本發(fā)明涉及樁基礎(chǔ)工程技術(shù)，尤其是涉及一種地下桁架式樁基及其施工方法。

背景技術(shù)：

樁基是一種歷史攸久的古老基礎(chǔ)形式，在人類有歷史記載以前，就有天然材料做成的樁體，如木樁和石樁，19世紀(jì)中葉以后，混凝土樁和鋼筋混凝土樁問(wèn)世，在20世紀(jì)20年代及第二次世界大戰(zhàn)后，樁基處于大發(fā)展階段，在人工挖孔樁問(wèn)世后的20世紀(jì)40年代初，鉆孔灌注樁隨著大功率鉆孔機(jī)具研制成功而問(wèn)世，我國(guó)應(yīng)用灌注樁始于20世紀(jì)60年代初，開(kāi)始用作橋梁和港口建筑基礎(chǔ)。

經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展，樁基工程從施工方法、樁基材料、樁基機(jī)械、樁基檢測(cè)等方面都取得了巨大的成就，已形成了穩(wěn)定的現(xiàn)代基礎(chǔ)工程體系。樁基按成樁方法可以分成非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁三類，其中非擠土樁主要包括干作業(yè)法鉆挖孔灌注樁、干作業(yè)法挖孔灌注樁、泥漿護(hù)壁法鉆孔灌注樁、套管護(hù)壁法鉆孔灌注樁等；部分?jǐn)D土樁主要包括長(zhǎng)螺旋壓灌灌注樁、沖孔灌注樁、鉆孔擠擴(kuò)灌注樁、攪拌勁芯樁、預(yù)鉆孔打入或靜壓預(yù)制樁、打入或靜壓式敞口鋼管樁、敞口預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁和H型鋼樁等；擠土樁主要包括沉管灌注樁、沉管夯擴(kuò)灌注樁、打入或靜壓預(yù)制樁、閉口預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁和閉口鋼管樁等。

隨著經(jīng)濟(jì)和基本建設(shè)的發(fā)展，樁基工程在工業(yè)與民用建筑、橋梁、港口、市政、公路、鐵路等領(lǐng)域使用越來(lái)越廣泛。

鉆孔灌注樁由于具有施工簡(jiǎn)單、適應(yīng)各種地層等優(yōu)點(diǎn)而成為各種基礎(chǔ)類型中采用最多的樁型之一，其中大直徑鉆孔灌注樁的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在持力層可置于較堅(jiān)硬巖土層而具有較高的豎向單樁承載力或群樁承載力、具有較大的豎向單樁剛度或群剛度、樁身可穿過(guò)可液化土層而支承于穩(wěn)定的堅(jiān)實(shí)土層或嵌固于基巖，在地震造成淺部土層液化與震陷的情況下，深長(zhǎng)樁基憑靠深部穩(wěn)固土層仍具有足夠的抗壓與抗拔承載力，從而確保高層建筑的穩(wěn)定。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)灌注樁年使用量超過(guò)100萬(wàn)根，在大型建筑中基礎(chǔ)的費(fèi)用有時(shí)可達(dá)土建總造價(jià)的25％～35％。目前，工程建設(shè)中常用的樁基形式還有人工挖孔樁、沉管灌注樁、打入或靜壓預(yù)制樁、擠擴(kuò)支盤樁等。在工程建設(shè)中，將樁基和上部承臺(tái)連接在一起構(gòu)成樁箱基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)等以承受上部建筑荷載。但這些樁基存在以下缺陷：

(1)樁基與樁基之間是相互獨(dú)立的個(gè)體，樁基都是地面以下豎直的下部結(jié)構(gòu)，樁與樁之間僅靠設(shè)置在樁頂?shù)某信_(tái)連接，下部無(wú)法連接成一個(gè)整體，這樣樁基間整體剛度小，在上部豎向荷載作用下易使樁基受力及變形不均，造成基礎(chǔ)不均勻沉降或?qū)е禄A(chǔ)破壞使得上部建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或造成上部建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、傾斜、失穩(wěn)。

(2)由于樁基與樁基之間僅靠設(shè)置于樁頂?shù)某信_(tái)連接，樁基和承臺(tái)連接后整體剛度小，在水平荷載下樁基容易發(fā)生剪切破壞，造成基礎(chǔ)失穩(wěn)或破壞，從而引起上部建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或造成上部建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、傾斜、失穩(wěn)。

(3)樁基的承載力由側(cè)摩阻力和端承力組成，當(dāng)樁基持力層位于土層時(shí)樁基的承載力以側(cè)摩阻力為主，端承力所占比例小，要提高樁基承載力只有加大樁徑或增加樁長(zhǎng)，這樣會(huì)加大工程成本。

(4)按目前樁基的常規(guī)直樁設(shè)計(jì)，在相同地層下，要提高單樁剛度、樁基穩(wěn)定性，提高樁基豎向和水平荷載承載能力，只有加大樁徑或增加樁長(zhǎng)，這樣會(huì)延長(zhǎng)工期、增加工程造價(jià)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種地下桁架式樁基及其施工方法，它可以增強(qiáng)樁基間整體剛度、提高樁基豎向和水平荷載承載能力，減少基礎(chǔ)不均勻沉降，縮短工期、降低工程造價(jià)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種地下桁架式樁基，包括一個(gè)及一個(gè)以上的單元樁基，每個(gè)單元樁基由四根立于巖土體中的鉛垂樁組成，每根鉛垂樁分別位于水平橫截面為正方形的四個(gè)角上，相鄰鉛垂樁之間以斜樁相互連接構(gòu)成桁架式結(jié)構(gòu)；斜樁不與鉛垂樁垂直，而是成銳角或鈍角。

鉛垂樁和斜樁由鋼筋籠和混凝土澆灌成，鉛垂樁的直徑0.3米—1.5米，長(zhǎng)度2.0米—50米，混凝土標(biāo)號(hào)C25—C35；斜樁的直徑0.3米—1.5米，長(zhǎng)度2.0米—75米，混凝土標(biāo)號(hào)C25—C35。

單元樁基中沿水平橫截面的正方形邊的相鄰兩鉛垂樁的中心距為1米—8米。

一種地下桁架式樁基施工方法，包括如下步驟:

步驟一，做好成孔前的準(zhǔn)備工作，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工放樣，定出各個(gè)鉛垂樁和斜樁的位置；

步驟二，鉛垂樁孔成孔，根據(jù)巖土體的地層情況選擇成孔方式；選取一單元樁基位置，鉛垂樁的直徑0.3米—1.5米，長(zhǎng)度2.0米—50米；確定鉛垂樁孔所用鉆機(jī)鉆頭直徑0.3米—1.5米，孔深2.0米—50米；

步驟三，澆灌鉛垂樁混凝土，先在鉛垂樁孔內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠每隔1.5米放置混凝土保護(hù)塊以保證鋼筋籠居于孔的正中；向鉛垂樁孔內(nèi)澆灌混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C25—C35，混凝土碎石的級(jí)配1—3厘米；

步驟四，斜樁孔成孔，斜樁孔成孔在澆灌鉛垂樁混凝土后的2小時(shí)后、24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)斜樁的方位定好開(kāi)孔方向，斜樁孔與兩端鉛垂樁切入0.1—0.5米成孔；斜樁的直徑0.3米—1.5米，長(zhǎng)度2.0米—50米，斜樁孔所用鉆機(jī)鉆頭直徑0.3米—1.5米，孔深2.0米—75米；成孔后檢查孔底沉渣，對(duì)孔底沉渣用掏渣筒清理干凈；

步驟五，澆灌斜樁混凝土，先在斜樁孔內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠每隔1.5米放置混凝土保護(hù)塊以保證鋼筋籠居于孔的正中；向斜樁孔內(nèi)澆灌混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C25—C35，混凝土碎石的級(jí)配1—3厘米；澆灌后鉛垂樁和斜樁形成整體結(jié)構(gòu)的地下桁架式樁基。

本發(fā)明具有以下有益效果:

(1)樁基與樁基之間相互連接形成桁架式結(jié)構(gòu)，樁基連接成一個(gè)整體，樁基間整體剛度大，在上部豎向荷載作用下樁基受力均勻、可減小基礎(chǔ)不均勻沉降，確保建筑物的傾斜不超過(guò)允許范圍，有利于上部建筑結(jié)構(gòu)的安全。

(2)樁基與樁基間連接形成桁架式結(jié)構(gòu)后，抗水平荷載能力提高，整體剛度大，在水平荷載下樁基不容易發(fā)生剪切破壞，對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定有利，可以增強(qiáng)建筑物抗震性能。

(3)樁端阻力具有深度效應(yīng)，當(dāng)樁端入土深度小于某一臨界值時(shí)，極限端阻隨深度線性增加，而大于該深度后則基本保持不變，因此，對(duì)端承樁來(lái)說(shuō)并非樁越長(zhǎng)越好，在樁長(zhǎng)一定的情況下端承面積對(duì)樁基承載力起決定作用。本發(fā)明的斜樁為桿系受力，和土層相互作用除產(chǎn)生一部分側(cè)摩阻力外，斜樁豎向和土層接觸面積也成倍增加，因此端承力也大幅度增加，斜樁增加的端承力和直樁一起共同承擔(dān)上部荷載作用，這樣在不增加樁長(zhǎng)的情況下，采用桁架式樁基可提高樁基承載力，降低工程成本。

(4)地下桁架式樁基的剛度好、承載能力強(qiáng)，和常規(guī)直樁設(shè)計(jì)相比，在相同地層下，可以提高單樁剛度、樁基穩(wěn)定性，提高樁基豎向和水平荷載承載能力，不需要加大樁徑或增加樁長(zhǎng)，可縮短工期、減少工程造價(jià)，與常規(guī)樁設(shè)計(jì)方式相比可減少樁數(shù)30％以上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的地下桁架式樁基中直樁和斜樁分布示意圖(沿水平橫截面)。

圖2是圖1中沿A—A或B—B剖面的直樁和斜樁分布示意圖。

圖3是圖1中沿C—C剖面的直樁和斜樁分布示意圖。

圖中：1.直樁(鉛垂樁)，2.斜樁，3.巖土體。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1：

如圖1、圖2、圖3所示為一種地下桁架式樁基，包括立于巖土體3內(nèi)的直樁1，和直樁1連接在一起的斜樁2，直樁1和斜樁2相互連接形成一個(gè)呈整體結(jié)構(gòu)的地下桁架式樁。本實(shí)施例的地下桁架式樁基由四個(gè)單元樁基構(gòu)成；每個(gè)單元樁基由4根直樁1組成，每根直樁1分別位于水平橫截面為正方形的四個(gè)角上，相鄰直樁1之間以斜樁2相互連接構(gòu)成桁架式結(jié)構(gòu)，斜樁2不與直樁1垂直，而是成銳角或鈍角。

如圖2、圖3所示，直樁1與斜樁2的頂端連接在一起，斜樁2的下端與另一根直樁1連接在一起，以此類推形成地下桁架式樁基。直樁1與斜樁2的連接在直樁孔、斜樁孔成孔后放入鋼筋籠澆灌混凝土后，待混凝土凝固后即連接在一起，直樁1與斜樁2連接處切入深度為0.1米。

直樁1和斜樁2位于地面以下的巖土體內(nèi)，單元樁基的水平橫截面的正方形邊長(zhǎng)為3米。

直樁1由鋼筋籠和混凝土澆灌成，直樁1的直徑0.6米，長(zhǎng)度18米，混凝土標(biāo)號(hào)C30。

斜樁2由鋼筋籠和混凝土澆灌成，斜樁2的直徑0.6米，長(zhǎng)度18.16米，混凝土3標(biāo)號(hào)C30。

本實(shí)施例中工程所處位置地層情況從地面起自上往下為：粘土，厚度26米；粉質(zhì)粘土，厚度7米；粉砂，厚度11米，樁基持力層位于粘土層。

一種地下桁架式樁基施工方法，包括如下步驟:

步驟一，做好成孔前的準(zhǔn)備工作，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工放樣，用經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量?jī)x器放出施工軸線，放樣定出各個(gè)直樁1和斜樁2的位置并在施工樁樣圖上標(biāo)示，計(jì)算斜樁2的開(kāi)孔角度；將測(cè)量放樣的直樁1中心在地面上打入鋼筋作為標(biāo)志；

步驟二，直樁孔成孔，由于直樁1和斜樁2的樁身段及持力層所處巖土層均為粘土層，成孔采用長(zhǎng)螺旋鉆干鉆形式；選取一單元樁基位置，直樁1直徑0.6米、長(zhǎng)度18米，直樁孔用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆頭直徑0.6米，孔深18米；

步驟三，澆灌直樁1混凝土，先在直樁孔內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠每隔1.5米放置混凝土保護(hù)塊以保證鋼筋籠居于孔的正中；向直樁孔內(nèi)澆灌混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C30，混凝土碎石的級(jí)配1—3厘米；

步驟四，斜樁孔成孔，斜樁孔成孔在澆灌直樁1混凝土后的3小時(shí)后、8小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)斜樁2的方位定好開(kāi)孔方向，斜樁孔與兩端直樁1切入0.1米成孔，斜樁2的直徑0.6米、長(zhǎng)度18.16米，斜樁孔用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆頭直徑0.6米，孔長(zhǎng)18.16米；成孔后檢查孔底沉渣，對(duì)孔底沉渣用掏渣筒清理干凈；

步驟五，澆灌斜樁2混凝土，先在斜樁孔內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠每隔1.5米放置混凝土保護(hù)塊以保證鋼筋籠居于孔的正中；向斜樁孔內(nèi)澆灌混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C30，混凝土的碎石級(jí)配1—3厘米；

澆灌混凝土后直樁1和斜樁2形成整體結(jié)構(gòu)的地下桁架式樁基。

本實(shí)施例和全部采用直桿樁的同類型樁基工程相比，提高了樁基的整體剛度和承載力、減少基礎(chǔ)不均勻沉降，預(yù)測(cè)可以減少樁數(shù)35％，工程造價(jià)節(jié)省30％、工期提前15天。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，如圖1、圖2、圖3所示。

直樁1與斜樁2連接處切入深度為0.2米。

直樁1和斜樁2位于地面以下的巖土體內(nèi)，單元樁基的水平橫截面的正方形邊長(zhǎng)為6米。

直樁1由鋼筋籠和混凝土澆灌成，直樁1的直徑0.8米，直樁1的長(zhǎng)度16米，混凝土標(biāo)號(hào)C35。

斜樁2由鋼筋籠和混凝土澆灌成，斜樁2的直徑0.8米，斜樁2長(zhǎng)度16.95米，混凝土標(biāo)號(hào)C35。

本實(shí)施例中工程所處位置地層情況從地面起自上往下為：雜填土，厚度3.6米；粉質(zhì)粘土，厚度5米；粘土，厚度8米；砂質(zhì)粉土，厚度6米；砂層，厚度21米，樁基持力層位于粉質(zhì)砂土。

一種地下桁架式樁基施工方法，包括如下步驟:

步驟一，做好成孔前的準(zhǔn)備工作，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工放樣，用經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量?jī)x器放出施工軸線，放樣定出各個(gè)直樁1和斜樁2的位置并在施工樁樣圖上標(biāo)示，計(jì)算斜樁2的開(kāi)孔角度；將測(cè)量放樣的直樁1中心在地面上打入鋼筋作為標(biāo)志；

步驟二，直樁孔成孔，由于直樁1和斜樁2的樁身段所處地層為雜填土、粉質(zhì)粘土、粘土層，持力層所處巖土層為粘土層，成孔采用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)形式；選取一單元樁基位置，直樁1直徑0.8米、長(zhǎng)度16米，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆頭直徑0.8米，孔深16米；

步驟三，澆灌直樁1混凝土，先在直樁孔內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠每隔1.5米放置混凝土保護(hù)塊以保證鋼筋籠居于孔的正中；向直樁孔內(nèi)澆灌混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C35，混凝土碎石的級(jí)配1—3厘米；

步驟四，斜樁孔成孔，根據(jù)斜樁2的方位定好開(kāi)孔方向，斜樁孔與兩端直樁1切入0.2米成孔，斜樁2的直徑0.8米、長(zhǎng)度16.95米，鉆機(jī)鉆頭直徑0.8米，孔長(zhǎng)16.95米；成孔后檢查孔底沉渣，對(duì)孔底沉渣用泵吸反循環(huán)清孔將孔底沉渣清理干凈；

步驟五，澆灌斜樁2混凝土，先在斜樁孔內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠每隔1.5米放置混凝土保護(hù)塊以保證鋼筋籠居于孔的正中；向斜樁孔內(nèi)澆灌混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C35，混凝土的碎石的級(jí)配1—3厘米；

澆灌混凝土后直樁1和斜樁2形成整體結(jié)構(gòu)的地下桁架式樁基。

本實(shí)施例和全部采用直桿樁的同類型樁基工程相比，提高了樁基礎(chǔ)的整體剛度和承載力、減少基礎(chǔ)不均勻沉降，預(yù)測(cè)可以減少樁數(shù)36％，工程造價(jià)節(jié)省31％、工期提前12天，提高了工程進(jìn)度取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。