一种消除桩侧负摩阻力的灌注桩施工方法与流程

1.本发明属于地基施工方法领域，具体涉及一种消除桩侧负摩阻力的灌注桩施工方法。


背景技术：

2.目前在建筑行业中应用最为广泛的两种桩基础为预制管桩和钻孔灌注桩。其中，钻孔灌注桩施工成本低、操作简单、无振动及噪音及挤土效应，同时还具有具有较高的安全性及较强的稳定性，不过桩基施工中的桩侧负摩阻力问题不容忽视。桩基负摩阻力是由于桩周土体下沉较快所引起的沉降变形大于桩基础而产生的,它可能引起桩端地基屈服或破坏、基础不均匀沉降、桩体压曲或断裂等,从而导致上层建筑物倾斜、开裂甚至坍塌。不良土质地区如何有效减小甚至消除桩基负摩阻力成为工程界亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.考虑到桩基负摩阻力带来的不良影响，本发明针对此问题，提出了一种消除灌注桩桩侧负摩阻力的装置，考虑施工时在软土层区域桩体周围预装双层膜结构来消除可能出现的桩侧负摩阻力。
4.本发明所采用的具体技术方案如下：
5.一种消除桩侧负摩阻力的灌注桩施工方法，其步骤如下：
6.s1、预制用于包裹在灌注桩桩身外侧的桩侧负摩阻力消除装置，所述桩侧负摩阻力消除装置包括双层膜结构以及连接结构；所述双层膜结构包括内层膜和外层膜，内层膜和外层膜均由连续的膜层材料通过两侧对边重叠拼接成筒体形状，且在拼接位置通过所述连接结构对两侧对边的重叠部分进行连接固定；
7.s2、在软土地基中通过钻机形成灌注桩的钻孔，然后再将双层膜结构套入灌注桩钢筋笼中，使内层膜环绕包裹于灌注桩钢筋笼需沉入土体内的桩身段上，而外层膜环绕包裹于内层膜的外侧；保持内层膜和外层膜之间具有均匀的润滑填充层；
8.s3、将套有双层膜结构的灌注桩钢筋笼沉入钻孔的指定深度，然后通过导管对其进行混凝土浇筑，由不断注入的混凝土撑开双层膜结构使其扩张至预定直径后在连接结构的限制下固定，养护完毕后得到灌注桩。
9.作为优选，所述润滑填充层在工厂预制阶段注入双层膜结构中。
10.作为优选，所述润滑填充层在灌注桩钢筋笼沉入土体之前现场注入双层膜结构中。
11.作为优选，所述连接结构为自锁式连接结构，包括第一连接约束件和第二连接约束件，第一连接约束件固定于膜层材料的一侧侧边，第二连接约束件固定于膜层材料的另一侧侧边，第一连接约束件中设有供第二连接约束件穿入的通道，且通道中设有第一锯齿，第二连接约束件上设有第二锯齿，第二连接约束件穿入第一连接约束件时第一锯齿和第二锯齿能够构成接触咬合，使第二连接约束件仅能沿单向进入第一连接约束件的通道中，阻
止所述筒体形状的横断面直径扩大。
12.进一步的，所述膜层材料在展开状态下呈矩形。
13.作为优选，所述内层膜和外层膜的材质为土工布。
14.作为优选，所述润滑填充层由润滑剂填充而成。
15.作为优选，所述内层膜和外层膜上的连接结构相互独立。
16.作为优选，所述内层膜和外层膜的圆周周长大于灌注桩桩身周长3～5cm。
17.作为优选，在混凝土浇筑过程中，应观察所述内层膜的状态，使其紧贴包裹灌注桩的桩身外周上。
18.本发明的有益效果如下：
19.1.本发明可以形成一个双层膜结构，保证灌注时在桩身扩张至钻孔周长及时固定，可约束桩身达到预定周长。
20.2.本发明中双层膜结构中间填充相应润滑材料，可以在桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，消除可能出现的桩侧负摩阻力。
21.3.本发明提供的装置施工方式简单，双层膜结构在工厂预制，制作方便，施工时只需将膜结构包裹在钢筋笼周围，施工难度较小。
22.4.本发明中采用的双层膜结构可以起到保护桩身不受侵蚀的作用。
附图说明
23.图1是本发明中桩侧负摩阻力消除装置的结构示意图；
24.图2是本发明中一种连接结构的连接示意图；
25.图3是本发明中灌注桩总体结构的俯视图和侧视图。
26.图中：1、内层膜；2、外层膜；3、润滑填充层；4、连接结构；5、灌注桩，6、第一连接约束件；7、第二连接约束件。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
28.本发明的核心在于设计了在灌注桩施工过程中引入了一种可扩张后固定的双层膜结构，在两层膜结构中间填充相应润滑材料，保证外层膜结构发生位移时不会引起内层膜结构位移，同时在两侧膜结构适当位置分别安装连接结构，保证在扩张至钻孔周长时可及时固定。
29.在本发明的一个较佳实施例中，提供了基于上述双层膜结构的一种消除桩侧负摩阻力的灌注桩施工方法，其施工步骤如下：
30.s1、在工厂中预制用于包裹在灌注桩桩身外侧的桩侧负摩阻力消除装置，其中该桩侧负摩阻力消除装置包括双层膜结构以及用于固定双层膜结构的连接结构4。
31.如图1所示，双层膜结构是由两层膜内外嵌套组成的，分为内层膜1和外层膜2。内层膜1和外层膜2的结构形式基本相同，区别仅在于尺寸不同。内层膜1和外层膜2在展开状态下均是一层连续的矩形膜层材料，将矩形膜层材料的两侧对边进行重叠拼接，即可将矩形膜层材料折叠成为一个圆筒形的筒体形状。为了保证该筒体的稳定性，需要在两侧侧边
的拼接位置进行连接固定，防止在后续使用过程中两侧侧边脱离。该功能是通过一个连接结构4来实现的，其作用是对折叠后矩形膜层材料两侧对边的重叠部分进行连接固定。
32.该双层膜结构是通过后续套在桩身外部来起作用的。对于双层膜结构而言，在安装时其内层膜1环绕包裹于灌注桩5位于土体内的桩身段上，而外层膜2环绕包裹于内层膜1的外侧。而且内层膜1和外层膜2之间填充一层润滑填充层3，可使用润滑剂或其他可减小摩擦的润滑材料填充于内层膜1和外层膜2之间形成，作用是减小外层膜2相对于内层膜1滑动的摩擦力。当灌注桩5位于软土层后，内层膜1仅仅包裹于桩身上，而外层膜2则与桩周的软土层接触，桩周软土层产生的沉降超过基桩的沉降时，外层膜2可相对于内层膜1滑动，由此消除可能出现的桩侧负摩阻力。
33.上述双层膜结构在工厂预制，但内层膜1和外层膜2初始保持松弛的形式，施工时只需将双层膜结构包裹在钢筋笼周围并按照桩孔直径调节连接结构4至合适的位置。预制完毕的双层膜结构以及对应的连接结构4运输至施工现场，进行后续的施工流程。需要注意的是，内层膜1和外层膜2上的连接结构4是相互独立的。
34.s2、在软土地基中通过钻机形成灌注桩的钻孔，具体的钻孔工艺根据实际施工组织要求进行设计，施工前应进行相应的场地平整、放线等工序，对此不做展开。当钻孔完毕进行钢筋笼吊装工序前，先将双层膜结构套入灌注桩钢筋笼中，使内层膜1环绕包裹于灌注桩钢筋笼需沉入土体内的桩身段上，而外层膜2环绕包裹于内层膜1的外侧。在灌注桩钢筋笼沉入土体之前，需要保持内层膜1和外层膜2之间具有均匀的润滑剂形成的润滑填充层3。润滑剂可以在钢筋笼下沉之前进行填充，也可以在工厂中直接填充。
35.需注意，由于灌注桩5的桩身是通过后续灌注形成的，因此在未灌注时内层膜1和外层膜2虽然具有连接结构4对重叠部分进行固定，但是其整体处于松弛状态。因此，可利用其他的绑扎带等外部固定组件对其进行临时固定，防止其脱落或错位。
36.s3、当临时固定完毕后，将套有双层膜结构的灌注桩钢筋笼沉入钻孔的指定深度，具体的钢筋笼下放工序可根据施工组织方案确定，下放深度需要根据设计要求而定。钢筋笼下放时可以同步放置一条注浆导管，当下放至相应位置后通过导管对其进行混凝土浇筑。灌注成桩时，双层膜结构会被内部的混凝土逐渐撑开，直至扩张到预定周长后在连接结构4的限制下固定。如图3所示，最终灌注桩5成桩后软土层区域桩体外部包裹有一层双侧膜结构，既可保护桩身，又可消除灌注桩5可能出现的桩侧负摩阻力，提高桩基竖向承载力。
37.在本发明中，双层膜结构连接方式多样，只要能够保证双层膜结构撑开至预定周长后固定即可。
38.如图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，连接结构4采用了一种自锁式连接结构，以提高安装的便捷性。该连接结构4包括第一连接约束件6和第二连接约束件7，第一连接约束件6固定于矩形膜层材料的一侧侧边，第二连接约束件7固定于矩形膜层材料的另一侧侧边。矩形膜层材料与连接结构4之间可通过粘接固定或压紧固定或采用其他外部固定件固定。第一连接约束件6是一条长条形的部件，沿着矩形膜层材料的一侧侧边安装固定，同样的第二连接约束件7也是一条长条形的部件，沿着矩形膜层材料的另一侧侧边安装固定。第一连接约束件6中设有供第二连接约束件7穿入的通道，且通道中设有第一锯齿，第二连接约束件7上设有第二锯齿。当第二连接约束件7进入第一连接约束件6的通道时，第一锯齿和第二锯齿能够在通道边界的限位下构成接触咬合，此时第二连接约束件7仅能沿单向
进入第一连接约束件6的通道中而不能反向滑动。由此，可以通过第二连接约束件7穿入第一连接约束件6中的深度来控制矩形膜层材料折叠形成的筒体的横断面直径，在混凝土灌注过程中，该筒体的横断面直径被第一锯齿和第二锯齿限制，无法继续扩大。
39.另外，内层膜1和外层膜2的膜结构材料可以考虑使用土工布，也可使用其他适宜的软质材料。当然，内层膜1和外层膜2所采用的的膜层材料在展开状态下也可以不是矩形，而是其他形状，只要能够通过连接结构4连接形成包裹灌注桩的筒体即可。
40.预装时双层膜结构完全包裹钢筋笼，混凝土灌注时需注意时刻观察内层膜1与桩身贴合情况，保证内层膜1应紧贴包裹灌注桩5的桩身外周上。为了给连接结构4的固定和调节留有余地，双层膜结构制作时内层膜1和外层膜2的圆周周长大于灌注桩5桩身周长3～5cm。
41.综上，本发明通过在灌注桩5施工时，事先在软土层区域钢筋笼外侧预装双层膜结构，双层膜中间填充相应润滑材料，灌注成桩时膜结构被撑开并包裹在软土层桩身周围，从而在桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，达到消除桩侧负摩阻力的目的。该方法简单合理，使用方便，能消除灌注桩5桩侧负摩阻力所带来的危害，提高桩基竖向承载力。
42.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，双侧膜结构可以使用土工布，也可以使用其他材料，因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。