[实用新型]一种节能型压力分散式水泥土抗浮桩的施工设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，特别涉及地基基础及地下构筑物抗浮桩施工设备。

背景技术

随着城市建设、交通工程的高速发展，地下空间的开发与利用发展已成趋势。随之而来，由地下水产生的浮力对地下结构的影响尤为突出，当地下结构埋深越大，则由地下水产生的浮力则越高。地下水压力对地下结构的作用主要表现在：地下室底板隆起，地下室漏水直到底板破坏；地下建筑物整体的不均匀浮起，会引起梁柱结点处开裂、底板开裂以及建筑物的倾斜等。为了满足这种基础受力平衡的需要，目前一般采用抗浮桩技术或增加建筑物配重等形式来解决，其中的抗浮桩在地下建筑工程中的使用较普遍，抗浮桩作为桩基础中的一种，目前越来越被工程界重视。通过抗浮桩产生的抗浮力来抵消地下水对地下结构产生的上浮力。抗浮桩经过几十年的发展，涌现出了多种抗浮桩体结构形式，从等截面钻孔灌注桩到预应力抗浮桩和变径抗浮桩等等。

对抗浮桩的要求主要集中在以下二点：

(1)如何提高抗浮桩的抗浮力和降低工程造价？

(2)抗浮桩体的耐久性问题如何解决？

传统的钢筋混凝土桩(包括钻孔灌注桩和预制桩(方桩和管桩))，均为承压桩型，抗压强度高，能起到很好的抗压效果，但把钢筋混凝土桩作为抗浮桩使用时，则暴露了钢筋混凝土桩的诸多不足之处。首先，混凝土的抗拉强度比其抗压强度要低得多，抗拉强度仅为抗压强度的1/18到1/9。桩身混凝土在拉伸作用下会产生裂缝，随着裂缝的逐步扩大，混凝土退出工作，全部拉力主要由钢筋承受。由于抗浮桩处于地下，混凝土的开裂必然会引起钢筋受水和化学有害物质的侵蚀，从而影响了抗浮桩的耐久性；如果要控制裂缝的宽度，则需大幅提高其配筋率，必然导致工程造价的大幅提高；其二，抗浮桩的抗浮力是通过桩体与桩侧土体的摩擦力提供的，钢筋混凝土桩虽然桩身具有较高强度，但桩侧摩阻力并不因桩身强度的提高而提高，尤其在软土地区，钢筋混凝土灌注桩的桩侧摩阻力由于存在护壁泥浆则更低。也就是说，钢筋混凝土桩身强度不能充分发挥，造成了材料强度浪费，使工程造价提高。

对于预应力管桩和方桩，虽然工程造价较低，但由于预应力筋的耐久性问题及施工过程中会产生混凝土裂缝而逐渐退出了抗浮桩的应用领域。

对于土体锚杆或锚索，具有工程造价低的优点，但由于灌浆体的裂缝对抗拔筋体的耐久性防护不可靠，还有施工工艺的不完善，导致在抗浮桩领域中难以推广。

基于目前常用抗浮桩所存在的问题，工程界急需要研发一种新型的抗浮桩，即能提供足够的抗浮力，又能解决桩体耐久性和使用寿命问题。

要解决抗拔筋体(钢筋或钢绞线)的耐久性问题，必须要调查清楚他们在工作环境中的锈蚀情况。为此，我们检索了日本钢管桩协会出版的《鋼管杭-その設計と施工》一书，从该书中列出了大量对钢管桩在土中的锈蚀情况调查结果，下面引用的数据来自于日本建设省土木研究所的调查研究结果：

调查对象是幸谷桥的钢管桩，具体情况如下：

钢管桩外径486mm、壁厚16mm、9mm。

1958年10～11月施工，经过17年后拔出，进行锈蚀调查，调查结果如表1所示。从表中可见：

(1)大气中涂膜损坏部分锈蚀显著；表层土中部分锈蚀；细砂层中除全面锈蚀外有局部锈蚀，到淤泥夹砂层中局部锈蚀更多；从粘土夹淤泥层以下几乎没有锈蚀；

(2)在土中锈蚀速度总平均为0.007mm/年；

(3)锈蚀速度表层部位明显大于深层部位；同在表层，淤泥夹砂大于细砂；

(4)锈蚀速度最大部位平均不过0.024mm/年，2mm的壁厚可耐锈蚀80年。

日本土质工学会对钢材在土层中的锈蚀情况也进行了调查，对各种土质条件下的钢桩进行锈蚀试验，从1962年到1966年，在日本10个地方设置了126根钢桩，桩的断面为L型，桩长约15m。然后分别在打设后的第二年、第五年、第十年各拔出42根，进行锈蚀状况观察和板厚减少量的测定，其调查结果如表2所示。

从表2的调查结果可以作出如下判断：

(1)除接近地表部分外，经过10年的桩表面几乎保持原状；

(2)各地10年总平均腐蚀速度(两面)为0.0106mm/年，单面为0.0053mm/年，最大值为0.0297mm/年；

(3)腐蚀速度随年数增加而减少；

(4)推荐设计用腐蚀速度为0.02mm/年。

表1不同位置的钢管桩锈蚀结果

表2不同地区不同地层中钢管桩锈蚀结果