一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构和施工方法

技术领域

本发明属于珊瑚砂地质桩基基础技术领域，尤其是涉及一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构和施工方法。

背景技术

近年来，经济和社会的发展使得人们在追求建筑使用性能的基础上越来越重视建筑的质量，而随着高层建筑的不断增加，对于建筑基础的要求也越来越高，因而桩基础也得到了长足的发展。但是在实际施工中，仍旧存在诸多技术问题还需解决，由于浅部地层软弱，土体承载力较低，天然地基变形量大，因此荷载较大，对变形要求较严的建筑物，使对桩基的要求更严格，而一般的桩基在珊瑚砂等较软的地基下桩基易发生沉降，又由于地下土质的不了解，使桩基受塌陷后便遗弃，造成了浪费，不利于桩基的重新利用，而重新打孔，又需要昂贵的成本，不利于后续工作的开展，且坚固桩基的方法单一，不利于处理多种情况，单一的注浆方法不利于多种情况下的问题的解决，对于不同的地形，同一种桩基的注浆方法不一样导致结果不一样，不利于桩基的稳固。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种在珊瑚砂地基上的桩基结构和施工方法，此桩基结构操作简单且便于开展实施实验，可以达到施工标准，可以有效的解决桩基在珊瑚砂地基上的沉降问题，有利于桩基上部结构的稳定，保证了上层建筑物的安全施工。该结构通过多种方法增强桩端的摩擦阻力，也使用了不同的施工方法，该方法在增大桩基在珊瑚砂上面的稳定性的同时节约了很大成本，同时由于是预制桩和机械化施工，极大的缩减了工程的施工时间。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构，它包括预制桩主体，所述预制桩主体是由多根分开的小桩组合而成的预制桩；所述预制桩主体的中间部位设置为中空结构，中空结构用于向珊瑚砂中打入预制桩主体时，向中空结构内插入压桩铁杆和内部支撑结构；所述中空结构在后期插入内部支撑结构后，会在内部支撑结构外壁与中空结构内壁之间形成预留空间；后期在预留空间内部进行注浆。

所述预制桩主体的顶端做成一个向下的圆锥形状结构，所选择的压桩铁杆的直径尺寸要大于预制桩主体的中空结构的内径尺寸，使得压桩铁杆在向下压桩的同时有一个初步的向四周挤压的作用力。

所述预制桩主体在插入前已经被割裂成多部分，割裂的部分是根据具体的工程需要分割成所需要数量的部分，预制桩主体的外表面设置有螺旋结构；所述螺旋结构用来增强桩侧的摩擦力，同时在压桩的时候采用螺旋压桩的方式，使整个桩体呈现一个螺丝钉的方式，将桩体旋进珊瑚砂地基中。

所述预制桩主体内部所插入的内部支撑结构截面为凹多边形，内部支撑结构的凸角数量根据预制桩主体实际被割裂之后的部分数量而定，内部支撑结构采用高强度钢结构，内部支撑结构的凸角顶点与预制桩主体内壁相接触，内部支撑结构的中间为小号压桩铁杆，小号压桩铁杆外侧刻有螺纹，小号压桩铁杆外侧安装一个内径大于小号压桩铁杆直径的可活动钢制套筒，可活动钢制套筒通过支撑铁杆连接着内部支撑结构的伸缩部位，且在连接处采用可活动铰铰接；

所述内部支撑结构为在预制桩打入地面下时，用于提供内部支撑，在内部支撑结构放置完成后由压桩机推动可活动钢制套筒，可活动钢制套筒侧面的支撑铁杆推动内部支撑结构扩展，扩展完成后，使用圆环螺帽从小号压桩铁杆拧下将可活动钢制套筒固定，从而挤压预制桩主体向外膨出，增大桩侧摩阻力，在预制桩主体由支撑铁杆撑开后，在留出的空间部位注入磁性浆液进行驱水和膨胀水泥浆向两侧挤压预制桩主体。

所述小桩的组合桩侧面分别留出多根预留筋，同时预留多个钢筋孔洞，钢筋孔洞与预留筋位置相对错开设置，且预留筋插入后一端在地面上方，在压桩完成后灌注膨胀混凝土后，预留筋能与混凝土形成一个新的桩体结构，增加桩的整体性。

所述小桩的桩内部设置多个能够向斜上方活动的小块，形成活塞结构，小块的前段设置为尖刺形状，整体为圆柱锥形，小块与桩体内壁采用物理贴合，底部设置一个凸起防止小块滑落；

在小块贴合时确保贴合紧密，但是没有完全锁死，在当中空结构加入膨胀水泥浆的时候，由于膨胀水泥浆的膨胀挤压作用，将小块向上挤出；当桩体回收时，因小块斜向上方，在拔桩时进行振捣后，当膨胀水泥浆脱落后，活塞结构也会在震动和重力的作用下落回原处，从而使桩体更容易拔出。

当所述预制桩主体在水下环境使用时，在预制桩主体的下部桩体预制时，在预制桩主体中预留一些混凝土块预留孔，用于放入磁性混凝土块。

所述磁性混凝土块是在制作过程中向混凝土中加入一些废弃的可磁化的矿渣钢屑，在混凝土块体预制完成后使用充磁机对进行充磁处理，然后放入预制桩主体下侧混凝土块预留孔，使预制桩主体下侧带有磁性，磁性混凝土块的设置位置根据不同需要来选择设置在桩内侧或者外侧。

所述预制桩主体整体全部插入到珊瑚砂地基中间后，在面对富水环境的情况下，采用在预制桩主体内部与内部支撑结构形成的空隙中，先向其中加入磁性浆液，对桩体内部进行填充，由于桩端底部有磁力吸引，注入磁性浆液后会起到驱水排水的作用，然后再加入膨胀混凝土对整个桩体进行整体的扩桩；

所述预制桩主体在内部填充，加压完成后，根据需要采取独立桩基础，或者通过在预制桩主体顶端预留钢筋结构连接承台板，保证其桩承台结构的稳定性。

一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，准备材料：准备用于制备预制桩主体、磁性混凝土块、承台板、内部支撑结构、活塞结构所需要的钢管、钢筋和钢板材料，准备后续浇筑所需要的膨胀水泥浆和磁性砂浆；

步骤2，支模：将数根小桩、磁性混凝土块以及活塞结构的具体组合结构形式，并通过组合之后形成预制桩主体的骨架结构；

步骤3，预制桩主体的桩身浇筑：在步骤2中小桩的模具内部浇筑混凝土，并将混凝土压实，注意在浇筑过程中，预留好活塞结构和磁性混凝土块空腔，在这两处地方的管口部位采用盖板封堵，防止堵塞预留孔；

步骤4，将磁性混凝土块，预制桩主体、内部支撑结构和活塞结构进行组装；

方法一，步骤5.1，珊瑚砂地基的桩孔施工时，打桩后注入膨胀水泥浆，用压桩桩机对珊瑚砂地基进行桩孔施工，由于将桩体浅插入珊瑚砂地基当中，然后将压桩铁杆插入桩的中心空间，对压桩铁杆用打夯机进行初步加压，同时在桩口加盖一个扩孔盖防止加压使其崩坏，然后将整个预制桩主体在加压的同时向下旋入珊瑚砂地基中，用泥土将桩基的空隙进行初步填平，将其填结实；

步骤6.1：在整个预制桩主体插入后换用一个直径较小的小号压桩铁杆，然后将内部支撑结构的可活动钢制套筒插入进去，用压桩机将其撑开，会留出一部分注浆空间为注浆预留空间，然后在注浆预留空间里面进行注浆；

步骤7.1，桩基底部注浆：用注浆管对注浆预留空间首先注入磁性浆液，由于下段的磁性混凝土块吸引，磁性浆液首先将打桩时产生的缝隙进行修补填充，同时将预制桩主体内部的水驱出；

步骤8.1，等待注浆预留空间里面的水全部排出后，且磁性浆液注浆完成后，向里面灌注膨胀混凝土，并将它压实，并形成底膨胀区，膨胀区推动活塞结构使其向外扩展；

步骤9.1，等待膨胀混凝土填筑满凝固后，撤去扩孔盖，然后进行回填，将剩下的缝隙填满，并不断压实；

步骤10.1，等待混凝土凝固并膨胀完毕后，待其冷却，将承台板与预留钢筋结构进行连接并固定；

步骤11.1在桩体结构使用完成后，先将承台板拆除，然后将内部支撑结构进行缩小；

步骤12.1在内部支撑结构缩回后，用振动机对桩体进行晃动，使里面的膨胀混凝土脱落，活塞结构回缩，然后用拔桩机，将整个桩体从地基中旋转拔出，完成桩体结构回收；

方法二，步骤5.2，珊瑚砂地基的桩孔施工时，打桩前注入膨胀水泥浆，用压桩机对珊瑚砂地基进行桩孔施工，将预制桩主体与内部支撑结构先进行组装，确定内部支撑结构撑开，组装完成后在中央预留系统里直接浇筑膨胀水泥浆，等待膨胀水泥浆初凝后，在内部支撑结构的端部，用打夯机进行初步加压，同时在桩口加盖一个扩孔盖防止加压使其崩坏，然后将整个预制桩主体在加压的同时向下旋入珊瑚砂地基中，然后用泥土将桩基的空隙进行初步填平，将其填结实；

步骤6.2，等待混凝土凝固并膨胀完毕后，待其冷却，将承台板与预留钢筋结构进行连接并固定；

步骤7.2，在桩体结构使用完成后，先将承台板拆除，然后将内部支撑结构进行缩小；

步骤8.2，在内部支撑结构缩回后，用振动机对桩体进行晃动，使里面的膨胀混凝土脱落，活塞结构回缩，然后用拔桩机，将整个桩体从地基中旋转拔出，完成桩体结构回收。

本发明有如下有益效果：

1、本发明新型桩基结构，可以在低成本费用的条件下进行，且施工难度较小，可以有效的解决桩基在珊瑚砂地基上的沉降问题，有利于桩基上部结构的稳定，保证了上层建筑物的安全施工。该结构通过多种方法增强桩端的摩擦阻力，该方法在增大桩基在珊瑚砂上面的稳定性的同时节约了很大成本，同时由于是预制桩体，也大大减少了工程的施工时间。

2、通过对预制桩体外侧的表面设置齿状粗糙结构，增加桩侧与珊瑚砂地基之间的摩擦阻力系数，同时由于是齿状接触面，也增大了桩侧面与珊瑚砂地基之间的接触面积，在施加同样的外力条件下，桩基础会受到更大桩侧摩阻力，同时将粗糙齿状结构做成螺纹结构，在进行压桩施工时，可以采取将桩旋入珊软土地基中，同时在其拔出回收利用时也可以将其根据螺纹的结构方便将其旋出。

3、通过给预制桩桩体下部加入磁性混凝土块，使整个桩体下段带有磁性，当桩体打入水下时，通过向桩体中间注入磁性浆液，由于磁性浆液特性，会将水下的一部分桩体缝隙进涌进来的水进行一个驱水处理，然后由磁性混凝土块的吸引、引导作用将桩体下端的裂缝和桩体进行一个底部填充。

4、通过预制桩体的中央预留系统，放入内部支撑结构。待桩基打入珊瑚砂地基中后，放入内部支撑结构，用压桩机将内部支撑结构撑开，将桩侧进一步的挤压进地基中。

5、通过预制桩体在内部支撑结构撑开后，加入膨胀水泥浆液，等待膨胀水泥浆液膨胀时，其释放的力，会将分开的小桩向外推出，使其更加深度的嵌入到珊瑚砂中，在小桩向外推出的过程中，桩侧的活塞结构也会受到膨胀力被向外推出，从而使其插入珊瑚砂中，整个桩体会被膨胀水泥浆液撑开，使其更深的嵌入进去，从而再一次的增加桩基的抗拔力，使其承载能力更大。

6、通过在小桩之间预留钢筋孔洞，该钢筋孔洞在主体桩被膨胀水泥浆液撑开后，小桩与小桩之间的整体性会被破坏掉，这时预留的钢筋就会发挥作用，当膨胀水泥浆液膨胀扩散的时候，会深入到小桩之间，与预留的钢筋进行接触粘合在一起，形成一个统一的整体，这样能够在桩端被撑开后也能保持一个很好地整体性。

7、通过内部支撑结构的缩放可以将整个桩体结构进行一个回收。当桩体用完需要回收时，通过将内部支撑结构缩小，恢复一部分内部的中央预留空间，膨胀混凝土的整体结构被破坏，然后通过晃动的方式使其脱落，同时使桩体的活塞结构回落到初始位置，完成桩体回收。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明整体装置正视图。

图2为本发明小桩之间连接筋示意图。

图3为本发明单个小桩上的预留连接筋和预留孔洞示意图。

图4为本发明单个小桩的正视图。

图5为桩侧螺纹结构。

图6为内部支撑结构初始状态俯视图。

图7为内部支撑结构撑开状态俯视图。

图8为内部支撑结构初始状态整体图。

图9为内部支撑结构撑开状态整体图。

图10为内部支撑结构与桩体组合初始状态整体图。

图11为内部支撑结构与桩体组合撑开状态整体图。

图12为承台板与桩体连接整体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-12，一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构，它包括预制桩主体1，所述预制桩主体1是由多根分开的小桩2组合而成的预制桩；所述预制桩主体1的中间部位设置为中空结构，中空结构用于向珊瑚砂中打入预制桩主体时，向中空结构内插入压桩铁杆和内部支撑结构；所述中空结构在后期插入内部支撑结构后，会在内部支撑结构外壁与中空结构内壁之间形成预留空间；后期在预留空间内部进行注浆。本发明桩基结构操作简单且便于开展实施实验，可以达到施工标准，可以有效的解决桩基在珊瑚砂地基上的沉降问题，有利于桩基上部结构的稳定，保证了上层建筑物的安全施工。该结构通过多种方法增强桩端的摩擦阻力，也使用了不同的施工方法，该方法在增大桩基在珊瑚砂上面的稳定性的同时节约了很大成本，同时由于是预制桩和机械化施工，极大的缩减了工程的施工时间。

进一步的，所述预制桩主体1的顶端做成一个向下的圆锥形状结构，所选择的压桩铁杆的直径尺寸要大于预制桩主体1的中空结构的内径尺寸，使得压桩铁杆在向下压桩的同时有一个初步的向四周挤压的作用力。通过挤压之后增大了外侧的摩擦力。

进一步的，所述预制桩主体1在插入前已经被割裂成多部分，割裂的部分是根据具体的工程需要分割成所需要数量的部分，预制桩主体1的外表面设置有螺旋结构7；所述螺旋结构7用来增强桩侧的摩擦力，同时在压桩的时候采用螺旋压桩的方式，使整个桩体呈现一个螺丝钉的方式，将桩体旋进珊瑚砂地基中。通过上述的螺旋结构7提高了预制桩主体1后续旋进操作的便捷性。

进一步的，所述预制桩主体1内部所插入的内部支撑结构截面为凹多边形，内部支撑结构的凸角数量根据预制桩主体1实际被割裂之后的部分数量而定，内部支撑结构采用高强度钢结构，内部支撑结构的凸角顶点与预制桩主体1内壁相接触，内部支撑结构的中间为小号压桩铁杆8，小号压桩铁杆8外侧刻有螺纹，小号压桩铁杆8外侧安装一个内径大于小号压桩铁杆8直径的可活动钢制套筒，可活动钢制套筒通过支撑铁杆连接着内部支撑结构的伸缩部位10，且在连接处采用可活动铰11铰接；所述内部支撑结构为在预制桩打入地面下时，用于提供内部支撑，在内部支撑结构放置完成后由压桩机推动可活动钢制套筒，可活动钢制套筒侧面的支撑铁杆推动内部支撑结构扩展，扩展完成后，使用圆环螺帽12从小号压桩铁杆8拧下将可活动钢制套筒固定，从而挤压预制桩主体1向外膨出，增大桩侧摩阻力，在预制桩主体1由支撑铁杆撑开后，在留出的空间部位注入磁性浆液进行驱水和膨胀水泥浆向两侧挤压预制桩主体1。

进一步的，所述小桩2的组合桩侧面分别留出多根预留筋15，同时预留多个钢筋孔洞16，钢筋孔洞16与预留筋15位置相对错开设置，且预留筋15插入后一端在地面上方，在压桩完成后灌注膨胀混凝土后，预留筋15能与混凝土形成一个新的桩体结构，增加桩的整体性。而且通过钢筋孔洞16与预留筋15之间的组合插装结构，便于实现两者的组装，提高了组装的便捷性。

进一步的，所述小桩2的桩内部设置多个能够向斜上方活动的小块17，形成活塞结构25，小块17的前段设置为尖刺形状，整体为圆柱锥形，小块17与桩体内壁采用物理贴合，底部设置一个凸起18防止小块17滑落；在小块17贴合时确保贴合紧密，但是没有完全锁死，在当中空结构加入膨胀水泥浆的时候，由于膨胀水泥浆的膨胀挤压作用，将小块17向上挤出；当桩体回收时，因小块17斜向上方，在拔桩时进行振捣后，当膨胀水泥浆脱落后，活塞结构25也会在震动和重力的作用下落回原处，从而使桩体更容易拔出。

进一步的，当所述预制桩主体1在水下环境使用时，在预制桩主体1的下部桩体预制时，在预制桩主体1中预留一些混凝土块预留孔19，用于放入磁性混凝土块20。通过上述的磁性混凝土块20便于形成相应的磁性吸引端，进而便于吸引磁性砂浆。

进一步的，所述磁性混凝土块20是在制作过程中向混凝土中加入一些废弃的可磁化的矿渣钢屑，在混凝土块体预制完成后使用充磁机对进行充磁处理，然后放入预制桩主体1下侧混凝土块预留孔19，使预制桩主体1下侧带有磁性，磁性混凝土块20的设置位置根据不同需要来选择设置在桩内侧或者外侧。

进一步的，所述预制桩主体1整体全部插入到珊瑚砂地基中间后，在面对富水环境的情况下，采用在预制桩主体1内部与内部支撑结构形成的空隙中，先向其中加入磁性浆液，对桩体内部进行填充，由于桩端底部有磁力吸引，注入磁性浆液后会起到驱水排水的作用，然后再加入膨胀混凝土对整个桩体进行整体的扩桩；

进一步的，所述预制桩主体1在内部填充，加压完成后，根据需要采取独立桩基础，或者通过在预制桩主体1顶端预留钢筋结构23连接承台板24，保证其桩承台结构的稳定性。

实施例2：

一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，准备材料：准备用于制备预制桩主体1、磁性混凝土块20、承台板24、内部支撑结构、活塞结构25所需要的钢管、钢筋和钢板材料，准备后续浇筑所需要的膨胀水泥浆和磁性砂浆；

步骤2，支模：将数根小桩2、磁性混凝土块20以及活塞结构25的具体组合结构形式，并通过组合之后形成预制桩主体1的骨架结构；

步骤3，预制桩主体1的桩身浇筑：在步骤2中小桩2的模具内部浇筑混凝土，并将混凝土压实，注意在浇筑过程中，预留好活塞结构25和磁性混凝土块20空腔，在这两处地方的管口部位采用盖板封堵，防止堵塞预留孔；

步骤4，将磁性混凝土块20，预制桩主体1、内部支撑结构和活塞结构25进行组装；

步骤5.1，珊瑚砂地基的桩孔施工时，打桩后注入膨胀水泥浆，用压桩桩机对珊瑚砂地基进行桩孔施工，由于将桩体浅插入珊瑚砂地基当中，然后将压桩铁杆插入桩的中心空间，对压桩铁杆用打夯机进行初步加压，同时在桩口加盖一个扩孔盖防止加压使其崩坏，然后将整个预制桩主体1在加压的同时向下旋入珊瑚砂地基中，用泥土将桩基的空隙进行初步填平，将其填结实；

步骤6.1：在整个预制桩主体1插入后换用一个直径较小的小号压桩铁杆8，然后将内部支撑结构的可活动钢制套筒插入进去，用压桩机将其撑开，会留出一部分注浆空间为注浆预留空间，然后在注浆预留空间里面进行注浆；

步骤7.1，桩基底部注浆：用注浆管对注浆预留空间首先注入磁性浆液，由于下段的磁性混凝土块20吸引，磁性浆液首先将打桩时产生的缝隙进行修补填充，同时将预制桩主体1内部的水驱出；

步骤8.1，等待注浆预留空间里面的水全部排出后，且磁性浆液注浆完成后，向里面灌注膨胀混凝土，并将它压实，并形成底膨胀区，膨胀区推动活塞结构25使其向外扩展；

步骤9.1，等待膨胀混凝土填筑满凝固后，撤去扩孔盖，然后进行回填，将剩下的缝隙填满，并不断压实；

步骤10.1，等待混凝土凝固并膨胀完毕后，待其冷却，将承台板24与预留钢筋结构23进行连接并固定；

步骤11.1在桩体结构使用完成后，先将承台板24拆除，然后将内部支撑结构进行缩小；

步骤12.1在内部支撑结构缩回后，用振动机对桩体进行晃动，使里面的膨胀混凝土脱落，活塞结构回缩，然后用拔桩机，将整个桩体从地基中旋转拔出，完成桩体结构回收。

实施例3：

一种在珊瑚砂上的扩张型桩基结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，准备材料：准备用于制备预制桩主体1、磁性混凝土块20、承台板24、内部支撑结构、活塞结构25所需要的钢管、钢筋和钢板材料，准备后续浇筑所需要的膨胀水泥浆和磁性砂浆；

步骤2，支模：将数根小桩2、磁性混凝土块20以及活塞结构25的具体组合结构形式，并通过组合之后形成预制桩主体1的骨架结构；

步骤3，预制桩主体1的桩身浇筑：在步骤2中小桩2的模具内部浇筑混凝土，并将混凝土压实，注意在浇筑过程中，预留好活塞结构25和磁性混凝土块20空腔，在这两处地方的管口部位采用盖板封堵，防止堵塞预留孔；

步骤4，将磁性混凝土块20，预制桩主体1、内部支撑结构和活塞结构25进行组装；

步骤5.2，珊瑚砂地基的桩孔施工时，打桩前注入膨胀水泥浆，用压桩机对珊瑚砂地基进行桩孔施工，将预制桩主体1与内部支撑结构先进行组装，确定内部支撑结构撑开，组装完成后在中央预留系统里直接浇筑膨胀水泥浆，等待膨胀水泥浆初凝后，在内部支撑结构的端部，用打夯机进行初步加压，同时在桩口加盖一个扩孔盖防止加压使其崩坏，然后将整个预制桩主体1在加压的同时向下旋入珊瑚砂地基中，然后用泥土将桩基的空隙进行初步填平，将其填结实；

步骤6.2，等待混凝土凝固并膨胀完毕后，待其冷却，将承台板24与预留钢筋结构23进行连接并固定；

步骤7.2，在桩体结构使用完成后，先将承台板24拆除，然后将内部支撑结构进行缩小；

步骤8.2，在内部支撑结构缩回后，用振动机对桩体进行晃动，使里面的膨胀混凝土脱落，活塞结构回缩，然后用拔桩机，将整个桩体从地基中旋转拔出，完成桩体结构回收。