适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基及其施工方法
阅读说明：本技术 适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基及其施工方法 (Tubular pile composite foundation suitable for deep collapsible loess field and construction method thereof ) 是由 邱明明 马世林 王弘起 孙杰龙 杨红霞 李盛斌 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基及其施工方法,管桩复合地基包括多根减沉管桩、加筋褥垫层和黄土地基层,减沉管桩均包括管桩、桩帽、注浆体和连接接头,注浆体填充管桩内和溢出后与周围土体形成；桩帽与管桩连接；加筋褥垫层设置在黄土地基层上；注浆体和螺纹段嵌入土体,有利于管桩与周围土体接触,充分地发挥管桩-桩间土协同作用,使桩体承载能力得到显著改善,提升了复合地基竖向承载性能。本发明的管桩复合地基制作简便、节省材料、布置灵活、施工快捷、经济可靠,具有较好的抗沉、抗不均匀沉降和变形协调能力；本发明施工方法能够改善和解决深厚填方黄土地基承载力和抗变形等技术难题。(The invention discloses a tubular pile composite foundation suitable for a deep collapsible loess field and a construction method thereof, wherein the tubular pile composite foundation comprises a plurality of subsidence reducing tubular piles, a reinforcement mattress layer and a loess foundation layer, the subsidence reducing tubular piles comprise tubular piles, pile caps, grouting bodies and connecting joints, and the grouting bodies are filled in the tubular piles and are formed with surrounding soil bodies after overflowing; the pile cap is connected with the tubular pile; the reinforced mattress layer is arranged on the loess foundation layer; the grouting body and the thread section are embedded into the soil body, so that the tubular pile is favorably contacted with the surrounding soil body, the synergistic effect of the tubular pile and the soil between the piles is fully exerted, the bearing capacity of the pile body is obviously improved, and the vertical bearing performance of the composite foundation is improved. The tubular pile composite foundation is simple and convenient to manufacture, material-saving, flexible in arrangement, quick in construction, economical and reliable, and has better anti-settling, anti-differential-settling and deformation coordination capabilities; the construction method can improve and solve the technical problems of bearing capacity, deformation resistance and the like of the deep fill loess foundation.)
技术领域
本发明涉及湿陷性黄土地区地基处理技术领域，特别地，涉及一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基及其施工方法。
背景技术
深厚填方黄土地基工后固结沉降、增湿湿陷等诱发的不均匀变形问题突出，导致地基失稳、建筑结构开裂、大变形等灾害，严重影响工程结构服役安全。现有的软土地基处治方法众多，且多数不适宜这种特殊场地地基处理。如采用深层换填、桩基等方法则处治成本太高，若采用强夯、置换等方法，其处治后的地基承载力不足、工后不均匀沉降仍然显著。
鉴于上述问题，本领域技术人员已经开始了相关研究，如申请号为201720526316.3的实用新型专利公开了一种预制有孔锥型螺纹组合管桩，包括桩身和圆形小孔，桩身包括锥型管桩段与圆柱螺纹管桩段，圆柱螺纹管桩段设置于锥型管桩段位于的下方，锥型管桩段的上端外径大于锥型管桩段的下端外径，锥型管桩段的下端外径与圆柱螺纹管桩段的外径一致，桩身沿着桩身轴向间隔开设若干圆形小孔。又如申请公布号为CN112392035A的发明专利公开了一种高强度加固型混凝土管桩，包括混凝土管桩主体、桩帽和支承座，混凝土管桩主体的外表面下方套接有支承座，支承座的内部贯穿有管桩孔，混凝土管桩主体的外表面上方套接有桩帽，桩帽的顶部四周固定有导向套。但现有技术仅是对管桩进行改进，仍难以完全适用于深厚湿陷性黄土场地的施工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基，以解决背景技术中提出的现有地基承载力不足、工后不均匀沉降的问题；本发明的管桩复合地基具有适应性广、承载力高、抗变形协调能力强、经济性好等显著优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基，包括多根加筋褥垫层、黄土地基层和减沉管桩，所述减沉管桩包括设置于所述黄土地基层内的管桩，所述管桩的顶端通过连接接头与桩帽连接，所述桩帽包括桩帽本体和设置在所述桩帽本体内的桩帽骨架，所述桩帽骨架包括上下水平设置的两组第一钢筋，两组所述第一钢筋之间通过间隔布设的垂直搭接钢筋和倾斜搭接钢筋固定连接，在下的所述第一钢筋上水平设有多根第二钢筋，且多根所述第二钢筋均与所述第一钢筋垂直设置，所述桩帽本体由桩帽混凝土现场浇筑形成；所述加筋褥垫层设置在所述黄土地基层上。
进一步的，所述管桩包括沿着其桩身轴向间隔设置的多个螺纹段和与所述螺纹段相邻的多个注浆段，所述螺纹段为在桩身外表面设置螺纹，所述注浆段为在桩身上贯穿设置多个漏浆孔；所述管桩内密实填充有浆液，且浆液通过所述漏浆孔外溢外与周围土体密切接触，位于管桩内的浆液和溢出所述管桩外的浆液共同形成注浆体。
进一步的，所述螺纹的深度不小于1.0cm；每个所述注浆段中的多个漏浆孔呈梅花形布置，所述漏浆孔的孔径为1.0～2.0cm，相邻两个所述漏浆孔的间隔为10～20cm。
进一步的，所述桩帽的横截面为方形或圆形，所述桩帽的边长或直径为所述管桩直径的3～5倍。
进一步的，所述管桩的顶端预设有多个钢筋连接孔，每个所述钢筋连接孔中预埋设置有一个所述连接接头；多个所述搭接钢筋的下端一一插设在相应的所述钢筋连接孔中，并与对应的所述连接接头固定连接。
进一步的，所述管桩由钢筋混凝土或型钢材料预制而成，所述管桩的管径为0.2～0.6cm，所述管桩的桩长为6～20m。
进一步的，所述黄土地基层中均匀间隔设置有多根所述减沉管桩，多根所述减沉管桩在所述黄土地基层内按等边三角形或正方形布设，相邻两个所述管桩的间距为0.8～2.0m。
本发明还提供一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基施工方法，包括使用上述的管桩复合地基，所述施工方法包括以下步骤：
S1、采用螺旋挤压沉管法将预制的管桩压入黄土地基层中；
S2、向所述管桩内充填浆液，并使浆液密实填充管桩，且部分浆液通过漏浆孔外溢；所述管桩内的浆液和溢出所述漏浆孔外的浆液共同形成注浆体；
S3、待管桩施工完成后，首先在管桩的顶部设置第一钢筋、垂直搭接钢筋、倾斜搭接钢筋和第二钢筋，接着现场浇筑施工桩帽混凝土以形成桩帽；
S4、重复上述步骤，完成在黄土地基中施作多根减沉管；在多根减沉管桩的顶部分层填筑中粗砂和铺设土工筋材，完成加筋褥垫层施工；由此得所述管桩复合地基。
进一步的，所述步骤S2中通过高压注浆方式向所述管桩内充填M30注浆砂浆，砂浆通过漏浆孔扩散后与周围土体密切接触。
进一步的，注浆压力为0.3～1.0Mpa；注浆过程中，待管桩内外均溢浆后，封闭孔口加压一段时间，砂浆再次溢出后停注。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)、本发明的管桩复合地基，减沉管桩包括管桩、桩帽和连接接头，管桩包括沿着其桩身轴向间隔设置的多个螺纹段和与螺纹段相邻的多个注浆段；桩帽有利于调节桩土荷载分担比，螺纹段和注浆段有利于桩土密切接触，进而充分发挥管桩-桩间土的协同作用承担上部荷载；本发明的管桩复合地基具有较好的抗沉、抗不均匀沉降和变形协调能力，尤其在深厚填方湿陷性黄土地区具有显著优势，亦可应用于其它软土地区地基处理。
(2)、本发明的管桩复合地基，减沉管桩主要由钢筋混凝土或型钢材料预制组装而成，采用螺旋挤压沉管法直接压入黄土地基中，具有制作简便、节省材料、施工快捷、经济可靠等优点。本发明可根据工程需求调整管桩结构尺寸大小，灵活布置，改善其强度和刚度性质，以满足不同情况下的地基承载需求。
(3)、本发明的施工方法，通过高压注浆方式向管桩内充填浆液，浆液通过漏浆孔扩散后与周围土体形成注浆体；减沉管桩在螺旋挤压沉管中桩身螺纹段嵌入桩周土体，通过内嵌强化桩土接触效应，提高桩周摩擦作用；通过在桩顶增设桩帽，有利于调节桩土荷载分担比；本发明充分地发挥管桩-桩间土协同作用，使复合地基竖向承载性能得到显著改善，进而提升了复合地基竖向承载性能；能够改善和解决深厚填方黄土地基承载力和抗变形等技术难题，以保证深厚填方黄土场地建筑物安全。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的
具体实施方式
一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为本发明专利较佳实例的管桩复合地基的结构示意图；
图2为本发明专利较佳实例的单桩减沉管桩复合地基的示意图；
图3为本发明专利较佳实例的减沉管桩剖面图；
图4为本发明专利较佳实例的减沉管桩桩帽结构示意图；
图5为本发明专利较佳实例的减沉管桩连接接头结构示意图；
图6为本发明专利较佳实例的减沉管桩平面布置示意图；
其中，1-减沉管桩，101-管桩，102-桩帽，10201-第一钢筋，10202-垂直搭接钢筋，10203-倾斜搭接钢筋10204-第二钢筋，10205-桩帽混凝土，103-螺纹，104-漏浆孔，105-注浆体，106-连接接头，2-加筋褥垫层，3-黄土地基。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参见图1至图6，一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基，包括减沉管桩1、加筋褥垫层2和黄土地基层3；具体结构如下：
采用螺旋挤压沉管法在黄土地基层3中施作多根减沉管桩1，每根减沉管桩均包括管桩101、桩帽102、注浆体105和连接接头106；管桩101设置于黄土地基层3内，管桩优选钢筋混凝土或型钢材料预制而成，以预制混凝土管桩为例，优选管径为0.2～0.6cm，壁厚5～15cm，管桩间距0.8～2.0m，桩长为6～20m，如图2、图3所示。桩帽102采用现浇钢筋混凝土制作而成，桩帽包括桩帽本体和设置在桩帽本体内的桩帽骨架，桩帽骨架包括上下水平设置的两组第一钢筋10201，两组第一钢筋之间通过间隔布设的垂直搭接钢筋10202和倾斜搭接钢筋10203固定连接；在下的第一钢筋上水平设有多根第二钢筋10204，且多根第二钢筋均与第一钢筋垂直设置，桩帽本体由桩帽混凝土10205现场浇筑形成。桩帽的横截面为方形或圆形，桩帽的边长或直径为管桩直径的3～5倍，见图4。管桩的顶端预设有多个钢筋连接孔，每个钢筋连接孔中预埋设置有一个连接接头106，连接接头为钢筋，连接接头106长度不小于15cm。多个搭接钢筋的下端一一插设在相应的钢筋连接孔中，并与预埋的连接接头固定连接，之后浇筑混凝土完成桩帽102与管桩101的连接，见图5。采用高压注浆方式向管桩内充填浆液，使减沉管桩1能够与黄土地基层充分接触以更好地发挥共同作用。在减沉管桩1桩顶铺设0.3～1.0m厚的加筋褥垫层2，这就使得能够通过桩和桩间土共同承载作用进而形成管桩复合地基。
在本发明较佳的实施例中，管桩包括沿着其桩身轴向间隔设置的多个螺纹段和与螺纹段相邻的多个注浆段，螺纹段为在管桩桩身表面预制深槽螺纹103，螺纹深度应不小于1.0cm。注浆段为在桩身上贯穿设置多个漏浆孔104，优选在管桩桩身间隔10～20cm预制孔径1.0～2.0cm的漏浆孔，多个漏浆孔呈梅花形布置。
在本发明较佳的实施例中，管桩内密实填充有浆液，且浆液通过漏浆孔外溢与周围土体密切接触，位于管桩内的浆液和溢出管桩外的浆液共同形成注浆体105。具体地，减沉管桩1内部采用M30水泥砂浆注浆体填充，水泥砂浆可通过漏浆孔104外溢后与周围土体密切接触，注浆压力可取0.3～1.0MPa；待管桩101内外均溢浆后，封闭孔口加压一段时间，砂浆再次溢出后停注。
在本发明较佳的实施例中，黄土地基层中设置有多根减沉管桩，多根减沉管桩在黄土地基层内按等边三角形或正方形布设，相邻两个管桩的间距为0.8～2.0m。管桩101采用螺旋挤压沉管法直接压入黄土地基层3中，而后采用现浇方式施作桩帽102，如图6所示；为进一步增强减沉管桩1桩体刚度，可在其内增设钢筋笼。
在本发明较佳的实施例中，各构件连接部位可采用焊接或螺栓牢固连接，若采用型钢构件，其表面均进行防腐处理。
本发明的一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基，减沉管桩在螺旋挤压沉管中桩身螺纹段嵌入桩周土体，通过内嵌强化桩土接触效应，提高桩周摩擦作用；通过在桩顶增设桩帽，有利于调节桩土荷载分担比。本发明能够充分地发挥管桩-桩间土协同作用，使复合地基竖向承载性能得到显著改善。
本发明的一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基竖向承载机制为：上部建筑荷载传递至加筋褥垫层2，通过加筋褥垫层2的均布荷载作用将荷载传递给减沉管桩1和黄土地基3，减沉管桩1通过桩帽102、螺纹103、注浆体105增强与周围土体的接触作用，进而充分发挥管桩-桩间土协同作用承担上部荷载。
本发明的一种适用于深厚湿陷性黄土场地的管桩复合地基的施工方法，包括以下步骤：
S1、采用螺旋挤压沉管法将预制的管桩101压入黄土地基层中；
S2、通过高压注浆方式向管桩内充填浆液，使浆液密实填充管桩，且部分浆液通过漏浆孔104外溢，外溢的浆液与周围土体密切接触；管桩内的浆液和溢出漏浆孔外的浆液共同形成注浆体105；优选的，采用M30水泥砂浆注浆体填充管桩内部，注浆压力可取0.3～1.0Mpa；待管桩内外均溢浆后，封闭孔口加压一段时间，砂浆再次溢出后停注。
S3、待管桩施工完成后，首先在管桩的顶部设置第一钢筋10201、搭接钢筋10202和第二钢筋10203，接着现场浇筑施工桩帽混凝土10204以形成桩帽102；
S4、重复步骤S1-S3，完成在黄土地基中施作多根减沉管桩1；在多根减沉管桩的顶部分层填筑中粗砂和铺设土工筋材，完成加筋褥垫层2施工；由此，得到管桩复合地基。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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