[发明专利]一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，属于建筑用钢管桩基础领域。 

背景技术

桩基础是一种传统的基础类型，但在桩基础的使用中仍然存在一些不容忽视的问题，如桩基负摩阻力问题。当桩体与桩周土产生相对位移时，桩侧就会产生摩阻力。一般情况下，桩沉降大于土体沉降，摩阻力为正；对于穿越高压缩性土层的桩基础，在土表超载等因素作用下，土体沉降大于桩沉降后，将产生桩侧负摩阻力。桩基础在负摩阻力作用下将导致桩身轴力、桩基沉降增加，严重时造成桩身强度破坏、桩端持力层破坏以及上部结构不均匀沉降破坏等严重后果。由于钢管桩具有刚性好、运输便利和易于打入、接长、切割施工等优点，使用十分普遍，因此钢管桩的负摩阻力问题也十分常见。 

目前对于钢管桩负摩阻力消减方法主要有沥青涂层法、套管法，这类方法只是关注于减少软弱土层对桩侧壁的作用。此外，沥青材料本身的化学成分在地下长期使用过程中容易对地下水造成污染，并且沥青涂层对减小负摩阻力影响的效果受温度、时间等因素影响明显；套管法对桩基施工工艺要求较高，材料消耗多，实际工程运用并不广泛。 

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，本变直径钢管组合桩能有效降低负摩阻力、增强桩基水平及竖向承载性能，解决了软弱土层表面堆载引发的建筑物钢管桩负摩阻力问题并兼顾桩基承载性能优化；同时本发明能避免破坏环境，更加符合环保观念。 

一种减少负摩阻力的变直径钢管组合桩，包括大直径钢管桩和小直径钢管桩，小直径钢管桩的中部外壁设有变径套管，变径套管为从中上部向着上下两端直径逐渐变小的套管，小直径钢管桩的下部四周通过若干个四边形肋板与大直径钢管桩内壁连接固定。

所述的变径套管内设置有水平的加强板，加强板将变径套管顶起，变径套管从加强板的外端分别向着上、下延伸并靠近小直径钢管桩，变径套管的上、下两端分别与小直径钢管桩固定连接，位于加强板下面的变径套管长度大于加强板上面的变径套管的长度。为实现减少负摩阻力作用的目的，位于加强板下面的变径套管长度大于加强板上面的变径套管的长度，变径套管的直径从顶端过渡到中间的最大直径，如果加强板上面的变径套管的长度过大，反而增强负摩阻力作用。 

所述的小直径钢管桩的上部四周设有扩大顶筒。 

所述的大直径钢管桩的顶端四周设置有水平向外延伸的增强环，增强环的末端设有向上的围挡，增强环的底部设有贴紧在大直径钢管桩外壁的大三角肋板。 

所述的大直径钢管桩的垂直上方对接着打桩套管，打桩套管的顶部高于小直径钢管桩的顶部。 

所述的打桩套管的底部外壁设有梯形肋板，梯形肋板位于围挡内。 

所述的大直径钢管桩的顶端内壁设有下钢环，打桩套管的底部内壁设有上钢环，下钢环与上钢环垂直对接。 

所述的小直径钢管桩的底部内壁设置有上下两块底板，两块底板位置分别与四边行肋板靠小直径钢管桩外壁侧的上下端平齐，小直径钢管桩内壁设置有小三角肋板，小三角肋板位于小直径钢管桩内壁的上底板的上方。 

所述的扩大顶筒内水平设置有一个以上连接到小直径钢管桩的隔板。 

所述的扩大顶筒的顶部、底部和中部分别设置有隔板，隔板水平连接固定扩大顶筒和小直径钢管桩。 

本发明，固定在土壤中使用时，大直径钢管桩位于土壤持力层，变径套管位于土壤软弱土层中部以下，扩大顶筒的顶部与土壤土表平齐。 

    变直径钢管组合桩被打入桩基中，将打桩套管拆卸下来移除，本发明较传统的不变直径的大直径钢管桩有以下有益效果： 

1. 相比普通不变直径的大直径钢管桩，本发明采用在大直径钢管桩上方设小直径钢管桩，小直径钢管桩显著减少软弱土层上部与本发明的接触面积；小直径钢管桩外侧在负摩阻力作用较大的软弱土层中、下部设置变径套管，变径套管从加强板处向下，外径逐渐变小，能将本发明周围下沉后的土壤与变径套管外壁有效脱离；打桩套筒的移除令本发明由挤土桩变为非挤土桩，加上大直径钢管桩和小直径钢管桩连接处的透空设置，能令本发明周围的土壤发生松弛。通过以上三项有益措施，进而使本发明较普通桩基能大幅减少负摩阻力作用。

2. 桩基的水平承载性能主要由浅层土所控制，本发明在小直径钢管桩顶部设置了扩大顶筒，通过增大本发明与浅层土接触面积，令小直径钢管桩能实现较好的水平承载性能。相比普通桩基，该项措施通过局部优化的方法，节省了材料使用，同时确保了本发明具有良好的水平承载性能。