[发明专利]大直径环状搅拌成槽后植入预制桶状基础结构及其施工方法和装置

说明书

本发明公开了一种大直径环状搅拌成槽后植入预制桶状基础结构及其施工方法和装置，属于地基基础领域。该基础结构包括若干水泥搅拌桩和一个大直径预制圆环形管桩。所有的水泥搅拌桩在地平面上沿圆环形排列，且相邻的水泥搅拌桩相互咬合衔接，在水泥未完全凝固前可以形成首尾相接的圆环形的松软地下连续槽；地下连续槽中垂直地面插有混凝土制成的预制圆环形管桩；预制圆环形管桩内外侧壁与搅拌桩通过填充水泥土紧密结合，水泥凝固后形成封闭的整体不透水桶状基础。本发明还对现有的搅拌桩机进行改良，改良后的搅拌钻孔搅拌装置能够在软土地基中形成大直径的环形松软地下连续槽。本发明的基础结构能极大发挥闭合范围内土体的承载作用，弥补了传统预制管桩直径小、承载力低的缺陷，同时由于横截面积较大，相对于单桩基础有较好的抗震性能。

技术领域

本发明属于地基基础领域，具体涉及一种大直径环状搅拌成槽后植入预制桶状基础结构及其施工方法和装置。

背景技术

目前在建筑行业中应用最为广泛的两种桩基础为预制管桩和钻孔灌注桩。其中，预制管桩基础直径较小，单桩承载力较低，一般在400-500KN范围内，大直径的预制管桩由于施工设备要求较高而较为少见。为了能够提高预制管桩基础的承载力，不得不增加管桩的打设深度，由此又带来不易压桩、断桩，或打桩时产生巨大的施工噪音等问题。钻孔灌注桩直径较大，承载力较高，一般在1000-2000KN范围，但其施工所需工期较长，施工费用高，施工质量不易控制，混凝土现场浇筑时容易出现离析、缩颈以及桩底沉渣厚等问题。因此，目前的两种常见桩型均不易实现大直径高承载力的要求，各自存在一定的缺陷。

现有的单(三)轴搅拌桩机的所有钻杆均为主动钻杆(驱动轴)，即钻杆直接与电机相连在对软弱地基土进行钻孔时，只能钻出直径较小的单一圆槽，而无法形成大直径的环形土槽，因此现有的单(三)轴搅拌桩机的应用有一定限制。

为此，结合已有桩基的特点，设计出一种大直径环形预制桶状基础及施工方法，能够实现大直径高承载力要求的桶状基础，可以从以下三方面考虑：

第一，为了提高地基承载力，需要改善基础与地基土的相互作用，尽量发挥土体自身的承载作用，从而在不增加建筑材料的前提下提高地基承载力。以往的桩基础，桩间土发挥的承载作用极为有限，主要原因在于土体在受到挤压受容易侧向变形，如果能够将土体封闭在基础内部，将极大提高桩间土的承载作用，同时减少土体沉降。

第二，大直径预制管桩一般难以打(压)入地基中，是由于打设过程中所受到的阻力太大，如果能够在桩基打设前对地基进行预处理，形成松软边界，将会有利于大直径预制桩基的施工过程。

第三，单轴搅拌桩机或三轴搅拌桩机可对地基土体进行预处理，可将地基土体搅拌松软，并同时可喷射水泥，与土体混合，能够提高土体的抗渗性能和承载性能。然而，两者均无法形成尺寸特定的松软边界。通过增加钻头的方式，对已有单轴搅拌桩机进行适当改进，可产生大直径的环状环形土槽。

发明内容

考虑到地基土的承载作用发挥得不够，可以通过封闭土体来提高地基整体承载力，设计了一种大直径环形封闭桶状基础；同时，考虑到大直径基础不易进入地基土体中，因此设计了一种产生环状封闭松软土边界的施工装置和施工方法。本发明的目的就在于解决现有的地基基础承载力不足、施工不便的缺陷，并提供一种搅拌成槽插入式预制组合箱基础结构。

本发明解决具体技术问题采用的技术方案是：

一种大直径环状搅拌成槽后植入预制桶状基础结构，其包括若干个嵌入地基中的搅拌桩，所有的搅拌桩在地平面上沿圆环形排列，且相邻的搅拌桩相互咬合衔接，形成首尾相接的圆环形的地下连续槽结构；所述的地下连续槽结构中垂直地面插有混凝土制成的预制圆环形管桩，且预制圆环形管桩的内径大于地下连续槽结构的内径，预制圆环形管桩的外径小于地下连续槽结构的外径；所述预制圆环形管桩内外侧壁与搅拌桩边界通过填充水泥土紧密结合。

本发明中的预制圆环形管桩，是指预先在工厂中制好的管桩，且管桩的横截面为圆环形。