一种复合地基基桩支撑构造及复合地基施工方法

技术领域

本发明涉及复合地基技术领域，更具体地说，涉及一种复合地基基桩支撑构造及复合地基施工方法。

背景技术

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。

其中，螺杆桩复合地基是不同长度的桩体组成的桩体复合地基。在荷载作用下，地基中的附加应力随着深度增加而减少。为了更有效地利用复合地基中桩体的承载潜能，在桩体复合地基中，可以取不同长度的桩体以适应附加应力由上而下减小的特征。上述螺杆桩在进行打桩作业时，通过钻孔设备在地基基面上预先钻设若干组不同深度的钻孔，而后通过钻杆将螺杆桩钻入该预设的钻孔内，进而使得螺杆桩实施对地基的支撑。在实际对地基支撑时，随着螺杆桩钻入的深度的增加，地基沉降产生的预应力作用在螺杆桩上，多组高度不同的螺杆桩可有效实施对地基不同方向的预应力的中和，进而可使得地基更为稳固，避免地基沉降造成的地基上建筑物存在的倾斜等问题。

但是当钻杆将螺杆桩钻入地基内后，地基内基土与螺杆桩之间的结合存在一定的间隙，并且随着复合地基的使用，螺杆桩与地基基土之间的间隙会越来越明显。上述间隙的存在很容易造成螺杆桩与地基基土之间结合效果降低，螺杆桩结合的土层承受的横向作用力不均匀，造成承接地基内基土产生的预应力效果降低，对整个复合地基的稳定性产生影响。

发明内容

针对上述问题，本方案提供了一种复合地基基桩支撑构造及复合地基施工方法。该方案通过加强基桩与地基基土的结合，提高了基桩与地基结合的可靠度，确保整个复合地基的稳定性。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种复合地基基桩支撑构造，包括下桩筒和驱动机构，所述下桩筒外壁铰接锚杆，驱动机构驱动锚杆绕铰接轴转动且伸入地基基土内，锚杆另一端与注浆机构连通；

所述驱动机构包括设置在锚杆上的连接片，连接片与驱动卡接块卡接配合，驱动卡接块的另一端与驱动臂一端铰接，驱动臂的另一端与驱动滑块铰接，驱动臂两端的铰接轴与锚杆的铰接轴平行布置，驱动滑块沿下桩筒外壁上的条形凹槽滑动。

进一步地，所述下桩筒的上端设置驱动筒，驱动筒与下桩筒插接配合；所述驱动滑块上端伸出条形凹槽顶端槽口且设置有复位弹片，复位弹片的两端分别与条形凹槽的一端及驱动滑块的一端连接，驱动筒的下端与驱动滑块抵靠。

进一步地，所述锚杆上套设伸缩锚杆，所述驱动机构的连接片位于伸缩锚杆靠近锚杆铰接轴的一端端部。

进一步地，所述下桩筒上端具有螺纹连接管，驱动筒内壁与螺纹连接管外壁通过螺纹锁紧。

进一步地，包括旋转驱动筒，旋转驱动筒筒口位置设置若干驱动爪，所述螺纹连接管上端外壁设置若干插接开口，所述驱动爪分别伸入插接开口内。

进一步地，所述锚杆自由端设置注浆孔，锚杆远离自由端的一端连接弧形接口管，弧形接口管与注浆孔连通，条形凹槽槽底设置插孔，弧形接口管穿过插孔且构成滑动配合，注浆孔通过弧形接口管与注浆机构连通。

进一步地，所述下桩筒外壁设置管孔，注浆机构包括若干注浆管，所述注浆管分别与管孔及弧形接口管连通；所述注浆管与注浆总管连通，注浆总管沿驱动筒的长度方向布置且伸出驱动筒的上端管口。

进一步地，包括沿下桩筒长度方向贯穿布置且位于下桩筒内壁的若干条形槽，条形槽内滑动式设置封堵条板，所述注浆管连接有伸缩注浆管，伸缩注浆管外壁套设复位弹簧，复位弹簧两端分别与伸缩注浆管的管身及注浆管的管口抵靠，伸缩注浆管的管口与封堵条板的板面抵靠。

进一步地，所述锚杆铰接轴下方设置挡杆，挡杆沿条形凹槽槽腔宽度方向设置。

另一方面，本发明提供一种复合地基施工方法，采用上述复合地基基桩支撑构造对复合地基进行施工，包括：

整理地基基面，通过钻孔设备预先在地基上钻设钻孔；

在钻孔上方加设导管机及钻机，通过吊装设备将下桩筒吊装至导管机内，利用导管机调整下桩筒的垂直度，将旋转驱动筒吊装至下桩筒上端位置并且实现安装；钻机的钻头部分与旋转驱动筒结合，启动钻机，带动旋转驱动筒旋转，进而使得下桩筒旋转至钻孔内，直至钻进至设定深度；通过吊装设备将旋转驱动筒吊装起来，使得旋转驱动筒与下桩筒上端分离；

通过吊装设备将驱动筒吊装至导管机内，利用导管机调整驱动筒与下桩筒处在同心状态，并且使得钻机的钻头部分与驱动筒的中心结合，实施对驱动筒旋转，使得驱动筒安装在下桩筒上端筒口位置，并且连动锚杆与下桩筒呈夹角布置且端部斜向下指向桩筒的下端筒口位置，进而使得锚杆上的伸缩锚杆伸出锚杆且插置在地基基土内；

通过吊装设备将封堵条板从下桩筒吊装出去，伸缩注浆管的管口伸出管孔，启动注浆机构，向注浆总管导入混凝土浆，使得混凝土浆导入锚杆的外壁及下桩筒的外壁间隙内，直至混凝土凝固，而后停止注浆；

按照以上步骤将不同直径及不同深度的复合地基基桩导入钻孔内，对复合地基基桩上端进行封堵，在复合地基基桩内吊装钢筋笼，导入混凝土，使得复合地基基桩形成实心的混凝土桩，而后进行后续的垫褥层级上方基础支护的施工，最终形成复合地基。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的复合地基基桩支撑构造在对地基进行处理时，通过吊装机构和钻机，实施对下桩筒的旋转，使得下桩筒竖直旋转至地面的地基内，通过驱动机构使得锚杆绕铰接轴转动，以使得锚杆伸入地基基土内，确保整个下桩筒与地基基土结合的紧密度，从而实现对下桩筒的锚固。进而通过注浆机构向下桩筒的外壁与地基之间的间隙内注入混凝土，进一步确保下桩筒与地基基土结合的可靠度，使得下桩筒外壁的土层内形成相互作用的混凝土脉络，增加土壤强度。通过设置刚性的下桩筒和混凝土交织分布，可以平衡软土层上方土壤的横向载荷，使得土壤不易产生横向的位移，即在承载后桩体主要受到竖直方向的作用力，地基结构稳定。

附图说明

图1是复合地基基桩支撑构造中下桩筒的主视图；

图2是复合地基基桩支撑构造中下桩筒与旋转驱动筒配合的主视图；

图3是复合地基基桩支撑构造整体结构的主视图；

图4和图5是复合地基基桩支撑构造整体结构的两种视角结构示意图；

图6是复合地基基桩支撑构造中下桩筒的结构示意图；

图7是复合地基基桩支撑构造中下桩筒与旋转驱动筒配合的结构示意图；

图8是复合地基基桩支撑构造中下桩筒的剖面结构示意图；

图9是复合地基基桩支撑构造中下桩筒移出封堵条板后的剖面结构示意图；

图10是驱动筒的主视图；

图11和图12是下桩筒部分构造的剖面结构两种视角结构示意图；

图13是图11结构的平面示意图；

图14和图15是注浆机构部分构造的两种视角结构示意图；

图16是注浆机构的平面示意图。

标号说明：

100、下桩筒；110、螺旋片；120、条形凹槽；1201、插孔；130、螺纹连接管；131、插接开口；132、锥形管；140、旋转驱动筒；141、驱动爪；142、结合插口；150、管孔；160、条形槽；170、封堵条板；

200、锚杆；210、注浆孔；220、伸缩锚杆；221、连接片；222、驱动卡接块；223、驱动臂；224、驱动滑块；2242、锥形斜面；225、挡杆；230、弧形接口管；

300、驱动筒；310、喇叭口；

410、注浆管；420、注浆总管；430、伸缩注浆管；431、复位弹簧。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图5所示，本实施例的一种复合地基基桩支撑构造，包括下桩筒100和驱动机构，下桩筒100的外壁设置螺旋片110，螺旋片110沿着下桩筒100的长度方向延伸布置。下桩筒100的外壁设置锚杆200，锚杆200与下桩筒100的外壁构成铰接连接，锚杆200与驱动机构连接，驱动机构驱动锚杆200绕铰接轴转动且伸入地基基土内。锚杆200的另一端与注浆机构连通，注浆机构用于将混凝土浆注入下桩筒100外壁与地基基土之间间隙内。

对地基进行处理时，通过吊装机构和钻机，使得下桩筒100竖直旋转至地面的地基内，下桩筒100旋转至地基内后，通过驱动机构使得锚杆200绕铰接轴转动，并且使得锚杆200伸入地基基土内，从而实现对下桩筒100的进一步锚固，进而确保整个下桩筒100与地基基土结合的紧密度。

上述注浆机构的启动是在整个锚杆200伸入地基基土内后启动，当锚杆200伸入地基基土内后，使得下桩筒100外壁与基土之间存在大量的空隙。通过注浆机构向空隙内注入混凝土，确保下桩筒100与地基基土结合的可靠度，使得下桩筒100外壁的土层内形成相互作用的混凝土脉络，增加土壤强度。通过设置刚性的下桩筒100和混凝土交织分布，可以平衡软土层上方土壤的横向载荷，使得土壤不易产生横向的位移，进而使得在承载后桩体主要受到竖直方向的作用力，地基结构稳定。

其中，如图11-13所示，驱动机构包括设置在锚杆200上的连接片221，连接片221与驱动卡接块222卡接配合，驱动卡接块222的另一端与驱动臂223一端铰接，驱动臂223的另一端与驱动滑块224铰接，驱动臂223两端的铰接轴与锚杆200的铰接轴平行布置，驱动滑块224沿下桩筒100外壁上的条形凹槽120滑动。

使用时，驱动滑块224且沿着条形凹槽120的长度方向滑动，连动驱动臂223的伸展动作，驱动臂223的伸展驱动驱动卡接块222绕轴转动，随着驱动卡接块222的旋转，可连动锚杆200绕轴旋转伸出条形凹槽120，进而使得下桩筒100外壁形成多个孔隙。

优选地，锚杆200上套设伸缩锚杆220，驱动机构的连接片221位于伸缩锚杆220靠近锚杆200铰接轴的一端端部。随着驱动滑块224的进一步滑动，驱动臂223连动伸缩锚杆220沿着锚杆200滑动，进而使得伸缩锚杆220深入土层内，向锚杆200内导入混凝土浆液，可使得锚杆200及伸缩锚杆220内形成锚体，进一步提升锚杆200与土层结合的可靠度。

在实施对锚杆200的排布时，本实施例的条形凹槽120沿着下桩筒100的长度方向布置，锚杆200的一端铰接设置在条形凹槽120的槽底位置，锚杆200沿着条形凹槽120的槽长方向间隔设置多组且处在两种状态，其一是：锚杆200与下桩筒100长度方向平行布置且端部指向下桩筒100的上端筒口，锚杆200的杆身低于条形凹槽120的槽口。其二是：锚杆200与下桩筒100呈夹角布置且端部斜向指向下桩筒100的下端筒口位置。

通过条形凹槽120的设置，为锚杆200的安装提供避让空间。在下桩筒100钻进至钻孔内时，锚杆200位于条形凹槽120内，其不影响下桩筒100的正常钻进。当下桩筒100钻进至钻孔内后，在驱动机构的作用下，锚杆200与下桩筒100呈夹角布置且端部斜向指向下桩筒100的下端筒口位置，实现对锚杆200与土壤的结合。

本实施例中，下桩筒100的上端设置驱动筒300，驱动筒300与下桩筒100插接配合，驱动筒300向下移动连动锚杆200绕铰接轴转动且伸入地基基土内。驱动滑块224上端伸出条形凹槽120顶端槽口且设置复位弹片，复位弹片的两端分别与条形凹槽120的一端及驱动滑块224的一端连接，驱动筒300的下端与驱动滑块224抵靠。

使用时，通过钻机实施对下桩筒100的驱动，使得下桩筒100伸入地面下方的钻孔内，通过钻机实现驱动筒300的钻进，使得驱动筒300与下桩筒100上端进行结合，驱动筒300的下端与驱动滑块224的伸出端抵靠，使得驱动滑块224沿着条形凹槽120滑动，进而压缩复位弹片，以实施对锚杆200的翻转及伸缩锚杆220的驱动。

具体地，如图6-图9所示，驱动滑块224的一端设置锥形斜面2242，下桩筒100的上端设置螺纹连接管130，螺纹连接管130的外径小于下桩筒100的外径，螺纹连接管130与下桩筒100的上端通过锥形管132连接为一体，锥形斜面2242与锥形管132的外壁倾斜度一致，驱动筒300的内壁与螺纹连接管130外壁构成螺纹连接配合，驱动筒300的下端内管口设置成喇叭口310，喇叭口310与锥形斜面2242构成抵靠配合。

在实施对驱动滑块224驱动时，如图10所示，首先驱动筒300的下端与螺纹连接管130构成螺纹连接配合，通过钻机实施对驱动筒300的旋转，进而连动驱动筒300的下端的喇叭口310与驱动滑块224上端的锥形斜面2242抵靠，以使得驱动滑块224沿着条形凹槽120滑动，进而实施对锚杆200的拨动，以实施对锚杆的旋转，而后伸入土层内。

本实施例的螺纹连接管130的一端外壁设置插接开口131，插接开口131沿着螺纹连接管130长度方向延伸且螺纹连接管130周向方向设置多组。螺纹连接管130的管口位置设置旋转驱动筒140，旋转驱动筒140的筒口位置设置多组驱动爪141，多组驱动爪141分别伸入插接开口131内，旋转驱动筒140的另一端筒口位置设置与钻头构成插接配合的结合插口142。

使用时，通过吊装设备将下桩筒100吊装至钻孔上方位置，而后通过吊装设备将旋转驱动筒140吊装至下桩筒100的上端位置，使得旋转驱动筒140上的多组驱动爪141伸入插接开口131内。启动钻机的钻杆，使得钻杆的杆端插置在结合插口142内，以旋转驱动筒140转动，进而实施对下桩筒100的旋转。

当下桩筒100旋转到位后，通过吊装设备将旋转驱动筒140拔出，再通过吊装设备将驱动筒300吊装至下桩筒100的上端位置，使得钻杆与驱动筒300结合，使得驱动筒300旋转至下桩筒100，以实施对锚杆200的展开及对滑动锚杆220的滑移驱动，从而使得锚杆200伸入下桩筒100外壁的土基内。

当驱动筒300安装完毕后，通过向锚杆200的锚孔210及下桩筒100外壁的间隙内填充混凝土浆液，即可实现对下桩筒100外壁的间隙的填充，使得下桩筒100的外壁形成交织的混凝土网，进而确保整个基桩与地基基土结合的稳定性。

本实施例中，锚杆200自由端设置注浆孔210，注浆孔210与注浆机构连通。锚杆200远离自由端的一端连接弧形接口管230，弧形接口管230与注浆孔210连通，条形凹槽120槽底设置插孔1201，弧形接口管230穿过插孔1201且构成滑动配合，注浆孔210通过弧形接口管230与注浆机构连通。

当驱动机构驱动锚杆200伸入土基内后，通过注浆机构向注浆孔210内导出混凝土浆，混凝土浆在锚杆200的周围形成致密的锚体。随着混凝土完全凝固，使得下桩筒100的外壁形成交叉的混凝土锚固层，从而使得下桩筒100与土层形成可靠的结合层，确保下桩筒100对土层土壤的约束，避免造成土层的下沉。

具体地，在实施对下桩筒100的外壁内交叉的孔隙及锚杆200的土壤空隙内填充缓凝土浆液时，锚杆200的一端设置弧形接口管230，条形凹槽120的槽底设置与驱动筒300内管腔的插孔1201，锚杆200绕铰接轴转动时，弧形接口管230沿着插孔1201滑动，弧形接口管230与注浆孔210连通。

进一步地，下桩筒100的外壁设置管孔150，管孔150沿着下桩筒100的周向方向及长度方向间隔设置多组。如图14-图16所示，注浆机构包括多组注浆管410，多组注浆管410分别与管孔150及弧形接口管230构成插接配合，多组注浆管410与注浆总管420连通，注浆总管420沿着驱动筒300的长度方向布置且伸出驱动筒300的上端管口。

当驱动筒300旋拧在下桩筒100的上端位置，实现对锚杆200的翻转时，弧形接口管230伸入插孔1201内，进而使得锚杆200杆端的注浆孔210与注浆管410连通。通过注浆设备将混凝土浆导送至注浆总管420内，再由多组注浆管410导出至弧形接口管230内，弧形接口管230导出至注浆孔210，进而实施对锚杆200与地基土壤的间隙内填充混凝土。

同时，通过注浆管410导出至管孔150，使得混凝土浆导出至下桩筒100的外壁位置，进而实现对下桩筒100外壁间隙的填充，以使得下桩筒100外壁形成交织的缓凝土网络，进而确保下桩筒100与地基基层结合的可靠性。

为避免泥土通过管孔150进入下桩筒100内，本实施例的下桩筒100内壁设置条形槽160，条形槽160沿着下桩筒100的长度方向贯穿布置且沿着下桩筒100的内壁周向方向设置多组，条形槽160内滑动式设置封堵条板170，封堵条板170的上端固定为一体。

另外，注浆管410的管口位置滑动设置伸缩注浆管430，伸缩注浆管430的外壁套设有复位弹簧431，复位弹簧431的两端分别与伸缩注浆管430的管身及注浆管410的管口抵靠，伸缩注浆管430的管口与封堵条板170的板面抵靠。

使用时，在下桩筒100旋进时，通过封堵条板170实施对管孔150的封堵。待下桩筒100旋进到位后，通过吊装设备将封堵条板170从下桩筒100的上端吊装出去，而后在复位弹簧431的作用下，伸缩注浆管430的管口穿过管孔150并且伸出。

通过混凝土注浆设备向注浆总管420内导入高压混凝土浆，进而从管孔150排出，使得下桩筒100的土层孔隙内填充致密的缓凝土，进而使得下桩筒100的外壁形成交织的混凝土层，待缓凝土干燥后，可有效确保下桩筒100与基层外壁结合的可靠性。

为实施对锚杆200翻转后的限位，条形凹槽120的槽腔宽度方向设置挡杆225，锚杆200与下桩筒100呈夹角布置时，锚杆200的杆身与挡杆225抵靠。

本实施例还提供一种复合地基施工方法，采用上述复合地基基桩支撑构造对复合地基进行施工，具体包括以下步骤：

整理地基基面，利用钻孔设备预先在地基钻设钻孔，孔径根据复合地基基桩的直径来确定，使得钻孔小于复合地基基桩的直径，钻孔的深度各异。

在钻孔上方加设导管机及钻机，通过吊装设备将单元下桩筒100吊装至导管机内，通过导管机调整下桩筒100的垂直度，使得下桩筒100保持垂直状态，并且通过吊装设备将旋转驱动筒140吊装至下桩筒100上端位置并且实现安装。

钻机的钻头部分与旋转驱动筒140构成结合，启动钻机，实施对旋转驱动筒140的旋转，以实施对下桩筒100进行旋转，以使得下桩筒100旋转至钻孔内，直至钻进至设定的深度。

通过吊装设备将旋转驱动筒140吊装起来，使得旋转驱动筒140与下桩筒100上端分离。

通过吊装设备将驱动筒300吊装至导管机内，通过导管机调整驱动筒300与下桩筒100处在同心状态，并且使得钻机的钻头部分与驱动筒300的中心结合，实施对驱动筒300旋转，使得驱动筒300安装在下桩筒100上端筒口位置，并且连动锚杆200与下桩筒100呈夹角布置且端部斜向指向下桩筒100的下端筒口位置，使得锚杆200上的伸缩锚杆220伸出锚杆200且插置在地基基土内。

通过吊装设备将封堵条板170从下桩筒100吊装出去，并且使得注浆机的出浆口与注浆总管420连通，当封堵条板170吊装出下桩筒100后，伸缩注浆管430的管口伸出管孔150。同时一部分伸缩注浆管430与弧形接口管230连通，启动注浆机向注浆总管420导入混凝土浆，使得混凝土浆导入锚杆200的外壁及下桩筒100的外壁间隙内，直至混凝土凝固，而后停止注浆。

按照上述步骤将地面上导入不同直径及不同深度的复合地基基桩。

而后对复合地基基桩上端进行封堵，在复合地基基桩内吊装钢筋笼，并且导入混凝土，使得复合地基基桩形成实心的混凝土桩，而后进行后续的垫褥层级上方基础支护的施工，最终形成复合地基。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。