專利名稱：一種嵌巖組合樁及其施工方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及作為建筑物深基礎的樁，尤其是一種依靠灌漿材料與預制樁、巖孔內(nèi)壁的黏結(jié)力，把荷載沿豎直方向逐漸擴散到持力巖層的組合樁及其施工方法。
近期開始應用的鉆孔嵌巖技術(shù)，是采用鉆孔機從地面鉆孔穿過土層及或碎石層，然后按設計要求鉆入巖層一定深度，把H型鋼樁插入孔底，灌漿澆固，形成非擠土樁。其承載機理與本發(fā)明其中一個樁型相似，即通過灌漿材料與型鋼樁、巖孔壁之間的黏結(jié)力把樁荷載向持力層深處逐漸擴散。其構(gòu)造特點是整支樁全部采用H型鋼，成樁后型鋼被灌漿材料包圍住，以減低型鋼銹蝕作用。采用此種施工方法，可避免上述打入式施工方法的各種弊端。但是這種純型鋼嵌巖樁仍然存有以下缺點1.由于H型鋼斷面積小，單位面積的承載力相對砼樁為高，從而要求樁段之間的對接焊縫需有嚴格的質(zhì)量要求，以保證樁荷載的順利傳遞，因此大幅提升施工技術(shù)的難度和檢測的頻率。施工成本也相應提高。
2.作為保護層的灌漿材料，硬化之前可能要面對松散的土層和地下水，其內(nèi)并無設置鋼筋骨架，因此施工質(zhì)量容易受臨時護筒拔管速度、土質(zhì)及地下水流動的影響而產(chǎn)生頸縮、空洞及泥沙夾層等質(zhì)量問題。甚至被樁間土固結(jié)下沉時的下拽力扯裂而失去保護作用。
在某些組合樁的設計中，雖然也包括預制樁和現(xiàn)澆砼部分，但其承載機理仍然與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相同，即依靠樁底與巖石接觸水平面的局部乘壓來傳遞荷載，典型的端乘樁，只是樁身部分改換成預制砼樁而已，見特開平-127054，始終難以避免沉渣對成樁質(zhì)量的影響。因為通常砼的強度大于巖石，所以若要發(fā)揮樁身的全部承載力，就必須擴底，而擴底所使用的機械成本高昂，操作技術(shù)要求高，且容易發(fā)生卡鉆事故，實際擴底尺寸也難以控制。由于沒有鋼筋直伸到巖石面，預制樁部分的定位也就十分困難。
1.構(gòu)造及施工方法1.1按照設計要求的樁身、巖孔直徑、傾斜角度，分別在土層和巖石中鉆孔，直到樁底設計標高，清孔。
1.2組合樁逐段放入鉆孔內(nèi)，每段之間采用焊接或高粘結(jié)力材料駁接，扶正、定位，必要時再清孔。
1.3按照設計要求在樁管中放置鋼筋籠至樁底，然后用灌漿材料通過灌漿管灌漿，直至灌漿材料頂面高出設計樁頭標高為止，必要時可在灌漿材料內(nèi)配入外加劑，以達到早凝、早強等效果。
1.4待樁管內(nèi)的灌漿材料硬化及達到一定強度后，切掉樁頂設計標高之上多余的樁身及超澆的灌漿材料，最后形成巖孔內(nèi)為型鋼或鋼筋籠及土層中為預制砼管(包括預制預應力鋼筋砼管，下同)樁及內(nèi)配鋼筋的嵌巖組合樁。
2.本發(fā)明的優(yōu)點2.1利用本發(fā)明方法成型的嵌巖組合樁，其最大優(yōu)點是穿越土層的預制砼管樁(以下簡稱管樁)或其它類型、其它材料的預制樁可以一物兩用地既充當主要受荷構(gòu)件，又扮演臨時、永久護筒的角色。因為管樁為預制構(gòu)件(甚至為預應力構(gòu)件)，樁身密實且安裝前已達到設計強度，所以絕對不會出現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的質(zhì)量問題，而且灌漿材料用量明顯減少，臨時護筒拔管速度明顯提高。
2.2嵌入巖石部分的樁體，可以是預制的鋼筋組件、預制的鋼筋砼構(gòu)件，也可以是型鋼或特制鋼構(gòu)件，它們除可以滿足本身強度要求外，還盡可能地增加了與灌漿材料之間的黏結(jié)面積，提供最大的承載力。采用與預制砼樁之間相同的連接方法，構(gòu)造簡單，傳力直接，質(zhì)量可靠。當它們與穿越樁管內(nèi)的鋼筋連在一起時，又可承受強大的拉力，變成一支粗壯的錨桿。
2.3普通鉆機已可使“打樁”深度輕易達到60M或更深的巖層，穿越土層時不再受堅硬土層甚至石層的影響?？墒箓淞嫌嬎銣蚀_，減少損耗。
2.4灌漿工序是在幾乎密封的樁管、巖孔內(nèi)進行，受外界影響機會很小，所以灌漿材料可以當作樁身的一部分，樁身強度、剛度借此得以提高。
3.組合樁的類型本發(fā)明的組合樁按巖孔內(nèi)的樁身構(gòu)造及材料的不同，可以分成四種不同的樁型，巖孔以外的樁身構(gòu)造主要是由預制砼管樁或其它不同形狀的、不同材料的空心或?qū)嵭臉?，其?nèi)設置鋼筋籠及灌漿材料組合而成類型一巖孔直徑大于或等于預制砼管樁外徑，可以在巖孔內(nèi)設置內(nèi)外多層鋼筋籠以發(fā)揮巖石面之上的組合樁或其它樁的全部承載力。因為鉆孔費用昂貴，人們總想在較淺的鉆孔內(nèi)設計出最大的承載力，以節(jié)省打樁的費用。外鋼筋籠與預制砼管樁的連接，采用焊接法蘭盤方法。
憑借填充材料與較大的鋼筋、巖孔表面積之間的可靠粘結(jié)而使鉆巖深度相對比較淺。在樁數(shù)多或嵌巖深度以模數(shù)變化的大型樁基工程中可以明顯地縮短工期有較好的經(jīng)濟效益及質(zhì)量保證。
類型二巖孔直徑大于或等于預制砼管樁內(nèi)徑，僅在管樁內(nèi)設置鋼筋籠，并向下延伸到孔底，以便采用小型鉆巖機成孔，構(gòu)造最簡單。當在巖孔內(nèi)設置特種高強鋼筋伸入到預制砼管樁時，同樣可以發(fā)揮巖石面之上的組合樁的全部承載力，此時鉆巖深度因巖孔直徑小而相對比較深。
在水平力、長細比控制或以小型鉆巖機為主的樁基工程(如擋土墻、碼頭橋梁及某些構(gòu)筑物的基礎)，此類樁型可以發(fā)揮剛性較大的優(yōu)勢，有較好的經(jīng)濟效益及質(zhì)量保證。
類型三巖孔直徑大于或等于預制砼管樁外直徑，以便在巖孔內(nèi)設置型鋼或特制鋼構(gòu)件及內(nèi)鋼筋籠，以發(fā)揮巖石面之上的組合樁或其它樁的全部承載力，鉆巖深度因巖孔直徑大而相對比較淺。型鋼構(gòu)件與預制砼管樁或其它樁的連接采用法蘭盤的焊接或黏結(jié)方法。
由于型鋼或特制鋼構(gòu)件可以在現(xiàn)場制作、切割、焊接，不論樁數(shù)多少或嵌巖深度變化多端的樁基工程中都有較好的經(jīng)濟效益及質(zhì)量保證。
類型四巖孔直徑大于或等于預制砼管樁或其它樁的外徑，以便在巖孔內(nèi)設置預制鋼筋砼(包括預應力預制鋼筋砼構(gòu)件，下同)厚壁或?qū)嵭臉叮瑴p少鋼材及灌漿材料的用量，當預制設備完善、工藝成熟時，可以在此類預制件的外表面制作凹凸花紋，以增加其與灌漿材料的黏結(jié)面積或機械咬合力。其與預制管樁或其它樁的連接，采用法蘭盤的焊接或黏結(jié)方法。
由于預制鋼筋砼構(gòu)件可以工業(yè)化生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，價格相對便宜，所以用于樁數(shù)多或嵌巖深度以模數(shù)變化的大型樁基工程中，可以明顯地縮短工期有較好的經(jīng)濟效益及質(zhì)量保證。
4.組合樁的主要施工步驟4.1樁孔定位，鉆孔機就位；4.2按照設計樁型、樁徑、樁深、傾斜角度、方向進行第一階段鉆孔至所要求等級的巖石表面，并將臨時鋼護筒平穩(wěn)地坐落于巖石表面(如果使用臨時鋼護筒的話)；4.3巖石鉆孔及預制砼管樁或其它樁的安裝4.3.1若采用本發(fā)明樁類型一、三或四，則轉(zhuǎn)用與第一階段鉆孔直徑數(shù)量級匹配的鉆巖專用鉆頭繼續(xù)鑿巖至設計要求的巖孔深度，清底。按設計圖紙要求，把樁底連有預制鋼筋籠、鋼構(gòu)件或鋼筋砼構(gòu)件的預制砼管樁或其它樁逐節(jié)擺入孔內(nèi)，直至孔底。
4.3.2若采用本發(fā)明樁類型二，則先擺放預制砼管樁或其它樁至巖石面，扶直，固定，然后選用與預制砼管樁或其它樁內(nèi)孔直徑數(shù)量級匹配的鉆巖專用鉆頭繼續(xù)鑿巖至設計要求的巖孔深度，清底。
4.4按圖紙設計要求，把附有灌漿管、試驗感應器等設備的內(nèi)鋼筋籠穿過預制砼管樁擺入至樁底。
4.5從樁底開始灌漿。灌漿管的出口必須低于灌漿頂面一定深度。灌漿結(jié)束時灌漿頂面必須超過樁頂設計標高最少300毫米，以保證樁頭的灌漿質(zhì)量符合設計要求。
4.6臨時鋼護筒(若采用的話)的抽出，必須小心避免傷及樁身外面可能包裹的樁土分隔材料或瀝青涂料。
4.7當灌漿材料硬化達到某一要求強度時，切掉設計樁頂標高以上的預制砼管樁及其中的灌漿部分，按照設計圖紙規(guī)定的最小錨固長度L保留內(nèi)鋼筋籠露出樁頂?shù)拈L度。
5.本發(fā)明的應用范圍除預制樁管部分主張工廠化生產(chǎn)外，其它構(gòu)件既可現(xiàn)場制作又可工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量、產(chǎn)量都有確實保障；所有樁身構(gòu)件都是現(xiàn)有技術(shù)所采用過的普通建筑材料組成，但是經(jīng)過本發(fā)明的重新設計、組合，其各項力學特性都好過組合之前的樁型。在設計、施工及檢驗方面都比現(xiàn)有技術(shù)更方便、更精確、更容易滿足當?shù)匾?guī)范，通過調(diào)整樁身各部分的尺寸及配筋就可以方便地改變樁的承載力及造價，以滿足不同的設計要求。所以，不論工程規(guī)模大小，施工環(huán)境如何變化，只要現(xiàn)有技術(shù)可以應用的地方，本發(fā)明幾乎都可以被采用。
因為采用預制砼管樁甚至預應力預制砼管樁，其價格承載力的比值與純型鋼類型的樁比較，有很大的折讓，許多地區(qū)都有合格的生產(chǎn)廠家，資源豐富，可以就地取材，適合國情，因此有很好的經(jīng)濟效益、質(zhì)量保證及發(fā)展前景。


圖10A是圖9中C處一種管狀預制構(gòu)件的局部放大圖；圖10B是圖9中C處一種實心預制構(gòu)件的局部放大圖；圖11A是圖9中VIII-VIII向剖視圖；圖11B是圖9中IX-IX向剖視圖；圖11C是圖9中X-X向剖視圖；圖12是本發(fā)明全部樁型采用的內(nèi)鋼筋籠分隔、固定構(gòu)件放大示意12A是圖12中XI-XI向剖視圖。
在圖12和圖12A中，本發(fā)明設置專用分隔件7，用來分隔現(xiàn)有技術(shù)沒有的、貫通樁身全長的、把樁身兩部份有機地結(jié)合在一起的主鋼筋4。分隔件7主要是由一個鋼圓環(huán)9和在環(huán)身外側(cè)徑向地焊上多個鋼柱做的定位筋10而成。在圖12中所示的主鋼筋是6根，但實際使用時因為砼管內(nèi)徑和主鋼筋外徑的不同而會少于或多于6根，甚至采用多層鋼筋籠。如圖12所示的主鋼筋4正好嵌在兩個定位筋10之間，必要時可以通過對焊或者角焊D2把主鋼筋4焊牢在定位筋10上。在樁身的長度方向上最好每隔兩米左右設置一個分隔件7。灌漿用的灌漿管21(見圖10A)就是從上而下地一路穿過該些鋼圓環(huán)9的內(nèi)孔直至巖孔底部。
圖3A和圖3B是圖2中的巖孔8入樁灌漿后樁身兩個不同部位的截面圖，請同時參閱圖1的灌漿后的全貌剖視圖以便更清楚該兩個斷面的取向。斷面II-II是取自巖層200向下看的，可以看到分布圓較小的6根主鋼筋1和分布圓較大的13根鋼筋5和捆扎鋼筋5的箍筋6。箍筋6的作用和分隔件7是一樣的，就是把鋼筋保持在一定的位置，所以在樁身的長度方向也是每隔兩米設置一個。箍筋6可以是圓環(huán)形箍筋或螺旋形箍筋。斷面I-I是取自土層100向上看的，所以只看到主鋼筋4、分隔件7、灌漿材料12和砼管1。
圖4是本發(fā)明的第二實施例，即類型二的灌漿后樁的全貌剖視圖，除樁身設計與圖1一致外，可以明顯地看出砼管1內(nèi)的鋼筋砼芯自始至終都是同一直徑。在圖4中，巖孔8直徑大于或等于砼管1的內(nèi)徑。本類型場合的承荷部位主要是靠巖孔側(cè)壁而不是靠巖孔底部。主鋼筋4必要時可采用特高強鋼筋。澆灌沙漿的灌漿管21在圖中也未示出。
圖5A和圖5B是圖4中樁身兩個不同部位的斷面圖。兩個斷面的主要差別在于巖石層200斷面中的灌漿材料12黏接主鋼筋4和巖孔8的內(nèi)壁，泥層中的灌漿材料12黏接主鋼筋4和砼管1的內(nèi)壁。因此，樁身上端的軸向負荷主要是由砼管1和灌漿材料12和主鋼筋4傳至巖孔內(nèi)的灌漿材料12和主鋼筋4再傳至巖孔內(nèi)壁的。此外，可能用到樁身分隔填充材料300。
圖7是本發(fā)明的第三實施例，類型三的剖視圖，與圖2不同之處是用型鋼5’取代了圖1中的鋼筋5和箍筋6。由于型鋼構(gòu)件可以在現(xiàn)場切割、焊接，不論樁數(shù)多少或嵌巖深度變化多端的樁基工程中都有較好的經(jīng)濟效益及質(zhì)量保證，所以在本發(fā)明中作為一個較佳實施例介紹。型鋼5’的上端附加強板13焊在端板3上以配合上下構(gòu)件不同斷面形狀順利過渡。
圖8A、圖8B和圖8A是圖6中樁身不同部位的三個斷面圖。請同時參閱灌漿后的全貌圖(圖6)以便更清楚該三個斷面的取向。斷面VI-VI是通過加強板13的向上看的斷面，以顯示型鋼5’和加強板13的橫截面及其焊接情況。也用虛線圓表示出砼管1的內(nèi)徑和外徑以便再次顯示巖孔8大于砼管1的外徑。雖然在這里用了工字鋼舉例，但本發(fā)明并不限于工字鋼，任何截面的型鋼或特制鋼構(gòu)件都可以用的。斷面VII-VII是在加強板13下面取的并且是向下看的，所以只看見被截斷的主鋼筋4和型鋼5’。斷面V-V是在泥層中截取向上看的，所以和圖13A和圖3B中的斷面I-I完全一樣。
圖9、圖10A和圖10B是本發(fā)明第四實施例，類型四的示意圖。由于放在巖孔8中的預制鋼筋砼樁可以是管狀的(見圖10A)，也可以是實心的(見圖10B)也可以是上管下實混合式的(見圖9)，所以可以按具體的情況選用。但不論何種形式，為了保證本發(fā)明的灌漿的下料管口自始至終都低于填充材料頂面這個原則，所以都要預先埋置巖孔灌漿管21。實際上本發(fā)明的任何實施例的灌漿口(尤其在水下施工時)都應該從巖孔底部向上澆灌，即所謂的“上推”法。圖10A和圖10B中的預制鋼筋砼構(gòu)件11埋在巖孔中。
圖11是在圖9灌漿后樁身全貌圖上取的三個斷面圖，分別顯示整樁各段的結(jié)構(gòu)。圖9更清楚地顯示了本發(fā)明第四實施例巖孔8中預制樁的外形是一個尖端向下的錐體(柱體)，樁身的向下虛位移使負載傳向四周的巖孔壁。而現(xiàn)有技術(shù)(如，特開平-127054)中的該錐體是尖端向上的，樁身的虛位移使負載只能由樁端下方的面積來承擔，巖孔側(cè)壁受不到任何壓力。這正好說明本發(fā)明和本發(fā)明的施工方法中鉆孔的清渣最好使用砂泵、空氣吸泥或其它可靠的方式，以保證巖孔各部份和灌漿之間的黏結(jié)。
通過上面的詳細介紹，可以知道本發(fā)明相比于先有技術(shù)具有較實用的優(yōu)越性，本發(fā)明的集優(yōu)嵌巖組合樁的設計承載力主要取決于1.預制(預應力)砼管樁或其它樁的理論承載值；2.置入預制(預應力)砼管樁或其它樁內(nèi)的鋼筋和填充材料的強度；3.巖孔內(nèi)的鋼筋籠/型鋼的承載力；4.填充材料與預制(預應力)砼管樁或其它樁內(nèi)壁的黏結(jié)力；5.填充材料與鋼筋籠的黏結(jié)力；6.填充材料與巖孔內(nèi)壁之間的黏結(jié)力；7.若為受拉樁，樁段之間的連接強度；8.整個組合樁的長細比。
由此可見，本發(fā)明所考慮利用的因素比現(xiàn)有技術(shù)多，這才能使承載力比現(xiàn)有技術(shù)有所提高。
權(quán)利要求
1.一種嵌巖組合樁，由土層中的預制砼管和巖層中不同類型的預制構(gòu)件經(jīng)過現(xiàn)場內(nèi)置鋼筋、灌漿組成，其特征為，該土層中的該砼管樁或其它樁和該巖層中的該預制構(gòu)件都由同一組貫穿整樁內(nèi)心可以承受拉力和壓力的鋼筋組件所連接，整樁在土層部份由該砼管及其內(nèi)部的鋼筋、灌漿材料共同傳遞荷載及抵抗泥層中的地下水、氣等的侵蝕，整樁在巖層部份由該預制構(gòu)件主要以灌漿材料和巖孔側(cè)壁的粘結(jié)力承受該砼管組合構(gòu)件傳來的軸向力。
2.如權(quán)利要求1中所述的組合樁，其特征在于，該巖層中的該現(xiàn)場澆灌構(gòu)件由焊在和該砼管樁或其它樁的端板相連接的鋼筋籠端板分布圓上的鋼筋籠和位于其中心的該貫通整樁內(nèi)心的該多根鋼筋組件灌漿而成。
3.如權(quán)利要求1中所述的組合樁，其特征在于，該巖層中的該現(xiàn)場澆灌構(gòu)件由該貫通整樁內(nèi)心的該多根鋼筋組件灌漿而成。
4.如權(quán)利要求1中所述的組合樁，其特征在于，該巖層中的該現(xiàn)場澆灌構(gòu)件由焊在和該砼管端板相連接的型鋼端板上的型鋼和位于其中心的該貫通整樁內(nèi)心的該多根鋼筋組件灌漿而成。
5.如權(quán)利要求1中所述的組合樁，其特征在于，該巖層中的該現(xiàn)場澆灌構(gòu)件由特制的厚壁或?qū)嵭匿摻铐艠?gòu)件灌漿而成。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5中所述的組合樁，其特征在于，該貫通整樁內(nèi)心的鋼筋組件在長度方向上每隔一定的距離由鋼圓環(huán)和多根鋼柱組成的或類似的傳統(tǒng)構(gòu)件分隔件定位和分隔。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5中所述的組合樁，其特征在于，鋼筋和鋼筋之間的連接可以采用螺栓連接或用普通搭接方法來代替焊接。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4或5中所述的組合樁，其特征為，各樁段之間的連接可采用高黏結(jié)力材料方法來代替焊接。
9.一種預鉆孔嵌巖組合樁的施工方法，其特征在于包括下列步驟第一步，首先用成孔機械在地表鉆孔至持力巖層頂面；第二步，按照樁型要求改用專門鉆巖機械沿原孔在巖石內(nèi)鉆孔，其中對于樁類型二，則先逐節(jié)擺入預制砼管樁或其它樁，然后沿樁管內(nèi)徑在巖石內(nèi)鉆孔，至樁底設計標高；第三步，對于樁類型一、三及四逐節(jié)擺入預制砼管樁或其它樁，樁類型一或三樁身下段為鋼筋籠或型鋼，樁型四樁身下端為預制鋼筋砼構(gòu)件；第四步，按照設計要求，在預制砼管樁或其它樁內(nèi)放入內(nèi)鋼筋籠至樁底；第五步，在預制砼管樁或其它樁、巖孔內(nèi)灌入配置好的填充材料；第六步，待填充材料達到合適強度時，切掉樁頂設計標高以上的砼管樁及填充材料，內(nèi)鋼筋籠伸出樁頂?shù)拈L度按照設計要求。
10.如權(quán)利要求9中所述的預鉆孔嵌巖組合樁的施工方法，其特征在于，該填充材料在水下施工時是采用“上推”方法施工，即下料管管口自始至終必須低于填充材料頂面。
11.如權(quán)利要求9中所述的預鉆孔嵌巖組合樁的施工方法，其特征在于，該鉆孔的清渣宜采用砂泵、空氣吸泥或其它可靠方式。
12.如權(quán)利要求9中所述的預鉆孔嵌巖組合樁的施工方法，其特征在于，設計組合樁的承載力主要取決于預制砼管樁或其它樁的理論承載值；置入預制砼管樁或其它樁內(nèi)的鋼筋和填充材料的強度；巖孔內(nèi)的鋼筋籠/型鋼的承載力；填充材料與預制砼管樁或其它樁內(nèi)壁的黏結(jié)力；填充材料與鋼筋籠的黏結(jié)力；填充材料與巖孔內(nèi)壁之間的黏結(jié)力；若為受拉樁，樁段之間的連接強度；整個組合樁的長細比。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌巖組合樁及其施工方法,用預制鋼筋砼管或其它樁加附加鋼筋作為土層中的承載構(gòu)件,用鋼筋或鋼構(gòu)件加附加鋼筋或預制鋼筋砼構(gòu)件置入較深的預鉆巖孔內(nèi),再施以現(xiàn)場灌漿材料形成的組合樁,其中一組鋼筋貫通并澆固于上述構(gòu)件的內(nèi)部以承受壓力或拉力,并改善樁段之間的連續(xù)性,位于巖孔內(nèi)的樁體依靠和巖孔側(cè)壁的黏結(jié)力把上面?zhèn)鱽淼暮奢d均勻地擴散到巖層深處。由于樁的支承面積比先有技術(shù)的純端承式樁大幅增加,其灌漿材料與巖石的結(jié)合力又遠遠大于現(xiàn)有技術(shù)的純摩擦樁與土壤之間的摩擦力,因而大大提高了整樁的承載力。由于整樁所有構(gòu)件都能工業(yè)化大量生產(chǎn),故能簡化設計、方便施工、降低成本。
文檔編號E02D5/50GK1386936SQ02121959
公開日2002年12月25日 申請日期2002年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
發(fā)明者張向東 申請人:立基工程有限公司