一种新型浇筑的大粒径骨料UHPC软土路基桩

摘要

本发明公开了一种新型浇筑的大粒径骨料超高性能混凝土（UHPC）软土路基桩，桩主要包括桩帽1，上部桩身2，钢筋笼3，下部桩身4，灌浆管道5。道路基层的大部分压力首先分散在桩帽上顶面，再经由桩身传递给路基下部的较硬的土层，有效地解决了软弱土层承载力低而引起的道路坍塌、不均匀沉降等问题。桩采用新颖的方法浇UHPC，在获得超高力学性能和耐久性的混凝土桩的同时，极大地减小了砂浆的用量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型浇筑的大粒径UHPC骨料软土路基桩，属于建筑结构设计技术领域。

背景技术

我国经济建设迅速发展的今天，公路建设也取得了日新月异的发展，穿越的地质条件也同样变得复杂，软土路基所导致的问题成为了当今公路建设的重大问题之一。采用常规软土路基的处理方需要很长的工期，而且也不能永久性地解决地基的不均匀沉降的问题。目前我国对软土路基的处理方法分为两种，一种是浅层处理，主要有加筋土法、强夯法、换填法以及袋装沙井法。另一种是深层处理，主要有深层搅拌法、排水固结法、石灰桩法以及高压喷射注浆法。在实践中可以发现这些方法普遍施工周期长，并且也容易出现路基整体或局部沉降问题，对于一些工期紧或者地基变形要求高的工程则很难满足要求。近几年出现了许多类型的桩基础，取得了一定的成果。但是变形往往比较大，强度提高有一个上限，很难提高到一个新的阶段。并且在软土层中往往含有大量的水分，特别是很多地区存在腐蚀性很强的地质环境，对桩基础造成了很大的危害，间接地造成了较大的经济损失。近年来一种超高性能混凝土的引起了许多学者的关注，其超高强的力学性能，耐久性使其在所有材料中脱颖而出，但是其超高的水泥砂浆用量也制约了其发展的步伐。

专利文献CN108824097A通过采用预制GFRP管混凝土与钢筋混凝土板顶置式路基桩板结构，包括GFRP管混凝土桩、钢筋混凝土板、碎石褥垫层和路堤填土来解决在软弱土层上对的路基的不均匀沉降，其强度有一定的上限，很难提高到一个新的阶段，竖向的变形沉降比较大。

发明内容

1、要解决的技术问题

为解决上述技术存在的问题，本发明提供了一种新型浇筑的大粒径骨料UHPC软土路基桩，新型的浇筑方法使UHPC桩在不削弱其各个性能的情况下极大地减小了砂浆的用量。通过桩帽承担道路基层传递下来的大部分荷载，有效地防止面层和基层的剪切破坏；桩帽的荷载经由桩身传递给桩身底部的较硬土层，而软弱土层只是承受了道路基层传递下来极小的荷载或者不承受荷载，因此可以有效地解决地基发生塌方、不均匀沉降等问题。采用新型浇筑的UHPC桩，可以极大地提高桩的承载能力，减小变形，增强其耐久性。

2、技术方案

本发明公开了一种新型浇筑的大粒径骨料UHPC软土路基桩，主要由桩帽，桩身组成。

所述桩身下部延伸至软土层下的较硬土层，桩身上部则连接柱帽，起承受上部桩帽传递下来的荷载，并将荷载传递给下部的较硬土层，道路的绝大部分荷载直接传递给较硬土层，软弱土层承受极小的荷载或者不承受荷载，有效地解决了软弱土层发生塌陷、不均匀沉降的问题；

所述桩帽与桩身的预制的钢筋笼连接，防止桩帽和桩身之间发生的剪切破坏，使道路保持一定的整体性；

所述将软弱土层压实之后按桩身的尺寸在软弱土层挖好基槽，在挖好的基槽上支模板并对模板加以固定。若土层若为淤泥类，则插入特制的大直径塑料管模板并清理管内淤泥。插入灌浆的管道和用大粒径刚性石子回填，石子达到一定的深度后停止回填，放入按图纸编织好的钢筋笼，再回填石子并填满模板内空间，提高了大骨料的用量，经济效益显著提高；

所述桩身和桩帽采用新型混凝土的浇筑方法，通过压力将水泥浆从管道注入桩身和桩帽，使水泥浆充满石子之间的空隙。极大地减小了水泥砂浆的用量，提高了经济效益；

所述的桩身采用超高性能混凝土，极大提高桩的承载能力和耐久性，并减小了桩的变形。

3、权利要求1新型浇筑的大粒径骨料UHPC软土路基桩，其特征在于步骤包括：

步骤⑴按照设计要求，首先软弱土层压实，再按照图纸中桩槽的设计深度和大小在软弱土层上挖好基槽；

步骤⑵按设计要求，在挖好的基槽上支模板并对模板加以固定。若土层若为淤泥类，则插入特制的大直径塑料管模板并清理管内淤泥，并对塑料管加以固定；

步骤⑶按设计要求，在桩槽中插入灌浆管道，并回填刚性石子，石子达到一定的深度后停止回填，放入按图纸编织好的钢筋笼，再回填石子并填满模板内空间；

步骤⑷借助压力将水泥砂浆灌入桩槽内，使水泥砂浆注满石子之间的空隙，在标准条件下养护现浇的混凝土。

进一步，所述后浇水泥砂浆采用超高性能混凝土。

在现有道路工程施工技术工程中，对于无法充分承受荷载的软弱地基一般采用换填软弱土层，拌合桩、化学固结、原土夯实、堆载、强夯、粉喷桩等。采用原土换填施工周期长，经济性差；拌合桩和粉喷桩的施工周期长，而且造价高；而预制的桩容易出现承载力不够，且竖向变形较大，耐久性不够的问题。原土夯实的使用具有一定得局限性，对于某些性质极差的软弱土层则效果达不到预期。

本发明通过一种新颖的方法浇筑超高性能混凝土桩身和桩帽的受力体系，施工方式简单，不需要大型器械辅助完成，强度高度可靠，极大地满足了软弱土层的道路工程。桩帽可有效防止道路面层和基层的剪切破坏，通过桩身将道路的大部分荷载传递到地基下部较硬土层，有效地解决了软弱土层承载力低的问题。内部的钢筋笼可有效地解决水平压力对柱墩的剪切破坏问题，所使用的UHPC极大地提高了桩的力学性能和耐久性，可以应用于大部分软弱地基的处理办法之中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）现有的道路工程中的软弱地基处理办法有许多，但是都各有各的不足之处，没有一种既简单施工，又耗时短的处理办法。本发明运用一种新颖的UHPC浇筑方式，现浇UHPC桩身和桩帽支撑体系的强度、耐久性远远高于普通柱，并且变形小，可以用于更大的间距布置，将绝大部分道路基层的荷载直接传递给较硬土层。有效地解决了软弱土层承载力低的问题；

2）本发明采用新型浇筑方式浇筑超高性能混凝土，在不削弱超高性能混凝土强度的前提下，增大了大粒径石子的用量，极大地减少了砂浆的用量，提高了经济性和适用性；

3）本发明在下部桩身上窄下宽，提供了更好的受力体系，并且在一般软弱土层内，独特的现浇方式为桩身和土层提供了一个有效的摩擦力；

4）本发明将绝大部分道路的荷载直接通过桩身传递给较硬土层，并且桩的耐久性强，有效地解决了地下水对路基的侵蚀造成的不均匀沉降、塌方等问题；

5）本施工方法简单易行，不需要大型的特殊施工器械，施工周期短；

6）本发明中预制的钢筋笼可有效地承受桩身的侧向剪切应力，进而给道路地基一个好的整体性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为桩平面布置图。

图2为6-6剖面图。

图3为桩槽平面布置图。

图4为7-7剖面图。

图5为桩身剖面图。

图6为钢筋笼详图。

图7为大直径塑料管模板图。

图中：桩帽1，上部桩身2，钢筋笼3，下部桩身4，灌浆管道5,软弱土层8，较硬土层9，垫层10，基层11，面层12，下部桩槽13。

实施方式

下面结合附图详细介绍本发明的节点。

⑴ 如图3桩槽平面布置图，在对路基进行清表、找平之后，根据设计要求将软弱土层进行压实处理，利用全站仪进行放样，并标记好桩槽的位置，按设计要求编制好钢筋笼；

⑵ 在有经验的技术人员的指导下，用挖掘机配合人工开挖桩槽，采用水准仪实时监测桩槽深度；

⑶ 首先采用挖掘机进行挖掘，在达到一定深度后停止挖掘，做好桩坑坑道壁支护，再采用人工挖桩槽，按照设计要求挖到设计深度便可；

⑷ 上部桩身、桩帽支模。在挖好的桩槽上部按图纸支模，注意模板之间的缝隙的处理得良好，并且做好模板的环向加固，若土层若为淤泥类，则插入特制的大直径塑料管模板并清理管内淤泥，并对塑料管加以固定。技术负责人员做好技术交底；

⑸ 浇筑。如图一所示，首先在模板内插好灌浆管道，然后倾倒石子至一定的深度，放入钢筋笼，再次倾倒石子充满模板内空间。采用流动性好的细石水泥砂浆，利用压力将水泥砂浆从灌浆管道灌入模板内，使水泥砂浆充满模板内的所有石子空隙，灌浆完成后便拔出灌浆管道；

⑹ 按设计要求养护浇筑的混凝土，在其达到设计强度之后即可拆去模板，大直径塑料管模板作则不用拆去；

⑺ 浇筑垫层如图三所示，按照工序：施工准备→测量放样→摊铺设计要求的级配碎石→平地机整平并与桩帽顶面找平上→压路机静压→振动压路机压实→人工精平并且再次与桩帽顶面找平；

⑻ 浇筑基层。如图三所示，按照工序：技术人员检查、整修垫层→铺设土工格栅→施工测量放样→材料的分析和混合料试验→碎石配合比设计→报负责人审批→搅拌、运输→摊铺、整形达到要求→加水→在技术人员的监督下分段分遍碾压、施工→洒水养护→检查质量、测定各类数据并记录→报负责人审批→基层结束交验；

⑼ 浇筑面层。按照工序：施工准备→测量放样、复测高程→清理路面基层→模板安装→摊铺混凝土→人工抹平→压纹→拆模板→切缝→养护路面。