一种减小基岩水平约束嵌岩桩及其施工方法与流程

2021-01-17 18:01:34|

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本发明涉及土木建筑工程技术领域，特别是涉及一种减小基岩水平约束嵌岩桩及其施工方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济的高质量、快速发展，工程建设项目逐渐增多，建设用地的总量持续增加，建设用地的供求矛盾进一步加剧，尤其良好的建设用地资源日益紧张和紧缺的形势更加严峻，这导致部分项目不得不选择不利的场地作为项目建设用地，这就为工程设计提出了更高的要求。例如，许多建设项目不得不选择基岩面埋深起伏较大的场地作为建设用地，该类场地工程地质条件使得大型建(构)筑物基础下基桩桩长变化较大，基桩嵌岩深度不一。基岩面埋藏较浅时，嵌岩深度大，基桩水平承载力高；基岩面埋藏较深时，嵌岩深度较小，基桩水平承载力低。从而，引起基桩水平承载力和抗震能力的差异。

当地震发生时，大型建(构)筑物基础下基岩面埋深较浅区的嵌岩桩会承受较大的水平荷载，从而出现应力集中，当水平荷载发展到一定程度后，该区域嵌岩桩极可能会提前失效，按照“多米诺骨牌效应”的原理，进而引起其他区域嵌岩桩的失效，最终导致群桩基础的整体破坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种减小基岩水平约束嵌岩桩及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现大型建(构)筑物基础下不等长嵌岩群桩的水平变形协调。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种减小基岩水平约束嵌岩桩，包括桩身，所述桩身包括由上至下依次连接的土层段、基岩减约束段和基岩嵌固段，所述基岩减约束段和所述基岩嵌固段均位于基岩中，所述基岩减约束段与所述基岩之间夹设有桩周减约束垫层，所述土层段位于在土层中。

优选的，所述土层段、所述基岩减约束段和所述基岩嵌固段一体成型，还包括若干个沿桩身周向分布的、贯穿所述土层段、所述基岩减约束段和所述基岩嵌固段的桩身配筋。

优选的，所述土层段与所述土层之间夹设有级配砂石。

优选的，所述桩周减约束垫层包括级配砂石层和密封材料层，所述密封材料层位于所述级配砂石层下方，所述所述密封材料层与所述级配砂石层紧密连接。

优选的，在设计所述桩身的配筋时，所述基岩减约束段与所述基岩嵌固段交界面位置处螺旋箍筋应加密布置，所述交界面上、下的加密段的长度分别≥1.0m。

优选的，所述桩周减约束垫层的厚度≥0.3m，所述桩周减约束垫层的制作材料选用级配砂石，所述级配砂石中的砂为中粗砂，所述砂的细度模数≥2.6，所述级配砂石中的碎石的最大粒径≤25mm，所述砂和所述碎石的级配为良好，所述砂石按照1:1比例混合而成，所述级配砂石填筑时应振捣密实，所述级配砂石的密实度系数≥0.87。

本发明还提供一种减小基岩水平约束嵌岩桩的施工方法，包括以下步骤：

(1)测放桩位，冲击钻机、旋挖钻机或回转钻机就位；

(2)下设外护筒，设嵌岩桩的直径为d、桩周减约束垫层的厚度为h，则所述外护筒的内径应大于或等于d+2h+0.1m；

(3)扩孔钻进，采用冲击钻机、旋挖钻机或回转钻机进行钻进施工，成孔的直径d＝d+2h，钻进深度为l1+l2，其中l1为土层段的长度，l2为基岩减约束段的长度；

(4)基岩嵌固段的钻孔钻进，成孔直径与嵌岩桩的直径d相等，钻进深度l3为所述基岩嵌固段的长度；

(5)将所述冲击钻机、所述旋挖钻机或所述回转钻机移位，下设内护筒，内护筒内径为d，内护筒长度大于或等于l1+l2+0.3m，所述内护筒的底端与基岩之间通过密封材料层密封；

(6)内护筒安装完成后，采用级配砂石将所述内护筒周围的空隙填充密实，边回填边振捣密实，所述级配砂石的密实度系数大于或等于0.87；

(7)桩孔验收完成后，立即在内护筒内进行钢筋笼、导管的安装施工作业；

(8)进行沉渣厚度测量，如若超标则进行二次清孔作业，直至沉渣厚度达标，然后进行混凝土浇筑；

(9)成桩施工完成后，立即采用振动锤或起吊设备将所述内护筒和所述外护筒拔出。

优选的，所述外护筒下设好后，进行所述扩孔的钻进，然后进行所述基岩嵌固段的钻孔钻进，钻进设备采用冲击钻机、旋挖钻机或回转钻机，所述的基岩嵌固段钻进完成后，进行所述内护筒的下设。

优选的，所述密封材料层为缠绕在所述内护筒底端外侧的遇水膨胀橡胶止水条或编织物，在将所述内护筒下设安装后，所述密封材料层将所述内护筒的底端与所述基岩之间的缝隙密封。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明减小基岩水平约束嵌岩桩及其施工方法实现了大型建(构)筑物基础下不等长嵌岩群桩的水平变形协调。本发明减小基岩水平约束嵌岩桩及其施工方法通过人为“延迟”嵌岩桩遇基岩的时机，并在部分岩层中桩身周围设置级配砂石垫层，减小基岩对基桩的水平约束，增大了桩长较短基桩的水平变形能力，实现了大型建(构)筑物基础下不等长嵌岩群桩的水平变形协调。

本发明减小基岩水平约束嵌岩桩在保证基桩竖向承载能力的情况下通过削弱部分基岩的水平约束，增大了其在水平荷载作用下的水平变形能力，改善了基桩的水平承载特性；与传统基桩相比较，本发明减小基岩水平约束嵌岩桩的采用避免了通过增大基桩的配筋率、桩径等措施，以达到不等长嵌岩群桩水平变形协调的目的，有效节约了资源；本发明减小基岩水平约束嵌岩桩可实现地震荷载作用下大型建(构)筑物基础不等长嵌岩群桩水平协调变形，避免出现基础下基岩面埋深较浅区嵌岩桩提前失效，以致引起“多米诺骨牌效应”的发生，导致群桩基础的整体破坏；本发明减小基岩水平约束嵌岩桩为复杂地质条件下大型建(构)筑物基础不等长嵌岩群桩水平协调变形设计提供了一种全新的设计理念和解决方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明减小基岩水平约束嵌岩桩的结构示意图；

图2为本发明减小基岩水平约束嵌岩桩的施工示意图；

其中：1、土层段；2、基岩减约束段；3、基岩嵌固段；4、桩周减约束垫层；5、土层；6、嵌岩桩；7、基岩；8、外护筒；9、内护筒；10、密封材料；11、桩身配筋；12、级配砂石；d、嵌岩桩的直径；h、砂石垫层的厚度；d、基岩减约束段扩孔的直径。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图2所示：本实施例提供了一种减小基岩水平约束嵌岩桩，包括桩身，所述桩身包括由上至下依次连接的土层5段1、基岩7减约束段2和基岩7嵌固段3，基岩7减约束段2和基岩7嵌固段3均位于基岩7中，基岩7减约束段2与基岩7之间夹设有桩周减约束垫层4，土层5段1位于在土层5中。

土层5段1、基岩7减约束段2和基岩7嵌固段3一体成型，还包括若干个沿桩身周向分布的、贯穿土层5段1、基岩7减约束段2和基岩7嵌固段3的桩身配筋11。土层5段1与土层5之间夹设有级配砂石12。桩周减约束垫层4包括级配砂石12层和密封材料10层，密封材料10层位于级配砂石12层下方，密封材料10层与级配砂石12层紧密连接。

在设计桩身的配筋时，基岩减约束段2与基岩嵌固段3交界面位置处螺旋箍筋应加密布置，交界面上、下的加密段的长度分别≥1.0m。桩周减约束垫层4的厚度≥0.3m，桩周减约束垫层4的制作材料选用级配砂石12，级配砂石12中的砂为中粗砂，砂的细度模数≥2.6，级配砂石12中的碎石的最大粒径≤25mm，砂和碎石12的级配为良好，砂石按照1:1比例混合而成，级配砂石12填筑时应振捣密实，级配砂石12的密实度系数≥0.87。

本实施例还提供一种减小基岩水平约束嵌岩桩的施工方法，包括以下步骤：

(1)测放桩位，冲击钻机、旋挖钻机或回转钻机就位；

(2)下设外护筒8，设嵌岩桩6的直径为d、桩周减约束垫层4的厚度为h，则外护筒8的内径应大于或等于d+2h+0.1m，外护筒8的长度以保证孔口稳定为宜；

(3)扩孔钻进，采用冲击钻机、旋挖钻机或回转钻机进行钻进施工，成孔的直径d＝d+2h，钻进深度为l1+l2，其中l1为土层5段1的长度，l2为基岩7减约束段2的长度；

(4)基岩7嵌固段3的钻孔钻进，成孔直径与嵌岩桩6的直径d相等，钻进深度l3为基岩7嵌固段3的长度，钻进过程中应保证桩孔上下同心；

(5)将冲击钻机、旋挖钻机或回转钻机移位，下设内护筒9，内护筒9内径为d，内护筒9长度大于或等于l1+l2+0.3m，内护筒9的底端与基岩7之间通过密封材料10层密封；

(6)内护筒9安装完成后，采用级配砂石12将内护筒9周围的空隙填充密实，边回填边振捣密实，级配砂石12的密实度系数大于或等于0.87；

(7)桩孔验收完成后，立即在内护筒9内进行钢筋笼、导管的安装施工作业；

(8)进行沉渣厚度测量，如若超标则进行二次清孔作业，直至沉渣厚度达标，然后进行混凝土浇筑；

(9)成桩施工完成后，立即采用振动锤或起吊设备将内护筒9和外护筒8拔出。

密封材料10层为缠绕在内护筒9底端外侧的遇水膨胀橡胶止水条或编织物，在将内护筒9下设安装后，密封材料10层将内护筒9的底端与基岩7之间的缝隙密封。

以某lng储罐桩基工程施工为例，储罐基础采用嵌岩桩6基础，每个储罐布置356根嵌岩桩6，本实施例中将嵌岩桩6简称为rhr桩，其中罐区中间呈正方形布置，罐区边缘沿环形布置，布置4圈，三座储罐共计布置1068根。嵌岩桩6桩径为1.2m，桩端进入4-3层(中风化花岗岩mwg)或4-4层(微风化花岗岩swg)，储罐区场地地面高程为8.318m，嵌岩桩6设计桩顶标高与地面齐平。由于桩端持力层4-3中风化花岗岩层或4-4微风化花岗岩层起伏较大，工程桩最大桩长约51m，最小桩长约7m，每座储罐基础下桩长差别比较大。为使储罐基础下不等长群桩水平协调变形，要求高程3.318m以上遇有4-3中风化花岗岩层或4-4微风化花岗岩层的区域采用rhr桩，本工程三座储罐共设计rhr桩89根。rhr桩成孔施工方法如图2所示，具体实施方式：

(1)测放桩位，冲击钻机就位；

(2)外护筒8下设。钢制外护筒8的内径2.0m，护筒长2.5m；

(3)扩孔钻进。采用冲击钻机进行钻进，成孔直径1.8m，孔口地面高程为8.318m，设计孔底高程为3.318m，设计孔深为5m；

(4)基岩7嵌固段3钻进。采用冲击钻机进行钻进，成孔直径为1.2m，嵌固深度不小于1.2m，终孔设计孔深为6.2m；

(5)内护筒9下设。钻机移位后，下设钢制内护筒9，内护筒9内径1.2m，内护筒9长度5.5m。内护筒9下设前，护筒底端缠绕浸泡膨胀后的橡胶止水条，止水条断面尺寸为200mm×200mm；

(6)基岩7减约束段2桩周减约束垫层4施工。提前将中粗砂与碎石按照1:1比例进行均匀拌和，中粗砂级配良好，细度模数不小于2.6，碎石级配良好，最大粒径为25mm。砂石混合料边人工回填边振捣密实；

(7)成桩施工。内护筒9安装、密封好后，立即进行钢筋笼安装、导管下设、二次清孔和混凝土浇筑作业；

(8)最后将内护筒9、外护筒8分别拔出。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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