一种复合桩基的施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，具体的说，涉及一种复合桩基的施工方法。


背景技术：

2.随着我国经济建设的快速发展，尤其是东南沿海地区大量的高层建筑、高速铁路、公路以及机场、码头等基础设施快速涌现，对地基基础提出了更高的要求，如：高强度、高承载力、低变形、固结周期短以及工后沉降小等。因此，为了满足地基需求，必须采取一定的地基处理技术以增加地基承载力、降低地基土工后沉降。排水固结法、水泥搅拌桩和刚性桩等是工程上常见的地基处理方法。排水固结法处理这种强度低，压缩性和含水量高的软弱土效果较好，但达到工后沉降稳定标准所需的工期较长。采用水泥搅拌桩时，虽然深层搅拌桩处理深度可达15m以上，但对于深厚软弱土地基，由于底部成桩质量难以保证，因此桩身整体性较差，同时软弱土地基本身强度低、含水率过高，桩体施工过程中产生的超孔隙水压力不利于地基土抗剪强度的提升，严重时可能会导致桩体“下沉”。采用强度更高的刚性桩进行处理时，如果将桩体作为端承桩使用，则桩体需要穿越软弱土层，使桩端达到持力层以满足沉降和承载力的要求。而对于预应力混凝土管桩穿越较厚的粉土粉砂层或硬塑黏土层时，沉桩困难，严重情况下回出现管桩压不下去或压力过大导致桩身破裂等情况。此外，对于散体材料桩，在厚软地基土中，由于桩间土的侧限阻力低而使桩体难以获得必要的密实度，桩间土的挤密实效果较差，且还有较长的时效作用，因而加固效果欠佳。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是上述现有技术中出现的缺陷，具体的，通过本发明的一种复合桩基的施工方法，有效解决碎石桩、管桩等存在应用范围狭窄、桩身易破裂、超静孔压难以消散、沉桩困难等问题，以达到提高施工效率、降低成本以及实现桩土共同作用。
4.本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种复合桩基的施工方法，所述复合桩基包括桩身、桩帽和褥垫层；
5.所述桩身包括用泡沫轻质土填筑而成的泡沫轻质土柱、沿所述泡沫轻质土柱的轴向方向插入在所述泡沫轻质土柱中的竹筋笼、用碎石填筑而成的碎石层和土工膜；所述泡沫轻质土柱为实心圆柱体，其顶部与地表相平齐，所述碎石层套装在泡沫轻质土柱之外且形成一个与泡沫轻质土柱同轴同长的环形圆柱体，所述土工膜紧密贴合在泡沫轻质土柱和碎石层之间；
6.所述桩帽包括帽体和镶嵌于帽体底面上的连接头，所述帽体为锥形体，且底面直径等于碎石层的外直径，所述连接头由两个直径不同、且外壁整体上均设有外螺纹的管状连接头组成，将其中直径较大的管状连接头记为连接头a，另外一个记为连接头b，所述帽体的底面与桩身的底部相接，且连接头a和连接头b在桩身的填筑过程中从桩身的底部嵌入到桩身之中；所述帽体、连接头a、连接头b、桩身的轴线重合；
7.所述褥垫层铺设于桩身的顶部，且底部与地表相平齐；
8.所述施工方法包括以下步骤：
9.步骤1，施工装置组装
10.所述施工装置包括钢套管和桩顶盖；
11.所述钢套管由一个外管、一个内管和多个挂钩组成，所述外管为空心圆管，在整个外壁上设有外螺纹，且在底部设有与连接头a的外螺纹相适配的内螺纹，所述内管为空心圆管，在其顶部设有外螺纹，且在底部设有与连接头b的外螺纹相适配的内螺纹，所述多个挂钩均匀镶嵌于外管顶部的外侧，且在同一水平面上；记外管的内直径为r1、内管的外直径为r2，(r1-r2)/2≥80mm；
12.所述桩顶盖由同轴的一个圆柱体和一个空心圆管组成，其空心圆管构成桩顶盖的腿，且在该空心圆管的内壁上设有与内管顶部的外螺纹相适配的内螺纹；
13.所述施工装置组装的过程如下：
14.将土工膜卷成圆柱状，且该圆柱的长度大于内管的长度，将该圆柱状的土工膜套于内管的内壁中，底端紧固于连接头b内壁上，超出内管长度部分粘贴于内管顶部内壁中；
15.通过内管底部的内螺纹将内管与连接头b螺接，通过外管底部的内螺纹将外管与连接头a螺接，最后，通过桩顶盖的空心圆管的内螺纹将桩顶盖与内管螺接，完成施工装置组装；
16.步骤2，静压法施工
17.利用机械设备将施工装置竖直螺旋压入地基土中；
18.步骤3，填筑碎石
19.拧开桩顶盖，并对内管的管口进行遮挡，然后将碎石沿外管与内管之间的空隙均匀填筑至管口，形成碎石层；
20.步骤4，填筑泡沫轻质土
21.首先利用机械设备将外管反向螺旋提出地表，其次将内管内壁上超出内管长度部分的土工膜绷紧外翻于内管管口外，并将竹筋笼放入内管中，然后向内管中填筑泡沫轻质土，直至管口；
22.待泡沫轻质土初凝后，将内管拧出，形成泡沫轻质土柱；
23.在内管拧出后的同时，对碎石层中塌陷的空隙进行碎石补填至与管口平齐；
24.步骤5，铺设褥垫层
25.待泡沫轻质土终凝后，在顶部铺设褥垫层，施工完成。
26.优选地，在所述施工装置组装前需进行地表清理。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.(1)本发明的复合桩基施工装置中，钢套管、桩帽和桩顶盖之间采用螺纹拼接，实现了施工装置的安装与拆卸。其中，钢套管的外管采用外螺纹的设计，便于施工装置竖直螺旋压入和拧出地基土。该施工装置，结构简单，安装便捷。
29.(2)在本发明复合桩基施工方法中，将内管套于外管内，在外管和内管之间填筑碎石，以形成碎石层；将土工膜卷成圆柱状紧贴于内桩管内壁，并在其中浇筑泡沫轻质土，形成泡沫轻质土桩；最后在地表铺筑褥垫层。操作简便，施工效率高，成本低，环境友好，便于推广应用。
附图说明
30.图1是复合桩基总体示意图；
31.图2是复合桩基桩身截面图；
32.图3是桩帽侧视图；
33.图4是桩帽俯视图；
34.图5是复合桩基施工装置总体示意图；
35.图6是桩顶盖示意图；
36.图7是外管示意图；
37.图8是内管示意图。
38.图中：1、桩身；2、桩帽；3、褥垫层；4、桩顶盖；5、外管；6、内管；7、挂钩；11、泡沫轻质土柱；12、竹筋笼；13、碎石层；14、土工膜；21、帽体；22、连接头；221、连接头a；222、连接头b。
具体实施方式
39.以下结合附图1-图8对本发明的实施例进行详细的描述。
40.图1是复合桩基总体示意图，图2是复合桩基桩身截面图，图3是桩帽侧视图，图4是桩帽俯视图，由图1-图4可见，本发明一种复合桩基的施工方法中，所述复合桩基包括桩身1、桩帽2和褥垫层3。
41.所述桩身1包括用泡沫轻质土填筑而成的泡沫轻质土柱11、沿所述泡沫轻质土柱11的轴向方向插入在所述泡沫轻质土柱11中的竹筋笼12、用碎石填筑而成的碎石层13和土工膜14。所述泡沫轻质土柱11为实心圆柱体，其顶部与地表相平齐，所述碎石层13套装在泡沫轻质土柱11之外且形成一个与泡沫轻质土柱11同轴同长的环形圆柱体，所述土工膜14紧密贴合在泡沫轻质土柱11和碎石层13之间。
42.所述桩帽2包括帽体21和镶嵌于帽体21底面上的连接头22，所述帽体21为锥形体，且底面直径等于碎石层13的外直径，所述连接头22由两个直径不同、且外壁整体上均设有外螺纹的管状连接头组成，将其中直径较大的管状连接头记为连接头a221，另外一个记为连接头b222，所述帽体1的底面与桩身1的底部相接，且连接头a221和连接头b222在桩身1的填筑过程中从桩身1的底部嵌入到桩身1之中；所述帽体21、连接头a221、连接头b222、桩身1的轴线重合；
43.所述褥垫层3铺设于桩身1的顶部，且底部与地表相平齐。
44.本发明所述施工方法包括以下步骤：
45.步骤1，施工装置组装
46.图5是复合桩基施工装置总体示意图，图6是桩顶盖示意图，图7是外管示意图，图8是内管示意图。由图5-图8可见，所述施工装置包括钢套管和桩顶盖4。
47.所述钢套管由一个外管5、一个内管6和多个挂钩7组成。所述外管5为空心圆管，在整个外壁上设有外螺纹，且在底部设有与连接头a221的外螺纹相适配的内螺纹。所述内管6为空心圆管，在其顶部设有外螺纹，且在底部设有与连接头b222的外螺纹相适配的内螺纹。所述多个挂钩7均匀镶嵌于外管5顶部的外侧，且在同一水平面上。记外管5的内直径为r1、内管6的外直径为r2，(r1-r2)/2≥80mm。
48.所述桩顶盖4由同轴的一个圆柱体和一个空心圆管组成，其空心圆管构成桩顶盖4
的腿，且在该空心圆管的内壁上设有与内管6顶部的外螺纹相适配的内螺纹。
49.在本实施例中，外管5由优质钢材制成，外直径r1为600mm，内直径r1为580mm，长度l1为12m。内管6的外直径r2为400mm，内直径r2为380mm，长度l2为12m，计算可知碎石层13的层厚为90mm。
50.所述施工装置组装的过程如下：
51.将土工膜14卷成圆柱状，且该圆柱的长度大于内管6的长度，将该圆柱状的土工膜14套于内管6的内壁中，底端紧固于连接头b222内壁上，超出内管6长度部分粘贴于内管6顶部内壁中。
52.通过内管6底部的内螺纹将内管6与连接头b222螺接，通过外管7底部的内螺纹将外管7与连接头a221螺接，最后，通过桩顶盖4的空心圆管的内螺纹将桩顶盖4与内管6螺接，完成施工装置组装。
53.步骤2，静压法施工
54.利用机械设备将施工装置竖直螺旋压入地基土中。
55.步骤3，填筑碎石
56.拧开桩顶盖4，并对内管6的管口进行遮挡，然后将碎石沿外管5与内管6之间的空隙均匀填筑至管口，形成碎石层14。
57.步骤4，填筑泡沫轻质土
58.首先利用机械设备将外管5反向螺旋提出地表，其次将内管6内壁上超出内管6长度部分的土工膜14绷紧外翻于内管6管口外，并将竹筋笼放入内管6中，然后向内管6中填筑泡沫轻质土，直至管口。
59.待泡沫轻质土初凝后，将内管6拧出，形成泡沫轻质土柱11。
60.在内管6拧出后的同时，对碎石层13中塌陷的空隙进行碎石补填至与管口平齐。
61.步骤5，铺设褥垫层
62.待泡沫轻质土终凝后，在顶部铺设褥垫层3，施工完成。
63.在本实施例中，在所述施工装置组装前需进行地表清理。
64.在本实施例中，所述泡沫轻质土的材质由固废、水泥基胶凝材料、泡沫、水、掺和料、外加剂混合搅拌制成，其重量份数按照前述顺序分别为15-20∶30-40∶4-6∶30-40∶3-6∶2-5；所述固废为磷石膏、钢渣中的任意一种或者两种的组合。具体的，选用了磷石膏、钢渣两种作为固废，固废、水泥基胶凝材料、发泡剂、水、掺和料、外加剂的重量份数为20∶35∶5∶35∶4∶3。
65.在本实施例中，所述碎石层13由碎石填筑而成，所述碎石的粒径分布在5mm-30mm范围内，级配良好。
66.在本实施例中，所述竹筋笼12由毛竹和竹片组成，毛竹直径为20mm-60mm。
67.通过本发明的一种复合桩基的施工方法，可以有效解决碎石桩、管桩等存在应用范围狭窄、桩身易破裂、超静孔压难以消散、沉桩困难等问题，大大提高施工效率、降低成本以及实现桩土共同作用。

技术特征：
1.一种复合桩基的施工方法，所述复合桩基包括桩身(1)、桩帽(2)和褥垫层(3)；所述桩身(1)包括用泡沫轻质土填筑而成的泡沫轻质土柱(11)、沿所述泡沫轻质土柱(11)的轴向方向插入在所述泡沫轻质土柱(11)中的竹筋笼(12)、用碎石填筑而成的碎石层(13)和土工膜(14)；所述泡沫轻质土柱(11)为实心圆柱体，其顶部与地表相平齐，所述碎石层(13)套装在泡沫轻质土柱(11)之外且形成一个与泡沫轻质土柱(11)同轴同长的环形圆柱体，所述土工膜(14)紧密贴合在泡沫轻质土柱(11)和碎石层(13)之间；所述桩帽(2)包括帽体(21)和镶嵌于帽体(21)底面上的连接头(22)，所述帽体(21)为锥形体，且底面直径等于碎石层(13)的外直径，所述连接头(22)由两个直径不同、且外壁整体上均设有外螺纹的管状连接头组成，将其中直径较大的管状连接头记为连接头a(221)，另外一个记为连接头b(222)，所述帽体(21)的底面与桩身(1)的底部相接，且连接头a(221)和连接头b(222)在桩身(1)的填筑过程中从桩身(1)的底部嵌入到桩身(1)之中；所述帽体(21)、连接头a(221)、连接头b(222)、桩身(1)的轴线重合；所述褥垫层(3)铺设于桩身(1)的顶部，且底部与地表相平齐；其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：步骤1，施工装置组装所述施工装置包括钢套管和桩顶盖(4)；所述钢套管由一个外管(5)、一个内管(6)和多个挂钩(7)组成，所述外管(5)为空心圆管，在整个外壁上设有外螺纹，且在底部设有与连接头a(221)的外螺纹相适配的内螺纹，所述内管(6)为空心圆管，在其顶部设有外螺纹，且在底部设有与连接头b(222)的外螺纹相适配的内螺纹，所述多个挂钩(7)均匀镶嵌于外管(5)顶部的外侧，且在同一水平面上；记外管(5)的内直径为r1、内管(6)的外直径为r2，(r1-r2)/2≥80mm；所述桩顶盖(4)由同轴的一个圆柱体和一个空心圆管组成，其空心圆管构成桩顶盖(4)的腿，且在该空心圆管的内壁上设有与内管(6)顶部的外螺纹相适配的内螺纹；所述施工装置组装的过程如下：将土工膜(14)卷成圆柱状，且该圆柱的长度大于内管(6)的长度，将该圆柱状的土工膜(14)套于内管(6)的内壁中，底端紧固于连接头b(222)内壁上，超出内管(6)长度部分粘贴于内管(6)顶部内壁中；通过内管(6)底部的内螺纹将内管(6)与连接头b(222)螺接，通过外管(7)底部的内螺纹将外管(7)与连接头a(221)螺接，最后，通过桩顶盖(4)的空心圆管的内螺纹将桩顶盖(4)与内管(6)螺接，完成施工装置组装；步骤2，静压法施工利用机械设备将施工装置竖直螺旋压入地基土中；步骤3，填筑碎石拧开桩顶盖(4)，并对内管(6)的管口进行遮挡，然后将碎石沿外管(5)与内管(6)之间的空隙均匀填筑至管口，形成碎石层(14)；步骤4，填筑泡沫轻质土首先利用机械设备将外管(5)反向螺旋提出地表，其次将内管(6)内壁上超出内管(6)长度部分的土工膜(14)绷紧外翻于内管(6)管口外，并将竹筋笼放入内管(6)中，然后向内管(6)中填筑泡沫轻质土，直至管口；
待泡沫轻质土初凝后，将内管(6)拧出，形成泡沫轻质土柱(11)；在内管(6)拧出后的同时，对碎石层(13)中塌陷的空隙进行碎石补填至与管口平齐；步骤5，铺设褥垫层待泡沫轻质土终凝后，在顶部铺设褥垫层(3)，施工完成。2.根据权利要求1所述的一种复合桩基的施工方法，其特征在于，在所述施工装置组装前需进行地表清理。

技术总结
本申请公开了一种复合桩基的施工方法，属于建筑施工技术领域。该复合桩基施工方法通过在外管和内管之间填筑碎石，以形成碎石层；将土工膜卷成圆柱状紧贴于内桩管内壁，并在其中浇筑泡沫轻质土，形成泡沫轻质土柱；由泡沫轻质土柱、竹筋、碎石层以及土工膜形成的桩身与桩帽和褥垫层一起形成复合桩基，加快了超静孔隙水压力消散，实现了桩和土的共同作用。该施工方法操作简便，成本低，环境友好，便于推广应用。用。用。


技术研发人员：朱方华 张志峰 吴志刚 李翻翻 陶文斌 郭城 许魁
受保护的技术使用者：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/5