CN1245558C - 管桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种管桩施工方法，在桩基定位点安放桩端承载力加强器；桩机就位，使管桩桩端对准桩端承载力加强器；开始沉桩，待管桩穿过不良土层或进入桩端持力层时暂停沉桩，拉动提绳，带动中轴伞杆，顶帽解除对斜撑上端的约束，固定挡块带动环形滑块，使支撑连杆向四周推展斜撑，使之收缩到管桩内，活动挡块带动桩靴，取出桩端承载力加强器；沉桩至设计深度，桩端挤压密实的土体涌入管桩内形成土塞；在管桩内灌注混凝土形成土塞帽，成桩。本发明能增加管桩的穿透性，挤密桩端土体，提高桩端承载力，减少沉降量，提高成桩质量和施工效率，防止管内土体滑动。适用于各种预应力砼管桩、预应力高强砼管桩、预应力砼薄壁管桩及钢管桩施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑基桩施工方法，特别是管桩施工工艺。
背景技术
目前管桩的施工方法，分为静压沉桩法和锤击沉桩法两种。静压沉桩法是用静压反力将管桩压入岩土层，而锤击沉桩法则是靠强大的冲击力冲击管桩顶部将管桩贯入土层中。它们的施工工艺流程是：测量定位，桩机安装就位，桩起吊就位对中，两相正交方向调直，采用静压或锤击方法沉第一节桩，吊第二节桩就位对正，用焊接或硫磺胶泥等方式接桩，沉第二节桩，直至送桩至设计标高。为了在沉桩过程中便于沉桩或挤压桩端土体，在管桩下端连接一个桩靴。
实用新型专利ZL94214365“瓣式活页桩靴”，于1995年11月29日公开了一种主要由桩管和数个瓣式活页相互咬合成一个空心状圆锥体，每个瓣式桩靴活页设有一个挂钩，桩管下端边缘有内环，沿内环上端管周围有开口，每个开口处有一根小轴，从而实现瓣式活页同桩管的相互咬合。
实用新型专利ZL96250250“可拆卸式合瓣桩头”，于1997年9月17日公开了一种合瓣桩头，它是由数块上部宽、下部窄的单块锥状瓣共同构成，在单块锥状瓣的上部有承台板，承台板上直接有一个连接板，连接板上开有数个孔洞；与合瓣桩头活动连接的沉管壁上尚有相应的定位槽或者数个定位孔洞；承台板可由连接铰链接的上承台板和下承台板构成。
现有桩靴存在以下问题：
1、开口型桩靴，在沉桩过程中，无法对桩端的土体有效地挤压。
2、封口平底桩靴，在沉桩过程中，导向性不好，桩位偏移较大对，破岩能力即穿透性较差，某些地质条件不适应。
3、封口锥形桩靴，在沉桩过程中，锥尖使破岩能力提高，穿透性增强，提高了施工效率，但成桩后，锥尖的刺入作用削弱了桩端承载力，易引起基桩下沉，导致承载力降低，沉降量增大。
4、使用开口型桩靴，对于内径较大的管桩，沉桩时涌入管桩内的土体未受挤压，不够密实，形成的土塞，对内壁增加的侧摩阻力相对桩端受到增加的地基反力贡献较小。成桩后，在更大的荷载作用下，管桩内部的土塞滑移，形成活动土塞，导致承载力降低，沉降增大。
5、管桩施工工艺中没有用混凝土封堵土塞这一过程，仅靠土塞与管桩内壁侧摩阻力，这样对桩端承载力贡献不大。即便采用混凝土封堵土塞，但由于挤入管内土体土质不均，密实度不高，在上部荷载作用下，土塞有一被挤密过程，同样会削弱桩端承载力，增大沉降。
6、对于管桩，无论是端承型还是摩擦型桩，基桩桩端持力层土的强度总是高于浅层地基土的强度，如果增加桩端土的密实度，更多地利用强度较高的持力层土体，则基桩承载力可以进一步提高。
7、对于开口桩靴，沉桩过程中涌入管内的土体形成的土塞的土质、长度都是由地质条件和桩径决定的，人为不可控制。在土质条件差的区域，涌入的土体的侧摩阻力对桩承载力贡献不大，对大直径管桩影响更显著。
8、无论是开口还是闭口桩靴，由于固定于桩端，桩靴在成桩后都不可以重复使用。
发明内容
本发明要提供一种管桩施工方法，解决原有封口桩靴在挤密桩端土体、排开不良土质后因刺入作用而削弱桩端承载力的技术问题；并解决开口桩靴沉桩结束后管桩内土塞在荷载作用下被再次挤压和滑移的问题。
本发明管桩施工方法的技术方案：其特征在于施工步骤如下：
步骤(1)：在桩基定位点安放由桩靴、桩靴支撑装置组成的桩端承载力加强器；
步骤(2)：桩机就位，使管桩桩端对准桩端承载力加强器的桩靴，并确保垂直；
步骤(3)：开始沉桩，桩端承载力加强器的桩靴挤压桩端土层；
步骤(4)：待管桩穿过不良土层或进入桩端持力层时暂停沉桩，从桩顶上拉动桩端承载力加强器的提绳，使之收缩到管桩内，从管桩内取出桩端承载力加强器，供下次沉桩时重复使用；
步骤(5)：继续沉桩至设计深度，在此过程中，桩端挤压密实的土体涌入管桩内，桩内土体高度稳定后形成土塞；
步骤(6)：在管桩内灌注混凝土，封堵土塞，形成土塞帽，成桩。
上述步骤(3)中的沉桩方式是静压沉桩或锤击沉桩。
上述在步骤(3)、(4)之间在取出桩靴前根据设计要求，接桩或不接桩。
上述步骤(6)中灌注混凝土过程中，混凝土厚度控制在0.5～5米。
本发明的桩端承载力加强器，由桩靴和桩靴支撑装置组成，其特征在于：桩靴支撑装置是伞状，它包括中轴伞杆、套在中轴伞杆中部的环形滑块、与中轴伞杆连接的斜撑、两端与斜撑中段和环形滑块铰接的支撑连杆；
斜撑上端部***中轴伞杆上的环槽形顶帽中；
中轴伞杆上端有一提手，提手与提绳连接，中轴伞杆下端穿过桩靴中心孔，中轴伞杆在桩靴中心孔下端有活动挡块，在桩靴中心孔上端有固定挡块。
上述桩靴是锥形钢桩靴或十字刃钢桩靴。
上述活动挡块是连接在中轴伞杆根部的螺母或销栓。
上述斜撑由至少两瓣钢板伞状排列组成。
上述斜撑下端有承台。
上述斜撑下端的两角是坡角。
本发明的工作原理：桩靴的反力是由桩靴支撑装置提供的，而桩靴支撑装置的斜撑依附在管桩内壁和桩端钢板，桩靴反力的大小除了与桩靴面积和地质情况有关，还取决于桩靴支撑装置和管桩的接触情况。本发明利用斜撑在管桩内壁，同时使钢板一端搭在桩端钢板上，由于管桩端部都有钢箍，管桩管壁不会出现撑破现象，桩端钢板也确保管壁不会挤压破坏。1、从管内提出桩靴时，桩靴支撑装置由“伞”状变成“H”状，分瓣钢板斜撑由伞状变为与管壁平行，下端面积缩小，使桩靴和桩靴支撑装置从管内顺利提出。2、在沉桩过程中，要保证桩靴和桩靴支撑装置的稳定，本发明用中轴伞杆贯穿桩靴，并利用中轴伞杆下端的活动挡块提升桩靴，结构简单，操作方便，安全可靠。
有益效果：本发明的施工方法和装置可解决原有封口桩靴在挤密桩端土体、排开不良土质后因刺入作用而削弱桩端承载力的技术问题；并解决开口桩靴沉桩结束后管桩内土塞在荷载作用下被再次挤压和滑移的问题。
可以充分发挥管桩内土塞的闭塞效应，进一步提高桩基承载力，减少沉降量，提高施工效率和成桩质量。本发明施工方法与现有管桩施工工艺的根本区别在于：本发明的施工方法在沉桩过程中，可以将桩端承载力加强器取出，重复使用，充分利用了闭口桩靴和开口桩靴的优点，而且在沉桩至设计位置后增加了灌注一定厚度混凝土帽封堵土塞这一工艺。其优点有以下几点：
1.通过沉桩过程中桩靴对桩端土层的挤压，同时排开土层中的杂填土、淤泥等不良土质，可使桩端土层密实。
2.沉桩至某一深度取出桩靴后，成为开口桩，使挤密后的土体直接压入管桩，桩内土体达到一定长度后形成致密土塞，又相当于桩端，继续沉桩，对桩端土体进一步挤压，最终使桩端置于密实的持力层上，有利于提高桩的端承力，减少沉降量。
3.沉桩过程中，利用桩靴进行排土并起导向作用；成桩后，依靠平底桩端土塞与桩基挤密的持力层土体形成承压支承面，提高了桩端的支承作用，而且不会因为施工时桩靴的刺入作用而削弱桩端承载力。
4.沉桩至设计深度后，在管内灌注的一定厚度混凝土，可以有效地封堵管桩内部下端的土塞，确保管桩内的土塞不会滑移，从而提高成桩质量。
本发明的工艺及装置，结构简单，操作方便，安全可靠，桩靴从管桩内取出重复使用，降低了施工成本。根据地质条件，灵活选用桩靴形式，有利于顺利沉桩，从而提高施工效率。可应用于预应力混凝土(PC)管桩、预应力高强混凝土(PHC)管桩、预应力混凝土薄壁(PTC)管桩及钢管桩的施工。
附图说明
图1是本发明管桩施工工艺示意图；
图2是本发明桩端承载力加强器的结构示意图；
图3是本发明桩端承载力加强器中的斜撑为四瓣钢板时的俯视图；
图4是本发明桩端承载力加强器中的斜撑为四瓣钢板时的主视图；
图5是桩端承载力加强器中斜撑为六瓣钢板时的俯视图；
图6是桩端承载力加强器中斜撑为六瓣钢板时的主视图；
图7是本发明桩端承载力加强器中顶帽的主视图；
图8是图7的1-1剖面图；
图9是桩靴支撑装置中环形滑块的主视图；
图10是图9的1-1剖面图；
图11是环形滑块对应六瓣钢板斜撑的主视图；
图12是图11的1-1剖面图；
图13是桩端承载力加强器中桩靴的俯视图；
图14是桩端承载力加强器中桩靴的主视图；
图15是桩端承载力加强器中桩靴为十字刃桩靴的俯视图；
图16是桩端承载力加强器中桩靴为十字刃桩靴的主视图。
图中：1-斜撑、2-桩靴、3-顶帽、4-环形滑块、5-支撑连杆、6-固定挡块、7-活动挡块、8-提手、9-中轴伞杆、10-管桩管壁、11-桩端钢板、12-承台、13-坡角、14-十字刃、15-管芯、16-连接槽孔。
具体实施方式
实施例：管桩施工工艺如图1所示：
步骤(1)：在桩基定位点安装桩端承载力加强器；
步骤(2)：桩机就位，使管桩桩端对准桩靴，并确保垂直；
步骤(3)：用静压、锤击等方式沉桩，根据设计要求，接桩或不接桩，待管桩穿过不良土层或进入桩端持力层时，暂停沉桩；沉桩时，桩靴挤压斜撑钢板，斜撑钢板下端向四周扩张，依靠顶帽、桩端钢板和管桩桩壁承担传来的压力。
步骤(4)：从管桩内取出桩端承载力加强器，先从桩顶上拉动绳子，带动与提手8相连的中轴伞杆9，首先提升顶帽3，解除对分瓣钢板斜撑1的约束，继续提升，固定挡块6带动活动滑块4，使支撑连杆5向四周推展斜撑1，使之与桩壁平行，斜撑下端也收缩到管桩内，继续提升，活动挡块7带动桩靴2的顶板，桩靴和桩靴支撑装置顺利提出；
步骤(5)：继续沉桩至设计深度，在此过程中，桩端挤压密实的土体涌入管桩内，桩内土体高度稳定后形成土塞；
步骤(6)：在管桩内灌筑混凝土，混凝土厚度为1～1.5米，封堵土塞，成桩。
本发明桩端承载力加强器装置的实施例如图2所示：桩靴2通过伞状桩靴支撑装置与桩端连接，桩靴支撑装置由斜撑1、中轴伞杆9、支撑连杆5、顶帽3、环形滑块4、固定挡块6及活动挡块7组成。中轴伞杆上端有一提手8，绳子从中穿入，在管桩顶部拉绳子即可取出整个桩靴装置。中轴伞杆中间有固定挡块6，提升时可推动环形滑块4。上述活动挡块7可以采用螺母或销栓形式连接中轴伞杆9，便于安装拆卸，提升时带动桩靴。
斜撑1如图3、4、5、6所示，根据管桩直径大小做成两瓣或多瓣的分瓣钢板，一般以4～6瓣为宜，并使之闭合后成伞状。各分瓣钢板斜撑的两端有一定的角度，下端的承台12可以紧贴桩端钢板11，上端能够***顶帽3。分瓣钢板斜撑下端的两角有一个坡角13，以便分瓣钢板斜撑平行管壁时能从管桩管壁10内提出。
如图7、8所示，上述中轴伞杆9与顶帽3固定，该顶帽有一倒置的环槽，剖面成“巾”字状。
环形滑块4的实施例如图9、10、11、12所示，周围有连接槽孔16，便于与支撑连杆铰接。
桩靴2可以是锥形钢桩靴或十字刃钢桩靴。如图13、14所示，锥形钢桩靴或混凝土锥形桩靴在沉桩过程中能挤密桩端土层，而且由于刺入作用有利于沉桩。如图15、16所示，十字刃钢桩靴在十字刃14切削土层沉桩过程中可压密桩靴底面的土层，提高桩端的支承作用。中轴伞杆穿入桩靴中心孔，为保持中轴伞杆垂直度，桩靴中心孔固定连接一管芯15。
Claims (4)
1、一种管桩施工方法，其特征在于施工步骤如下：
步骤(1)：在桩基定位点安放由桩靴、桩靴支撑装置组成的桩端承载力加强器；
步骤(2)：桩机就位，使管桩桩端对准桩端承载力加强器，并确保垂直；
步骤(3)：开始沉桩，桩端承载力加强器的桩靴挤压土层；
步骤(4)：待管桩穿过不良土层或进入桩端持力层时暂停沉桩，从桩顶上拉动桩端承载力加强器的提绳，使之收缩到管桩内，从管桩内取出桩端承载力加强器，供下次沉桩时重复使用；
步骤(5)：继续沉桩至设计深度，在此过程中，桩端挤压密实的土体涌入管桩内，桩内土体高度稳定后形成土塞；
步骤(6)：在管桩内灌注混凝土，封堵土塞，形成土塞帽，成桩。
2、根据权利要求1所述的管桩施工方法，其特征在于：上述步骤(3)中的沉桩方式是静压沉桩或锤击沉桩。
3、根据权利要求1所述的管桩施工方法，其特征在于：上述在步骤(3)、(4)之间在取出桩靴前根据设计要求，接桩或不接桩。
4、根据权利要求1或2或3所述的管桩施工方法，其特征在于：上述步骤(6)中灌注混凝土过程中，混凝土厚度控制在0.5～5米。
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