CN103132511A - 静压沉管扩底灌注桩的成桩方法及成桩装置 - Google Patents

Abstract

静压沉管扩底灌注桩的成桩方法及成桩装置，该方法是通过双夹持机构的静力压拔机将上部带料斗，下部带活瓣桩尖的厚壁钢管压至设计标高后，往管内投放硬质填料而后用夯锤将其在孔底夯扩出大头，之后吊放钢筋笼灌注砼拔管后成桩；该成桩装置是在原静压管桩机的基础上主要增加了带有上拔油缸的单夹持或双夹持机构及带抱杆、卷扬机、扭管机的压拔机；该方法解决已有技术成桩速度和承载力，相对较慢较低及不经济的问题。

Description

静压沉管扩底灌注桩的成桩方法及成桩装置

技术领域：本发明设计一种用于桩基础工程施工的成桩方法及机具。

背景技术：随着先进施工机械的不断涌现，是的施工的手段和方法愈来愈科学、先合理，取得的经济效果更佳显著，抱压式静力压桩机比顶压式静力压桩机就先进了一步，使其不但压桩深度提高，而且减少了爆桩率。专利号200710072654.5的专利技术，是通过静力压桩机将一根底部带活瓣桩尖的钢管压至设计标高。或设计荷载，往钢管内吊放钢筋笼，压灌大流动砼，而后将钢管拔出后成桩，此工艺克服了桩管遇沙层受阻，另爆桩的问题。夯扩桩是一种用重锤通过卷扬机钢丝绳垂吊直接向地基土夯击，套管跟进而后往套管内投放建筑垃圾，经反复多次夯击，使桩底出现打头状，放入钢筋笼，灌注砼后震动拔出套管成桩。本工艺的优点是：经济、单桩承载力相对较高，缺点是：机械性能受限，只能做小桩，短桩，单桩承载力水平低下，同时对土体扰动大满足不了高层建筑或大型的工业民用建筑的要求，施工速度慢，往往是群机施工产生噪音杂乱，扰民，只能再旷野，多层建筑场地进行施工。

发明内容：静压沉管扩底灌注成桩方法及其装置就能克服上述问题，并使工程造价相对较低。

本发明的方法是通过以下步骤来实现的：

1、采用压拔机将底部带锥形活瓣桩尖上部带料斗的厚壁钢管压入设计标高或设计荷载；

2、将钢管拔起略高于活瓣桩尖高度，而后往管内投放填料，

3、用卷扬机将夯锤吊放入钢管内，对管内填料进行夯击使其在管底部形成大头，

4、提出夯锤往管内吊放钢筋笼至笼顶标高处；

5、往管内压灌砼至略高于桩顶标高处或注满孔；

6、将钢管拔出地面后，摘掉悬挂钢筋笼的吊环、固定好笼顶标高并移机，施工下一桩位。

本发明的工作原理是：底部带活瓣桩尖的钢管，在大功率静力压拔机的作用下，比预制桩靴和管桩的穿透力强的多，实践证明，目前穿透砂层不是问题，3米左右厚的圆砾层都能穿透，因此，它要比振动跟管夯孔扩底的夯扩桩施工的速度要快的多，尤其采用双夹持机构装置的压拔机，其施工的速度是单夹持机构装置的1.5～2倍。双夹持机构即：一组夹持机构下压或上拔时，另一组夹持机构则松开卡瓦上行或下行，当运行至上行或下行的位置锁紧卡瓦开始下压或上拔时，而先一组夹持机构完成了一次下压或上拔，于是便松开卡瓦上行或下行，周而复始，连续不断的将钢管下压或上拔，当把钢管压制设计标高后便将钢管拔起大于桩尖的高度(意在使桩尖活瓣打开，若发现打不开时可用夯锤点击)。在管顶料斗上方往管内投放填料；填料可以是建筑垃圾、碎石或干硬性砼，也可按设计要求或甲方要求投放何种填料，之后将夯锤吊放入钢管内距孔底2～4m高度夯击填料，经多次夯击，使管底形成扩大头，扩头的大小可根据设计要求，因此，填料的多少和锤击次数决定扩大的大小，扩大头的大小决定着桩端力的大小。因此，填料的数量不少于1.5倍桩经。根据地质条件和设计要求可做二次填料或三次填料接续夯击，被夯击物向桩周扩散，活瓣桩尖也会随之向外开放，因其为轴活动连接，一般不会轻易被破坏，夯击期间，根据填料和夯锤在孔底的深度，可粗略计算出扩大头形状和体积，最后可根据锤击二级或三级贯入度，可参考估算确定端受力。提出夯锤后往管内吊放钢筋笼与标高处，同时压灌大流动砼拔管后成桩。

由于本工艺成桩过程中的桩身砼是自密实充振捣的，故砼的粒料直径为0.5cm～3cm，塌落度为18～25cm之间的大流动砼，为了避免出现刮笼现象，钢筋笼的砼保护层一般要在7.5～10cm。

本发明的成桩装置除单夹持或双夹持机构的静力压拔机外，还有通过机上抱杆鄂头上的滑轮组及卷扬机垂吊于夹持机构中用螺丝扣连接或销轴连接的上部带料斗，底部带活瓣桩尖的厚壁钢管(图2)，及夯出填料扩底用的吊锤(图5)组成。

本发明的成桩方法的有益效果是：

1、本方法应用广泛，施工方便，由于钢管底部带活瓣的桩尖其穿透力强，不仅用于一般地质条件下的地基土，同时也适用于砂类土圆砾、砾石等地基土。

2、本工艺下压的是一根厚壁钢管，不存在像水泥管桩被下压过程中易产生爆管和断裂现象。

3、本方法是在施工现场灌注砼后成桩，砼与孔壁地基土紧密结合后，增加侧阻力，同时底部扩大头，增加了端承力；而遇地下水丰富、水位高时，不存在像管桩的上浮问题。

4、用本方法施工，其工程造价相对更低，不像管桩那样，从工厂制作出再运输到现场其费用较大；且在施工中出现断桩、爆桩现象还要进行补桩。

5、由于本工艺是扩底后成桩，在桩底制作一大头，提高了端承力，从而能使一个工程的桩数量减少，也能相对减短桩长，因此能够缩短工期，给后续工序节约了大量时间，加快了整体施工的速度。

6、由于扩底后相对减短了桩长，可大大地降低了施工难度和繁琐程度，尤其在较软弱地基土中施工，如沿海的漫滩地带，冲积平原，其地下水位高、土质软，在这种地质条件下，设计的桩大而长，钢筋笼的配置也大也长。因此，本工艺与潜水灌注桩相比，其优势更加明显。

7、本方法是静压沉管，不产生噪音，既使在扩底时有锤击声，也是在地下且在几十米的地下，何况每桩的夯击时间不长，击数不多，不产生扰民问题；同时挤扩成孔没有泥浆外溢，不产生污染，符合环保，能做到文明生产。

8、本方法为现场灌注砼成桩，多数为泵注砼，其砼的塌落度大，一般在18～25cm之间，流动性较好，是自密实免振捣的，一般来说，安全、可靠、保证质量。拔管时，砼始终压着管走，拔管速度低于砼的泵注量，不会出现断桩，缩经现象。

附图说明

图1是本发明方法静压沉管扩底灌注桩的成桩方法和施工过程示意图，图2是本发明成桩装置的整体示意图，图3是本发明一种成桩装置的底部带活瓣桩尖、上部带料斗的组合钢管，图4是本发明一种成桩装置的两组夹持机构的装配示意图，图5是本发明一种成桩装置的夯锤，图6是本发明一种成桩装置的上部带料斗底部穿桩靴的组合钢管。

具体实施方式

具体实施方式一，见(图1)，本实施方式的方法是通过以下不步骤实现的：

1、用单加持机构或双夹持机构的静力压拔机将底部带活瓣桩尖(或桩靴)上部带料斗，被卷扬机通过机上抱杆上的滑轮组并用钢丝绳垂吊于夹持机构内且活动连接固定在抱杆滑道上的厚壁钢管压入设计标高或设计荷载。

2、把钢管提起大于桩尖高度使桩尖活瓣打开，并往管内投放填料。

3、用付卷扬将夯锤垂吊入钢管内，并夯击底部填料使其成扩大头状达到设计要求。

4、提出夯锤，吊放钢筋笼并将其置入钢管内笼顶标高处。

5、开动砼泵往管内压灌砼，可将钢管灌满砼后拔管，也可边泵注砼边拔管，但拔管高度要始终低于管内砼高度2m以上，以避免断桩现象发生。砼的泵注量要大于孔内的体积量。泵注砼时最好用有计量表的砼泵，以便更好掌握灌注量，操作起来也方便。

6、将钢管拔出地面后拆除提引钢筋笼的吊环，固定好笼顶标高，成桩。

具体实施方式二，见(图2)

本实施方式的成桩装置是一台静力沉管扩底灌注桩的压拔机，是在静力压桩机的基础上增加了上拔油缸，(即一套夹持机构增加2个，两套夹持机构增加4个)，同时增加了机上抱杆(1)，抱杆上部鄂头滑轮组(2)主卷扬机(3)，底部带活瓣桩尖，上部带料斗的多节组合后的厚壁钢管(4)，双夹持机构(5)，抱杆滑道(6)，料斗侧面焊有泵注砼的弯头(7)，砼软管(8)，付卷扬机(9)，夯锤(10)组成，施工时，底部带活瓣桩尖上部带料斗的厚壁钢管，通过机上抱杆的滑轮组并用卷扬机上的专用钢丝绳垂吊于夹持机构中，随机行走。当收拢后的活瓣桩尖对准桩位点后，将其孔入土中，调平(直)压拔机后被压钢管与地面成垂直状，开动夹持压拔机构，下压钢管。当将其压至设计标高时，上拔一个桩尖高度后，往管内投放填料，而后将夯锤吊放入钢管内，对填料进行夯击，夯击达到设计要求后，提出夯锤吊放钢筋笼于笼顶标高处，泵注砼于管内，并泵注量达到要求后将钢管拔出地面，拆除掉吊放钢筋笼的吊环，固定好钢筋笼，移机施工下一桩位。

具体实施方式三见(图3)

本实施方式的成桩扩底装置的夹持机构***是由两组夹持机构组成，即由4个上拔油缸和4个下压油缸组成，形成连续式压拔管机构。一组夹持机构夹管下压或上拔时，另一组夹持机构的卡瓦处于松开状态，上行或下行；当第一组夹持机构夹管下压或上拔完成一个回次后，将卡瓦松开、开始上行或下行时，另一组夹持机构将卡瓦锁紧，开始夹管下压或上拔，周而复始，两组夹持机构连续不断地将钢管下压或上拔。

具体实施方式四见(图4)

本实施方式的成桩扩底装置的被压拔钢管是一根由多节钢管组合在一起的，上部带料斗并在料斗一侧带有能连接砼泵软管的弯管，下部带活瓣桩尖的厚壁钢管。经卷扬机钢丝绳通过抱杆鄂头滑轮组垂吊于夹持机构中随机行走，施工组装垂吊钢管时，先将底部带活瓣桩尖上部带丝扣的短节钢管收拢其活瓣并扎入地面，用链钳或其它工具固定住，使其不可旋转；用吊机将一节两头带螺丝扣的钢管吊放入扭管器并夹持机构中与带活瓣桩尖钢管对接，开动扭管器使二者扭牢之后松开扭管器，开动夹持机构锁紧卡瓦夹住钢管下压(这时已撤掉链钳等固定桩尖工具)至扭管器以下时停止，吊机将第二节钢管吊放入扭管器中与第一节钢管对接，开动扭管器，扭动第二节钢管为第一节钢管扭牢之后，松开扭管器而后夹紧钢管下压并将其下压至扭管器以下停止下压，最后，吊机将第三节钢管吊起放入到扭管器中与第二节连接。如此，一节节钢管被连接组装起来；根据设计要求配制钢管长度，最后一节钢管连接后其上端与料斗连接方式可为法兰连接，料斗下面的变经法兰与钢管上端同样焊一法兰用螺栓固定连接。连接时，若上下法兰螺孔错位不同心，可扭动带法兰的钢管(或左，或右旋)待螺丝孔对称后即可用螺栓固定连接。

具体实施方式五，见(图5)

本实施方式的扩底成桩装置的夯锤是用钢管焊接，里面是铸钢的或铸铁的圆锥体，上部焊有提梁与卷扬机钢丝绳连接，夯锤为两种，一种为底部为平头平面，一种为平头凸面，见(图5)施工时可根据设计要求和地质情况选用，一般情况下，凸面锤往外挤土形成大头相对快些。

施工时，钢管压至设计深度后提起钢管大于一个桩尖高度，投填料(也可投料后拔管)而后吊放入夯锤与料距离在2～4m时，松开卷扬机离合闸使夯锤迅速下降冲击填料使其向下四周扩散，经多次夯击使其密实度加大，提高承载力。二次填料夯击是在一次填料夯击未到达设计要求时，将夯锤提出钢管后，如同第一次填料而后在将夯锤吊入管内进行夯击，最后扩大头的大小和承载力的计算要见填料的多少和锤击2级或3级纵贯入度计算。

具体实施方式六，见(图6)

本实施方式的扩底成桩装置的桩靴是根据地质状况的设计要求不用活瓣桩尖改用桩靴，就是将连接好的钢管的底部端面穿入桩靴上部，使二者紧密的结合连成一体，施工时，将桩靴的底部锥形桩尖对准桩位点，移机把垂吊的钢管底部端面通过桩靴上部圆口垂直对接。放松垂吊钢管的钢丝绳用钢管的重量压在桩靴上，使其扎入土中，这时，将压拔机调平，调正被夹持钢管下压，钢管顶着桩靴压至设计标高，往管内投料后，将夯锤吊放入管并将钢管内并将钢管上提30～50cm后，夯击填料。夯锤的冲击力使填料和靴向底部和四周扩散，形成桩底部扩大头，经多次夯击将填料夯实，最后经锤击贯入度估算桩端承载力，达到设计要求后，提出夯锤吊放钢筋笼至标高后，泵灌大流动砼至高于顶标高后，拔出钢管成桩。当一次填料夯实达不到设计要求时，同样可做二次三次补充填料夯实。

Claims (8)

1.一种静压沉管扩底灌注桩的成桩方法其特征在于静压沉管扩底灌注桩的成桩方法是通过以下步骤实现的：

一、静力压拔机将上部带料斗底部带活瓣桩尖的或带桩靴的钢管压至设计标高或设计荷载；

二、上拔钢管大于一个桩尖的高度使其打开活瓣而后往钢管内倒放1～2倍桩经的填料；

三、往钢管内吊放夯锤至填料处；

四、上吊夯锤离填料2～4m高度时，使吊锤快速夯击填料，经多次夯击使填料向桩底及四周扩散形成大头体；

五、提出夯锤，向钢管内吊放钢筋笼于略高于笼顶标高处；

六、往钢管内泵注其塌落为18～25cm，粒径为0.5～3cm的大流动砼于孔内略高于桩顶标高处；

七、上拔钢管于孔外，拆掉吊放钢筋笼的钩环，固定好钢筋笼于标高处成桩；

2.根据权利要求1所述的静压沉管扩底灌注桩的成桩方法，其特征在于吊放钢筋笼可在砼灌注至笼底标高处时吊放；

3.根据权利要求1所述的静压沉管扩底灌注桩的成桩方法其特征在于当遇粘泥活瓣桩尖打不开或部分打不开及桩靴不脱离时，可用夯锤点击；

4.根据静压沉管扩底灌注桩的成桩方法的成桩装置其特征在于：静力压拔机是在原静力压桩机的基础上，增加了上拔油缸可连续式压拔管的双夹持机构，抱杆、主副卷扬机、上部带料斗底部带活瓣桩尖的厚壁钢管、扭管机，夯锤；

5.根据权利要求4所述的静压沉管扩底灌注桩的成桩方法的成桩装置，其特征在于钢管的连接方式可用丝扣通过扭管机连接；也可用快速结头通过销轴连接；

6.根据权利要求4所述的静压沉管扩底灌注桩的成桩方法的成桩装置其特征在于遇软弱地层时也可用桩靴；

7.根据权利要求4所述的静压沉管扩底灌注桩的成桩方法的成桩装置，其特征在于为了减小抱杆和减轻起杆油缸负荷，抱杆可以采用折叠式，经先后两次起杆，即：当一组主起杆油缸将叠加在一起的抱杆支起后，上部副油缸再将被叠加抱杆支起；

8.根据权利要求4所述的静压沉管灌注桩的成桩方法的成桩装置其特征在于扩底夯锤底为平面和凸面两种。

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