jì)直徑；(3)提出復(fù)合樁作為基樁使用時(shí)與承臺(tái)的連接 方法，避免復(fù)合樁作為增強(qiáng)體使用時(shí)的破壞問(wèn)題；(4)提出外層水泥土成樁及與高強(qiáng)預(yù)應(yīng) 力管樁結(jié)合過(guò)程中技術(shù)參數(shù)及保證措施，提高施工效率；(5)在解決上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上提 出一種填芯高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與大直徑水泥土樁復(fù)合而成的基樁。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁，包 括芯樁和包裹在芯樁周?chē)乃嗤翗叮涮卣髟谟谒鏊嗤翗兜闹睆綖?00 2000mm、 長(zhǎng)度為12 40m;所述芯樁為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，所述高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁的直徑為300 1000mm，長(zhǎng)度為6 30m ；所述高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁與水泥土樁的直徑比值為0. 375 0. 50、長(zhǎng) 度比值為0. 50 0. 76 ；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上下端封閉后，在外層水泥土初凝之前，自外層水 泥土樁中心同心靜力壓入至設(shè)計(jì)標(biāo)高；在所述水泥土樁上部及水泥土樁位于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁底端以下的部分分別設(shè)置 復(fù)噴段，所述復(fù)噴段長(zhǎng)度為2 6m ；在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上部空心中填入強(qiáng)度等級(jí)C30 C80的微膨脹混凝土，填芯混 凝土長(zhǎng)度為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁樁徑的6 10倍。為了突破單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力限制及提高水平承載力，在高強(qiáng)預(yù)應(yīng) 力管樁上部空心中填入強(qiáng)度等級(jí)C30 C80的微膨脹混凝土，填芯混凝土長(zhǎng)度為芯樁樁徑 的6 10倍，在外層水泥土樁上部及芯樁底端以下各2 6m范圍進(jìn)行復(fù)噴形成復(fù)噴段；為了增加芯樁插入時(shí)對(duì)周?chē)嗤恋臄D密效應(yīng)、提高豎向承載力及便于填芯，插 入前，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上下端分別用薄鐵皮封閉。為了作為基樁使用，在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁填芯混凝土中設(shè)置4 8根錨固鋼筋，把高 強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁樁頂及錨固筋錨入上部承臺(tái)形成樁基礎(chǔ)。所述水泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工，包括如下步驟以三支點(diǎn)式履帶打樁 機(jī)為樁架，與樁架平行設(shè)置的鉆桿頂端設(shè)置高壓旋噴水龍頭、動(dòng)力頭，鉆桿底端設(shè)置攪拌 桿、水平向噴嘴、豎向噴嘴及鉆頭，鉆桿通過(guò)高壓旋噴水龍頭與高壓噴漿、噴氣系統(tǒng)連接后 以2 5m/min的速度噴漿、噴氣下沉，下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，按照20 25cm/min的速度噴 漿、噴氣提升，并在水泥土樁上部及在水泥土樁位于芯樁底端以下的部分分別設(shè)置復(fù)噴段， 所述復(fù)噴段為2 6m ；鉆桿轉(zhuǎn)速20 30r/min，水泥漿壓力2 30MPa、流量35 320L/ min，氣壓0. 6 0. 7MPa、流量3 6m3/min ；遇局部硬土層時(shí)，通過(guò)增大豎向噴嘴噴漿壓力 保證下沉速度不小于2m/min，豎向噴嘴噴漿壓力增大幅度為5 lOMPa。為了增大局部硬土層中鉆具下沉速度，提高成樁效率，在鉆桿底部設(shè)置豎向噴嘴并通過(guò)增大豎向噴嘴噴漿壓力保證下沉速度不小于2m/min，豎向噴嘴噴漿壓力增大幅度為 5 lOMPa。一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁的施工方法，其特征是它包括如下步驟(a)外層 水泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工；(b)封閉芯樁上下兩端；(c)在外層水泥土初凝之 前，在水泥土樁中心同心靜力壓入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高；(d)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上部 6 10倍樁徑范圍填入C30 C80微膨脹混凝土并設(shè)置4 8根錨固鋼筋。因?yàn)楸景l(fā)明復(fù)合基樁由呈特定數(shù)量匹配關(guān)系的作為芯樁的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和包 裹在芯樁周?chē)乃嗤翗?、樁頂及芯樁底端下部水泥土樁特定長(zhǎng)度的復(fù)噴段、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力 管樁頂部特定長(zhǎng)度的填芯混凝土、與承臺(tái)連接的錨固鋼筋組成，并采用上述方法施工，所以 產(chǎn)生了以下有益效果(1)解決了水泥土樁、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁各自應(yīng)用的局限性，可同時(shí)充分發(fā)揮樁 周土對(duì)外層水泥土樁提供的側(cè)摩阻力及高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁樁身結(jié)構(gòu)承載力，大幅度提高本 發(fā)明填芯管樁水泥土復(fù)合基樁豎向承載能力、降低工程造價(jià)，單樁承載力特征值可達(dá)到 10000kN(圖3、4)，相比已經(jīng)公開(kāi)資料中單樁承載力提高2倍左右，單位承載力造價(jià)相比簡(jiǎn) 單復(fù)合情況降低30 60% (圖5、6)；(2)突破了單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制的缺陷，相比芯樁樁身結(jié)構(gòu)承 載力提高40 100%，為外層水泥土樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮提供了保障，使得外層水泥土樁 最大經(jīng)濟(jì)直徑可以擴(kuò)大到2000mm ；消除了水平荷載較大時(shí)芯樁易產(chǎn)生抗剪脆性破壞的問(wèn) 題，能承擔(dān)較大水平荷載，與現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合樁水平承載力或相同規(guī)格管樁相比提高80 150%，解決了高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁在高層建筑和高烈度地區(qū)應(yīng)用的局限性；(3)解決了復(fù)合樁作為基樁使用時(shí)與承臺(tái)的連接方法，避免了作為復(fù)合地基增強(qiáng) 體使用時(shí)外層水泥土先破壞進(jìn)而導(dǎo)致管樁被壓爆的問(wèn)題；(4)增加了芯樁插入時(shí)對(duì)周?chē)暗锥怂嗤恋臄D密效應(yīng)，提高了外層水泥土與芯 樁界面的粘結(jié)力，能把芯樁承擔(dān)荷載最大程度地?cái)U(kuò)散到周?chē)鼗嗤良巴林校芰C(jī)理 明確；(5)有效縮短局部硬土層中鉆具下沉?xí)r間，大幅提高施工效率，減小水泥用量，與 現(xiàn)有技術(shù)相比施工效率提高約90 120%。


圖1為大直徑填芯管樁水泥土復(fù)合基樁剖面示意圖；圖2為大直徑填芯管樁水泥土復(fù)合基樁截面示意圖；圖3為不同直徑比條件下單樁承載力特征值隨長(zhǎng)度比變化圖；圖4為不同長(zhǎng)度比條件下單樁承載力特征值隨直徑比變化圖；圖5為不同直徑比條件下單位承載力造價(jià)隨長(zhǎng)度比變化圖；圖6為不同長(zhǎng)度比條件下單位承載力造價(jià)隨直徑比變化圖；圖中1-高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁、2-水泥土樁、3-復(fù)噴段、4-填芯混凝土、5-錨固鋼筋。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
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如圖1 2所示，由作為芯樁的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1、包裹在芯樁周?chē)母邏簢娚鋽?拌水泥土樁2、樁頂及芯樁底端下部水泥土樁復(fù)噴段3、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁頂部填 芯混凝土 4、 與承臺(tái)連接的錨固鋼筋5組成。一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁的施工方法，其特征是它包括如下步驟(a)外層 水泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工；(b)封閉芯樁上下兩端；(c)在外層水泥土初凝之 前，在水泥土樁中心同心靜力壓入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高；(d)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上部 6 10倍樁徑范圍填入C30 C80微膨脹混凝土并設(shè)置4 8根錨固鋼筋。所述水泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工，包括如下步驟以三支點(diǎn)式履帶打樁 機(jī)為樁架，與樁架平行設(shè)置的鉆桿頂端設(shè)置高壓旋噴水龍頭、動(dòng)力頭，鉆桿底端設(shè)置攪拌 桿、水平向噴嘴、豎向噴嘴及鉆頭，鉆桿通過(guò)高壓旋噴水龍頭與高壓噴漿、噴氣系統(tǒng)連接后 以2 5m/min的速度噴漿、噴氣下沉，鉆桿轉(zhuǎn)速20 30r/min，水泥漿壓力2 30MPa、流 量35 320L/min，氣壓0. 6 0. 7MPa、流量3 6m7min，遇局部硬土層時(shí)，通過(guò)增大豎向 噴嘴噴漿壓力保證下沉速度不小于2m/min，豎向噴嘴噴漿壓力增大幅度為5 lOMPa。下 沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，按照20 25cm/min的速度噴漿、噴氣提升，并在樁上部及芯樁底端以下 各2 6m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴，形成直徑為800 2000mm、長(zhǎng)度為12 40m的外層水泥土樁 2。按照樁徑比值0. 375 0. 50、樁長(zhǎng)比值0. 50 0. 76的原則選擇高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1，相 應(yīng)直徑為300 1000mm、長(zhǎng)度為6 30m，上下端封閉后，在外層水泥土初凝之前同心插入 水泥土樁2中至設(shè)計(jì)標(biāo)高；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上部6 10倍樁徑范圍內(nèi)填入C30 C80微 膨脹混凝土作為填芯混凝土 4，并設(shè)置與上部承臺(tái)連接的錨固鋼筋5。實(shí)施例1一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁的施工方法，其特征是它包括如下步驟(a)外層 水泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工；(b)封閉芯樁上下兩端；(c)在外層水泥土初凝之 前，在水泥土樁中心同心靜力壓入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高；(d)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上部 6 10倍樁徑范圍填入C30 C80微膨脹混凝土并設(shè)置4 8根錨固鋼筋。所述水泥土樁 由高壓噴射融合攪拌法施工，包括如下步驟以三支點(diǎn)式履帶打樁機(jī)為樁架，與樁架平行設(shè) 置的鉆桿頂端設(shè)置高壓旋噴水龍頭、動(dòng)力頭，鉆桿底端設(shè)置攪拌桿、水平向噴嘴、豎向噴嘴 及鉆頭，鉆桿通過(guò)高壓旋噴水龍頭與高壓噴漿、噴氣系統(tǒng)連接后以2 5m/min的速度噴漿、 噴氣下沉，鉆頭轉(zhuǎn)速23r/min，水灰比1.0，水泥漿壓力2MPa、流量35. OL/min，氣壓0. 6 0. 7MPa、流量3 6m7min，遇局部硬土層時(shí)，豎向噴嘴噴漿壓力增大5 IOMPa以保證下沉 速度不小于2m/min。鉆頭下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，按照20 21cm/min的速度噴漿、噴氣提升， 在樁上部2m、芯樁底端以下2m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴，形成直徑800mm、長(zhǎng)度12m的外層水泥土樁 2。選用直徑300mm、長(zhǎng)度6m的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上下端用薄鐵皮封閉后，在外層水泥土初 凝之前同心插入水泥土樁2中至設(shè)計(jì)標(biāo)高；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上部2. Om范圍內(nèi)填筑C50微 膨脹混凝土作為填芯混凝土 4，并設(shè)置與上部承臺(tái)連接的四根直徑16mm的HRB335錨固鋼筋 5。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與外層水泥土樁2直徑比值為0. 375、長(zhǎng)度比值為0. 50。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為1360kN，呈復(fù)合樁整體刺入破壞模式，相比芯樁樁 身結(jié)構(gòu)承載力900kN提高51%，突破了單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制的缺陷；夕卜 層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為85kPa，相比實(shí)施例2中側(cè)摩阻力54kPa提高57%，能較充分 發(fā)揮外層水泥土樁側(cè)摩阻力；單位承載力造價(jià)為12. 5元/10kN，比實(shí)施例2中單位承載力造價(jià)18. 7元/IOkN降低33%;單樁水平承載力特征值為49kN，相比實(shí)施例2中水平承載力 特征值23kN提高113% ；外層水泥土樁施工效率為8. Om/h，相比實(shí)施例2中采用未設(shè)置豎 向噴嘴鉆具的施工效率4. lm/h提高95%。實(shí)施例2 (對(duì)比例)采用目前公開(kāi)資料中未設(shè)置豎向噴嘴的鉆具，未設(shè)置復(fù)噴段3、填芯混凝土4及錨 固鋼筋5，芯樁上下端不封閉，其余參數(shù)及施工方法同實(shí)施例1。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為910kN，與芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力900kN非常接近， 即單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制；由于無(wú)復(fù)噴加強(qiáng)段，破壞模式為外層水泥土首 先被壓碎進(jìn)而導(dǎo)致芯樁在管頂以下40cm處被壓爆斷裂；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為 54kPa，相比實(shí)施例1中側(cè)摩阻力85kPa降低36%，未能充分發(fā)揮出外層水泥土樁側(cè)摩阻 力；單位承載力造價(jià)為18. 7元/10kN，比按照本專(zhuān)利技術(shù)方案實(shí)施的實(shí)施例1中單位承載 力造價(jià)12. 5元/IOkN增加50%;單樁水平承載力特征值為23kN，相比實(shí)施例1中單樁水平 承載力特征值49kN降低53% ；由于局部硬土層中鉆具下沉較慢，外層水泥土樁施工效率為 4. lm/h，相比實(shí)施例1中采用設(shè)置豎向噴嘴鉆具的施工效率8. Om/h降低49% ；由于芯樁兩 端無(wú)封閉，插芯過(guò)程中水泥土基本充滿(mǎn)芯樁中心部位，妨礙填芯施工。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1相同之處不再贅述，不同之處在于水泥漿壓力7MPa、流量 66. OL/min，在樁上部3m、芯樁底端以下4m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴，形成直徑1000mm、長(zhǎng)度16m的 外層水泥土樁2。選用直徑400mm、長(zhǎng)度IOm的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上下端用薄鐵皮封閉后， 在外層水泥土初凝之前同心插入水泥土樁2中至設(shè)計(jì)標(biāo)高；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上部3. 5m 范圍內(nèi)填筑C60微膨脹混凝土作為填芯混凝土 4，并設(shè)置與上部承臺(tái)連接的四根直徑16mm 的HRB335錨固鋼筋5。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與外層水泥土樁2直徑比值為0. 40、長(zhǎng)度比值為 0. 625。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為2520kN，呈復(fù)合樁整體刺入破壞模式，相比芯樁樁 身結(jié)構(gòu)承載力1650kN提高53%，突破了單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制的缺陷；夕卜 層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為IOOkPa,相比實(shí)施例4中側(cè)摩阻力64kPa提高56%，能較充 分發(fā)揮外層水泥土樁側(cè)摩阻力；單位承載力造價(jià)為12. 6元/10kN，比實(shí)施例4中單位承載 力造價(jià)19. 8元/IOkN降低36%;單樁水平承載力特征值為65kN，相比實(shí)施例4中水平承載 力特征值35kN提高86%;外層水泥土樁施工效率為8. 4m/h，相比實(shí)施例4中采用未設(shè)置豎 向噴嘴鉆具的施工效率3. 9m/h提高115%。實(shí)施例4 (對(duì)比例)采用目前公開(kāi)資料中未設(shè)置豎向噴嘴的鉆具，未設(shè)置復(fù)噴段3、填芯混凝土 4及錨 固鋼筋5，芯樁上下端不封閉，其余參數(shù)及施工方法同實(shí)施例3。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為1600kN，相比芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力1650kN略小， 單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制；由于無(wú)復(fù)噴加強(qiáng)段，破壞模式為外層水泥土首 先被壓碎進(jìn)而導(dǎo)致芯樁在管頂以下38cm處被壓爆斷裂；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為 64kPa，相比實(shí)施例3中側(cè)摩阻力IOOkPa降低36%，未能充分發(fā)揮出外層水泥土樁側(cè)摩阻 力；單位承載力造價(jià)為19. 8元/10kN，比按照本專(zhuān)利技術(shù)方案實(shí)施的實(shí)施例3中單位承載 力造價(jià)12. 6元/IOkN增加57%;單樁水平承載力特征值為35kN，相比實(shí)施例3中單樁水平承載力特征值65kN降低49% ；由于局部硬土層中鉆具下沉較慢，外層水泥土樁施工效率為
3.9m/h，相比實(shí)施例3中采用設(shè)置豎向噴嘴鉆具的施工效率8. 4m/h降低54% ；由于芯樁兩 端無(wú)封閉，插芯過(guò)程中水泥土基本充滿(mǎn)芯樁中心部位，妨礙填芯施工。實(shí)施例5 本實(shí)施例與實(shí)施例1相同之處不再贅述，不同之處在于水泥漿壓力9MPa、流量 80. OL/min，在樁上部4m、芯樁底端以下5m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴，形成直徑1200mm、長(zhǎng)度21m的 外層水泥土樁2。選用直徑500mm、長(zhǎng)度16m的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上下端用薄鐵皮封閉后， 在外層水泥土初凝之前同心插入水泥土樁2 ；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上部4. Om范圍內(nèi)填筑C80 微膨脹混凝土芯作為填芯混凝土 4，并設(shè)置與上部承臺(tái)連接的4根直徑18mm的HRB335錨固 鋼筋5。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與外層水泥土樁2直徑比值為0. 42、長(zhǎng)度比值為0. 76。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為3840kN，相比芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力2700kN提高 42%，突破了單樁承載力受芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制的缺陷；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均 值為97kPa，相比實(shí)施例6中側(cè)摩阻力35kPa提高177 %，能較充分發(fā)揮外層水泥土樁側(cè)摩 阻力；單位承載力造價(jià)為12. 4元/10kN，比實(shí)施例6中單位承載力造價(jià)25. 1元/IOkN降低 51% ；單樁水平承載力特征值為89kN，比相同規(guī)格管樁水平承載力特征值43kN提高107% ； 外層水泥土樁施工效率為8. 4m/h，相比實(shí)施例6中采用未設(shè)置豎向噴嘴鉆具的施工效率
4.3m/h 提高 95%。實(shí)施例6 (對(duì)比例)采用目前公開(kāi)資料中未設(shè)置豎向噴嘴的鉆具施工外層水泥土樁2，直徑1200mm、 長(zhǎng)度21m，芯樁采用直徑300mm、長(zhǎng)度8m的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與外層水 泥土樁2直徑比值為0. 25、長(zhǎng)度比值為0. 38。其余參數(shù)及施工方法同實(shí)施例5。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為1400kN，相比芯樁樁身材料承載力900kN提高 56%，突破了單樁承載力受芯樁材料強(qiáng)度控制的缺陷；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為 35kPa,相比實(shí)施例5中側(cè)摩阻力97kPa降低64%，未能充分發(fā)揮出外層水泥土樁側(cè)摩阻力； 單位承載力造價(jià)為25. 1元/10kN，比按照本專(zhuān)利技術(shù)方案實(shí)施的實(shí)施例5中單位承載力造 價(jià)元12. 4/10kN增加102% ；由于局部硬土層中鉆具下沉較慢，外層水泥土樁施工效率為 4. 3m/h，相比實(shí)施例5中采用設(shè)置豎向噴嘴鉆具的施工效率8. 4m/h降低49%。實(shí)施例7本實(shí)施例與實(shí)施例1相同之處不再贅述，不同之處在于水泥漿壓力23MPa、流量 160. OL/min，在樁上部3. 5m、芯樁底端以下4m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴，形成直徑1600mm、長(zhǎng)度25m 的外層水泥土樁2。選用直徑600mm、長(zhǎng)度18m的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上下端用薄鐵皮封閉后， 在外層水泥土初凝之前同心插入水泥土樁2 ；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上部6. Om范圍內(nèi)填筑C70 微膨脹混凝土作為填芯混凝土 4，并設(shè)置與上部承臺(tái)連接的6根直徑18mm的HRB335錨固鋼 筋5。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與外層水泥土樁2直徑比值為0. 40、長(zhǎng)度比值為0. 72。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為6000kN，相比目前公開(kāi)資料中的最大單樁承載力特 征值提高1倍；相比芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力3550kN提高69%，突破了單樁承載力受芯樁樁 身結(jié)構(gòu)承載力控制的缺陷；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為95kPa，相比實(shí)施例8中側(cè)摩 阻力25kPa提高280%，能較充分發(fā)揮外層水泥土樁側(cè)摩阻力；單位承載力造價(jià)為12. 8元 /10kN，相比實(shí)施例8中單位承載力造價(jià)26. 6元/IOkN降低52% ；單樁水平承載力特征值達(dá)到105kN，比相同規(guī)格管樁水平承載力特征值50kN提高110%;外層水泥土樁施工效率為 8. 6m/h，相比實(shí)施例8中采用未設(shè)置豎向噴嘴鉆具的施工效率4. 4m/h提高95%。實(shí)施例8 (對(duì)比例)采用目前公開(kāi)資料中未設(shè)置豎向噴嘴的鉆具施工外層水泥土樁2，直徑1600mm、 長(zhǎng)度25m，芯樁采用直徑300mm、長(zhǎng)度IOm的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與外層水 泥土樁2直徑比值為0. 1875、長(zhǎng)度比值為0. 40。其余參數(shù)及施工方法同實(shí)施例7。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為1600kN，相比芯樁樁身材料承載力900kN提高 78%，突破了單樁承載力受芯樁材料強(qiáng)度控制的缺陷；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為 25kPa,相比實(shí)施例7中側(cè)摩阻力95kPa降低74%，未能充分發(fā)揮出外層水泥土樁側(cè)摩阻力； 單位承載力造價(jià)為26. 6元/10kN，比按照本專(zhuān)利技術(shù)方案實(shí)施的實(shí)施例7中單位承載力造 價(jià)元12. 8元/IOkN增加108% ；外層水泥土樁施工效率為4. 4m/h，相比實(shí)施例7中采用設(shè) 置豎向噴嘴鉆具的施工效率8. 6m/h降低49%。
實(shí)施例9本實(shí)施例與實(shí)施例1相同之處不再贅述，不同之處在于水泥漿壓力30MPa、流量 320. OL/min，在樁上部6m、芯樁底端以下6m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴，形成直徑2000mm、長(zhǎng)度40m的 外層水泥土樁2。選用直徑1000mm、長(zhǎng)度30m的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上下端用薄鐵皮封閉后， 在外層水泥土初凝之前同心插入水泥土樁2 ；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1上部6. Om范圍內(nèi)填筑C30 微膨脹混凝土作為填芯混凝土 4，并設(shè)置與上部承臺(tái)連接的8根直徑20mm的HRB335錨固鋼 筋5。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與水泥土樁2直徑比值為0. 50、長(zhǎng)度比值為0. 75。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為IOOOOkN,相比目前公開(kāi)資料中的最大單樁承載力 特征值提高2 3倍；相比芯樁樁身結(jié)構(gòu)承載力6600kN提高52%，突破了單樁承載力受芯 樁樁身結(jié)構(gòu)承載力控制的缺陷；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為80kPa，相比實(shí)施例10中 側(cè)摩阻力47kPa提高70%，能較充分發(fā)揮外層水泥土樁側(cè)摩阻力；單位承載力造價(jià)為12.3 元/10kN，相比實(shí)施例10中單位承載力造價(jià)19. 6元/IOkN降低37% ；單樁水平承載力特征 值為270kN，比相同規(guī)格管樁水平承載力特征值120kN提高125% ；外層水泥土樁施工效率 為9. 8m/h，相比實(shí)施例10中采用未設(shè)置豎向噴嘴鉆具的施工效率5. lm/h提高92%。實(shí)施例10 (對(duì)比例)采用目前公開(kāi)資料中未設(shè)置豎向噴嘴的鉆具施工外層水泥土樁2，直徑2000mm、 長(zhǎng)度40m，芯樁采用直徑600mm、長(zhǎng)度18m的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁1與水泥土 樁2直徑比值為0. 30、長(zhǎng)度比值為0. 45。其余參數(shù)及施工方法同實(shí)施例9。試驗(yàn)表明單樁承載力特征值為5900kN，相比芯樁樁身材料承載力3550kN提高 66%，突破了單樁承載力受芯樁材料強(qiáng)度控制的缺陷；外層水泥土樁側(cè)摩阻力平均值為 47kPa,相比實(shí)施例9中側(cè)摩阻力SOkPa降低41 %，未能充分發(fā)揮出外層水泥土樁側(cè)摩阻力； 單位承載力造價(jià)為19. 6元/10kN，比按照本專(zhuān)利技術(shù)方案實(shí)施的實(shí)施例9中單位承載力造 價(jià)元12. 3元/IOkN增加59%;外層水泥土樁施工效率為5. lm/h，相比實(shí)施例9中采用設(shè)置 豎向噴嘴鉆具的施工效率9. 8m/h降低48%。小結(jié)為了說(shuō)明復(fù)噴及芯樁插入時(shí)兩端封閉效果，按照實(shí)施例1、3、5、7、9中相關(guān)參數(shù)分 別實(shí)施了無(wú)復(fù)噴段、芯樁插入時(shí)兩端不封閉兩種工況下共10棵復(fù)合樁，對(duì)比效果如表1所示。按照本專(zhuān)利技術(shù)方案實(shí)施的復(fù)合樁單樁豎向承載力特征值、水平承載力特征值、外層水 泥土樁側(cè)摩阻力分別比無(wú)復(fù)噴段工況提高19. 8 29. 5 %、16. 7 35. O %、19. 4 28. 8 %， 相應(yīng)單位承載力造價(jià)降低10. 6 12. 6 % ；比芯樁兩端不封閉工況分別提高20. 0 23. 9%、 5. 0 10. 2%.20. 3 24. 4%，相應(yīng)單位承載力造價(jià)降低16. 9 19. 5%。表1復(fù)噴段及芯樁兩端封閉效果對(duì)比
對(duì)比項(xiàng)目丨豎向承載力特征值ZkN j水平承載力特征傲kN丨水泥土樁側(cè)摩阻力/kPa I單位承載力造價(jià)/j^OkN |備注 實(shí)施例 11360_49
權(quán)利要求
一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁，包括芯樁和包裹在芯樁周?chē)乃嗤翗?，其特征在于所述水泥土樁的直徑?00～2000mm、長(zhǎng)度為12～40m；所述芯樁為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，所述高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁的直徑為300～1000mm，長(zhǎng)度為6～30m；所述高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁與水泥土樁的直徑比值為0.375～0.50、長(zhǎng)度比值為0.50～0.76；高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上下端封閉后，在外層水泥土初凝之前，自外層水泥土樁中心同心靜力壓入至設(shè)計(jì)標(biāo)高；在所述水泥土樁上部及水泥土樁位于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁底端以下的部分分別設(shè)置復(fù)噴段，所述復(fù)噴段長(zhǎng)度為2～6m；在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上部空心中填入強(qiáng)度等級(jí)C30～C80的微膨脹混凝土，填芯混凝土長(zhǎng)度為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁樁徑的6～10倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填芯管樁水泥土復(fù)合基樁，其特征是高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上下端 分別用薄鐵皮封閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填芯管樁水泥土復(fù)合基樁，其特征是在高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁填芯 混凝土中設(shè)置4 8根錨固鋼筋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填芯管樁水泥土復(fù)合基樁，其特征是所述水泥土樁由高壓噴 射融合攪拌法施工，包括如下步驟以三支點(diǎn)式履帶打樁機(jī)為樁架，與樁架平行設(shè)置的鉆桿 頂端設(shè)置高壓旋噴水龍頭、動(dòng)力頭，鉆桿底端設(shè)置攪拌桿、水平向噴嘴、豎向噴嘴及鉆頭，鉆 桿通過(guò)高壓旋噴水龍頭與高壓噴漿、噴氣系統(tǒng)連接后以2 5m/min的速度噴漿、噴氣下沉， 下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，按照20 25cm/min的速度噴漿、噴氣提升，并在水泥土樁上部及在水 泥土樁位于芯樁底端以下的部分分別設(shè)置復(fù)噴段，所述復(fù)噴段為2 6m ；鉆桿轉(zhuǎn)速20 30r/min,水泥漿壓力2 30MPa、流量35 320L/min，氣壓0. 6 0. 7MPa、流量3 6m3/ min ；遇局部硬土層時(shí)，通過(guò)增大豎向噴嘴噴漿壓力保證下沉速度不小于2m/min，豎向噴嘴 噴漿壓力增大幅度為5 lOMPa。
5.一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁的施工方法，其特征是它包括如下步驟(a)外層水 泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工；(b)封閉芯樁上下兩端；(c)在外層水泥土初凝之前， 在水泥土樁中心同心靜力壓入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高；(d)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁上部6 10倍樁徑范圍填入C30 C80微膨脹混凝土并設(shè)置4 8根錨固鋼筋。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的填芯管樁水泥土復(fù)合基樁的施工方法，其特征是所述水泥土 樁由高壓噴射融合攪拌法施工，包括如下步驟以三支點(diǎn)式履帶打樁機(jī)為樁架，與樁架平行 設(shè)置的鉆桿頂端設(shè)置高壓旋噴水龍頭、動(dòng)力頭，鉆桿底端設(shè)置攪拌桿、水平向噴嘴、豎向噴 嘴及鉆頭，鉆桿通過(guò)高壓旋噴水龍頭與高壓噴漿、噴氣系統(tǒng)連接后以2 5m/min的速度噴 漿、噴氣下沉，下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，按照20 25cm/min的速度噴漿、噴氣提升，并在水泥土 樁上部及在水泥土樁位于芯樁底端以下的部分分別設(shè)置復(fù)噴段，所述復(fù)噴段為2 6m ；鉆 桿轉(zhuǎn)速20 30r/min，水泥漿壓力2 30MPa、流量35 320L/min，氣壓0. 6 0. 7MPa、 流量3 6m7min ；遇局部硬土層時(shí)，通過(guò)增大豎向噴嘴噴漿壓力保證下沉速度不小于2m/ min，豎向噴嘴噴漿壓力增大幅度為5 lOMPa。
全文摘要
一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁，包括芯樁和包裹在芯樁周?chē)乃嗤翗叮涮卣髟谟谛緲杜c外層樁直徑比值為0.375～0.50、長(zhǎng)度比值為0.50～0.76；所述水泥土樁為上部及芯樁底端以下各2～6m范圍為復(fù)噴段的水泥土樁；在芯樁上部空心中填入強(qiáng)度等級(jí)C30～C80的微膨脹混凝土，填芯混凝土長(zhǎng)度為芯樁樁徑的6～10倍。一種填芯管樁水泥土復(fù)合基樁的施工方法，其特征是它包括如下步驟外層水泥土樁由高壓噴射融合攪拌法施工；芯樁上下兩端封閉；外層水泥土初凝之前，在其中心同心靜力壓入芯樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高；芯樁上部6～10倍樁徑范圍填入C30～C80微膨脹混凝土并設(shè)置4～8根錨固鋼筋。本發(fā)明解決了高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁在高層建筑和高烈度地區(qū)應(yīng)用的局限性。
文檔編號(hào)E02D5/46GK101858079SQ201010189668
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者卜發(fā)東, 孟炎, 宋義仲, 宋來(lái)營(yíng), 朱鋒, 王慶軍, 程海濤, 米春榮, 趙西久, 馬鳳生 申請(qǐng)人:山東省建筑科學(xué)研究院;山東聊建集團(tuán)有限公司;山東鑫國(guó)基礎(chǔ)工程有限公司