[发明专利]一种空心钻孔灌注桩及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域的一种基础形式，尤其涉及用于建筑工程和桥梁工程的大直径钻孔灌注桩基础。

背景技术

钻孔灌注桩基础作为一种常见的基础形式，因为施工工艺简单成熟，且适用于各种地质条件，因此被广泛应用于各类桥梁工程、建筑工程和水利工程等各个领域。 

通过对钻孔灌注桩的受力分析可知，桩基以承受垂直压力荷载为主，水平荷载为辅，桥梁工程水平荷载刹车制动力、风荷载和其他偶然荷载；建筑工程和水利工程水平荷载主要为风荷载、流体水平压力荷载等。桩基承受的水平荷载，因为上部土体和抗力作用，水平力作用效应自上而下逐步衰减。桩基的布筋主要考虑承担水平荷载为主，所以桩基的布筋也是上面三分之一桩长的布筋较多，中间三分之一桩长布筋减半，下部三分之一桩长一般不作布筋考虑。

为增加钻孔灌注桩的承载力，设计单位一般根据地质勘察报告中各土层的力学参数，按照设计规范的计算规则，通过增大桩基直径或增加桩长来实现。但桩径的增大和桩长的增加同时也会导致桩基本身重量的增加，无形中增加自重荷载而冲减部分承载能力。所以，传统的钻孔灌注桩存在自重较大，部分承载能力被冲减的不足。如何通过减少桩基的自重来提高桩基承载力，是一个值得研究的课题，前人对这个问题也曾经进行过无数次的探讨，但都因实施难度大而没有得到广泛应用，至今这个难题都没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是针对现有钻孔灌注桩承载能力方面存在的不足，提供一种能够减轻桩体的自重、提高桩基的有效承载力的新型空心钻孔灌注桩及其施工方法。

本发明通过以下技术方案实现：

首先给出空心钻孔灌注桩的结构，包括实体桩身以及其内的钢筋笼，其特征在于：所述实体桩身内设有空心体，所述实体桩身的设计桩长不小于30米，所述实体桩身的直径不小于2.0米；所述的空心体的长度为2/3设计桩长减去10米，且空心体顶面位于桩顶设计标高以下1/3设计桩长加上5米处。

上述结构进一步优选为：

所述空心体直径比实体桩身直径小1.0米。

所述空心体底部呈圆锥形。

所述空心体为聚合物纤维空心体或HPDE空心体。

接着给出上述空心钻孔灌注桩的施工方法，包括以下步骤：

首先进行钻孔，成孔后进行清孔，安装钢筋笼，然后浇筑桩身混凝土到计算方量和预定高程；

其次在桩身混凝土初凝前进行空心体下压安装，具体步骤为：

第一步：先用钻机起重龙头吊装空心体定位至桩身混凝土的顶部；

第二步：用钻机起重龙头吊安振动打桩机；

第三步：在振动打桩机底部用连接头连接第一节钻杆导杆，钻杆导杆底部安装空心体套装帽；

第四步：下放振动打桩机至空心体套装帽与空心体顶部吻合，先用振动打桩机的自重下压空心体；

第五步：然后开动振动打桩机振动下压空心体，当第一节钻杆导杆下压至钻机平台时，提升振动打桩机，安装第二节钻杆导杆，然后继续振动下压，如此循环进行，直到把空心体下放至设计位置为止；

第六步：空心体下压到设计位置后，振动打桩机停止振动；然后拆除空心体套装帽、各节钻杆导杆以及振动打桩机；

最后空心体安装完成后，用测绳复测安装空心体以后的桩顶混凝土面高程，满足规范和设计要求后，移动钻机到下一个孔位继续进行桩基施工。

上述施工方法可进一步改进为：

所述的振动打桩机停止振动后，稳压10分钟，将钻杆导杆上提20cm，2分钟内观察空心体是否上浮，如果上浮，则将空心体再次下压后重复稳压操作。

所述的桩身混凝土为高效缓凝水下混凝土，且保证从桩身混凝土灌注开始到空心体下放到位的总时间控制在桩身混凝土初凝时间以内。

在桩身混凝土中植入空心体后，植入空心体后的桩顶混凝土高程比设计高程高出不小于0.5米。

本发明的空心钻孔灌注桩是利用钻机本身的起重装置，吊着震动锤，用钻杆作为导杆，将空心体振动下沉到指定位置，与现有的实心钻孔灌注桩相比，具有以下显著优点：

1、在桩端承压和桩壁侧摩阻力不变的前提下，通过减轻桩基本身的自重，来提高桩基的总体承载力。

2、空心体的植入，节省桩基混凝土用量，有利于节约资源，符合国家节能环保的政策发展方向。

3、空心体可以采用工厂定制的方式，加工精度高，成本较低。

4、振动下压空心体时，振动打桩机的振动作用使得已经浇筑的桩身混凝土更加密实。