屬軟土地基處理和樁基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用泡沫混凝土填芯形成雙層結(jié)構(gòu)減震樁的一種施工方法。主要用于高速鐵路、公路軟土地基處理等工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地震、車輛荷載均產(chǎn)生振動(dòng)波，對(duì)地基基礎(chǔ)均產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而影響上部結(jié)構(gòu)正常使用以及產(chǎn)生嚴(yán)重的次生災(zāi)害。目前對(duì)于基礎(chǔ)抗震研究主要從隔震結(jié)構(gòu)角度入手，即在上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)層之間設(shè)置隔震層，如橡膠支座，通過隔震結(jié)構(gòu)消耗來阻隔或減少震動(dòng)能量傳遞。傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系主要通過提高結(jié)構(gòu)自身剛度和延性增強(qiáng)抗震性能，但是，一味地提高結(jié)構(gòu)剛度反而更有利于震動(dòng)能量傳播，不利于抗震，單一地提高結(jié)構(gòu)自身延性，會(huì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)耗能能力，但同時(shí)其慣性力也增大，結(jié)構(gòu)吸收更多的能量，對(duì)于建筑物較高的情況將會(huì)產(chǎn)生不利的影響。鑒于提高傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系方法的局限性，大多數(shù)學(xué)者將抗震技術(shù)研究方向集中在隔震領(lǐng)域，而較少涉及抗震結(jié)構(gòu)本身的抗震能力研究。
當(dāng)前對(duì)于剛性基礎(chǔ)如鋼筋混凝土樁基(包括鋼筋混凝土管樁)的設(shè)計(jì)一般是忽略它的抗震作用，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)需要抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用“隔震”措施例如在樁基頂部安裝柔性支座來進(jìn)行抗震；對(duì)于柔性樁如水泥土攪拌樁，由于其震動(dòng)變形大、易破壞不具備延性能力因而也不具備抗震樁性能。中國專利“抗震建筑樁”(cn201210151718.1)提出的一種抗震建筑樁沿樁身從上至下包括混凝土主樁、彈性柱、混凝土基底三段，利用彈性柱緩沖抗震，主要是對(duì)地震波的縱波即豎向震動(dòng)有較好的緩沖作用，但由于這種樁型由三段不同剛度的樁身組合而成，其樁身整體性自然也差，當(dāng)其收到地震波的橫波發(fā)生水平震動(dòng)時(shí)，三段不同剛度樁身震動(dòng)形變不協(xié)調(diào)，易發(fā)生斷樁等嚴(yán)重后果，因此該樁型的抗震性能具有其局限性；
另外，cn200810132936.4提供了抗震生態(tài)承載樁，目的在于提供一種承載樁，主要通過減低因土體液化而造成的承載力的降低和同時(shí)降低樁下沉過程中水對(duì)樁端的阻力來提高樁的抗震能力，該方法主要適用于地震易液化的沙土地基區(qū)域，而對(duì)含量很低甚至不含沙土的地基土其抗震作用自動(dòng)失效，并且單靠樁身排水方法來降低樁周土體液化范圍有限，抗震效果難以大范圍實(shí)現(xiàn)，因此，該方法只是通過間接的方法實(shí)現(xiàn)抗震目的而并沒有改善樁本身抗震能力；
還有，cn201310345896.2提供了一種大直徑微變形減震樁護(hù)壁隔離層的施工方法及結(jié)構(gòu)，用于解決建筑施工過程中距離邊坡較近的孔樁需要進(jìn)行隔離的難題，從而樁體的水平受荷變形對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響最小。但是該樁型本身不屬于抗震樁范疇，只是給出了減小樁體水平受荷震動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的一種施工方法，并不是以減小地震對(duì)樁體破壞影響為目的，與本發(fā)明所提出的“減震樁”有本質(zhì)區(qū)別。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速鐵路、公路的軟土地基常采用樁基復(fù)合地基方法處理，并且一般不采用隔震層進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，因此提高樁基自身結(jié)構(gòu)抗震性能是其抗震設(shè)計(jì)最佳途徑之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明制作的雙層結(jié)構(gòu)減震樁通過改變自身結(jié)構(gòu)來提高自身抗震性能，與傳統(tǒng)的剛性樁、柔性樁相比，具有更強(qiáng)抗震能力。本發(fā)明同時(shí)要解決的一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)矛盾是工程棄土收納問題，基于以上工程實(shí)際，本發(fā)明提出一種雙層結(jié)構(gòu)減震樁及其施工方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明的首要目的在于提供了一種雙層結(jié)構(gòu)減震樁，包括，由剛性外壁、緩沖內(nèi)芯和柔性套管組成，所述的剛性外壁處于最外側(cè)，其次是處于中部的柔性套管，最內(nèi)部是所述的緩沖內(nèi)芯，所述的剛性外壁的作用為承受上部承載力，滿足靜力設(shè)計(jì)要求；所述的緩沖內(nèi)芯的作用為吸收震動(dòng)等能量，滿足減震(如地震、車輛振動(dòng)荷載等)要求。
更為重要的是根據(jù)前述一種雙層結(jié)構(gòu)減震樁，所述的剛性外壁呈環(huán)形，根據(jù)成樁施工技術(shù)優(yōu)選材質(zhì)的變形模量為1-200gpa，外直徑為30-2000mm，壁厚為20-1000mm。
作為一種優(yōu)選，所述剛性外壁采用c30混凝土，變形模量為30gpa，直徑1200mm，壁厚400mm。
更為重要的是根據(jù)前述一種雙層結(jié)構(gòu)減震樁，根據(jù)成樁施工技術(shù)優(yōu)選所述的緩沖內(nèi)芯呈圓形，材質(zhì)可抵抗緩沖能量達(dá)10-1000kj，直徑為10-1800mm。
作為一種優(yōu)選，所述緩沖內(nèi)芯采用渣土泡沫混凝土，根據(jù)組成材料比例計(jì)算得出其密度400-1200kg/m3，強(qiáng)度0.5-3mpa，可抵抗吸收能量20-100kj，直徑400mm。
所述渣土泡沫混凝土的材料組成水泥、水、工程棄土、發(fā)泡劑，優(yōu)選質(zhì)量比例為1：1.05-1.25：1-3：0.001-0.01。
作為一種優(yōu)選，所述的柔性套管，直徑為400mm，可為塑料套管或鋼套管。
前述各組成部件的比例和性能是本發(fā)明的優(yōu)選方案，通過相互配合，相較于傳統(tǒng)的剛性樁、柔性樁相比，明顯具有更強(qiáng)抗震能力。
本發(fā)明所提出的泡沫混凝土不局限于使用渣土材料，也可采用粉煤灰等材料，并且材料的配合比也不限于唯一，從而可制成各種類型和強(qiáng)度的泡沫混凝土，最終得到滿足各種需要的雙層結(jié)構(gòu)減震樁。
本發(fā)明提出中先在套管外側(cè)與孔壁之間的內(nèi)腔澆注普通混凝土形成混凝土管樁的施工方法也不局限于這一種，還可以是直接在樁孔內(nèi)放置預(yù)制的混凝土管樁，然后在其孔內(nèi)澆注泡沫混凝土形成雙層結(jié)構(gòu)減震樁。
本發(fā)明的另一目的在于提供了一種該雙層結(jié)構(gòu)減震樁的施工方法，簡(jiǎn)述主要施工方法包括步驟如下：
(1)平整場(chǎng)地，測(cè)量放線，采用機(jī)械成孔(如長螺旋鉆孔)至設(shè)計(jì)深度，樁孔垂直度偏差不大于1％，以保證剛性外壁厚度均勻；
(2)安放套管于樁孔中心位置；
(3)制備普通混凝土和泡沫混凝土，應(yīng)指出的是該泡沫混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)工程棄土為原料的制備方法，其和易性滿足管送要求；
下放導(dǎo)管，同時(shí)澆注所述套管外的混凝土(即剛性外壁)和內(nèi)部的泡沫混凝土(即緩沖內(nèi)芯)，即形成雙層結(jié)構(gòu)減震樁。
上述施工方法以樁徑1200mm，內(nèi)芯直徑為400mm為例。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得的有益效果包括：
基于目前基礎(chǔ)抗震性能研究現(xiàn)狀，結(jié)合混凝土管樁和泡沫混凝土各自特點(diǎn)，本發(fā)明提出了雙層結(jié)構(gòu)減震樁及其施工方法，該技術(shù)具有其綜合優(yōu)勢(shì)。
(1)具有吸能抗震特性。目前對(duì)樁基抗震性能的研究主要從“隔震”角度出發(fā)，較少從結(jié)構(gòu)本身入手。本發(fā)明提出的雙層結(jié)構(gòu)減震樁緩沖內(nèi)芯部位采用的是渣土泡沫混凝土，由于泡沫混凝土的多孔性使其具有較低的彈性模量和較高耗能性，相比于其他類型的剛性樁和柔性樁，本發(fā)明實(shí)心樁具有一定的吸能抗震功能。
(2)綠色環(huán)保。本發(fā)明提出的雙層結(jié)構(gòu)減震樁中間部位的緩沖內(nèi)芯采用泡沫混凝土填芯，該泡沫混凝土采用渣土為原材料之一，替代常用建筑材料砂石，解決了部分建筑渣土外運(yùn)倒土困難、減少棄土污染和降低了工程成本，同時(shí)減少了減少建筑材料砂石用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。
附圖說明
圖1為本發(fā)明泡沫混凝土填芯的雙層結(jié)構(gòu)減震樁截面示意圖，其中，1為剛性外壁；2為緩沖內(nèi)芯；3為柔性套管；4為能量波。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合技術(shù)方法和詳圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例一
參照?qǐng)D1所示，一種雙層結(jié)構(gòu)減震樁，包括，由剛性外壁、緩沖內(nèi)芯和柔性套管組成，所述的剛性外壁處于最外側(cè)，其次是處于中部的柔性套管，最內(nèi)部是所述的緩沖內(nèi)芯，所述剛性外壁采用c30混凝土，直徑1200mm，壁厚400mm。所述緩沖內(nèi)芯采用渣土泡沫混凝土材料組成，水泥、水、工程棄土、發(fā)泡劑的質(zhì)量比例為1：1.05-1.25：1-3：0.001-0.01，密度800kg/m3，強(qiáng)度2mpa，可抵抗吸收能量60kj，直徑400mm。
具體步驟為：(1)平整場(chǎng)地，測(cè)量放線，采用機(jī)械成孔(如長螺旋鉆孔)至設(shè)計(jì)深度，樁孔垂直度偏差不大于1％，保證后續(xù)雙層結(jié)構(gòu)減震樁外管壁厚度上下均勻；(2)安放套管3于樁孔中心位置；(3)制備普通混凝土和泡沫混凝土，應(yīng)指出的是該泡沫混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)工程棄土為原料的制備方法，即所需原料組成：水泥、水、工程棄土、發(fā)泡劑；(4)下放導(dǎo)管，同時(shí)在套管3外側(cè)和內(nèi)側(cè)，澆注的剛性外壁1普通混凝土和緩沖內(nèi)芯2泡沫混凝土，即形成雙層結(jié)構(gòu)減震樁。震動(dòng)能量傳播如圖所示，有利于震動(dòng)能量傳播。
實(shí)施例二
在前述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，在雙層結(jié)構(gòu)減震樁頂端加上褥墊層，便可形成復(fù)合地基，可用于處理高速鐵路、公路等工程上的軟土地基。
實(shí)施例三
在前述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，上述實(shí)心樁不僅局限于形成復(fù)合地基來處理軟土基礎(chǔ)，也可在套管外側(cè)與孔壁之間的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，亦或是套管采用鋼管，便可形成承載力更高的雙層結(jié)構(gòu)減震樁，用于高層建筑樁基礎(chǔ)。
以上實(shí)施例中形成雙層結(jié)構(gòu)減震樁，由于其緩沖內(nèi)芯2采用含有大量密集微小氣孔的沫混凝土填芯而成，當(dāng)?shù)卣鸹蜍囕v荷載的震動(dòng)波傳入其內(nèi)部時(shí)，震動(dòng)波會(huì)在這些大量氣孔的孔壁和孔內(nèi)不斷反射和透射，并且泡沫混凝土由于其較低的彈性模量還可以產(chǎn)生一定的形變，從而震動(dòng)波的能量可以大量被消耗。另一方面，雙層結(jié)構(gòu)減震樁的普通混凝土剛性外壁1支承上部結(jié)構(gòu)荷載，同時(shí)保證緩沖內(nèi)芯正常工作，最終實(shí)現(xiàn)減震目的，相較于傳統(tǒng)的剛性樁、柔性樁相比，明顯具有更強(qiáng)抗震能力。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。