專(zhuān)利名稱(chēng)：一種支承剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)及施工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樁筏基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是支承剛度可調(diào)式的樁筏基礎(chǔ)及施工工藝。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑大量涌現(xiàn)，為獲得足夠的承載力、減少建筑物的沉降，樁 筏基礎(chǔ)的應(yīng)用越來(lái)越普遍。建筑樁基特別是常規(guī)樁基，雖然為建筑結(jié)構(gòu)提供了足夠的承載 力、降低建筑物的總沉降量。但是差異沉降卻不見(jiàn)改善。大量的工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，盡管 樁數(shù)不少，但碟形沉降仍不可避免，特別是框剪、框筒、筒中筒結(jié)構(gòu)更明顯。研究己證實(shí)， 差異沉降是導(dǎo)致基礎(chǔ)內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力增大、板厚與配筋增加的根源。
由多年的共同作用理論研究可知，不同的上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)(樁筏)與地基的剛度分布 均會(huì)對(duì)建筑物的內(nèi)力與變形產(chǎn)生影響。上部結(jié)構(gòu)由于受到使用功能的制約， 一般很難對(duì)其 進(jìn)行調(diào)整。筏板和其它形式基礎(chǔ)，雖可通過(guò)變化板厚、設(shè)置肋梁、縮小墻距(箱基)等來(lái) 調(diào)整基礎(chǔ)剛度分布，但是效果并不明顯，付出的代價(jià)卻很大。因此對(duì)地基與樁基構(gòu)成的支 承體的支承剛度進(jìn)行可控、合理的調(diào)整才是差異沉降控制設(shè)計(jì)最有效的方法。目前國(guó)內(nèi)外 有部分學(xué)者對(duì)控制建筑物的差異沉降以及地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)優(yōu)化等問(wèn)題開(kāi)展一些研究。宰金 珉提出用不同剛度的墊層以及不同樁徑、不同樁長(zhǎng)的布樁方式來(lái)改善基礎(chǔ)的工作性狀，減 少建筑物的沉降和不均勻沉降，特別是通過(guò)塑性支承樁嘗試了零差異沉降控制的實(shí)際工程 應(yīng)用，效果顯著。劉金礪提出共同作用變剛度調(diào)平優(yōu)化設(shè)計(jì)概念與方法，通過(guò)基底局部地 區(qū)加樁、減樁以及調(diào)整樁長(zhǎng)等方法改變地基基礎(chǔ)的剛度，來(lái)減少建筑物的差異沉降； Randolph亦通過(guò)模型試驗(yàn)探討不同布樁方式對(duì)筏板內(nèi)力和變形的影響。上述研究取得了一 些研究成果，有一定的應(yīng)用價(jià)值，但還存在很多的缺陷。如不同樁徑、不同樁長(zhǎng)的布樁方 式受上部結(jié)構(gòu)形式和地質(zhì)條件的影響，特別是端承占主要地位的摩擦端承樁或端承樁，筏 板與樁端頂變形就難以協(xié)調(diào)，從而應(yīng)用范圍受到相當(dāng)大的限制；在高層建筑主裙樓分別設(shè) 置不同剛度墊層的方法亦有承載力確定、沉降計(jì)算、剛度定量控制等設(shè)計(jì)計(jì)算理論不完善、 方法不成熟、施工難以控制的弊端，并且也只能應(yīng)用于采用天然地基為持力層的高層建筑。目前已經(jīng)廣泛注意的是，在土質(zhì)較差地區(qū)可以通過(guò)樁基的向下刺入來(lái)考慮地基土的承 載力，但是在某些土質(zhì)較好的地區(qū)建造高層建筑，當(dāng)天然地基承載力不能滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)荷 載的需要，但又相差不多，此時(shí)改用樁基后，由于樁端有較好的持力層，樁基無(wú)法向下刺 入，基底下良好的持力層無(wú)法得到利用，浪費(fèi)巨大。因此端承樁基礎(chǔ)如何充分利用良好的 地基土承載力成為樁土共同作用理論應(yīng)用的一大難題。對(duì)此，宰金珉、周峰通過(guò)自主開(kāi)發(fā)， 首次研制出了自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器(專(zhuān)利號(hào)ZL200520071955)，它能根據(jù)荷載自動(dòng)調(diào)節(jié)自 身變形(變形調(diào)節(jié)范圍大約3 10cm)。將其安裝于樁頂后(并聯(lián)或串聯(lián))，可對(duì)整個(gè)基礎(chǔ) 的支承剛度分布按需要進(jìn)行較精確的人為調(diào)控，在充分發(fā)揮地基土承載力的基礎(chǔ)上達(dá)到建 筑物零差異沉降的目標(biāo)。并且其應(yīng)用范圍將不再為地質(zhì)情況所束縛，具有廣泛的適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種支承剛度可調(diào)式 的樁筏基礎(chǔ)及施工工藝。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)，包括樁 基、筏板、變形標(biāo)識(shí)桿、鋼管以及位移調(diào)節(jié)裝置，所述的位移調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在樁基與筏板
之間用來(lái)調(diào)節(jié)樁基與筏板的相對(duì)變形，其特征在于所述的位移調(diào)節(jié)裝置包括可調(diào)式鋼筋
連接器和位移調(diào)節(jié)器，在所述的樁基與筏板之間的變形空間內(nèi)，可調(diào)式鋼筋連接器和位移
調(diào)節(jié)器并列連接，該鋼筋連接器隨位移調(diào)節(jié)器同步調(diào)節(jié)；所述的鋼筋連接器包括一底板、 一頂板，在所述的底板上設(shè)置有上拉筋與筏板鋼筋連接，在所述的頂板上設(shè)置有下拉筋與 樁鋼筋連接，所述的上拉筋穿過(guò)相應(yīng)的頂板，所述的下拉筋穿過(guò)相應(yīng)的底板；所述的變形 標(biāo)識(shí)桿的下部與樁頂相連，上部穿過(guò)鋼管露出筏板外，變形標(biāo)識(shí)桿用于測(cè)量樁基與筏板的 相對(duì)變形量，所述的鋼管預(yù)埋于筏板內(nèi)。
一種樁筏基礎(chǔ)的施工工藝，包括以下步驟
第一步、樁基施工，并在樁頂上安裝樁頂位移調(diào)節(jié)器；
第二步在樁基與筏板的位移變形空間內(nèi)設(shè)置與位移調(diào)節(jié)裝置同步調(diào)節(jié)的可調(diào)式鋼筋 連接器，可調(diào)式鋼筋連接器的下拉筋與樁基鋼筋固定連接，可調(diào)式鋼筋連接器的上拉筋與 筏板鋼筋固定連接；
第三步，在樁頂連接變形標(biāo)識(shí)桿，變形標(biāo)識(shí)桿穿過(guò)埋于筏板內(nèi)的鋼管，并露出筏板外； 第四步，施工完畢且位移調(diào)節(jié)完成后，通過(guò)注漿管在樁基與筏板的空間內(nèi)澆筑混凝土，
4通過(guò)所述的可調(diào)式鋼筋連接器將樁基的鋼筋和筏板的鋼筋連接成一整體。
本發(fā)明公開(kāi)的樁筏基礎(chǔ)，在樁基與筏板之間放置位移調(diào)節(jié)器、鋼筋連接器以及變形標(biāo) 識(shí)桿組成的位移調(diào)節(jié)裝置。該將樁基和筏板分離，用來(lái)調(diào)節(jié)支承剛度，鋼筋連接器用于連 接樁基鋼筋和筏板的鋼筋，從而在支承剛度調(diào)節(jié)完成后，將樁基和筏板重新連接成以整體， 保證剛度調(diào)節(jié)后樁基的抗拔能力不低于常規(guī)樁基。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)的支承剛 度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)，能保證樁筏連接處的抗彎、抗剪以及抗拔能力不低于常規(guī)樁基的情況 下，具備支承剛度可自由調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。該特點(diǎn)可用于樁土共同作用、建筑物筏板變剛度設(shè) 計(jì)以及建筑物舊樁的重復(fù)利用等領(lǐng)域，由于支承剛度可人為自由調(diào)節(jié)，其應(yīng)用范圍也不再 為地質(zhì)條件所制約，具有廣泛的適應(yīng)性。


圖1是本發(fā)明樁筏基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明鋼筋連接器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是圖2的俯視圖。
圖中1、位移調(diào)節(jié)器，2、可調(diào)式鋼筋連接器 注漿孔，6、樁基，7、筏板，8、頂板，9、下拉筋
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明
如圖1所示， 一種支承剛度可調(diào)、差異沉降非常小、地基土承載力得以充分發(fā)揮的樁
筏基礎(chǔ)。具體可分解成如下部分 裝置
位移調(diào)節(jié)器1
位移調(diào)節(jié)器是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，對(duì)支承剛度的調(diào)節(jié)就是通過(guò)位移調(diào)節(jié)器的工作而 實(shí)現(xiàn)的。目前己有的位移調(diào)節(jié)器是自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器。它主要由鋼材、橡膠以及其它一些 工程材料制成，具有能根據(jù)荷載自動(dòng)調(diào)節(jié)自身變形的特點(diǎn)。自適變形調(diào)節(jié)器的支承剛度可 根據(jù)需要在生產(chǎn)時(shí)設(shè)定將它安裝于樁頂后，可對(duì)整個(gè)基礎(chǔ)的支承剛度分布按需要進(jìn)行人為 調(diào)控。
可調(diào)式鋼筋連接器2
，3、變形標(biāo)識(shí)桿，4、側(cè)護(hù)板，5、 ，10、上拉筋，11、底板。鋼筋連接器2包括一底板11、 一頂板8，在底板11上設(shè)置有上拉筋10，在頂板8上 設(shè)置有下拉筋9，下拉筋9穿過(guò)底板11，上拉筋10穿過(guò)頂板8。當(dāng)頂板8受向下的作用力 時(shí)，與頂板8連接的下拉筋9沿著底板11的孔向下移動(dòng)，從而使得頂板8下移。
因?yàn)闃抖伺c筏板之間安裝了位移調(diào)節(jié)裝置，樁基的抗拔能力被削弱，為彌補(bǔ)這一不足， 必須在樁端和筏板之間安裝可調(diào)式鋼筋連接器。可調(diào)式鋼筋連接器不僅不會(huì)影響位移調(diào)節(jié) 器的工作效果，而且在位移調(diào)節(jié)完成后可通過(guò)灌漿的方式實(shí)現(xiàn)筏板與樁的有效連接，從而 使樁的抗拔能力得以發(fā)揮。
變形標(biāo)識(shí)桿3
用來(lái)測(cè)量位移調(diào)節(jié)器的位移調(diào)節(jié)量，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工安裝方便、造價(jià)低等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)要求
剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)一般適宜用于土質(zhì)較好地區(qū)。地基土承擔(dān)大部分上部結(jié)構(gòu)荷載的 同時(shí)，使用少量的樁來(lái)承擔(dān)剩余荷載并且控制建筑物的總沉降和差異沉降。在本發(fā)明公開(kāi) 的樁筏基礎(chǔ)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意以下基本要求。
地基土承載力的取值
地基土承載力的合理取值是可剛度調(diào)式樁筏基礎(chǔ)成功設(shè)計(jì)的重要方面，也在很大程度 上決定了整個(gè)基礎(chǔ)的造價(jià)。當(dāng)?shù)鼗敛粏适Х€(wěn)定性的破壞，并且變形s也恰在容許范圍[S] 之內(nèi)時(shí)，地基的設(shè)計(jì)是最經(jīng)濟(jì)的。為了充分利用地基土的承載力，在進(jìn)行地基土承載力的
計(jì)算時(shí)，就不能始終局限于彈性階段。具體地基土承載力/。的取定應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)
并適當(dāng)考慮筏板的尺寸效應(yīng)來(lái)確定，亦即還應(yīng)按容許變形控制來(lái)確定地基土的承載力。 樁數(shù)的確定
樁應(yīng)盡量布置于墻下和柱下，并且群樁重心盡可能對(duì)準(zhǔn)荷載重心，在此基礎(chǔ)上樁數(shù)為
2 —/。爿 戶(hù)。
式中，Q為上部結(jié)構(gòu)豎向力設(shè)計(jì)值、基礎(chǔ)自重設(shè)計(jì)值和基礎(chǔ)上土重標(biāo)準(zhǔn)值，^為基礎(chǔ)
底總面積，/。為經(jīng)修正后地基土承載力特征值，尸。為單樁豎向承載力特征值。
因?yàn)橛蓸锻恋膮f(xié)調(diào)變形是由樁頂變形調(diào)節(jié)裝置來(lái)保證的，所以上式中單樁承載力亦無(wú) 必要使用至極限值，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》建議取為特征值即可。于是，可按不同施工 和使用階段，由共同作用分析以控制沉降與差異沉降。樁端變形調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)
剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)在承荷受力的最終階段，樁土的變形仍是協(xié)調(diào)的，因此樁端變形 裝置所需調(diào)節(jié)的位移量 實(shí)際上就是地基土承擔(dān)荷載后樁間土的壓縮量(嚴(yán)格意義上應(yīng)再
減去樁身的壓縮量)，當(dāng)樁為端承樁時(shí)此變形量也是整個(gè)基礎(chǔ)的沉降量。另外樁端變形裝 置最終承擔(dān)的荷載即為單樁承載力特征值，因此樁端變形裝置的剛度即為 P。2P。 P
式中， 為自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器的變形量。還應(yīng)該指出的是，在整體安全度分析時(shí)樁是
發(fā)揮至《的，因此以2s。為實(shí)際制作時(shí)的極限調(diào)節(jié)量。 整體承載力安全度的分析與計(jì)算
天然地基極限承載力約為2.5/;，當(dāng)假想g向a發(fā)展時(shí)，p。向戶(hù) 發(fā)展，達(dá)到A時(shí)，
預(yù)留變形量2 已用完，樁端進(jìn)一步變形很有限，并不能保證土體發(fā)揮到2.5/。。為安全 起見(jiàn)可估計(jì)為2.0/。。于是剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)整體的極限承載力為
而a-z。^+"戶(hù)，故端承樁復(fù)合樁基的整體承載力安全度為-
_ g" _ 2'0厶^ + "尸"_2 —2 — +《—
至此，按端承樁復(fù)合樁基設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，其整體承載力安全度《滿(mǎn)足規(guī)范[10]要求。 施工工藝
樁基施工完成后便開(kāi)始自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器的安裝，自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器的安裝可分為如 下過(guò)程樁頭清理;調(diào)節(jié)器下支座的安裝；支模板、樁頂混凝土澆筑；調(diào)節(jié)器定位安裝； 變形標(biāo)識(shí)桿與注漿孔的安裝；調(diào)節(jié)器側(cè)護(hù)板與上蓋板安裝。可調(diào)式鋼筋連接器的安裝是與 自適應(yīng)變形調(diào)節(jié)器的安裝同步進(jìn)行的，具體步驟為支座安裝，安裝底板和筏板預(yù)埋筋(拉 筋)；頂板安裝。位移調(diào)節(jié)最終完成后，通過(guò)注漿口灌注混凝土，實(shí)現(xiàn)樁與筏板的有效連 接。
權(quán)利要求
1、一種剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)，包括樁基、筏板、變形標(biāo)識(shí)桿、鋼管以及位移調(diào)節(jié)裝置，所述的位移調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在樁基與筏板之間用來(lái)調(diào)節(jié)樁基與筏板的相對(duì)變形，其特征在于所述的位移調(diào)節(jié)裝置包括可調(diào)式鋼筋連接器和位移調(diào)節(jié)器，在所述的樁基與筏板之間的變形空間內(nèi)，可調(diào)式鋼筋連接器和位移調(diào)節(jié)器并列連接，該鋼筋連接器隨位移調(diào)節(jié)器同步調(diào)節(jié)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)，其特征在于所述的鋼筋連接器包 括一底板、 一頂板，在所述的底板上設(shè)置有上拉筋與筏板鋼筋連接，在所述的頂板上設(shè)置 有下拉筋與樁鋼筋連接，所述的上拉筋穿過(guò)相應(yīng)的頂板，所述的下拉筋穿過(guò)相應(yīng)的底板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)，其特征在于用于測(cè)量樁基與筏板 相對(duì)變形量的變形標(biāo)識(shí)桿，其下部與樁頂相連，上部穿過(guò)鋼管并露出筏板外，所述的鋼管 預(yù)埋于筏板內(nèi)。
4、 一種用于權(quán)利要求l所述的樁筏基礎(chǔ)的施工工藝,其特征在于包括以下步驟 第一步、樁基施工，并在樁頂上安裝樁頂位移調(diào)節(jié)器；第二步在樁基與筏板的位移變形空間內(nèi)設(shè)置與位移調(diào)節(jié)裝置同步調(diào)節(jié)的可調(diào)式鋼筋 連接器，可調(diào)式鋼筋連接器的下拉筋與樁基鋼筋固定連接，可調(diào)式鋼筋連接器的上拉筋與 筏板鋼筋固定連接；第三步，在樁頂連接變形標(biāo)識(shí)桿，變形標(biāo)識(shí)桿穿過(guò)埋于筏板內(nèi)的鋼管，并露出筏板外； 第四步，施工完畢且位移調(diào)節(jié)完成后，通過(guò)注漿管在樁基與筏板的空間內(nèi)澆筑混凝土， 通過(guò)所述的可調(diào)式鋼筋連接器將樁基的鋼筋和筏板的鋼筋連接成一整體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種支承剛度可調(diào)式的樁筏基礎(chǔ)，包括樁基、筏板、位移調(diào)節(jié)裝置以及變形標(biāo)識(shí)桿組成，位移調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在樁基與筏板之間用來(lái)調(diào)節(jié)樁基與筏板的相對(duì)變形，變形標(biāo)識(shí)桿用于測(cè)量樁基與筏板的相對(duì)變形量，其下部與樁頂相連，上部穿過(guò)鋼管并露出筏板外，所述的鋼管預(yù)埋于筏板內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)的支承剛度可調(diào)式樁筏基礎(chǔ)，能保證樁筏連接處的抗彎、抗剪以及抗拔能力不低于常規(guī)樁基的情況下，具備支承剛度可自由調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。該特點(diǎn)可用于樁土共同作用、建筑物筏板變剛度設(shè)計(jì)以及建筑物舊樁的重復(fù)利用等領(lǐng)域，由于支承剛度可人為自由調(diào)節(jié)，其應(yīng)用范圍也不再為地質(zhì)條件所制約，具有廣泛的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)E02D27/00GK101487267SQ200910028358
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者劉壯志, 峰 周, 宰金珉, 梅國(guó)雄, 蔣專(zhuān)成 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)