一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程桩基领域，尤其是一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构及施工方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

桩基作为地下工程常用的基础结构，通常面临各种地质环境。对于深厚填土场地，填土往往难以压实紧密，存在固结沉降现象。填土固结导致桩基承担较大的负摩阻力，引起桩基承载能力降低。对此，降低填土地层对桩基的负摩阻力对桩基及上部结构安全具有重要意义。

为了降低填土固结影响，现有技术中有公开减弱桩基负摩阻力的复合桩结构，该装置在桩基上设置了内外套筒，通过套筒的相对滑动，降低了填土固结对桩体的影响。

发明人发现，上述的方法对负摩阻力减弱效果不明显，影响到桩基的稳定性；并且在桩体投入使用后，套筒与桩体依旧处于分离状态，套筒会继续发生沉降，内、外套筒相互接触的摩擦力仍会作用到桩体，容易引起桩基发生沉降，影响到建筑物的稳定性，不利于桩基的长期性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，有效降低土体固结对桩体沉降的影响。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，包括灌注桩，灌注桩的顶部连接有预制桩，预制桩的环向套有环形的第一构件，预制桩外表面设置至少一处第一凹部，每一第一凹部均设置第一齿状轨道，第一齿状轨道沿着预制桩的高度方向设置，第一构件内表面设置第二凹部，第二凹部内设置第二齿状轨道，第一齿状轨道与第二齿状轨道相对设置，第一齿状轨道与第二齿状轨道之间契合支撑若干齿状部件，预制桩活动支撑齿状部件，齿状部件相对于预制桩可转动，通过齿状部件将第一构件所受的负摩阻力传导至预制桩。

如上所述的复合桩结构，灌注桩与预制桩连接，灌注桩受持力土层的正摩阻力可对上半段桩身受到的负摩阻力起到部分抵消作用；而预制桩的环向设置第一构件，二者之间通过第一齿状轨道与第二齿状轨道契合支撑齿状部件，实现错动传动力形式，利用齿状部件的转动效应将土体固结产生的桩侧向下的负摩阻力转化为预制桩和灌注桩向上的支撑力，进一步减弱负摩阻力，保证复合桩结构的可靠性和长期性能。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述第一齿状轨道的长度与所述第一凹部的长度一致，第一齿状轨道的一端位于所述预制桩的顶端；

所述第一凹部的长度小于所述预制桩的高度，可有效避免齿状部件从第一齿状轨道脱出；

所述预制桩外表面设置有多处所述的第一凹部，多处第一凹部均匀布置于预制桩外表面，以保证预制桩受力是均匀的，能够使得预制桩周侧的沉降也是相对均匀的。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述第二齿状轨道的长度与所述第二凹部的长度一致，第二齿状轨道的一端位于所述第一构件的顶端；

所述第二凹部的长度小于所述第二构件的高度。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述预制桩为实心预制桩时，预制桩的高度方向预埋有若干第一注浆管，在预制桩成型过程中预先设置第一注浆管，方便后续注浆；

第一注浆管设置多个第一出口，部分第一出口位于所述预制桩的底部，部分第一出口位于预制桩底部的两侧，第一注浆管通过多个第一出口的设置，用于复合桩结构拼接后填充预制桩与灌注桩拼接产生的空隙，起到提高整体性防止产生应力薄弱区的作用。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述预制桩为环形预制桩时，预制桩内侧面设置若干第一注浆管，第一注浆管此时可放置于环形预制桩桩的中空处；

所述第一注浆管设置多个第一出口，部分第一出口位于所述预制桩的底部，部分第一出口位于预制桩底部的两侧，部分第一出口沿着预制桩的高度方向设置。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述第一构件内表面设置若干第三凹部，第三凹部内插入第二注浆管，通过第二注浆管向所述预制桩与第一构件之间的空间注入浆液；

沿着所述第一构件的高度方向，所述第二注浆管设置多个第二出口。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述第一构件包括多段金属板，多段金属板拼装成环形的第一构件，方便第一构件的运输，也便于现场的施工；

第一构件的高度低于所述预制桩的高度，利于预制桩底端与灌注桩顶端的连接。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述灌注桩顶端的环向设置护筒，预制桩的底端插入护筒内与所述灌注桩顶端的钢筋焊接连接；

所述第一构件底端与护筒顶端之间间隔距离设置，由此第一构件底端与护筒之间留有空间，为第一构件相对于预制桩发生沉降提供空间。

如上所述的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，所述齿状部件为齿状滚筒，齿状滚筒安装于连接轴，所述预制桩在所述第一凹部的两侧分别设置开口槽，开口槽通过轴承支撑连接轴的两端，由此保证齿状滚筒相对于预制桩的转动。

第二方面，本发明还提供了一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构的施工方法，包括如下内容：

在预制桩外表面第一凹部处加工第一齿状轨道，在第一构件外表面第二凹部处加工第二齿状轨道；

在每一第一齿状轨道处设置若干齿状部件，将第一构件套设于第一构件的环向；

在地基中放置钢筋笼，对灌注桩部分进行灌注施工；

吊装预制桩和第一构件，预制桩底端与灌注桩顶端连接，形成复合桩结构；

对复合桩结构的桩侧进行回填，土体固结引起第一构件下沉会带动齿状部件产生转动趋势，进而带动预制桩和灌注桩产生向上的支撑力；

地层静置设定时间，填土固结完成，复合桩结构投入使用。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明提供的复合桩结构，结构设置合理，灌注桩与预制桩连接，灌注桩受持力土层的正摩阻力可对上半段桩身受到的负摩阻力起到部分抵消作用；而预制桩的环向设置第一构件，二者之间通过第一齿状轨道与第二齿状轨道契合支撑齿状部件，实现错动传动力形式，利用齿状部件的转动效应将土体固结产生的桩侧向下的负摩阻力转化为预制桩和灌注桩向上的支撑力，保证复合桩结构的可靠性，可以提高复合桩结构的承载能力，并且减弱复合桩结构所受的负摩阻力影响。

2)本发明中第一构件内表面设置第三凹部，在土体固结后，通过第三凹部可插入第二注浆管，通过第二注浆管向预制桩与第一构件之间的空间注入浆液，使得第一构件与预制桩、灌注桩成为一体结构件，避免了土体固结后第一构件与预制桩之间产生的摩擦力，有利于保证复合桩结构的长期性能。

3)本发明中预制桩可预埋第一注浆管，或者在其内侧面可设置第一注浆管，通过第一注浆管可向预制桩底部和桩底的侧部注入浆液，有效填充灌注桩与预制桩之间的空隙，用于复合桩结构拼接后填充预制桩与灌注桩拼接产生的空隙，提高复合桩结构的整体性。

4)本发明中第一构件包括多段金属板，多段金属板方便第一构件的运输，也便于在现场进行拼装；第一构件底端与灌注桩顶端护筒之间预留有空间，为第一构件相对于预制桩发生沉降提供空间。

5)本发明提供的复合桩结构，施工步骤合理，先拼装预制桩和第一构件，再施工灌注桩，随后将预制桩与灌注桩连接，形成复合桩结构，回填土体后，在土体固结过程中会引起第一构件下沉，但在齿状部件的设置作用下，能够将第一构件所受的负摩阻力转变方向，并传导至预制桩桩侧，并产生向上的支撑力，由此降低土体固结造成复合桩下沉问题的出现。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构的示意图。

图2是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构第一构件剖开部分后的示意图。

图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构的纵向剖面图。

图4是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构的俯视图。

图5是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构中预制桩的示意图。

图6是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构中预制桩的俯视图。

图7是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构中第一构件的示意图。

图8是本发明根据一个或多个实施方式的一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构中第二注浆管的注浆区域示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.预制桩，2.灌注桩，3.第一齿状轨道，4.第一构件，5.齿状部件，6.第二齿状轨道，7.第一注浆管，8.第三凹部，9.第二注浆管，10.开口槽，11.注浆区域，12.护筒。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中复合桩结构存在负摩阻力无法减弱的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构。

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1、图2和图4所示，一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构，包括灌注桩2，灌注桩2的顶部连接有预制桩1，预制桩2的环向套有环形的第一构件4，预制桩1外表面设置至少一处第一凹部，每一第一凹部均设置第一齿状轨道3，第一齿状轨道3沿着预制桩1的高度方向设置，第一构件4内表面设置第二凹部，第二凹部内设置第二齿状轨道6，第一齿状轨道3与第二齿状轨道6相对设置，第一齿状轨道与第二齿状轨道之间契合支撑若干齿状部件5，预制桩活动支撑齿状部件5，齿状部件5相对于预制桩1可转动，通过齿状部件5将第一构件所受的负摩阻力传导至预制桩。

其中，需要说明地是，灌注桩2采用现有的灌注桩施工工艺进行施工，灌注桩与预制桩的总高度与单纯的灌注桩结构是相同的。

容易理解地是，参考图3所示，灌注桩2顶端环向施工有护筒12，护筒12为环形，护筒有设定的高度，护筒12的高度为灌注桩高度的1/10-1/7，环形护筒的内径与预制桩的直径适配，预制桩1的底部插入护筒设置，护筒12设置开口，以便于预制桩的底端插入护筒内与灌注桩顶端的钢筋焊接连接；

本实施例中，第一构件4底端与护筒12顶端之间间隔距离设置，由此第一构件底端与护筒12之间留有空间，为第一构件相对于预制桩发生沉降提供空间。

需要说明地是，预制桩1可为实心预制桩或者环形预制桩，在预制桩为实心预制桩时，预制桩具体为实心的混凝土桩；在预制桩为环形预制桩时，预制桩可为钢管桩；

而且，考虑到复合桩结构必免不了预制桩与灌注桩之间可能会产生间隙或突出等问题，在桩周土体作用下可能会导致此处桩体开裂或者桩周土体应力集中产生过大沉降等现象，预制桩1为实心预制桩时，预制桩1的高度方向预埋有多根第一注浆管，在预制桩成型过程中预先设置第一注浆管7，方便后续注浆；预制桩为环形预制桩时，参考图5和图6所示，预制桩1内侧面设置多根第一注浆管7，第一注浆管7此时可放置于环形预制桩桩的中空处，第一注浆管7可均匀布置于预制桩的环向。

具体地，在预制桩1为实心预制桩时，第一注浆管7设置多个第一出口，部分第一出口位于预制桩的底部，用于填充灌注桩与预制桩之间的间隙，部分第一出口位于预制桩底部的两侧，用于对灌注桩与预制桩连接处桩周土体进行注浆加固，第一注浆管7通过多个第一出口的设置，用于复合桩结构拼接后填充预制桩与灌注桩拼接产生的空隙，起到提高整体性防止产生应力薄弱区的作用；在预制桩为钢管桩时，第一注浆管7沿着预制桩的高度方向还设置有多个第一出口，除向预制桩的底部注浆外，还以向钢管桩的中心进行注浆。

参考图7所示，考虑到复合桩结构在投入正常使用后，齿状部件5的作用失效，活动的第一构件4会对预制桩1产生磨损和碰撞的问题，为此第一构件内表面设置若干第三凹部8，第三凹部8内插入第二注浆管9，通过第二注浆管9向预制桩1与第一构件4之间的空间注入浆液；沿着第一构件的高度方向，第二注浆管9设置多个第二出口，第二开口的设置密度大于第一开口的设置密度，通过高压后退式注浆方式，第二注浆管9通过第二出口，将浆液沿着第一构件与预制桩之间的缝隙喷出，并从第一构件的底端喷出，参考图8所示，形成环绕第一构件4与灌注桩2之间的注浆区域11，不仅实现复合桩结构的一体化，而且保证上下两段桩身接缝处土体的加固，提升复合桩结构的整体性，避免后续装置对复合桩结构的负面影响。

本实施例中，第一构件4具体为外套筒，第一构件4的内径与预制桩1的外径相适配，沿着第一构件的高度方向，第一构件4包括多段金属板，多段金属板拼装焊接成环形的第一构件4，方便第一构件的运输，也便于现场的施工；第一构件4的高度低于预制桩的高度，利于预制桩底端与灌注桩顶端的连接。

可以理解地是，第一齿状轨道3的长度与第一凹部的长度一致，第一齿状轨道3的一端位于预制桩的顶端；第一凹部的长度小于预制桩的高度，可有效避免齿状部件从第一齿状轨道脱出，优选地，为保证预制桩处受力均匀性，预制桩外表面设置至少两处第一凹部，多处第一凹部均匀设置于预制桩的侧部。

相应地，第二齿状轨道6的长度与第二凹部的长度一致，第二齿状轨道6的一端位于第一构件的顶端；第二凹部的长度小于第二构件的高度，第二凹部的深度小于第一凹部的深度。

本实施例中，齿状部件5为齿状滚筒，齿状滚筒纵向截面为齿轮状，第一齿状轨道3、第二齿状轨道6分别与齿状滚筒的形状适配，以与齿状滚筒分别啮合，齿状滚筒安装于连接轴，预制桩1在第一凹部的两侧分别设置开口槽10，开口槽10通过轴承支撑连接轴的两端，由此保证齿状滚筒相对于预制桩的转动，连接轴与轴承的连接处填充润滑材料，使第一构件的第二齿状轨道下沉时，齿状部件更易产生转动的趋势。

其中，一些示例中，沿着预制桩1的环向可设置四条或六条第一齿状轨道3对应，第二齿状轨道6同样为四条或六条，当然，第一齿状轨道3、第二齿状轨道6的数量还可以是其他的数量，第一齿状轨道与第二齿状轨道之间可设置6-20个齿状部件，每一处第一齿状轨道处的相邻两齿状部件之间间隔距离设置。

本实施例提供的复合桩结构，灌注桩与预制桩连接，灌注桩受持力土层的正摩阻力可对上半段桩身受到的负摩阻力起到部分抵消作用；而预制桩的环向设置第一构件，二者之间通过第一齿状轨道与第二齿状轨道契合支撑齿状部件，实现错动传动力形式，利用齿状部件的转动效应将土体固结产生的桩侧向下的负摩阻力转化为预制桩和灌注桩向上的支撑力，进一步减弱负摩阻力，保证复合桩结构的可靠性和长期性能。

本实施例还提供了一种能够减弱负摩阻力影响的复合桩结构的施工方法，包括如下内容：

在预制桩外表面第一凹部处加工第一齿状轨道，在第一构件外表面第二凹部处加工第二齿状轨道；

在每一第一齿状轨道处设置若干齿状部件，将第一构件套设于第一构件的环向；

在地基中放置钢筋笼，对灌注桩部分进行灌注施工；

吊装预制桩和第一构件，预制桩底端与灌注桩顶端连接，形成复合桩结构；

对复合桩结构的桩侧进行回填，土体固结引起第一构件下沉会带动齿状部件产生转动趋势，进而带动预制桩和灌注桩产生向上的支撑力；

地层静置设定时间如半年到一年后，填土固结完成，复合桩结构投入使用。

其中，需要说明地是，在预制桩为钢管桩时，通过第一注浆管向钢管桩内侧面注浆，注浆完成后，形成复合桩结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。