[发明专利]一种碳纤维布袋现浇反拱曲面组合异形桩及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维布袋现浇反拱曲面组合异形桩及施工方法，特别涉及一种桩身上部为圆形、下部为反拱曲面形、桩身外侧设碳纤维布的组合异形桩，属于地基处理领域，适用于软土地区、欠固结土地区的地基处理工程。

背景技术

近年来，随着土地资源的日趋紧张，越来越多的工程项目需建设在含深厚软基、土体固结不充分、持力层埋深大的区域，这些区域的地基土体多存在诸多不利于工程建设的客观条件，如沉降变形量大、地基承载能力低等等。另外，由于软土地基具有“三高三低”的特性，在上覆荷载作用下，桩周土层下沉量往往会大于桩身下沉量，从而在桩长范围内产生桩周负摩阻力，可能将造成桩身破坏、桩端地基屈服或破坏等问题。对此，为改善地基处理的效果，一些学者和工程研究人员在地基处理方面进行了有针对性的研究。

目前，在软土地区的地基处理时，往往考虑采用排水固结法、摩擦型桩法等处理方法。其中，排水固结法是先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用上部荷载对场地进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。摩擦型桩是主要依靠桩侧土的摩阻力支撑垂直荷载的地基加固方式，摩擦型桩是在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计。

近年来异形桩在软土地基工程应用中被逐步推广，其中较常见的有反拱曲面Y、X形桩，该桩体改变了桩“非圆即方”的传统理念，具有向里凹的反拱曲面。根据等截面异形周边扩大原理，如Y形桩与同面积圆形桩相比，周长为其1.5倍左右，因此具有更大的桩侧摩阻力和更高的水平承载性能。同时，反拱曲面桩相比传统现浇桩型，浇筑混凝土充盈或过度充盈后其侧表面周长相对削弱较小，对桩侧摩阻力削弱相应的有所减少。

反拱曲面异形桩虽具有良好的力学特性，但由于桩身部分区域相对较薄，其抗腐蚀性能较差，并且桩体受弯后易产生裂缝，加剧腐蚀破坏，甚至危及内部配筋。目前已有采用外套塑料套管保护反拱曲面桩体的相关技术，但塑料套管与混凝土粘结力不能抵抗导致混凝土开裂的应力，即便采用波纹塑料套管，也无法有效阻止桩体混凝土开裂，塑料套管主要起到的是隔绝作用，防止地下水侵蚀混凝土。                                                

综上所述，现有研究成果在适宜的工程条件下取得了良好的加固效果，如异形桩可改善桩体的受力性能、布袋施工快速等，但仍存一定不足，主要体现在异形桩的耐久性较差，抵抗负摩阻力破坏的能力不足，桩身薄弱处易损坏，施工工艺复杂等方面。鉴于此，基于当前工程的实际需要，目前亟待发明一种可调节桩周土体不同摩阻力对桩体承载力产生的影响、耐久性好、抗裂性能强的新型桩体结构及施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种施工工艺简单、桩体承载能力高、桩身抗裂性能好、造价低、兼具排水固结作用的碳纤维布袋现浇反拱曲面组合异形桩结构及施工方法。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种碳纤维布袋现浇反拱曲面组合异形桩，其特征在于所述组合异形桩的桩顶设有现浇盖板，上部为圆形桩身，下部为反拱曲面桩身，桩底设异形预制桩尖；桩身外侧包裹碳纤维布袋，组合异形桩顶部设置有带加劲板的钢套管；圆形桩身外侧与桩周土体之间的空腔内填充有竖向排水体，桩顶现浇盖板内预设有与竖向排水体连通的竖向排水管；异形预制桩尖与反拱曲面桩身形状相似，上表面设有碳纤维布袋连接台、沉管限位孔。

所述圆形桩身的配筋量和混凝土强度相较于反拱曲面桩身有所提高，长度根据现场情况调整。

反拱曲面桩身横截面为X形或Y形，截面形心与圆形桩身的圆心重合。

所述碳纤维布袋具有隔水性能，形状与反拱曲面组合异形桩相同，转折处内衬薄橡胶垫片缝合加强。

竖向排水体为碎石或中粗砂，竖向排水体所填充的孔道为异形预制桩尖下压形成的反拱曲面空腔被圆形桩身填充后剩余部分空腔。

所述钢套管设于圆形桩身的上端部，其外侧沿环向布设加劲板，加劲板为直角梯形钢板，底边与钢套管焊接，直角边高出钢套管上边缘。

碳纤维布袋现浇反拱曲面组合异形桩的施工方法，主要包括以下步骤：

1）施工准备：根据设计要求制作所需沉管、钢套管及异形预制桩尖，缝合碳纤维布袋；场地清平，机械行走轨道铺设，机械进场；

2）装置组合：将异形预制桩尖与钢沉管连接，钢套管与钢沉管之间焊接数根钢筋定位；碳纤维布袋下部连接至预制桩尖上，上部与钢套管连接，碳纤维布袋整体保持绷直状态；