长螺旋钻孔压灌桩植筋方法与植筋不到位的处理方法与流程

1.本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种长螺旋钻孔压灌桩及其植筋结构，以及该长螺旋钻孔压灌桩的植筋方法。


背景技术：

2.长螺旋钻孔压灌桩的施工过程是先利用长螺旋钻机钻孔至设计深度，然后提钻，同时在桩孔中浇筑自密实混凝土，完成浇筑后进行植筋，借助振动装置将钢筋笼插入混凝土中，最终形成钢筋混凝土灌注桩。为了顺利将钢筋笼插入混凝土中，在钢筋笼中设置导入装置，在导入装置顶部安放振动电机，借助导入装置对钢筋笼施加振动荷载，将钢筋笼连同导入装置一起插入桩孔内的混凝土中，导入装置和钢筋笼插入混凝土至设计标高后，拔出导入装置。导入装置对钢筋笼的施力点一般位于钢筋笼的顶部。由于钢筋笼属于柔性结构，钢筋笼顶部的荷载不一定能完全传递到钢筋笼的底部，钢筋笼容易变形和倾斜，导致钢筋笼的中心线偏离桩孔中心线过大的问题；植筋还存在阻力大，经常出现植筋不到位，使钢筋笼不能下插至设计位置的问题。
3.按照美国行业标准(fhwa-hif-07-03)条款3.4.3的规定，长螺旋钻孔压灌桩的最大施工深度不宜超过18米。实际工程中，为满足桩基承载力的设计要求，桩基设计深度往往会超过18米，长螺旋钻孔压灌桩越长，出现上述问题的概率就越高。我国的长螺旋钻孔压灌桩技术标准(jgjt 419-2018)关于长螺旋钻孔压灌桩植筋的技术要求也没有给出解决上述问题的方法。


技术实现要素：

4.本发明提供首先提供一种长螺旋钻孔压灌桩，首先解决长螺旋钻孔压灌桩植筋阻力大、钢筋笼容易偏移的问题。
5.本发明采用的技术方案是：长螺旋钻孔压灌桩，包括呈圆柱状的桩体，桩体内为钢筋笼，钢筋笼包括竖向布置的多根主筋，以及缠绕于主筋外侧按螺旋状结构布置的螺旋筋，钢筋笼的外侧还安装至少三个滚轮，滚轮位于桩体内，滚轮的旋转面经过钢筋笼中心线，各个滚轮在水平截面的投影绕钢筋笼的周向布置，并且各个滚轮距离钢筋笼中心线最远的点在水平截面的投影对应的圆的圆心与钢筋笼的圆心重合。
6.为了确保桩体的中心线与钢筋笼的中心线重合，进一步的是：各个滚轮距离钢筋笼中心线最远的点在水平截面的投影对应的圆的直径与桩体的直径相等。
7.滚轮可以直接穿设于螺旋筋，穿设滚轮的这一段螺旋筋兼作滚轮的转轴；或者，滚轮穿设于转轴，转轴的两端固定于钢筋笼，例如转轴的两端分别焊接连接于主筋。
8.对于地震荷载，长螺旋钻孔压灌桩的上段和下段相比，上段承受的弯矩和剪力更大，因此钢筋笼上段的螺旋筋的间距小于钢筋笼下段的螺旋筋的间距。考虑到钢筋笼的上段的螺旋筋的间距较小，无法在螺旋筋的间隙处安装滚轮，或者无法将滚轮直接穿设于螺旋筋的问题，加之考虑到植筋阻力主要来自于钢筋笼的下段，进一步的是：钢筋笼的下段设
置滚轮，滚轮穿设于螺旋筋，或者滚轮穿设于转轴，转轴的两端固定于钢筋笼；钢筋笼上段的外侧固定设置至少三个垫块，垫块的厚度与钢筋笼与桩孔侧壁之间的距离一致。
9.为了实现向钢筋笼的底部施加振动荷载，进一步的是：钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件，传力杆件设置于钢筋笼的内部，传力杆件对应的平面与钢筋笼中心线垂直。
10.为了提高钢筋笼自身抵抗变形的能力，避免传力杆件受到振动后脱落，进一步的是：钢筋笼的内侧还间隔设置加强环筋，钢筋笼在设置传力杆件的位置的内侧设有加强环筋，传力杆件、加强环筋和钢筋笼固定连接，并且传力杆件固定于加强环筋的上部。
11.传力杆件起到传递振动荷载的作用。例如，传力杆件呈十字交叉状，或者传力杆件呈米字状，或者传力杆件包括主杆和连接于主杆两侧的辅杆，主杆与钢筋笼中心线垂直。
12.本发明长螺旋钻孔压灌桩的有益效果是：钢筋笼的外侧设置滚轮，钢筋笼插入混凝土的桩孔内时，滚轮与桩孔内壁产生滚动摩擦，有利于降低植筋阻力。钢筋笼外侧的滚轮还可以限制钢筋笼与桩孔孔壁的间距，避免钢筋笼偏移，使钢筋笼位于桩孔中心线，保证成桩质量。
13.本发明还提供一种长螺旋钻孔压灌桩植筋结构，目的在于提高长螺旋钻孔压灌桩植筋成功率。本发明采用的技术方案是：长螺旋钻孔压灌桩植筋结构，包括导入装置以及上述第一个主题长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，并且钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件，传力杆件设置于钢筋笼的内部，传力杆件对应的平面与桩体中心线垂直；导入装置包括顶盖板、护筒和导入杆，顶盖板的顶面为振动电机安装面，护筒为圆筒，护筒的直径与钢筋笼的直径适配，护筒的一端固定连接于顶盖板的底面，护筒的外侧设置吊装件，导入杆的上端固定连接于顶盖板的底面，并且护筒的中心线与导入杆的中心线重合，导入杆的下端封闭并设置卡位结构；钢筋笼的上段插入护筒内部或钢筋笼的上段套于护筒外部，导入杆下端的卡位结构卡于传力杆件的中心位置，钢筋笼与吊装件相连。
14.为了确保导入杆在钢筋笼中的稳定，进一步的是：钢筋笼的内部还设置至少一根对导入杆的水平向移动进行限制的限位筋，限位筋的两端绑扎或焊接于钢筋笼，限位筋的中部与导入杆点接触。例如，限位筋具有两个弯折角，两个弯折角均为钝角并为同旁内角，导入杆的周围水平向均匀、竖直向错位布置3～4根限位筋。
15.为了便于导入装置的起吊，也为了便于钢筋笼连接于导入装置，具体的：护筒的外侧设置至少两个上吊环和至少两个下吊环，钢筋笼与下吊环通过系绳相连。
16.具体的：导入杆为实心圆钢、实心方钢、圆形钢管或方形钢管。
17.本发明长螺旋钻孔压灌桩植筋结构的有益效果是：振动电机安装于导入装置的振动电机安装面，振动荷载通过导入杆传递至传力杆件，再传递至钢筋笼的下部，使钢筋笼在植入过程中主要着力点是在钢筋笼的底部而不是在顶部，加之滚轮的作用，有助于钢筋笼植入到设计位置，从而提高长螺旋钻孔压灌桩植筋的成功率。
18.本发明还提供一种长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，目的在于提高长螺旋钻孔压灌桩的植筋成功率，提高长螺旋钻孔压灌桩的施工质量。本发明采用的技术方案是：长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，包括下述步骤：
19.s1、制作长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，钢筋笼为上述第一个主题长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，并且钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件，传力杆件设置于钢
筋笼的内部，传力杆件对应的平面与桩体中心线垂直。
20.s2、将导入装置与钢筋笼进行组装，得到上述第二个主题长螺旋钻孔压灌桩植筋结构，并在振动电机安装面安装振动电机。
21.s3、完成长螺旋钻孔压灌桩的钻孔和混凝土浇筑工作后，将钢筋笼连同导入装置吊到待植筋的桩孔正上方，将钢筋笼植入桩孔内的混凝土中。
22.s4、钢筋笼植入至设计标高，或者无法下插时，拔出导入装置，并向桩孔内补充混凝土。
23.为了确保导入杆在植入钢筋笼期间的稳定，进一步的是：s2中，钢筋笼的内部还设置至少一根对导入杆的水平向移动进行限制的限位筋，限位筋的两端绑扎或焊接于钢筋笼，限位筋的中部与导入杆点接触。例如，限位筋具有两个弯折角，两个弯折角均为钝角并为同旁内角，导入杆的周围水平向均匀、竖直向错位布置3～4根限位筋。限位筋的间距l2按公式l2＝120i/μ
·
(235/σ
p
)
0.5
确定，其中：i为导入杆的回转半径，μ为导入杆的长度因数，μ＝2.0，σ
p
为导入杆材质的名义屈服强度。
24.进一步的是：长螺旋钻孔压灌桩植筋方法还包括植筋阻力fu和植筋助力fd的计算，并控制fu≤fd，植筋阻力fu的计算公式为：fu＝f1+f2+f3+f4+f5+f6，其中：f1为钢筋笼和导入装置在混凝土中的上浮力，f2为桩孔侧壁对钢筋笼的摩擦阻力，f3为螺旋筋与混凝土拌合物的摩擦阻力，f4为主筋与混凝土拌合物的摩擦阻力，f5为导入杆的摩擦阻力，f6为加强环筋的摩擦阻力；植筋助力fd的计算公式为：fd＝fg+fc+fa，其中：fg为钢筋笼的自重，fc为导入装置的自重，fa为振动荷载。
25.更进一步的是：上浮力f1＝ρ
·g·
(vs+vd)，ρc为新拌混凝土的密度，vs为钢筋笼的体积，vd为导入杆的体积；摩擦阻力f2＝f
·
ws，ws为钢筋笼、滚轮和垫块的总重力，f为摩擦系数；摩擦阻力f3＝τy·as
，as为各层螺旋筋在水平投影面积的总和，τy为新拌混凝土的屈服剪应力；摩擦阻力f4＝τy·amb
，a
mb
为主筋的总面积；摩擦阻力f5＝(ρ
c-ρw)
·amb
，ρw为水的密度；摩擦阻力f6＝τy·ast
，a
st
为加强环筋的总面积。例如，新拌混凝土的屈服剪应力τy的计算公式为：sf为新拌混凝土的塌落流值，v为新拌混凝土的塌落扩展度流速。
26.本发明长螺旋钻孔压灌桩植筋方法的有益效果是：可减小长螺旋钻孔压灌桩植筋失败的风险，可提高长螺旋钻孔压灌桩的施工质量、减少了因植筋不到位而导致的施工质量问题。按照本方法，可突破美标对长螺旋钻孔压灌桩的最大施工深度不宜超过18米的限制，从而达到节省工期、节省工程费用、提高桩基的施工质量、扩大长螺旋钻孔压灌桩应用范围和提高企业的竞争力等目的。本发明还可补充和完善长螺旋钻孔压灌桩技术标准(jgjt 419-2018)。
27.本发明还提供一种长螺旋钻孔压灌桩植筋不到位的处理方法，按照上述第三个主题长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，将钢筋笼植入桩孔内的混凝土，但钢筋笼未植入至设计设计标高，取桩基结构无弯矩和剪力作用段的长度的0.5～0.7倍作为植筋不到位的允许长度。例如，植筋不到位的允许长度为3米。
附图说明
28.图1是本发明长螺旋钻孔压灌桩在传力杆件的位置的横截面示意图。
29.图2是本发明中的导入装置的示意图。
30.图3是图2的侧视图。
31.图4本发明中限位筋与导入杆的配合关系示意图。
32.图5本发明中传力杆件的另一个实施例的示意图。
33.附图标记：主筋1、螺旋筋2、滚轮3、桩孔侧壁4、传力杆件5、加强环筋6、顶盖板7、护筒8、导入杆9、卡位结构10、限位筋11、上吊环12、下吊环13。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明作进一步说明。
35.本发明的第一个主题是长螺旋钻孔压灌桩，参见图1，包括呈圆柱状的桩体，桩体为钢筋混凝土结构。桩体内为钢筋笼，钢筋笼包括竖向布置的多根主筋1，以及缠绕于主筋1外侧按螺旋状结构布置的螺旋筋2。由于桩体较长，钢筋笼相应也较长，主筋1一般需要搭接，主筋1的搭接长度取决于主筋1的直径和混凝土的标号，例如对于c30圆柱体抗压强度的混凝土，采用62d的搭接长度，d为主筋1的直径。主筋1进行搭接，需在在上下两处进行焊接，焊接长度至少为50mm，以保证搭接强度。根据长螺旋钻孔压灌桩的受力，钢筋笼上段的主筋1粗于下段的主筋1。桩体的上段和下段相比，上段承受的弯矩和剪力更大，因此钢筋笼上段的螺旋筋2的间距小于钢筋笼下段的螺旋筋2的间距，也即是钢筋笼上段的螺旋筋2布置较密。
36.为了减少钢筋笼植入桩孔内时与桩孔侧壁4的摩擦阻力，钢筋笼的外侧还安装至少三个滚轮3，滚轮3的旋转面经过钢筋笼中心线，滚轮3的旋转方向为竖向，各个滚轮3在水平截面的投影绕钢筋笼的周向布置，并且各个滚轮3距离钢筋笼中心线最远的点在水平截面的投影对应的圆的圆心与钢筋笼的圆心重合。滚轮3还具有限制钢筋笼的在桩孔内的位置的作用，确保钢筋保护层的厚度，使钢筋笼的中心线与桩体中心线重合或接近重合。滚轮3全部位于桩体内，避免滚轮3影响钢筋笼植入桩孔。滚轮3最终嵌入混凝土内，因此一般是混凝土或钢筋混凝土。滚轮3的内外表面可以为混凝土，也可以为其他材质，例如滚轮3内外圈为pcv管材，内外圈之间为混凝土或钢筋混凝土。为了确保桩体的中心线与钢筋笼的中心线重合，各个滚轮3距离钢筋笼中心线最远的点在水平截面的投影对应的圆的直径与桩体的直径相等。
37.滚轮3可以直接穿设于螺旋筋2，穿设滚轮3的这一段螺旋筋2兼作滚轮3的转轴；或者，滚轮3配备专门的转轴，滚轮3穿设于转轴，转轴的两端固定于钢筋笼，例如转轴的两端分别焊接连接于主筋1。滚轮3还可通过垫块进行替代，垫块直接固定于钢筋笼的外侧，例如垫块设置与钢筋笼适配的卡槽并卡接固定于钢筋笼，垫块的厚度与钢筋笼与桩孔侧壁4之间的距离一致。垫块的材质与滚轮3相同，可以为混凝土或钢筋混凝土。为了避免钢筋笼的上段的螺旋筋2的间距过小，无法在螺旋筋2的间隙处安装滚轮3，也无法将滚轮3直接穿设于螺旋筋2的问题，钢筋笼的下段设置滚轮3，滚轮3穿设于螺旋筋2，或者滚轮3穿设于转轴，转轴的两端固定于钢筋笼；钢筋笼上段的外侧固定设置至少一块垫块，垫块的厚度与钢筋笼与桩孔侧壁4之间的距离一致。为了对钢筋笼上段的周围进行限位，垫块至少三块且分布于钢筋笼的周围。垫块在钢筋笼上段的布置方式还可与滚轮3在钢筋笼下段的布置方式相同。
38.为了实现通过导入装置向钢筋笼的底部施加振动荷载，钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件5，传力杆件5设置于钢筋笼的内部，传力杆件5对应的平面与钢筋笼中心线垂直。传力杆件5可布置在钢筋笼底部或桩长85％以下的部位，传力杆件5与钢筋笼焊接固定。传力杆件5的作用是接受导入装置传来的振动荷载，并将振动荷载传递到钢筋笼的底部，以克服植筋阻力。例如参见图1，传力杆件5呈十字交叉状；再例如参见图5，传力杆件5包括主杆和连接于主杆两侧的辅杆，辅杆的一端焊接于主杆并与主杆垂直，主杆与钢筋笼中心线垂直；此外，传力杆件5还可以呈米字状。传力杆件5采用上述结构，可以尽量将振动荷载传递到钢筋笼的中心部位，振动荷载由传力杆件5均匀地传递到钢筋笼周围。传力杆件5需由大于或等于主筋1的直径的钢筋组成，其尺寸根据桩深和振动荷载的大小需进行必要的计算。
39.为了提高钢筋笼自身抵抗变形的能力，钢筋笼的内侧还间隔设置加强环筋6，加强环筋6对应的平面与钢筋笼中心线垂直，加强环筋6固定于钢筋笼，一般焊接固定，或者绑扎并焊接固定。为了避免传力杆件5受到振动后脱落，钢筋笼设置传力杆件5的位置也设置加强环筋6，传力杆件5、加强环筋6和钢筋笼固定连接，并且传力杆件5固定于加强环筋6的上部。例如，加强环筋6由2根直径为12mm的钢筋组成，间隔2m布置，并且在钢筋笼的顶部和底部增加加强环筋6的数量。
40.下面以传力杆件5呈十字交叉状为例进行说明。传力杆件5包括呈十字交叉状的两根传力杆，两根传力杆焊接在一个平面上，两根传力杆的间距为零，传力杆的设计准则是：传力杆受到和弯矩按集中荷载计算，传力杆的拉应力和剪应力小于传力杆自身材料的允许拉应力和剪应力；传力杆的变形应小于计算跨度的1/250。对于桩体直径为600mm和800mm长螺旋钻孔压灌桩，在满足设计准则条件下，传力杆件的设计结果见表1。
41.表1传力杆件的计算表。
[0042][0043][0044]
表1显示：第一、当传力杆直径为25mm时，800mm的桩体直径，只能传递2kn振动荷载；而600mm直径的桩体可传递5kn的振动荷载，而不产生过大的变形，也即是说，传力杆在相同直径的条件下，小直径的桩体可传递较大的振动荷载；第二、大直径的桩体需采用较大直径的传力杆，才能满足设计要求；第三、小直径的桩体，当采用较大直径的传力杆时，可传
递高达10kn的振动荷载。某工程中采用了600mm和800mm的桩体，但均采用直径为25mm的传力杆，结果植筋不到位的桩基，800mm的桩体植筋不到位的高达85％，而600mm的桩体植筋不到位的占15％。表1的计算结果反映了大直径的桩基植筋不到位的频率高于小直径的桩基的原因，若传力杆的直径过小，则传力杆会产生较大的变形，达不到植筋的预期目的。根据表1和上述分析可知，开展传力杆设计校核非常重要。
[0045]
表1还显示，对于800mm直径的桩基，单根钢筋无法满足下传10kn以上的振动荷载，为增加传力杆的抗弯模量，可将两根钢筋并焊在一起作为一根传力杆。例如，焊点宽带为2倍钢筋的直径，焊点为三处。2根直径为25mm的钢筋，在与表1中相同的跨度条件下，即可传递22.5kn的振动荷载，而不至于产生过大的变形；而2根28mm的钢筋作为传力杆件，则可传递31.5kn的振动荷载。
[0046]
本发明的第二主题是长螺旋钻孔压灌桩植筋结构，目的在于提高长螺旋钻孔压灌桩植筋成功率。长螺旋钻孔压灌桩植筋结构，包括导入装置以及上述第一个主题长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装与导入装置配合的传力杆件5，传力杆件5设置于钢筋笼的内部，传力杆件5对应的平面与桩体中心线垂直。
[0047]
参见图2和图3，导入装置包括顶盖板7、护筒8和导入杆9，为了保证强度，顶盖板7、护筒8和导入杆9均为钢制件，例如均为q235钢材。顶盖板7的顶面为振动电机安装面，用于安装振动电机，振动电机的安装位置位于顶盖板7的中心。例如，振动电机为振动荷载在1～10kn并可调的二级振动电机，振动电机与顶盖板7采用螺栓连接。护筒8为圆筒，护筒8的直径与钢筋笼的直径适配，护筒8的一端固定连接于顶盖板7的底面，例如焊接固定。护筒8的外侧设置吊装件，吊装件至少两个，一般设置三个或更多，以保证平衡。吊装件既用于导入装置的起吊，也用于与钢筋笼的进行连接。例如，护筒8的外侧设置至少两个上吊环12和至少两个下吊环13，上吊环12用于通过系绳与吊车的吊钩相连并起吊，下吊环13用于通过系绳与钢筋笼相连。
[0048]
导入杆9的上端固定连接于顶盖板7的底面，护筒8的中心线与导入杆9的中心线重合，为了保证稳固，导入杆9与顶盖板7一般焊接连接。护筒8起到限制钢筋笼的上部在较小的范围内移动的作用，护筒8的内径与钢筋笼的外径适配，钢筋笼的上段插入护筒8内部；或者，护筒8的外径与钢筋笼的内径适配，钢筋笼的上段套于护筒8外部。导入杆9的下端封闭并设置卡位结构10，卡位结构10卡于传力杆件5的中心位置，钢筋笼与吊装件相连，例如钢筋笼通过系绳与下吊环13相连。卡位结构10用于保证导入杆9对传力杆件5的作用点始终位于传力杆件5的中心位置，例如导入杆9的下端由钢板焊接封口，导入杆9的下端焊接两块3mm厚的钢板作为卡位结构10，两块钢板可以自由地插入到传力杆件5中。
[0049]
导入杆9起到传递振动荷载的作用，可以为实心圆钢、实心方钢、圆形钢管、方形钢管等。例如，导入杆9由厚度为4mm的钢板组成。导入杆9为大柔度杆，其大小和尺寸需做计算，并满足柔性杆件临界压力和承受总荷载的校核要求。导入杆9的横截面面积不宜过大，否则会增加植筋的阻力，并增加在拔出导入装置后灌注混凝土的量。导入杆9尺寸的选择，取决于桩长和导入杆9的长度。导入杆9和振动荷载的设定是长螺旋钻孔压灌桩施工的关键技术之一，但国内外规范对此均无明确规定。
[0050]
为了确保导入杆9在钢筋笼中的稳定，钢筋笼的内部还设置至少一根对导入杆9的水平向移动进行限制的限位筋11，限位筋11的两端绑扎或焊接于钢筋笼，限位筋11的中部
与导入杆9点接触，限位筋11的间距根据计算确定。例如，参见图4，限位筋11具有两个弯折角，两个弯折角均为钝角并为同旁内角，限位筋11为直径为12mm的钢筋。安装限位筋11时，需确保导入杆9在钢筋笼的中部，限位筋11的两端与钢筋笼牢固连接，避免拔出导入杆9将限位筋11带出。一般的，导入杆9的周围水平向均匀、竖直向错位布置3～4根限位筋11，导入杆9的周围水平向均匀布置限位筋11，限制导入杆9水平向晃动，导入杆9竖直向错位布置限位筋11，避免导入杆9过于集中导致植筋阻力过大的问题。导入杆9中部的限位筋11非常重要，导入杆9为大柔度杆，否则导入杆9在吊装和植筋的过程会摇摇晃晃，易产生偏向、荷载不易传递到位的情况。
[0051]
导入杆9尺寸确定的准则是：导入杆9的临界压应力大于导入杆9在最大振动压力对应的压应力，包括导入杆9上部构件的自重荷载；导入杆9的临界压力大于导入杆9上部的总荷载，包括导入杆9的自重荷载和振动荷载，并扣除导入杆9在混凝土中的浮力；采用厚度大的钢材，以增加向下的力，抵消自身的浮力；满足上述要求的最小杆件尺寸。
[0052]
下面以导入杆9为圆形钢管和方形钢管为例进行举例说明。导入杆9为圆形钢管，根据欧拉公式可以计算出不同长度的导入杆9的尺寸，如表2所示。导入杆9为方形钢管，不同长度的导入杆9的尺寸如表3所示，方形钢管采用符合国标gb/t 6728-2017规定的方钢。
[0053]
表2导入杆为圆形钢管的设计尺寸计算表。
[0054][0055]
表3导入杆为方形钢管的设计尺寸计算表。
[0056]
[0057][0058]
从表3可看出，导入杆9均为大柔度杆，按计算每隔2.7米需设置侧向支撑，导入杆9的尺寸不宜过小，否则不满足临界压应力的要求。导入杆9的设计也不宜选择过大，否则会增加植筋的阻力，增加向上的浮力，增加额外混凝土的灌注量。导入杆9为方形钢管，方形钢管与限位筋11为平面接触，其效果将好于采用圆形钢管的点接触；但圆形钢管的体积小，在混凝土中的浮力小，植筋容易。
[0059]
本发明的第三个主题是长螺旋钻孔压灌桩植筋方法。长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，包括下述步骤：
[0060]
s1、制作长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，钢筋笼为上述第一个主题长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，并且钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件5，传力杆件5设置于钢筋笼的内部，传力杆件5对应的平面与桩体中心线垂直。关于传力杆件5的说明参见上述两个主题的说明。
[0061]
s2、将导入装置与钢筋笼进行组装，得到上述第二个主题长螺旋钻孔压灌桩植筋结构，并在振动电机安装面安装振动电机。
[0062]
s3、完成长螺旋钻孔压灌桩的钻孔和混凝土浇筑工作后，将钢筋笼连同导入装置吊到待植筋的桩孔正上方，将钢筋笼植入桩孔内的混凝土中。
[0063]
s4、钢筋笼植入至设计设计标高，或者无法下插时，拔出导入装置，并向桩孔内补充混凝土。
[0064]
长螺旋钻孔压灌桩的植筋施工，即安装钢筋笼存在的阻力有：钢筋笼和导入杆9在
混凝土拌合物中的上浮力f1；钢筋笼与桩孔侧壁4的摩擦阻力，包括滚轮3和垫块的摩擦阻力；螺旋筋2与混凝土拌合物的摩擦阻力f3；主筋1与混凝土拌合物的摩擦阻力f4；导入杆9的摩擦阻力f5；加强环筋6的摩擦阻力；其它阻力。将向下的力的合力作为植筋助力fd，将向上的力的合力作为植筋阻力fu，确保植筋成功的原则是fu≤fd。为了便于计算，植筋阻力fu的计算公式为：fu＝f1+f2+f3+f4+f5+f6，植筋助力fd的计算公式为：fd＝fg+fc+fa，其中：fg为钢筋笼的自重，fc为导入装置的自重，fa为振动荷载，长螺旋钻孔压灌桩植筋方法控制fu≤fd。
[0065]
下面对钢筋笼植入混凝土的阻力进行说明。上浮力f1主要取决于钢筋笼和导入杆9的体积，f1＝ρ
·g·
(vs+vd)，ρc为新拌混凝土的密度，vs为钢筋笼的体积，vd为导入杆9的体积。摩擦阻力f2＝f
·
ws，ws为钢筋笼、滚轮3和垫块的总重力，f为摩擦系数。摩擦阻力f3＝τy·as
，as为各层螺旋筋2在水平投影面积的总和，τy为新拌混凝土的屈服剪应力。摩擦阻力f4＝τy·amb
，a
mb
为主筋1的总面积。摩擦阻力f5＝(ρ
c-ρw)
·amb
，ρw为水的密度，ρc为混凝土的密度，例如ρc＝2350kg/m3，ρw＝1000kg/m3。摩擦阻力f6＝τy·ast
，a
st
为加强环筋6的总面积。
[0066]
对于植筋阻力f2～f6，均与混凝土拌合物的粘度有关，与混凝土剪切屈服应力τy有关。根据现有研究，混凝土剪切屈服应力τy的公式为：其中sf为新拌混凝土的塌落流值，v为新拌混凝土的塌落扩展度流速。根据该公式可计算出不同塌落流值对应的剪切屈服应力，见表4。
[0067]
表4不同塌落流值对应的剪切屈服应力。
[0068]
编号混凝土密度(kg/m3)塌落流值sf(m)剪切屈服应力τy(pa)123500.50373223500.55308323500.60259423500.65221523500.70190
[0069]
植筋阻力fu的计算结果见表5，在表5中，f＝fu。
[0070]
表5植筋阻力fu和植筋助力fd的计算表。
[0071][0072]
表5的结果表明，植筋阻力最大的是钢筋笼以及导入杆9在混凝土中向上的浮力，其次是钢筋笼与桩孔侧壁4的摩擦阻力，再其次是主筋1在混凝土中的运动阻力。为减少植筋阻力，需采用尺寸最小、重量大的导入杆9，因此采用圆形的导入杆比方形的导入杆的效
果会更好，因为圆形的导入杆的体积小于方形的导入杆的体积。
[0073]
长螺旋钻孔压灌桩不可避免地会出现植筋不到位的情况。植筋不到位的主要原因：(1)未做传力杆件5的计算，未明确传力杆件5的大小，传力杆件5变形显著过大。(2)作用在传力杆件5的荷载未在钢筋笼的中心位置，植筋阻力加大、导入杆9的作用变得不明显。(3)未做导入杆9大小的计算，未设置限位筋11，导致导入杆9的柔度过大，植筋过程中，钢筋笼和导入杆9摇摇晃晃、中心偏位，振动荷载不能到达钢筋笼的底部，导入杆9没有真正起作用。(4)导入杆9在混凝土中的浮力过大。(5)植放钢筋笼的速度过快，钢筋笼底部遇到阻力导致钢筋笼摇晃、重心偏位，钢筋笼底部受卡。(6)导入杆9未与传力杆件5相连，顶盖板7的振动荷载未作用在钢筋笼的下部，而是作用在钢筋笼的上部，而钢筋笼是柔性系统，上部荷载不一定能完全传递到钢筋笼的底部，导入杆9的作用被明显弱化。
[0074]
本发明还提供一种长螺旋钻孔压灌桩植筋不到位的处理方法，也即是本发明的第四个主题：长螺旋钻孔压灌桩植筋不到位的处理方法。长螺旋钻孔压灌桩植筋不到位的处理方法，按照上述第三个主题长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，将钢筋笼植入桩孔内的混凝土，但钢筋笼未植入至设计设计标高，取桩基结构无弯矩和剪力作用段的长度的0.5～0.7倍作为植筋不到位的允许长度。
[0075]
根据长螺旋钻孔压灌桩的结构特点，当桩基设计深度达到一定深度以后，桩基的下部只承受压力，而无弯矩和剪力。按美标fhwa-hif-07-03条款5.6.4.1规定，无须在全桩基的深范围内配制钢筋。钢筋笼未植入至设计设计标高，根据桩基结构计算结果，标记无弯矩和剪力作用的桩段的长度为l，可取0.5l～0.7l作为植筋不到位的允许长度。国外某项目批准植筋若在3米范围内未到位的情况是可接受的。对于植筋不到位且超出允许长度的桩基，需额外做桩基承载力试验检测。

技术特征：
1.长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：包括下述步骤：s1、制作长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，钢筋笼包括竖向布置的多根主筋(1)，以及缠绕于主筋(1)外侧按螺旋状结构布置的螺旋筋(2)，其特征在于：钢筋笼的外侧还安装至少三个滚轮(3)，滚轮(3)位于桩体内，滚轮(3)的旋转面经过钢筋笼中心线，各个滚轮(3)在水平截面的投影绕钢筋笼的周向布置，并且各个滚轮(3)距离钢筋笼中心线最远的点在水平截面的投影对应的圆的圆心与钢筋笼的圆心重合；钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件(5)，传力杆件(5)设置于钢筋笼的内部，传力杆件(5)对应的平面与钢筋笼中心线垂直；s2、将导入装置与钢筋笼进行组装，钢筋笼的上段插入护筒(8)内部或钢筋笼的上段套于护筒(8)外部，导入杆(9)下端的卡位结构(10)卡于传力杆件(5)的中心位置，钢筋笼与吊装件相连，并在振动电机安装面安装振动电机；其中，导入装置包括顶盖板(7)、护筒(8)和导入杆(9)，顶盖板(7)的顶面为振动电机安装面，护筒(8)为圆筒，护筒(8)的外径与钢筋笼的内径适配，护筒(8)的一端固定连接于顶盖板(7)的底面，护筒(8)的外侧设置吊装件，导入杆(9)的上端固定连接于顶盖板(7)的底面，并且护筒(8)的中心线与导入杆(9)的中心线重合，导入杆(9)的下端封闭并设置卡位结构(10)；s3、完成长螺旋钻孔压灌桩的钻孔和混凝土浇筑工作后，将钢筋笼连同导入装置吊到待植筋的桩孔正上方，将钢筋笼植入桩孔内的混凝土中；s4、钢筋笼植入至设计设计标高，或者无法下插时，拔出导入装置，并向桩孔内补充混凝土。2.如权利要求1所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：各个滚轮(3)距离钢筋笼中心线最远的点在水平截面的投影对应的圆的直径与桩体的直径相等。3.如权利要求1所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：钢筋笼上段的螺旋筋(2)的间距小于钢筋笼下段的螺旋筋(2)的间距，钢筋笼的下段设置滚轮(3)，滚轮(3)穿设于螺旋筋(2)，或者滚轮(3)穿设于转轴，转轴的两端固定于钢筋笼；钢筋笼上段的外侧固定设置至少一块垫块，垫块的厚度与钢筋笼与桩孔侧壁(4)之间的距离一致。4.如权利要求1所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：传力杆件(5)呈十字交叉状，或者传力杆件(5)呈米字状，或者传力杆件(5)包括主杆和连接于主杆两侧的辅杆，主杆与钢筋笼中心线垂直。5.如权利要求1～4任一项所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：钢筋笼的内侧还间隔设置加强环筋(6)，钢筋笼在设置传力杆件(5)的位置的内侧设有加强环筋(6)，传力杆件(5)、加强环筋(6)和钢筋笼固定连接，并且传力杆件(5)固定于加强环筋(6)的上部。6.如权利要求5所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：s2中，钢筋笼的内部还设置至少一根对导入杆(9)的水平向移动进行限制的限位筋(11)，限位筋(11)的两端绑扎或焊接于钢筋笼，限位筋(11)的中部与导入杆(9)点接触。7.如权利要求6所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：限位筋(11)具有两个弯折角，两个弯折角均为钝角并为同旁内角，导入杆(9)的周围水平向均匀、竖直向错位布置3～4根限位筋(11)，限位筋(11)的间距l2按公式l2＝120i/μ
·
(235/σ
p
)
0.5
确定，其中：i为
导入杆(9)的回转半径，μ为导入杆(9)的长度因数，μ＝2.0，σ
p
为导入杆(9)材质的名义屈服强度。8.如权利要求5所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：长螺旋钻孔压灌桩植筋方法还包括植筋阻力f
u
和植筋助力f
d
的计算，并控制f
u
≤f
d
，植筋阻力f
u
的计算公式为：f
u
＝f1+f2+f3+f4+f5+f6，其中：f1为钢筋笼和导入装置在混凝土中的上浮力，f2为桩孔侧壁(4)对钢筋笼的摩擦阻力，f3为螺旋筋(2)与混凝土拌合物的摩擦阻力，f4为主筋(1)与混凝土拌合物的摩擦阻力，f5为导入杆(9)的摩擦阻力，f6为加强环筋(6)的摩擦阻力；植筋助力f
d
的计算公式为：f
d
＝f
g
+f
c
+fa，其中：f
g
为钢筋笼的自重，f
c
为导入装置的自重，f
a
为振动荷载。9.如权利要求8所述的长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，其特征在于：上浮力f1＝ρ
·
g
·
(v
s
+v
d
)，ρ
c
为新拌混凝土的密度，v
s
为钢筋笼的体积，v
d
为导入杆(9)的体积；摩擦阻力f2＝f
·
ws，ws为钢筋笼、滚轮(3)和垫块的总重力，f为摩擦系数；摩擦阻力f3＝τ
y
·
a
s
，a
s
为各层螺旋筋(2)在水平投影面积的总和，τ
y
为新拌混凝土的屈服剪应力；摩擦阻力f4＝τ
y
·
a
mb
，a
mb
为主筋(1)的总面积；摩擦阻力f5＝(ρ
c-ρ
w
)
·
a
mb
，ρ
w
为水的密度；摩擦阻力f6＝τ
y
·
a
st
，a
st
为加强环筋(6)的总面积。10.长螺旋钻孔压灌桩植筋不到位的处理方法，其特征在于：按照上述权利要求1～9任一项所述长螺旋钻孔压灌桩植筋方法将钢筋笼植入桩孔内的混凝土，但钢筋笼未植入至设计设计标高，取桩基结构无弯矩和剪力作用段的长度的0.5～0.7倍作为植筋不到位的允许长度。

技术总结
本发明公开了一种长螺旋钻孔压灌桩植筋方法与植筋不到位的处理方法，涉及建筑施工领域，目的在于提高植筋成功率，提高施工质量，采用的技术方案是：长螺旋钻孔压灌桩植筋方法，制作长螺旋钻孔压灌桩的钢筋笼，钢筋笼的外侧安装滚轮，钢筋笼的底部或靠近底部的部位固定安装传力杆件，将导入装置与钢筋笼进行组装，将导入装置连同钢筋笼植入桩孔内的混凝土中，最后拔出导入装置，并向桩孔内补充混凝土。长螺旋钻孔压灌桩植筋不到位的处理方法，取桩基结构无弯矩和剪力作用段的一定长度作为植筋不到位的允许长度。本发明减小了植筋失败的风险，提高了施工质量，减少了因植筋不到位而导致的施工质量问题。本发明用于长螺旋钻孔压灌桩的施工。桩的施工。桩的施工。


技术研发人员：吴政 鞠其凤 张成波 肖红艳 邱小耕
受保护的技术使用者：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/28