[实用新型]自平衡下沉大直径管桩

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种沉入桩，属于土木工程深基础工程中的桩基工程领域。

背景技术

在土木工程深基础施工中，现有的深基础类型主要有桩基基础和沉井基础，桩基础有沉入桩和灌注桩（现浇桩）两大类。

1）沉入桩

含预制混凝土矩形桩（边长250～500㎜）、预应力混凝土管桩（Φ400㎜～550㎜）、和由日本引进的PHC桩（预应力高强混凝土管桩、直径800㎜～1200㎜）及大型管柱（直径1550㎜～5800㎜）。钢桩有型钢桩和钢管桩（最大直径1000㎜～1200㎜）。

沉入桩的工艺路线是靠锤击、强力振动、射水冲沉和管腔内除土等方法，突破桩的侧摩阻和端阻、使桩下沉到持力层或预定深度。因其锤击、强力振动噪声对环境影响，在城镇及其附近已很少使用；只有Φ400㎜～550㎜预应力管桩和PHC桩，在沿海软土地区还在应用。钢桩因耗钢量大、本来就很少应用，目前只有在部分成桩困难或特殊要求下在需较强穿透力的地层还有应用。

振动下沉管柱由1957年武汉长江大桥成功使用Φ1550mm混凝土管柱后，在深水桥梁基础中发展较快。由武汉长江大桥Φ1550mm混凝土管柱到南京长江大桥Φ3600mm预应力混凝土管柱到赣江大桥直径Φ5800㎜最大直径管柱。但由于管柱下沉靠施加强大振动力、其振动力要求大于2倍的管柱重力，使振动沉桩机功率太大，受振动力制约管柱的长度和直径都不可能再大，同时因振动力对周边建筑物（如护岸等）和管柱本身损伤等影响，目前已很少使用。

钻孔沉埋空心桩近十多年来在河南、湖南等地试用，其途径是先成孔、后分节沉入管桩、最后环形间隙填石压浆成桩。受钻孔制约其最大直径在3m左右，环形间隙填石压浆与空心桩壳结成一体，其质量可靠性和稳定性受多种因素影响，尚待进一步探索，多年来只在湖南常德澧水大桥等几座桥梁试用、未见推广。

2）钻孔灌注桩

其方法是先成孔、后灌注混凝土成桩。近30年来在施工工艺、机械设备及检测技术等方面都取得了长足进展，直径2.5m～3m、桩长超过100m的大直径超长桩成功使用，在深基础中显示强大优势，成为桥梁基础中的首选形式。

钻孔桩由于成孔设备及围岩稳定、达到桩径2.5m～3m、最大4m，已经做了很大努力，桩径再增大、难度很大。

由于桩径增大、使空心管桩倍受关注，钻孔桩空心成桩问题始终没有突破。

钻孔桩受桩径制约，大中跨桥梁的桩基只能采用群桩承台的结构形式，群桩在轴力、弯矩荷载作用下、单桩承载力极不均匀，其最大、最小值之比达到3～4，甚至出现负值（一侧桩受压、另一侧桩受拉）既增大了桩长、更增加基础圬工量。钻孔桩在深水和很厚的湖海相沉积软土覆盖层中，都需设置很长的护筒；如海湾大桥Φ2.5m～2.8m、长125m桩基中、护筒长45m，南京长江二桥护筒长42m，舟山连岛工程桩长110m、护筒长45m～60m，有些长桩永久性钢护筒已接近桩长的1/2～1/3；再加上钻孔桩先天存在的泥浆中灌注混凝土成桩，混凝土强度的稳定性、可靠度低及桩侧阻、端阻的降低和钻孔排污问题都少有突破，这些都制约了钻孔桩的发展。

2　沉井基础

一般用于入土较深、荷载很大的大型深基础。其沉入主要靠自重克服井壁摩阻、井内全断面除土降低端阻下沉。因之壁厚受自重和沉入阻抗制约，井壁较厚。

壁厚t≥τ_P/γ_C(τ_P井壁摩阻力、γ_C混凝土容重)

排水下沉时（设τ_P=35KN/㎡、γ_C=25KN/m³)，t≥35KN/㎡／25KN/m³=1.4m；

水中或不排水下沉时（τ_p=35KN/㎡、γ′_C=15KN/m³）,t≥35KN/㎡／１5KN/m³=2.3m；

在跨径100m以下的桥梁，桥墩桩基竖向荷载在15000KN以下，直径Φ3m～8m沉井采用壁厚1.5m～2.5m,圬工量太大。

总之、从上述深基础施工工艺路线看都是靠自重和外加动力作功，如錘击、强力振动、射水及井内除土等克服桩侧摩阻和端阻、使桩或沉井下沉或直接钻孔埋置到预定的持力层和深度，建成深基础。

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