一种复合沉桩及其施工方法
阅读说明：本技术 一种复合沉桩及其施工方法 (Composite pile sinking and construction method thereof ) 是由 张洋 曾碧聪 何耀华 黄锋 彭显杉 张金杯 王慧娟 王欣 常城 罗战强 罗欢 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种复合沉桩,包括：钢管桩；高压旋喷桩,设于所述钢管桩的下部；所述高压旋喷桩包括高压旋喷桩粘结段和高压旋喷桩扩伸段。本发明还提供一种复合沉桩的施工方法。本发明采用扩径的水泥土桩代替部分钢管桩,有效提高了复合桩基的竖向承载力,大大减少了钢管桩的长度及插打难度,可实现后期快速拔除和周转,具有受力明确,施工便捷,安全稳定的特点。(The invention provides a composite pile sinking, comprising: steel pipe piles; the high-pressure jet grouting pile is arranged at the lower part of the steel pipe pile; the high-pressure jet grouting pile comprises a high-pressure jet grouting pile bonding section and a high-pressure jet grouting pile extension section. The invention also provides a construction method of the composite pile sinking. According to the invention, the expanded cement-soil pile is used for replacing part of the steel pipe pile, so that the vertical bearing capacity of the composite pile foundation is effectively improved, the length and the inserting and driving difficulty of the steel pipe pile are greatly reduced, the later-stage quick removal and turnover can be realized, and the composite pile foundation has the characteristics of clear stress, convenience and quickness in construction, safety and stability.)
技术领域
本发明涉及沉桩技术领域，具体是一种复合沉桩及其施工方法。
背景技术
在现有支架支撑体系中，因钢管打入桩基础承载能力较大，施工方便，从而得到广泛应用，但因一些客观因素影响，如支撑数量受限，加之一般沿水地质复杂参数较差，为得到更大的承载能力一般要求钢管桩打入深度都很长，施工质量控制精度差，打设难度大，安全风险高，这使得钢管桩一次投入较大，且对沉桩设备要求高，施工困难，同时造成后续拔桩几乎不可能，不能有效倒用进行成本分摊，经济效果较差。同时，如果打设的桩基无法从土中拔除，会严重影响生态环境，不符合绿色施工的理念。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种复合沉桩及其施工方法，以实现沉桩快速周转的目的。
本发明提供的一种复合沉桩，包括：
钢管桩；
高压旋喷桩，设于所述钢管桩的下部；所述高压旋喷桩包括高压旋喷桩粘结段和高压旋喷桩扩伸段。
优选地，所述高压旋喷桩粘结段嵌入钢管桩内，所述高压旋喷桩扩伸段设于高压旋喷桩粘结段的下端。
优选地，所述高压旋喷桩扩伸段的直径大于钢管桩的直径。
优选地，所述钢管桩的直径为d，所述高压旋喷桩扩伸段的直径为D，其中，D≥d。
本发明还提供一种所述的复合沉桩的施工方法，包括下述步骤:
S1、结构设计计算：根据单根沉桩承载力设计所述钢管桩与高压旋喷桩组合形式并进行详细计算，确定所述钢管桩的直径和壁厚、所述高压旋喷桩粘结段的直径和长度、以及所述高压旋喷桩扩伸段的直径和长度；
S2、插打钢管桩：提前制作拟插打的钢管桩，准确测量所述拟插打的钢管桩的放线位置，利用打桩设备在所述放线位置悬臂拟插打的钢管桩后进行施工；
S3、施工平台搭设：提前制作施工平台并验收合格；利用起吊设备将所述施工平台安装至已插打的钢管桩上，固定牢靠；
S4、高压旋喷桩配合比设计：根据拟施工高压旋喷桩地层，研究确定所述高压旋喷桩的原料及配合比；
S5、高压旋喷桩设备施工：利用所述起吊设备将高压旋喷桩设备放置在所述施工平台上；利用所述高压旋喷桩设备在已插打的钢管桩1内依次施工高压旋喷桩扩伸段和高压旋喷桩粘结段；
S6、施工完单根复合沉桩并检验符合设计要求后，重复步骤2-5，直至施工完成其他复合沉桩，拆除所述施工平台。
优选地，S1中，所述结构设计的计算方法如下：
假定单根沉桩需承受荷载F，其中，所述钢管桩需承受荷载F1，高压旋喷桩需承受荷载F2，F＝F1+F2；
(1)钢管桩计算：
所述钢管桩直径d，长度H，需承受荷载F1，则钢管桩承载力其中：U-钢管桩周长，其值为πd；A-钢管桩截面积；li-各土层对应厚度；qfi-各土层对应的桩侧摩阻力；qr-桩端土承载力标准值；η-承载力折减系数；
(2)高压旋喷桩粘结段计算：
所述高压旋喷桩粘结段取f(kPa)，直径d，长度H2，需承受荷载F2，则高压旋喷桩粘结段承载力[F2]＝f×d×π×H2÷1.5>F2；其中，f为高压旋喷桩粘结段与钢管桩的粘结强度；
(3)高压旋喷桩扩伸段计算：
所述高压旋喷桩扩伸段直径D，长度L，需承受荷载F2，则高压旋喷桩扩伸段承载力其中：U-高压旋喷桩扩伸段周长，其值为πD；A-高压旋喷桩扩伸段截面积；li-各土层对应厚度；qfi-各土层对应的桩侧摩阻力；qr-桩端土承载力标准值；η-承载力折减系数；
(4)高压旋喷桩剪切强度计算：
所述钢管桩直径d，高压旋喷桩扩伸段长度L，高压旋喷桩需承受剪切力F2，则高压旋喷桩剪切强度τ＝F2÷(π*d*L)＜f kPa。
优选地，所述施工平台为采用型钢或贝雷梁制成的纵横梁平台体系。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、传统打入式钢管桩，为了实现较大的承载力，钢管桩入土较深，难于插打和拔除。本发明采用钢管桩和高压旋喷桩组合的复合桩基，部分钢管桩由高压旋喷形成的扩径水泥土桩所替代，有效提高了复合桩基的竖向承载力，且钢管桩所需打入长度大大减短，同时利用水泥土桩剪切强度低的特点，后期容易振动拔除钢管桩，经济效益明显。此外，本发明中钢管桩和高压旋喷桩通过粘结段过渡，传力途径明确，结构计算简便。
2、传统打入式钢管桩，为了实现较大的承载力，钢管桩入土较深，需要较大型的吊机和打桩锤，采用钢管桩和高压旋喷桩组合的复合桩形式，由于钢管桩入土较浅，可采用中小型吊机和打桩锤施工钢管桩，钢管桩插打和拔除的机械成本很低，可以实现快速周转。
3、本发明的钢管桩、施工平台制作及高压旋喷桩配合比等可以提前标准化施工，不占用前场施工时间，同时可利用打入桩快速形成栈桥或平台承担打桩设备和高压旋喷桩设备工作荷载，前后场配合紧密，施工时间较短，工期可控容易保证。
4、本发明采用高压旋喷桩接长钢管桩适用于从淤泥、淤泥质黏土、粉细砂、中粗砂至卵石地层等广大地层，适用范围广，可在施工前对拟施工地层进行工艺试验，确定所需的配合比及施工设备。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2-4均是本发明实施例的实施示意图。
图中，1、钢管桩；2、高压旋喷桩粘结段；3、高压旋喷桩扩伸段；4、打桩设备；5、施工平台；6、起吊设备；7、高压旋喷桩桩机；8、传统打入桩方案的预计桩长。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
如图1所示，一种复合沉桩，包括：钢管桩1和高压旋喷桩；所述高压旋喷桩设于钢管桩1的下部，所述高压旋喷桩包括高压旋喷桩粘结段2和高压旋喷桩扩伸段3，高压旋喷桩粘结段2嵌入钢管桩1内，高压旋喷桩扩伸段3设于高压旋喷桩粘结段2的下端，钢管桩1的直径为d，高压旋喷桩扩伸段3的直径为D，其中，D≥d。
本实施例复合沉桩的施工方法如下：
S1、结构设计计算：根据单根沉桩承载力设计钢管桩与高压旋喷桩组合形式并进行详细计算，确定钢管桩1的直径和壁厚、高压旋喷桩粘结段2的直径和长度、以及高压旋喷桩扩伸段3的直径和长度；单根沉桩承载力分为两部分，一部分由上部钢管桩桩侧摩擦力承受，一部分由下部高压旋喷桩桩侧和桩端承受；其中钢管桩内设计一定长度的高压旋喷桩粘结段利用两者之间的粘结力传递下部高压旋喷桩桩端承载力，同时钢管桩下扩大区域设置一定高度的高压旋喷桩扩伸段来承受下端剪切力；具体的计算方法如下：
假定单根沉桩需承受荷载F，其中，所述钢管桩需承受荷载F1，高压旋喷桩需承受荷载F2，F＝F1+F2；
(1)钢管桩计算：
钢管桩1直径d，长度H，需承受荷载F1，不考虑桩端承载力，则钢管桩承载力其中：U-钢管桩周长，其值为πd；A-钢管桩截面积；li-各土层对应厚度；qfi-各土层对应的桩侧摩阻力；qr-桩端土承载力标准值；η-承载力折减系数；
(2)高压旋喷桩粘结段计算：
高压旋喷桩粘结段2取f(kPa)，直径d，长度H2，需承受荷载F2，则高压旋喷桩粘结段承载力[F2]＝f×d×π×H2÷1.5>F2；其中，f为高压旋喷桩粘结段与钢管桩的粘结强度；
(3)高压旋喷桩扩伸段计算：
高压旋喷桩扩伸段3直径D，长度L，需承受荷载F2，不考虑桩侧摩阻力，则高压旋喷桩扩伸段承载力其中：U-高压旋喷桩扩伸段周长，其值为πD；A-高压旋喷桩扩伸段截面积；li-各土层对应厚度；qfi-各土层对应的桩侧摩阻力；qr-桩端土承载力标准值；η-承载力折减系数；
(4)高压旋喷桩剪切强度计算：
钢管桩1直径d，高压旋喷桩扩伸段3长度L，高压旋喷桩需承受剪切力F2，则高压旋喷桩剪切强度τ＝F2÷(π*d*L)＜f kPa。
S2、插打钢管桩：如图2所示，提前制作拟插打的钢管桩1，含平台牛腿及分配梁，准确测量拟插打的钢管桩1的放线位置，打桩设备4进场，利用打桩设备4在上述放线位置悬臂拟插打的钢管桩1，桩长控制为主，贯入度控制为辅；其中，打桩设备4为根据打入桩入土深度选用合适的中小型打桩锤。
S3、施工平台搭设：如图3所示，提前制作施工平台5并验收合格。利用起吊设备6将施工平台5安装至步骤2已经插打好的钢管桩1上，固定牢靠；其中，施工平台5为采用型钢制成的纵横梁平台体系，根据施工平台5的重量选择起吊设备6安装并固定牢靠。
S4、高压旋喷桩配合比设计：根据拟施工高压旋喷桩地层，研究确定所述高压旋喷桩的原料及配合比。
S5、高压旋喷桩设备施工：如图4所示，高压旋喷桩桩机7进场并验收；利用起吊设备6将高压旋喷桩桩机7放置在施工平台5上；利用高压旋喷桩桩机7在已插打的钢管桩1内依次施工高压旋喷桩扩伸段3和高压旋喷桩粘结段2。
S5、施工完单根复合沉桩并检验符合设计要求后，重复步骤2-5，直至施工完成其他复合沉桩，拆除施工平台5。
本实施例采用扩径的水泥土桩代替部分钢管桩，有效提高了复合桩基的竖向承载力，大大减少了钢管桩的长度及插打难度，可实现后期快速拔除和周转，具有受力明确，施工便捷，安全稳定的特点。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
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