[发明专利]一种多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构及其施工方法

说明书

本发明涉及一种多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构，该桩基结构包括穿过多年冻土活动层的桩、限位护筒以及置于限位护筒内连接在一起的限位护筒内壁、上托盘、下托盘和数个托盘支架。限位护筒内壁内设有钢管护壁；上托盘和下托盘之间设拉压弹簧；桩的末端嵌入钢管护壁；限位护筒内壁的下部设有数个转向斜撑，转向斜撑与托盘支架的下端相连；每个托盘支架的上端穿过下托盘、上托盘；上托盘下方的每个托盘支架上设有限位环，该限位环与托盘支架的顶端之间设限位弹簧Ⅰ；上托盘上方的每个托盘支架上设有通过高强螺栓固定的限位弹簧Ⅱ。同时，本发明还公开了该桩基结构的施工方法。本发明实用性强，实现了桩基冻拔或融沉过程中内部结构之间的协同变形。

技术领域

本发明涉及多年冻土区桩基工程领域，尤其涉及一种多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构及其施工方法。

背景技术

我国是冻土分布大国，多年冻土区面积约占陆地总面积的22%，在多年冻土区基础工程领域，桩基础是最常见的基础型式。由于多年冻土层之上的活动层中水分的存在，其物理力学性质随温度、季节变化而变化，在桩基服役过程中，随着活动层的季节冻结和融化，作用在桩基上的切向冻胀力会导致其极易发生冻拔病害；同时，在工程扰动及气候暖湿化背景下，多年冻土退化导致的桩基融沉也是目前设计施工中需要特殊考虑的问题。因此，多年冻土区桩基础作为承载上部结构、向下传递荷载的中介，是保证工程构筑物稳定的前提，同时也是需要特殊设计、解决冻胀及融沉问题的关键。

针对上述多年冻土区桩基结构存在的冻拔及融沉病害，需要解决的关键技术问题主要包括：遵循保护冻土原则，减小工程活动对多年冻土的影响，同时，实现桩基结构抗冻拔防融沉，从而避免桩基变形造成的构筑物失稳。目前，对于多年冻土区桩基结构冻拔及融沉控制方面采取的技术措施主要包括：（1）将桩基周围土体换填为非冻胀敏感性材料，以达到消除或减小切向冻胀力的目的；（2）增加桩基埋置深度或通过在桩端设置扩大头来提高桩基抗冻拔和防融沉能力；（3）利用太阳能加热桩周土体消除冻胀力或通过热管单向传热保持冻土不融，从而防治冻土地基冻胀和融沉。但是，换填的非冻胀敏感性材料中无法避免渗入的水分因聚集所引起冻胀的问题，并不能从根本上解决桩基冻拔问题；增加桩基埋置深度、桩端设置扩大头或通过太阳能加热桩周土体在一定程度上放大了施工对多年冻土层热稳定性的影响，进一步增加了发生冻拔或融沉的风险；此外，在桩基内部设置热管的方式大大增加了工程建设的成本。因此，亟需一种多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构，在减小工程活动对多年冻土稳定性影响的同时，桩基结构自身能够发挥抗冻拔及防融沉作用，从而解决多年冻土区桩基冻拔及融沉问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实用性强的多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构的施工方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种多年冻土区抗冻拔防融沉的桩基结构，其特征在于：该桩基结构包括穿过多年冻土活动层的桩、限位护筒以及置于所述限位护筒内连接在一起的限位护筒内壁、上托盘、下托盘和数个托盘支架；所述限位护筒内壁内设有钢管护壁，该钢管护壁的上部套接有盖板，中部穿过所述上托盘，且末端固定在所述下托盘上；所述上托盘和所述下托盘之间的所述钢管护壁上设有拉压弹簧；所述桩的末端嵌入所述钢管护壁；所述限位护筒内壁的下部设有数个转向斜撑，该数个转向斜撑一一对应与数个所述托盘支架的下端相连；每个所述托盘支架的上端依次穿过所述下托盘的预留孔Ⅰ、所述上托盘的预留孔Ⅱ；所述上托盘下方的每个所述托盘支架上设有限位环，该限位环与所述托盘支架的顶端之间设有限位弹簧Ⅰ；所述上托盘上方的每个所述托盘支架上设有限位弹簧Ⅱ，该限位弹簧Ⅱ的端部通过高强螺栓固定。

所述限位护筒内壁下部固定有铰支座，该铰支座通过销钉与所述转向斜撑的一端相连；所述转向斜撑的另一端通过力转向轴与所述托盘支架的下端圆孔连接。