[发明专利]一种减少土表堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩

说明书

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，涉及土表堆载对临近构筑物桩基础影响的隔离方法，以及钢管隔离桩的优化设计。

 

技术背景

土表大面积堆载在实际工程中是较常见的荷载形式。如果工程场地为软土及其他具有较大压缩性的地基土，地基土体在大面积堆载作用下会产生较大沉降，当地基土体竖向沉降大于所在影响区域的桩基沉降后，会造成桩基的负摩阻力作用。桩基础在负摩阻力作用下将导致桩身轴力、桩基沉降增加，严重时造成桩身强度破坏、桩端持力层破坏以及上部结构不均匀沉降破坏等严重后果。如果堆载分布在桩基单侧时，那么除了对桩基产生竖向负摩阻力作用，还会产生水平向推力作用，产生更不利的影响。这些对桩基的不利影响在目前工程中较为常见，例如，单侧人工岛堆载对沉管底桩基的作用、路堤填方对桥台桩基的作用、货物堆载对码头桩基的作用等。研究土表堆载作用下的桩基减灾控制措施具有普遍意义，而且对于工程安全意义重大。

自20世纪30年代提出桩基负摩阻力概念以来，如何减少大面积堆载作用在桩身上的负摩阻力一直是工程界、学术界关注的焦点。目前桩基负摩阻力消减方法有涂层法、套管法、换土置换法、隔离桩法，其中以沥青涂层法较为常用。然而沥青涂层法存在固有缺陷：沥青材料本身的化学成分在地下长期使用过程中容易对地下水造成污染；并且沥青涂层对减小负摩阻力影响的效果受温度、时间等因素影响明显。由于我国桩基使用中仍以钢筋混凝土桩为主，沥青涂层主法要适用于钢管桩，工程推广不多。隔离桩法，即在堆载和工程桩基之间布置额外的若干桩基，通过形成遮蔽效应降低堆载引起的工程桩基周围土体的附加应力，实现减少工程桩基负摩阻力作用的目的。该方法相比沥青涂层法，环保无污染；相对内外套管法，制作、施工的要求较低；无需对土体进行处理，避免进一步破坏环境。隔离桩法由于更加符合人们日益提高的环保、节能的观念。

为了进一步提高隔离桩的隔离效果，特别是增强土表单侧堆载时对工程桩基水平推力和负摩阻力的隔离效果，提出了加翼隔离桩方法，并且针对工程桩基先于土表堆载存在的工况，提出了带桩端注浆功能的加翼隔离桩。该加翼隔离桩主体为钢管桩，在近地表的桩身外壁设置翼板，桩端为闭口设置，桩身内可埋设注浆导管。

该加翼隔离桩在隔离负摩阻力方面，因为翼板增大了负摩阻力作用桩段的桩土接触面积，令隔离桩承担更多负摩阻力，从而有效减少作用在工程桩基上的负摩阻力。在隔离水平推力方面，因为翼板获取更多桩侧水平土抗力，同时在一定程度上增加了桩身刚度，有助于控制隔离桩变形、令隔离桩承担更多水平推力达到进一步减少作用在工程桩基上水平推力的目的。在提供相同桩基水平承载性能的条件下，相比通常全桩长增大桩径的方法，近土表桩侧设置翼板能够更加省桩身材料。桩端注浆可为桩端持力层的不良情况提高隔离桩的桩端阻力，通过控制隔离桩桩身沉降，限制桩土相对位移的产生，进而减少堆载荷载的不利作用向工程桩传播，提升普通隔离桩的隔离效果。

加翼钢管隔离桩通过承担更多土表堆载的作用，并可采用桩端注浆的方法提高自身承载性能、控制桩身沉降，从而有效阻隔土表堆载附加应力在地基土体内的传播，达到减少土表堆载对工程桩基水平推力、负摩阻力作用的目的。相比普通隔离桩，近土表桩侧设置翼板有效提高了单桩隔离效果，因此在实际工程中可以适当增大隔离桩的桩间距，从而有效减少隔离桩的使用量，减少工程投资。

 

发明内容

技术问题：本发明所解决的技术问题是提供一种消减土表大面积堆载对临近桩基不利影响的方法。通过设置若干等间距分布的带桩端注浆功能的加翼钢管隔离桩，有效消减堆载造成的桩基负摩阻力作用以及水平推力作用，保证工程桩基具备良好的工作性能和安全性能。

 

技术方案：本发明通过以下技术方案来实现：一种减少土表堆载对临近桩基影响的加翼钢管隔离桩，其特征在于隔离桩为打入桩，隔离桩桩身主体为钢管桩，近地表桩身外围设置有竖向翼板。翼板为平钢板。对于堆载影响显著且桩端持力层较差的状况，钢管桩内部设置用于桩端注浆的注浆导管。

所述加翼钢管隔离桩主体为钢管桩，其外直径为600～2000mm，壁厚为10～30mm。桩长根据工程实际地质状况进行设计，桩端宜设置在良好的持力层上。为增加端阻力，同时基于打入钢管桩的土塞效应考虑，在据桩端为1～2D（D为桩外直径）处设置封底钢板，封底钢板外径略小于钢管桩内径，焊接于钢管桩内壁。