[发明专利]一种桩端土体加固系统

说明书

本发明公开的桩端土体加固系统，包括真空泵和多个加固单元，每个加固单元包括一根直立的预制管桩、一个桩头、一个排水单元、一个加热单元和一个温控单元，桩头固定连接在预制管桩的底端，每个排水单元包括一根管线和多块排水板，多块排水板设置在桩头上，管线的一端与真空泵相连，管线的另一端穿过预制管桩的内腔与多块排水板相通，加热单元设置在桩头的外侧，加热单元由温控单元控温，多个加固单元中的多个温控单元由安装在地表的配电箱供电，配电箱上安装有电源开关。该加固系统能够对桩端土体同时或分别进行真空预压加固和加热，快速提高桩端土层的承载力，增强桩基抗变形能力，尤其适用于深度在15～35m以上的深厚软土地基的预制桩基的加固。

技术领域

本发明涉及桩基技术领域，具体是一种桩端土体加固系统。

背景技术

我国东南沿海地区和内陆湖区广泛分布有深厚软土地基。软土地基上建（构）筑物的沉降控制一直是工程界的一大挑战。作为一种历史久远、承载力高、适用范围广的基础形式，桩基被广泛应用于土建各领域。我国常用的桩基可分为两大类，即预制桩和钻孔灌注桩。预制桩采用工业化生产，施工机械化程度高，符合国家大力提倡的装配式建筑工业化要求。为此，预制桩应用占比逐年增加。

预制桩具有桩身强度高、施工速度快、质量有保证、便于检测、造价低等优点。但是在 深厚软土地区，预制桩桩端无法达到硬土层，桩基承载力特性偏差，由此可能引发长期沉降 问题。我国制造业逐步迈向高精度高质量领域，这对于我国东南沿海地区厂房建设中桩基工 程沉降控制而言，提出了更高要求。在这样的工程背景下，能否有效解决预制桩基工程中出 现的长期沉降与不均匀沉降的问题，保证工业厂房对沉降的严格控制，是当前急需解决的问 题，也是十分具有工程前景和应用前途的一个问题。

预制桩在锤击或静压的施工过程中，会在桩周土体产生超静孔压，且孔压消散速度慢，易产生长期工后沉降，限制了其在沉降控制严格的工程中的应用。另外，深厚软土地区的桩周土体性质较差，其所能提供的侧摩阻力较小，桩基极限承载力往往由桩顶位移控制，桩身轴力较小，远未达到桩身强度，造成桩身材料浪费。将预制桩与排水固结相结合，是一种近年来提出的解决上述问题的方法。工程技术人员和学者们考虑到预制桩施工由于挤土效应，导致周围土体中产生超静孔隙水压力，影响桩基承载力和沉降特性，于是想到通过打设排水孔、设置塑料排水板、砂井等在桩体、桩周或桩间土增加竖向排水通道，加快超静孔隙水压力消散。由此提出了一种新型桩——排水预制桩。目前一种较为可行的桩基排水方法是改变桩身结构，使其自带排水通道。例如，李富荣等开发了一种自排水桩，包括预制桩体和砂衬，该预制桩体上段为不透水混凝土管，下段为透水混凝土管，透水混凝土管外围设有齿纹；预制桩体内设有贯通的排水通道；在透水混凝土管和齿纹上开有渗水孔；预制桩体外围为渗水砂衬。梁钰泽等提出一种刚性排水桩，即在预制混凝土管上设有轴向的通孔，预制透水混凝土管的立面上设有呈轴向的排水槽，软土层中的水通过透水膜进入排水槽中，通孔中的水再通过真空泵抽出。马鸿春等提出一种刚体排水桩及其正负压快速排水方法。梅国雄等提出透水管桩技术，即在桩身上开设透水孔，使得沉桩时桩周土体中的孔隙水可通过透水孔进入管桩内腔，从而加速超孔压的消散。透水管桩是通过加速超静孔隙水压力消散而减轻挤土效应的新型管桩工艺。在工艺的推广运用过程中，透水管桩由于开孔后的强度降低就成为亟待解决的问题。有学者使用透水混凝土作为材料，将其代替普通混凝土，提出透水混凝土桩，但研究表明，透水混凝土强度与透水程度成反比，且其强度普遍偏低，这导致其在沉桩时容易破坏，因此运用并不广泛。通过设置塑料排水板、袋装砂井等方式在桩间或桩周增加竖向排水通道，此举可以在一定程度上加快超静孔隙水压力消散，但是其缺点也很明显：首先是其排水通道并未设置在超静孔隙水压力最大处(桩侧)，且额外增加的施工工况既增加了成本，也延长了工期。利用碎石的透水性将其设置在桩周，在桩侧形成排水通道以加速排水，这些在桩侧设置排水通道的举措，其效果比之桩间排水具有明显优势，但是这些方法都需要额外设置排水通道，并需要额外的控制措施及施工工序。

为了提高现有深厚软土地基预制桩承载力不够的不足，本发明提出一种桩端土体加固系统，提高桩端土层的承载力，增强桩基抗变形能力。

发明内容