一种利用废旧轮胎作模板的异形桩现浇成桩方法与流程

本发明涉及一种利用废旧轮胎作模板的异形桩现浇成桩方法，属于桩基工程和地基处理技术领域。

背景技术：

桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础形式，能承受竖直荷载，也能承受水平荷载，能抵抗上拔荷载也能承受振动荷载，是应用最广泛的深基础形式。桩作为桩基础的基础构件，是将建筑物的全部或部分荷载传递给地基土并具有一定刚度和抗弯能力的传力构件。增加桩径或桩长可以提高桩基整体承载特性，但是一味的靠增加材料以提高承载力的做法既不经济，又增大施工难度，因此寻求单位材料利用率高，实现高承载力、低造价，且地基的稳定性可以明显增加的新型桩型，比如说异形桩，成为岩土工程界广泛关注的热点和难点问题之一。

众多专利从桩截面形状或桩身侧表面、注浆方式等方面出发，开发了新型异形桩。如专利号为201010215965.4的发明公布了一种现浇x形大直径空心混凝土桩及其施工方法。申请号为201310603224.7的发明公布了一种带肋预应力管桩及其制作方法、钻植法施工工艺。申请号为201410396574.5的发明公开了一种多孔注浆管异形桩，通过在普通管桩的表面设置规则排列的溢浆孔，通过高压注浆使浆液从溢浆孔扩散到周围土体而形成的浆液结石体，从而形成异形桩。另一方面，世界各地每年废旧轮胎的产量急剧增加，堆积如山的废旧轮胎因其存量大、数量增长快，且在自然环境中不易降解、难以处理，被称为“世界黑色污染”。废旧轮胎的堆放不仅占用土地资源，所能消纳处理的数量有限，而且露天堆放的废旧轮胎容易引发火灾，造成严重的空气污染。如何处理数量庞大的废旧轮胎已成为紧迫的和严重的国际性社会经济问题和环境问题。

检索发现，已有专利将废旧轮胎用在成桩方法中，比如:申请号为201410153840.1，名称为“轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法”的中国专利公开了“将套管固定；将套管打入土中，将套管打入到预定的设计深度；在套管内安置轮胎，然后在轮胎内侧投入碎石，然后将套管拔到设定高度，套管内的碎石即被压缩空气排碎石于土中；边振动边拔管，拔出套管到地面而成桩。”但该发明主要利用轮胎为内部碎石提供径向约束，限制内部碎石桩体尤其是上部桩体的变形，并未依靠轮胎模板的作用，也不属于异形桩的范畴。申请号为201911086373.4，名称为“一种处理松软地基的废旧轮胎薄壁空心桩及其施工方法”的中国专利公开了“空心桩包括空心桩顶盖、废旧轮胎胎冠和水泥浆液，废旧轮胎胎冠逐个叠放并与水泥浆液固连，空心桩顶部设置空心桩顶盖”。但该专利主要是根据废旧轮胎规格开发了一种套模，将完整的废旧轮胎胎面切割，保留其胎冠部分，再将每个胎冠切割成两半，用活塞压入套膜中，注浆成空心桩，轮胎作为空心桩的主体材料，而非模板作用，也未涉及异形桩。申请号为201910777633.6，名称为“一种基于废旧轮胎的路桥过渡段路基结构及施工方法”公开了“在废旧轮胎所形成的桩体结构的腔体及其与钢护筒之间的间隙中分层填筑eps超轻质填充物”，但其只是用若干个规格相同的废旧轮胎自上而下形成桩体结构，有起到模板的作用，但规格相同，形式单一，也未涉及异形桩。

因此，需要开发一种充分利用轮胎作为模板的异形桩成桩方法。

技术实现要素：

本发明提供一种利用废旧轮胎作模板的异形桩现浇成桩方法，通过不同大小规格的废旧轮胎竖向叠加组合或以不同间距组合，形成截面变化的异形桩，既提高了整个桩体的承载力，同时解决了固体废弃物处理问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用废旧轮胎作模板的异形桩现浇成桩方法，包括以下步骤：

第一步，保持浇筑场地平整，测量放线，确定桩位；

第二步，在已确定的桩位处架设导向架，导向架与地面垂直偏角小于或者等于1.5%，导向架的一侧安设起重设备，起重设备将带活瓣桩尖的沉管安设在已确定的桩位处，其中沉管呈空心圆环状设置；

第三步，启动振动机，对沉管进行施压，将沉管沉入至设计深度；

第四步，选择若干个废旧轮胎，将若干个废旧轮胎顺次叠加，且叠加后的若干个废旧轮胎通过至少四根定位杆串联，其中，顺次叠加的相邻废旧轮胎之间的间距相等或者不相等；

第五步，起重设备将串联后的废旧轮胎放置在沉管内，调整位置；

第六步，再次启动振动机，对沉管进行拔管操作，同时在沉管圆环状的空心内浇筑砂石料或者水泥浆液或者混凝土或者流动的固化淤泥土；

第七步，沉管彻底拔出后形成异形桩；

第八步，待异形桩成桩24小时后，在地基表面开挖桩芯土和桩周土，在挖取形成的区域内浇筑混凝土形成桩盖板；

作为本发明的进一步优选，前述沉管截面为空心圆环状，其空心大小与选取的废旧轮胎相匹配，即空心直径接近且小于废旧轮胎最小内径，沉管外径接近且大于废旧轮胎最大外径；

作为本发明的进一步优选，第四步中，在每个废旧轮胎的胎边上开设至少四个定位孔，定位杆穿设经过定位孔实现废旧轮胎的串联，定位孔的个数与定位杆根数匹配；

还设有卡箍，当相邻废旧轮胎贴合设置时，在两个废旧轮胎接触的定位杆上对称安装卡箍，当相邻废旧轮胎之间有间距时，在每个废旧轮胎与定位杆接触处安装卡箍；

作为本发明的进一步优选，定位杆的直径大于或者等于10mm，选用钢筋或者纤维增强复合材料筋进行制作；每根定位杆插设的位置与废旧轮胎外侧边缘的距离大于或者等于35mm；

作为本发明的进一步优选，若干废旧轮胎顺次叠加串联，相邻两个废旧轮胎之间的间距为0-1m；

用于叠加串联的废旧轮胎尺寸相同或者不相同，且废旧轮胎的空心内径尺寸范围为250mm-1500mm；

作为本发明的进一步优选，第六步中，振动机对沉管进行拔管操作的速率为0.6m/min-1.5m/min；

作为本发明的进一步优选，第八步中，在地基表面开挖桩芯土和桩周土的深度范围为0.3m-0.5m。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用废旧轮胎固有的形状成模，施工方便快捷、成本低廉，达到了固体废弃物处理的目的，兼具环保及经济的效益；

2、本发明基于废旧轮胎尺寸规格的多样性，经过不同直径、间距、个数等组合或者根据设计需要裁剪轮胎，获得截面形状不同的带肋桩、工字型桩、扩底桩等多种异形桩，灵活性强；

3、本发明利用废旧轮胎制作的异形桩，不仅满足了不同工程的需求，而且承载能力强；

4、本发明使用的废旧轮胎在异形桩的周围形成了径向约束力，起到了箍筋的作用，且轮胎胎边在轴向也有约束作用，轮胎表面粗糙，增加了与土的摩擦力，结合定位杆起到的纵向钢筋作用，进一步提升了桩的承载能力；

5、本发明采用废旧轮胎制作异形桩，充分发挥了其耐磨损、抗老化以及防震性能较优的特点，而且由于其具有良好的适应变形能力以及长期稳定性，使其服役寿命较长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例中沉管的结构示意图；

图2是本发明提供的优选实施例中若干废旧轮胎叠加串联形成的结构示意图；

图3是本发明提供的优选实施例中串联后废旧轮胎的截面示意图；

图4是本发明提供的优选实施例施工步骤示意图；

图5是本发明提供的优选实施例中废旧轮胎进行组合的示意图，包括5a、5b、5c以及5d四种组合侧视图；

图6是本发明提供的优选实施例中与图5匹配形成的异形桩截面示意图，包括6a、6b、6c以及6d四种桩截面形状图；

图7是本发明提供的优选实施例的相邻废旧轮胎间的连接示意图。

图中：1为沉管，2为桩尖，3为废旧轮胎，4为定位杆，5为卡箍。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本申请在利用异形桩具有高承载力、低造价以及稳定性佳的特征前提下，结合废旧轮胎的再利用，充分发挥废旧轮胎的自身特性，提供了一种充分利用轮胎作为模板的异形桩成桩方法。

实施例

本申请提供的一种利用废旧轮胎3作模板的异形桩现浇成桩方法如图4所示，包括以下步骤：

第一步，保持浇筑场地平整，测量放线，确定桩位；

第二步，在已确定的桩位处架设导向架，导向架与地面垂直偏角小于或者等于1.5%，导向架的一侧安设起重设备，起重设备将带活瓣桩尖2的沉管1安设在已确定的桩位处，其中如图1所示，沉管1呈空心圆环状设置，底部为桩尖2，至于空心的大小是根据选用的废旧轮胎3内径尺寸决定，只要满足其空心直径略小于废旧轮胎3的最小内径，沉管1的外径略大于废旧轮胎3的最大外径。

第三步，启动振动机，对沉管1进行施压，将沉管1沉入至设计深度。

第四步，图2所示，选择若干个废旧轮胎3，将若干个废旧轮胎3顺次叠加，在每个废旧轮胎3的胎边上分别开设至少四个定位孔，定位孔的个数与定位杆4的根数是匹配的，将定位杆4顺次插设在定位孔内，实现若干废旧轮胎3的串联固定，同时为了使得废旧轮胎3在定位杆4上实现定位，还设有卡箍，图7所示，当相邻废旧轮胎贴合设置时，在两个废旧轮胎接触的定位杆上对称安装卡箍；而当相邻废旧轮胎之间有间距时，在每个废旧轮胎与定位杆接触处安装卡箍，其中，顺次叠加的相邻废旧轮胎3之间的间距相等或者不相等；

在这里需要着重阐述的是，为了获取异形桩，废旧轮胎3作为模板，那么串联起来的废旧轮胎3可以有多种组合，多种组合代表的不仅是选用的废旧轮胎3尺寸可以不相同，相邻叠加的废旧轮胎3之间的距离也可以不相同，当然轮胎也是可以进行裁剪获得所需的形状，如图5所示，给出了四种组合方式，5a中给出的是同一规格的废旧轮胎3以相同的间距进行叠加，5b中给出的是同一规格的废旧轮胎3顺次叠加，且相邻两个废旧轮胎3之间是没有空隙的，5c中给出的是不同规格的废旧轮胎3以直径由下到上逐渐缩小的方式进行叠加，且相邻两个废旧轮胎3之间同样是没有空隙的，5d中给出的是不同规格的废旧轮胎3以不同的间隔进行叠加；将若干废旧轮胎3串联进行固定的定位杆4，在优选实施例中设置的是四根，如图3所示，为了起到较佳的固定作用，定位杆4的直径大于或者等于10mm，选用的材料可以是钢筋，也可以是纤维增强复合材料（frp）筋，定位杆4在插设在废旧轮胎3圆环上时，其距离废旧轮胎3外侧边缘（扣除厚度）的距离大于或者等于35mm；

还需要说明的一点是，一般废旧轮胎3的空心内径尺寸是在250mm-1500mm之间，这个范围已经涵盖了常用工程用桩的直径范围。

第五步，起重设备将串联后的废旧轮胎3放置在沉管1内，调整位置；在进行下一步操作之前，沉管1的圆环状空心内可以放置绑扎成型的钢筋笼或者纤维增强复合材料（frp）筋笼，至于何时放置，是基于两种情况的，若是普通地基桩基础的桩需要放置，若是地基处理的桩则可以不设置。

第六步，再次启动振动机，对沉管1进行拔管操作，上拔速率为0.6m/min-1.5m/min，同时在沉管1圆环状的空心内浇筑砂石料或者水泥浆液或者混凝土或者流动的固化淤泥土；

第七步，沉管1彻底拔出后即可形成异形桩，匹配图5的四种废旧轮胎3组合方式，形成的异形桩如图6所示，6a中为类工形桩，6b中为等直径桩，6c中为扩底桩，6d中为带肋桩；

形成的异形桩充分利用了其横截面异形的效应，增加桩身与土层的接触面积，提高了异形侧壁的摩阻力，增强了其抗拔性能以及抗倾覆能力，从而提高了竖向承载能力和水平向承载能力；同时由于废旧轮胎3在异形桩的周围形成了径向约束力，起到了箍筋的作用，轮胎胎边在轴向也有约束作用，由于轮胎表面粗糙，增加了与土的摩擦力，结合定位杆4起到纵向钢筋作用，进一步提升了桩的承载能力。

第八步，待异形桩成桩24小时后，在地基表面开挖0.3m-0.5m深度的桩芯土和桩周土，在挖取形成的区域内浇筑混凝土形成桩盖板。

本申请巧妙的使用了废旧轮胎3作为异形桩的模板，充分利用其耐磨损、抗老化以及防震性能较佳的优势，不仅提高了桩体的承载力，还保证了其使用寿命，为资源的再利用做出了较大的贡献，适合大范围的推广。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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