[发明专利]利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法

说明书

本发明公开了一种利用桩周钢‑碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法。本发明将筒结构的筒壁穿过桩身安装至地基土顶面，往内填筑碎砂石料，再对桩基施加水平外力使桩身发生位移，此时桩身倾斜侧下方土层受到压缩产生变形，从而使另一侧桩身与筒体底板接触的部分脱离，产生空隙，筒型基础内部填筑的砂石料可从空隙漏至地基土中。同理，从桩身其余侧进行加载可使其余侧土体也受到同样作用。在打桩的过程中重复上述步骤，可实现碎砂石置换浅部不良地基土，提升桩基水平抗力。本发明所提出的基础形式兼具单桩基础有效控制竖向位移与筒型基础效控制水平向位移的优势，提高了基础的水平承载力及抗弯承载力，特别适用于海上风机等受力复杂构筑物的基础。

技术领域

本发明涉及一种利用桩周附加钢-碎砂石筒体结构从而提升桩基水平承载力的方法，运用领域为桩基承载领域。

背景技术

近年来，随着近海结构物的不断兴建，海上风电固定式基础类型逐渐增多，主要有单桩基础、高桩承台基础、导管架基础、重力式基础和复合筒基础，桩身出露地表较多的单桩结构由于形式简单最为常用。为承受基础上部的风电结构自重等竖向荷载，此类单桩基础往往高达几十米以上，其通常直径较大且为钢桩，桩体入土较深，竖向承载力通常易满足要求。

由于海上风电结构基础在使用过程中常常受到波浪或风荷载作用，刚性短桩在极限荷载作用下桩身发生转动，需要承受较大的水平荷载和倾覆力矩，这就要求单桩基础应具有足够大的水平承载能力才能保证上部风机的安全运行。目前我国近海区域较大部分是淤泥、粉质黏土等软弱地基，无法满足受荷较大时的地基承载力和基础变形要求，单桩结构易出现较大的水平位移及桩身转角。此时，单桩基础往往需要增大其直径或者将桩打至持力能力较好的土层以抵抗较大水平荷载作用。但如果过度增大单桩基础尺寸，不仅增加了材料用量，影响造价，并且在基础安装时也会受到施工设备的限制，在具体施工上也存在一定困难。

发明内容

针对我国近海软土地质条件差及普通单桩基础无法较好承受水平荷载的弊端，本发明拟设计提出一种在单桩与地表相接处增设一钢-碎砂石筒体结构的方法与施工技术。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种利用桩周钢-碎砂石筒结构提升桩基水平承载力的方法，其步骤如下：

S1：将预制的钢筒构件运至预定的单桩基础打桩位置，所述钢筒构件为一个具有中空内腔的钢制筒状壳体，其顶盖和底板分别开设有同轴的顶部预留孔和底部预留孔，且顶部预留孔和底部预留孔的孔径均大于单桩基础的外径；所述顶盖上还设有用于向中空内腔内填充碎砂石材料的填筑孔；

S2：将单桩基础初步打入预定桩位处的软弱地基中，然后将钢筒构件通过顶部预留孔和底部预留孔穿入单桩基础顶部，并借助单桩基础的导向作用穿过桩身缓慢沉放，直至底板到达软弱地基顶面处，沉放完成；

S3：待钢制筒状壳体沉放完成后，通过顶盖上预留的填筑孔往钢制筒状壳体的中空内腔中填充碎砂石材料，待碎砂石材料填筑密实后，形成环绕单桩基础的钢-碎砂石筒结构；

S4：在单桩基础的桩身一侧施加水平作用力，使桩身受到水平力作用绕着底部桩端发生倾斜摆动，通过桩身倾斜产生的位移使桩侧地基土体受到压缩，同时受荷侧桩身和底部预留孔之间的间隙扩大形成供碎砂石材料下落的空隙，碎砂石材料在自重下从空隙中落入地基土中，替代部分原始的桩侧土体；再重新对单桩基础的桩身施加水平作用力使桩身恢复未倾斜状态；

S5：然后针对桩身的其余侧，也按照与S4中相同的方法通过施加相应方向的水平作用力，使碎砂石材料进入受荷侧的地基土中，替代部分原始的桩侧土体；

S6：在单桩基础打桩过程中不断重复S4和S5，直至桩底到达预计深度且稳定后，使桩身侧部原始的软弱地基土被替换为碎砂石包裹；最后从填筑孔中向筒体内进行注浆，使整个钢筒构件与单桩基础浇筑成整体。

作为优选，所述的钢制筒状壳体、顶盖和底板均为钢材质，通过焊接形成整体结构。