一种双重作用自应力组合抗拔桩及成桩方法

摘要

本发明涉及一种双重作用自应力组合抗拔桩及成桩方法，可有效解决现有预应力混凝土抗拔桩易产生裂缝，影响桩体耐久性，钢筋用量大，工程造价高，施工周期长的问题，其解决的技术方案是，包括水泥土搅拌桩和预制钢筋钢筋混凝土芯桩及其成桩方法，水泥土搅拌桩内有预制钢筋混凝土芯桩，第二钢筋混凝土芯桩的上部与基础底板相连，钢绞线的一端经锚具与第一钢筋混凝土芯桩下部内的第一锚锭板相连，另一端基础底板内的第三连接钢板相连，本发明解决了混凝土抗裂问题，在底板浇筑混凝土前进行预应力张拉，降低了底板渗水的可能性，缩短了施工周期，减低了施工难度，节省成本，施工工期短，适用范围广，有良好的社会和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑地基基础桩及成桩方法，特别是一种双重作用自应力组合抗拔桩及成桩方法。

背景技术

近年来，随着高层及超高层建筑不断涌现，基础埋置越来越深。同时，作为车库等功能的广场式建筑的纯地下室部分、裙房或相对独立的地下结构物如下沉式广场、地下车库、地下商城、人防工程、泵房等的开发与利用也越来越广泛，由此而产生的地下结构物的抗浮问题日益突出。对此，通常都采用加抗拔浮桩和抗浮锚杆的办法来解决．

目前的抗浮桩设计有的采用普通钢筋混凝土灌注桩，这种抗浮桩的设计规范要求桩身裂缝宽度控制在0.2mm内，无法满足规范GB50010-2002中一、二级裂缝控制要求，由于抗浮桩位于地下水位之下，受拉区混凝土凝上开裂后，桩体一直处于带裂缝状态下工作，极易使钢筋受到地下水侵蚀而直接影响其耐久性，如按抗裂要求进行配筋的抗拔桩，其截面中的钢筋抗拉强度有较大富余，很不经济，同时普通钢筋混凝土灌注桩施工周期长、有环境污染、造价高。于是申请号200710065368.6和201010282550.9的发明专利提出了施工部分粘结预应力抗浮桩，该方法采用对水泥土施加预应力的方法起到抗浮的作用，但水泥土强度相对较低，钢绞线不容易锚固和不容易插入，尤其在软土地区，水泥搅拌桩还存在缩颈的问题。

少数抗拔桩设计采用了预应力抗拔锚杆，其做法大都是在桩端设置反力盘，用锚具将全长无粘结钢绞线锁定在反力盘上，由此提供预应力反力。由于预应力抗拔锚杆成孔要采用冲击成孔或旋挖成孔等工艺，效率低，工期长，预应力抗拔锚杆质量不易保证，拉拔锁定预应力有限，有时锁定装置不可靠，钢绞线位移偏大，同时需要在基础底板上进行锚固和防水处理，工艺复杂，存在锚杆锚固不牢现象，致使锚杆杆体与浆体之间发生相对滑移，而且锚杆不能承受向下的压力。工程应用表明，锚杆体的粗糙程度及自身的强度对锚固力起着关键作用。

有的设计提出了后张无粘结预应力混凝土抗浮桩，改变了桩体轴向受拉的受力形态改变为轴向受压或接近零应力，使其裂缝控制等级满足一、二级的要求，但桩体为钢筋混凝土灌注桩，钢筋用量大，用钢量多，施工周期长。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种双重作用自应力组合抗拔桩及成桩方法，可有效解决现有预应力混凝土抗拔桩易产生裂缝，影响桩体耐久性，钢筋用量大，工程造价高，施工周期长的问题。

本是发明解决的技术方案是，所述的双重作用自应力组合抗拔桩，包括水泥土搅拌桩和预制钢筋钢筋混凝土芯桩，水泥土搅拌桩下部有圆形的扩大支盘，水泥土搅拌桩内有预制钢筋混凝土芯桩，预制钢筋混凝土芯桩由下部的第一钢筋混凝土芯桩和上部的第二钢筋混凝土芯桩经第二钢筋混凝土芯桩下端部的第一连接钢板相连组成，第二钢筋混凝土芯桩的上部与基础底板相连，钢绞线的一端经锚具与第一钢筋混凝土芯桩下部内的第一锚锭板相连，另一端依次穿过第一钢筋混凝土芯桩上部内的第二锚锭板、第二钢筋混凝土芯桩内的钢管、第二钢筋混凝土芯桩上端部的第二连接钢板，与基础底板内的第三连接钢板相连，第一连接钢板上有若干竖直向上的第一锚固钢筋，第二连接钢板上有若干竖直向下的第二锚固钢筋。

所述的双重作用自应力组合抗拔桩的成桩方法，包括以下步骤：

一，将钢绞线一端经锚具固定在第一钢筋混凝土芯桩下端的第一锚锭板上，另一端经锚具固定在第一钢筋混凝土芯桩上部的第二锚锭板上，并通过第二锚锭板中心的圆孔伸出第二锚锭板，立模板后浇筑混凝土，制作成部分钢绞线与混凝土粘结在一起的第一钢筋混凝土芯桩；

二，将第一钢筋混凝土芯桩上伸出的钢绞线穿过钢管的中心与钢管上端的第二连接钢板相连并伸出第二连接钢板，立模板后浇筑混凝土，制作成由第一钢筋混凝土芯桩和第二钢筋混凝土芯桩经第一连接钢板相连组成的整体预制钢筋混凝土芯桩，当预制钢筋混凝土芯桩较长时，制作若干段截面中心带圆孔的第二钢筋混凝土芯桩，浇筑混凝土时，在每段第二钢筋混凝土芯桩的两端预埋中心带有圆孔的上端连接钢板和下端连接钢板，每段第二混凝芯桩经两端的上端连接钢板和下端连接钢板焊接相连，钢绞线从圆孔中穿过；

三，制作水泥土搅拌桩方法是：依次钻机就位、下钻喷浆、提升搅拌，再重复下钻喷浆、重复提升搅拌、重复下钻 1/3 桩长喷浆、重复提升搅拌，直至喷浆到设计标高后，停止注浆并拔出钻杆，在桩底和土层较好位置，保持钻机的钻杆上下位置不动，调节喷浆的水泥泵的喷浆压力，保持喷浆压力在3-6MPa之间，在桩底和桩体部位形成若干圆形的扩大支盘，所述的喷浆由重量百分比计的：土37%-50%、水泥7%-18%、Ⅰ级粉煤灰2%-7%、灰钙0.5%-1%、水35%-50%搅拌，凝结后制成；或将重量百分比为：土37%-50%、水泥9%-16%、Ⅰ级粉煤灰3%-6%、砂5%-9.2%、灰钙0.5%-1%和水35%-50%搅拌混合在一起，凝结后制成；

四，将第一、第二钢筋混凝土芯桩作为整体的预制钢筋混凝土芯桩沿水泥土搅拌桩中心垂直插入水泥土搅拌桩内，28天后，对钢绞线进行张拉，张拉的每次荷载分别为钢绞线设计拉力的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，张拉荷载为钢绞线设计拉力的1.1倍时稳定 10-20分钟，其余稳定5分钟 ，分别记录每一次钢绞线的伸长量，在每一次稳定时间里测量锚头位移三次，待钢绞线预应力没有明显衰减时完成张拉，将钢绞线经锚具固定在第二钢筋混凝土芯桩上部的第二连接钢板上；

五，在第二钢筋混凝土芯桩上部的第二连接钢板上焊接竖直向上的底板锚固钢筋，把底板锚固钢筋和伸出的钢绞线与基础底板的结构钢筋绑扎在一起，浇筑混凝土后与基础底板形成一体结构。

本发明与现有技术相比具有以下特点和有益效果：

1、本发明使用钢绞线可以节省钢筋，钢绞线抗拉强度（1860MPa）远大于钢筋抗拉强度300MPa，节省成本；

2、本发明可以解决混凝土抗裂问题，在混凝土桩上施加预应力，桩受力着力点是在桩的下端，桩工作时混凝土受压，而不是受拉，有效减少钢筋混凝土芯桩内钢筋的拉应力，减少混凝土裂缝的发生，能满足一级抗裂缝设计要求，能用于重要建筑物抗拔桩，延长其上建筑物寿命；

3、本发明水泥土搅拌桩桩体周长较大且带有底部扩大支盘，提高了抗拔桩的侧面摩阻力，搅拌桩内部的预制桩芯桩与水泥土搅拌桩也有很大的接触面，可以把钢绞线受到的拉力沿桩体自下而上均匀的传给水泥土；

4、本发明是在底板浇筑混凝土前进行预应力张拉，降低了底板渗水的可能性，缩短了施工周期，减低了施工难度；

5、本发明可广泛适用于建筑物基础桩、护坡桩，适用范围广，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的结构主视图。

图2为本发明的结构俯视图。

图3为本发明的第一钢筋混凝土芯桩的结构图。

图4为本发明的第二钢筋混凝土芯桩的结构图。

图5为本发明的水泥土搅拌桩结构图。

图6为本发明的第二钢筋混凝土芯桩连接结构图。

图7为本发明的抗拔桩与基础底板连接结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图7给出，所述的双重作用自应力组合抗拔桩，包括水泥土搅拌桩和预制钢筋混凝土芯桩，水泥土搅拌桩5下部有圆形的扩大支盘3，水泥土搅拌桩5内有预制钢筋混凝土芯桩，预制钢筋混凝土芯桩由下部的第一钢筋混凝土芯桩2和上部的第二钢筋混凝土芯桩4经第二钢筋混凝土芯桩4下端部的第一连接钢板13相连组成，第二钢筋混凝土芯桩4的上部与基础底板6相连，钢绞线1的一端经锚具与第一钢筋混凝土芯桩2下部内的第一锚锭板8相连，另一端依次穿过第一钢筋混凝土芯桩2上部内的第二锚锭板9、第二钢筋混凝土芯桩4内的钢管10、第二钢筋混凝土芯桩4上端部的第二连接钢板11，与基础底板6内的第三连接钢板16相连，第一连接钢板13上有若干竖直向上的第一锚固钢筋17，第二连接钢板11上有若干竖直向下的第二锚固钢筋15。

所述的水泥土搅拌桩5上有若干圆形的扩大支盘3，提高了抗拔桩的侧面摩阻力，搅拌桩内部的预制桩芯桩与水泥土搅拌桩也有很大的接触面，可以把钢绞线受到的拉力沿桩体自下而上均匀的传给水泥土；

所述的预制钢筋混凝土芯桩为柱形，截面为圆形或者方形，第二钢筋混凝土芯桩4截面中心有圆孔，钢绞线1从圆孔中穿过；

所述的钢绞线1为无粘结钢绞线或预应力钢绞线涂抹油脂后穿皮套形成的无粘结钢绞线，抗拉强度为1860MPa，远大于钢筋抗拉强度300MPa，节省成本；

所述的第二钢筋混凝土芯桩4为一段或相连的几段组成，每段第二钢筋混凝土芯桩两端分别装有上端连接钢板7和下端连接钢板14，上端连接钢板7上有若干竖直向下的锚固钢筋，下端连接钢板14上有若干竖直向上的锚固钢筋；

所述的第一锚锭板8、第二锚锭板9、上端连接钢板7、下端连接钢板14、第一连接钢板13、第二连接钢板11和第三连接钢板16上分别均布有与钢绞线数量相同的圆孔。

所述的双重作用自应力组合抗拔桩的成桩方法，包括以下步骤：

一，将钢绞线1一端经锚具固定在第一钢筋混凝土芯桩2下端的第一锚锭板8上，另一端经锚具固定在第一钢筋混凝土芯桩2上部的第二锚锭板9上，并通过第二锚锭板9中心的圆孔伸出第二锚锭板9，立模板后浇筑混凝土，制作成部分钢绞线1与混凝土粘结在一起的第一钢筋混凝土芯桩2；

二，将第一钢筋混凝土芯桩2上伸出的钢绞线1穿过钢管10的中心与钢管10上端的第二连接钢板11相连并伸出第二连接钢板11，立模板后浇筑混凝土，制作成由第一钢筋混凝土芯桩2和第二钢筋混凝土芯桩4经第一连接钢板13相连组成的整体预制钢筋混凝土芯桩，当预制钢筋混凝土芯桩较长时，制作若干段截面中心带圆孔的第二钢筋混凝土芯桩4，浇筑混凝土时，在每段第二钢筋混凝土芯桩4的两端预埋中心带有圆孔的上端连接钢板7和下端连接钢板14，每段第二混凝芯桩4经两端的上端连接钢板7和下端连接钢板14焊接相连，钢绞线1从圆孔中穿过；

三，制作水泥土搅拌桩5方法是：依次钻机就位、下钻喷浆、提升搅拌，再重复下钻喷浆、重复提升搅拌、重复下钻 1/3 桩长喷浆、重复提升搅拌，直至喷浆到设计标高后，停止注浆并拔出钻杆，在桩底和土层较好位置，保持钻机的钻杆上下位置不动，调节喷浆的水泥泵的喷浆压力，保持喷浆压力在3-6MPa之间，在桩底和桩体部位形成若干圆形的扩大支盘3，所述的喷浆由重量百分比计的：土37%-50%、水泥7%-18%、Ⅰ级粉煤灰2%-7%、灰钙0.5%-1%、水35%-50%搅拌，凝结后制成；或将重量百分比为：土37%-50%、水泥9%-16%、Ⅰ级粉煤灰3%-6%、砂5%-9.2%、灰钙0.5%-1%和水35%-50%搅拌混合在一起，凝结后制成；

四，将第一、第二钢筋混凝土芯桩作为整体的预制钢筋混凝土芯桩沿水泥土搅拌桩5中心垂直插入水泥土搅拌桩5内，28天后，对钢绞线1进行张拉，张拉的每次荷载分别为钢绞线设计拉力的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，张拉荷载为钢绞线设计拉力的1.1倍时稳定 10-20分钟，其余稳定5分钟 ，分别记录每一次钢绞线1的伸长量，在每一次稳定时间里测量锚头位移三次，待钢绞线1预应力没有明显衰减时完成张拉，将钢绞线1经锚具固定在第二钢筋混凝土芯桩4上部的第二连接钢板11上；

五，在第二钢筋混凝土芯桩4上部的第二连接钢板11上焊接竖直向上的底板锚固钢筋12，把底板锚固钢筋12和伸出的钢绞线1与基础底板6的结构钢筋绑扎在一起，浇筑混凝土后与基础底板6形成一体结构。

所述的步骤一中，钢绞线1与混凝土粘结部分长度为预制钢筋混凝土芯桩总长的1/6-1/5；

所述的钢绞线1与混凝土粘结部分长度为≥1.5m。

以下为本发明的一个实施例：

将钢绞线1一端经锚具固定在第一钢筋混凝土芯桩2下端的第一锚锭板8上，另一端经锚具固定在第一钢筋混凝土芯桩2上部的第二锚锭板9上，并通过第二锚锭板9中心的圆孔伸出第二锚锭板9，立模板后浇筑混凝土，制作成部分钢绞线1与混凝土粘结在一起的第一钢筋混凝土芯桩2；

将第一钢筋混凝土芯桩2上伸出的钢绞线1穿过钢管10的中心与钢管10上端的第二连接钢板11相连并伸出第二连接钢板11，立模板后浇筑混凝土，制作成由第一钢筋混凝土芯桩2和第二钢筋混凝土芯桩4经第一连接钢板13相连组成的整体预制钢筋混凝土芯桩，制作2段截面中心带圆孔的第二钢筋混凝土芯桩，浇筑混凝土时，在第一段第二钢筋混凝土芯桩的上端预埋中心带有圆孔的上端连接钢板7，在第二段第二钢筋混凝土芯桩的下端预埋中心带有圆孔的下端连接钢板14，两段第二混凝芯桩4经上端连接钢板7和下端连接钢板14焊接相连，钢绞线1从圆孔中穿过；

制作水泥土搅拌桩5方法是：依次钻机就位、下钻喷浆、提升搅拌，再重复下钻喷浆、重复提升搅拌、重复下钻 1/3 桩长喷浆、重复提升搅拌，直至喷浆到设计标高后，停止注浆并拔出钻杆，在桩底和土层较好位置，保持钻机的钻杆上下位置不动，调节喷浆的水泥泵的喷浆压力，保持喷浆压力在5MPa，在桩底和桩体部位形成若干圆形的扩大支盘3，所述的钻机采用高压旋喷桩机，所述的喷浆浆液采用重量百分比为：土37.5%、水泥13%、Ⅰ级粉煤灰5.6%、砂7.5%、灰钙0.7%、水35.7%搅拌混合在一起，凝结后制成；

水泥土搅拌桩5施工完毕后，通过卷扬机把预制钢筋混凝土芯桩吊起，用振动锤沿整体的预制钢筋混凝土芯桩沿水泥土搅拌桩5中心插入水泥土搅拌桩5内；

水泥搅拌桩施工完成28天后，对钢绞线1进行张拉，张拉的每次荷载分别为钢绞线设计拉力的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，张拉荷载为钢绞线设计拉力的1.1倍时稳定 15分钟，其余稳定5分钟 ，分别记录每一次钢绞线1的伸长量，在每一次稳定时间里测量锚头位移三次，钢绞线1预应力没有明显衰减时完成张拉，将钢绞线1经锚具固定在第二钢筋混凝土芯桩4上部的第二连接钢板11上；

在第二钢筋混凝土芯桩4上部的第二连接钢板11上焊接竖直向上的底板锚固钢筋12，把底板锚固钢筋12和伸出的钢绞线1与基础底板6的结构钢筋绑扎在一起，浇筑混凝土后与基础底板6形成一体结构，完成双重作用自应力组合抗拔桩。

申请人要指出的是，上述指出的仅仅是一种实施例，并不是用于限制本申请的保护范围，凡是用等同或等同替代手段所做出与本申请技术方案本质上相同的技术方案均属于本申请的保护范围。