应力分散型预应力抗拔抗浮桩成桩方法及其钢筋钢绞线笼

摘要

本发明提供一种应力分散型预应力抗拔抗浮桩成桩方法及其钢筋钢绞线笼，是在钢筋笼的至少一个深度位置设有双道加强筋，从所述钢筋笼的顶端向下延伸的数根带皮钢绞线绕过所述双道加强筋后，通过卡锁连接在一起，构成一处钢绞线U环结构；或者，从所述钢筋笼的顶端向下延伸的整根带皮钢绞线绕过所述双道加强筋后，呈180度掉头向上延伸至钢筋笼的顶端，构成所述钢绞线U环结构。本发明浇注混凝土以后，所述钢绞线具有的表皮会与混凝土粘结，但不会影响钢绞线所具有的芯线相对表皮的滑动。因此，所述钢绞线U环结构能够将钢筋钢绞线笼中混凝土的局部或整体向上兜住，使桩轴力在轴向上具有两个或多个峰值，其受力将更加合理，单桩承载力将大大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力分散型预应力抗拔抗浮桩及其钢筋-钢绞线笼，其属于 建筑地基基础施工中的桩，可用于抗拔抗浮桩，也可用于抗压桩或护坡桩（部 分）。

背景技术

目前国内外为实施预应力抗浮桩，多采用泥浆护壁正反循环\冲击钻或静态 护壁的旋挖钻机成孔，下入事先加工好的钢筋钢绞线笼，之后利用导管进行水 下混凝土灌注成桩。该方法根本缺陷是承载体采用反力盘，反力盘下端采用“挤 压锚”进行固定，下笼过程中易产生“水桶”效应，更为困难的是导管不能下 到底，导致关键部位混凝土不密实，提供反力不理想，即使采用了孔底后压浆 补救措施也不理想。甚而灌注导管在上下过程中容易挂住钢筋笼，发生意外。

部分粘结预应力抗拔抗浮桩的优点：改变了混凝土受力性状，使混凝土受 力更合理，可按一级抗裂缝进行抗拔抗浮桩设计；节省大量钢筋；长螺旋成孔 压灌混凝土后插钢筋-钢绞线笼实现了快速施工，效率高，比传统反循环钻机施 工快5～10倍；不用泥浆护壁，没有泥浆污染，实现了干作业，利于安全文明 施工，尤其在市内施工，更显其优势。

由本人申请并已授权的ZL200710065368.6“部分粘接预应力抗拔抗浮桩及 其施工方法”及ZL200720104256.2“部分粘接预应力抗拔抗浮桩的钢绞线笼” 专利技术以其明显的优越性正在迅速推广。其施工工艺是采用长螺旋钻机成孔， 管内泵压大坍落度细砾混凝土，后插钢筋-钢绞线笼成桩。

但当现有技术的桩达到一定长度时，其受力就将变得不合理。例如，在桩 径大于800mm或桩长大于30m时，长螺旋钻机就变得力不从心了。而目前抗拔 抗浮桩采用旋挖成孔的不在少数，桩长超过30m的直径大于800mm的抗拔抗浮 桩设计也越来越多，现有技术的不足之处也越来越突显。

究其原因，是现有技术的桩所使用的钢筋笼中，从受力曲线上来看，现有 钢筋笼沿桩轴线方向轴力峰值只有一个，使桩的上部侧摩阻力不能很好发挥， 不能充分发挥桩的承载力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种应力分散型预应力抗 拔抗浮桩成桩方法及其钢筋钢绞线笼，通过改变钢筋笼结构，使所成桩的桩轴 力具有两个或多个峰值，其受力将更加合理，单桩承载力将大大提高，其经济 效益也将显著提高。同样承载力设计值，桩就可缩短，或根数减少，便于施工， 可保证质量和进度，也将更加节约环保。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应力分散型预应力抗拔抗浮桩钢筋钢绞线笼，包括由主筋、箍筋与加 强筋构成的钢筋笼，其特征在于：在所述钢筋笼的至少一个深度位置设有双道 加强筋，从所述钢筋笼的顶端向下延伸的数根带皮钢绞线绕过所述双道加强筋 后，通过卡锁连接在一起，构成一处钢绞线U环结构。

一种应力分散型预应力抗拔抗浮桩钢筋钢绞线笼，包括由主筋、箍筋与加 强筋构成的钢筋笼，其特征在于：在所述钢筋笼的至少一个深度位置设有双道 加强筋，从所述钢筋笼的顶端向下延伸的整根带皮钢绞线绕过所述双道加强筋 后，呈180度掉头向上延伸至钢筋笼的顶端，构成一处钢绞线U环结构。

在较佳的技术方案中，还可增加如下技术特征：

所述钢筋笼包括相互平行并在环向上间隔排列的数根所述主筋，所述主筋 通过螺旋状缠绕的所述箍筋相连接，在所述主筋的轴向上间隔设置有所述加强 筋，所述加强筋沿环向将所述主筋与箍筋固定住。

在所述钢筋笼的至少两处不同深度位置分别设有双道加强筋，对应地设有 至少两处钢绞线U环结构。

所述带皮钢绞线的至少一个局部长度去皮去脂。

每个所述局部长度为2.5米至4米。

在所述钢筋钢绞线笼的底部设置有向下凸出的弧形压筋。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：

一种应力分散型预应力抗拔抗浮桩成桩方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）打孔步骤；

（2）现场制作上述应力分散型预应力抗拔抗浮桩钢筋钢绞线笼；

（3）将制作完成的钢筋钢绞线笼吊入到桩孔中的设计标高，钢筋钢绞线笼 所具有的钢绞线上端高出桩顶或底板，高出的这部分长度钢绞线予以去皮去脂 处理；

（4）在桩孔中灌注混凝土至设计标高；

（5）成桩验收，然后将所述高出的这部分长度钢绞线锁定在桩顶或底板上。

与现有技术相比较，采用上述技术方案的本发明具有的优点在于：通过在 带皮钢绞线的地表两端施予拉力，通过所述钢绞线U环结构能够将钢筋钢绞线 笼中混凝土的局部或整体向上兜住，使桩轴力在轴向上具有两个或多个峰值， 其受力将更加合理，单桩承载力将大大提高。

附图说明

图1是本发明提供的第一种钢筋钢绞线笼的主视图；

图1a、图1b分别是图1的a-a剖视图和b-b剖视图；

图2是本发明提供的第二种钢筋钢绞线笼的主视图；

图2a、图2b分别是图2的a-a剖视图和b-b剖视图；

图3是本发明提供的第三种钢筋钢绞线笼的主视图；

图3a、图3b、图3c分别是图3的a-a剖视图、b-b剖视图和c-c剖视图；

图4是本发明提供的第四种钢筋钢绞线笼的主视图；

图4a、图4b、图4c分别是图4的a-a剖视图、b-b剖视图和c-c剖视图；

图5是本发明提供的第五种钢筋钢绞线笼的主视图；

图5a、图5b分别是图5的a-a剖视图和b-b剖视图；

图6是本发明提供的第六种钢筋钢绞线笼的主视图；

图6a、图6b分别是图6的a-a剖视图和b-b剖视图；

图7是本发明提供的第七种钢筋钢绞线笼的主视图；

图7a、图7b、图6c分别是图7的a-a剖视图、b-b剖视图和c-c剖视图；

图8是本发明提供的第八种钢筋钢绞线笼的主视图；

图8a、图8b、图8c分别是图8的a-a剖视图、b-b剖视图和c-c剖视图；

图9是本发明提供的应力分散型预应力抗拔抗浮桩钢筋钢绞线笼的成桩方 法示意图；

图10是单桩竖向抗压静载试验Q-s曲线。

附图标记说明：主筋1；箍筋2；加强筋3；双道加强筋3a；带皮钢绞线4； 整根的带皮钢绞线4a；卡锁5；压筋6。

具体实施方式

如图1、图1a、图1b所示，是本发明提供的第一种应力分散型预应力抗拔 抗浮桩钢筋钢绞线笼，其包括相互平行并在环向上间隔排列的数根主筋1，所述 数根主筋1以螺旋状缠绕的箍筋2相连接，而且，在所述主筋1的轴向上间隔 设置有加强筋3，所述加强筋3沿环向将所述主筋1与箍筋2固定住，构成现有 的钢筋笼，而本发明的特征在于，在所述钢筋笼的至少一个深度位置设有双道 加强筋3a，从所述钢筋笼的顶端向下延伸的数根带皮钢绞线4绕过所述双道加 强筋3a后，通过卡锁5连接在一起，构成钢绞线U环结构。在图1所示的实施 例中，在所述钢筋笼的两处不同深度位置分别设有双道加强筋3a，对应地设有 两处钢绞线U环结构。

如此一来，在钢筋钢绞线笼吊入桩孔的预定深度并浇注混凝土以后，所述 带皮钢绞线4具有的表皮会与混凝土粘结，但不会影响带皮钢绞线4所具有的 芯线相对表皮的滑动。因此，通过在带皮钢绞线4的地表两端施予拉力，可通 过所述钢绞线U环结构能够将钢筋钢绞线笼中的混凝土的局部或整体向上兜 住，使桩轴力在轴向上具有两个或多个峰值，其受力将更加合理，单桩承载力 也将大大提高。

当然，上述每一处钢绞线U环结构，都可以不设置卡锁5，而是用整根的 带皮钢绞线4a向下绕过所述双道加强筋3a之后，呈180度掉头向上延伸至钢筋 笼的顶端，也能构成钢绞线U环结构（如图5～图8所示）。

此外，为了达到具体的受力要求，还可以将所述带皮钢绞线4的至少一个 局部长度（每个局部长度一般为2.5米至4米）去皮去脂，使该局部长度的钢绞 线4的芯线在后续浇注步骤中与混凝土粘结在一起，使钢绞线4的不同部分的 长度具有不同的受力情况，从而使与钢绞线4对应部分的混凝土也具有不同的 受力情况（如受拉或受压），例如：

图2所示的实施例中，所述钢筋钢绞线笼具有两处钢绞线U环结构，这两 处钢绞线U环结构均未去皮，因此使所述钢筋钢绞线笼在浇注混凝土之后的上 下两段的混凝土均受拉；

图3所示的实施例中，所述钢筋钢绞线笼具有一处钢绞线U环结构，该钢 绞线U环结构未去皮，因此使所述钢筋钢绞线笼在浇注混凝土之后的上下两段 的混凝土分别受拉和受压；

图4所示的实施例中，所述钢筋钢绞线笼具有三处钢绞线U环结构，这三 处钢绞线U环结构均未去皮，因此使所述钢筋钢绞线笼在浇注混凝土之后的上、 中、下三段的混凝土均受拉；

图5、图6、图7、图8所示的实施例中，分别为两段受拉、两段一拉一压、 三段受拉和三段两拉一压，具体结构不予赘述了。

在上述实施例中，还可以在所述钢筋钢绞线笼的底部设置向下凸出的弧形 压筋6，以保护钢绞线在桩孔中下放过程中不被损坏。

请再如图9所示，是本发明的应力分散型预应力抗拔抗浮桩钢筋钢绞线笼 的成桩方法，其包括如下步骤：

（1）打孔步骤：一般包括定桩位与复核、钻机安装与调试、钻机定位、钻 孔、钻至桩底标高以及终孔验收的分步骤；

（2）钢筋钢绞线笼现场制作步骤：一般包括钢筋钢绞线进行现场、混凝土 配合比及材料复试、混凝土搅拌站准备以及应力分散型预应力抗拔抗浮桩钢筋 钢绞线笼的装配的分步骤；

（3）将制作完成的钢筋钢绞线笼吊入到桩孔中的设计标高，钢筋钢绞线笼 所具有的钢绞线上端高出桩顶或底板0.8-1.0m，高出的这部分长度钢绞线予以去 皮去脂处理；

（4）在桩孔中灌注混凝土至设计标高；

（5）成桩验收，然后将所述高出的这部分长度钢绞线锁定在桩顶或底板上。

以下，通过一项具体工程实施案例来介绍本发明的更多细节。

1、工程概述

融通·添鸿商务大厦开发，该项目位于邯郸市人民路与光明大街东南角。

项目总占地面积25.71亩，净用地面积23.45亩，总建筑面积17万m2，其 中：地上建筑面积13万m2，地下建筑面积4万m2。该项目由两栋商务楼和一 栋住宅楼组成。其中，A座地上45层，高度190米；B座地上25层，高度99 米；C座楼地上29层，高度90米。该项目地下为4层。

其中，商业部分建筑面积155000m2，住宅建筑面积14000m2，总投资超过 5亿元。本项目以5A级写字楼，高档住宅，大型综合商场，高档公寓等物业形 式，集商务、文化、娱乐、休闲等功能形式于一体的城市综合体项目。主楼建 设高度达到190米，落成后以邯郸第一高度矗立在城市中央，即将成为邯郸市 商务版图的新地标建筑。

融通·添鸿商务大厦主、副楼桩基工程，主楼151根，砼C45，桩径Φ1000mm。 副楼86根，砼C35，桩径Φ800mm，工程桩采用旋挖成孔泥浆护壁钢筋混凝土 灌注桩。

2、工程水文地质条件

2.1地层情况

勘察深度范围内岩性由以下12层组成：

第〈1〉层：杂填土【Q42ml】，灰褐色，湿，松散-稍密，含碎石子，碎砖 块等建筑垃圾。该层厚度为0.8～3.6m，平均厚度1.48m，层底标高52.39～ 55.46m，平均54.23m。

第〈2〉层：粉质粘土【Q42al+pl】，黄褐色，软塑-可塑，切面稍光滑，韧 性、干强度中等，土质不均，局部夹粉土层。该层厚度为1.6～5.8m，平均厚度 4.10m，层底标高48.51～51.21m，平均49.74m。压缩系数a1-2平均值为 0.32MPa-1，属中等压缩性土。

第〈3〉层：粉质粘土【Q42al+pl】，灰褐色-灰黑色，可塑，切面稍光滑， 韧性、干强度中等，局部相变为粉土层，稍有臭味，偶见白色小螺壳、青瓦片。 该层厚度为1.5～7.1m，平均厚度4.12m，层底标高42.13～47.81m，平均45.63m。 压缩系数a1-2平均值为0.30MPa-1，属中等压缩性土。

第〈4〉层：粉质粘土【Q41al+pl】，黄褐色夹灰绿色条带，可塑，局部硬 塑，韧性中等，切面稍具光泽，局部含0.1m左右细砂，局部夹粉土层偶见姜石， 具铁锰侵染。该层厚度为3.5～8.4m，平均厚度6.13m，层底标高37.53～41.51m， 平均39.51m。压缩系数a1-2平均值为0.25MPa-1，属中等压缩性土。

第〈5〉层：粉质粘土【Q41al+pl】，黄褐色-浅红褐色，可塑-硬塑，韧性 中等，切面稍具光泽，具黑色铁锰侵染，夹灰绿色条带以及零星姜石，局部姜 石含量较大。该层厚度为2.8～8.0m，平均厚度5.37m，层底标高32.02～36.94m， 平均34.10m。压缩系数a1-2平均值为0.23MPa-1，属中等压缩性土。

第〈6〉层：粉质粘土【Q3al+pl】，黄褐色，可塑-硬塑，韧性中等，切面 稍具光泽，具黑色铁锰侵染，夹灰绿色条带以及零星姜石，局部姜石含量较大。 该层厚度为4.4～12.5m，平均厚度7.33m，层底标高22.63～28.82m，平均27.10m。 压缩系数a1-2平均值为0.18MPa-1，属中等压缩性土。

第〈7〉层：砾石土【Q3al+pl】，黄褐色，饱和，密实，砾石含量约6，级 配差，磨圆度中等，上部砾石间充填物多为粗细砂，下部为混砂粒粉质粘土。 该层厚度为4.5～10.0m，平均厚度7.33m，层底标高17.62～22.47m，平均19.63m。

第〈8〉层，卵石土【Q3al+pl】，黄褐色-红褐色，饱和，密实，粒径多为 3-8cm，级配较好，磨圆度中等，含量50-60%，充填物为混砂粒粉质粘土，含 有大量小砾石。该层厚度为2.5～9.4m，平均厚度6.20m，层底标高11.38～ 17.07m，平均13.48m。

第〈9〉层，粉质粘土【Ngl】，黄褐色夹灰绿色条带，硬塑，韧性、干强 度较高，切面较光滑，含少量姜石，偶见卵石，具铁锰侵染。该层厚度为10.5～ 16.4m，平均厚度13.38m，层底标高-2.34～2.22m，平均0.10m。压缩系数a1-2 平均值为0.13MPa-1，属低～中等压缩性土。

第〈10〉层，粉质粘土【Ngl】，红褐色，局部灰褐色，夹较多灰绿色条带， 硬塑-坚硬，韧性、干强度较高，切面较光滑，含较多卵砾石夹层，且卵砾石层 薄厚不一，分布不规律，具铁锰质浸染。该层厚度为11.0～18.0m，平均厚度 14.9m，层底标高-17.13～-10.99m，平均-14.3m。压缩系数a1-2平均值为 0.11MPa-1，属低～中等压缩性土。

第〈10-1〉层：卵石土【Ngl】，黄褐色-红褐色，饱和，密实，粒径多为 3-8cm，级配较好，磨圆度中等，含量50-60%，充填物为混砂粒粉质粘土。该 层厚度为1.0～4.0m，平均厚度1.91m，层底标高-7.87～-2.59m，平均-5.59m。

第〈11〉层：含卵石粉质粘土【Ngl】，红褐色，局部灰褐色，坚硬，夹带 10-15%卵石，卵石大小不均，局部夹砾砂，夹灰绿色条纹及黑色铁锰结核。该 层厚度为12.0～16.0m，平均厚度13.69m，层底标高-31.90～-24.19m，平均 -28.66m。

第〈12〉层：粉质粘土【Ngl】红褐色，坚硬-半胶结状态，含姜石及黑色 铁锰结核，夹灰绿色条带。该层所有钻孔未揭穿，最大揭露厚度20m。

2.2场地地下水埋藏条件

根据钻探揭露情况，场地共两层地下水，第一层赋存于第〈4〉层粉质粘土 中，类型为孔隙潜水，主要受大气降水及地表径流补给。初见水位埋深8.5～ 11.2m，稳定水位埋深8.0～10.8m；第二层赋存于第〈7〉层砾石土及第〈8〉层 卵石土中，类型为微承压水，主要通过侧向径流补给。场地混合地下水稳定埋 深6.2～9.85m，稳定水位标高45.21～46.95m。据对场地周边“邯郸新时代广场”、 “千禧大厦”、“鑫盛大厦”等场地勘察资料调查，自2003年至今最高水位埋 深为8.3m，水位变化幅度为1.5m左右。

3、桩基参数

本工程采用钻孔后注浆灌注桩，主楼部分：桩径1000mm，总根数151根， 选第10层粉质粘土作为桩端持力层，桩端进入第10层不小于4.5m，桩长约 45m。单桩极限承载力标准值为19000kN，单桩承载力特征值为9500kN。副楼 部分：桩径800mm，总根数86根，选第8层卵石层作为桩端持力层，桩端进入 第8层不小于4m，桩长约20m。单桩极限承载力标准值为8000kN，单桩承载 力特征值为4000kN。

由于试桩在-7.3m标高进行，考虑上部侧阻后试桩单桩承载力极限值为 23000kN，根据试桩、锚桩的布置，每根锚桩布4根，每根锚桩的单桩抗拔承载 力极限值按6000kN设计。两种锚桩M-1、M-2长度分别为55.5m和59.5m。锚 桩设计依据为部分粘结预应力抗拔抗浮桩技术，下部4m为粘结做法，上部为无 粘结做法。

4、现场实施情况

2012年7月21日开始施工第一根锚桩，由于下雨影响，到晚22：00才完 成第一根混凝土灌注工作，之后每天可完成2根桩的施工。到9月下旬开始进 行压桩试验，至10月5日试验完毕，达到预期结果。12根锚桩在试验后进行了 小应变和声波透射法检测显示均为Ⅰ类桩。实现了在工程桩上进行大吨位桩试 验的突破。经初步计算，跟单独找试验场地试验相比，节约直接费用150多万 元。期间为验证钢绞线抗拔的可靠性，在已测试过的桩上随机抽查了4根钢绞 线进行极限张拉试验，试验表明4根钢绞线均张拉到45吨，没有将钢绞线拔出， 证明了该钢绞线与混凝土结合的可靠。（单桩竖向抗压静载试验Q-s曲线如图 10所示）。