CN101187207A - 混凝土扩底桩施工设备及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土扩底桩施工设备及其施工方法，属于混凝土灌注桩施工技术领域，该施工设备包括底盘大梁，及其前端固连有带有竖直导轨的主架，主架上设有滑轮组，钢绳绕过滑轮组的副滑轮后与护筒连接，钢绳绕过滑轮组的主滑轮后与柱锤连接，柱锤位于护筒内，护筒的下端安装有取土器，护筒顶端固连有振动冲击锤一；该施工方法通过先取土形成桩孔，然后再下沉护筒，最后形成的桩基属非挤土或者半挤土桩；本发明较容易将护筒下沉到预定深度或从规定位置提出，工效得以提高，也可避免在下沉护筒时由于挤土效应可能造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷，施工质量得以保证。

Description

混凝土扩底桩施工设备及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土扩底桩施工设备及施工方法。

背景技术

在建筑物的基础施工中常常采用混凝土灌注桩，这种桩的一种施工方式是采用护筒和柱锤进行施工，比如公告号为CN1093582C的发明专利说明书中公开的方式，即通过柱锤夯击护筒或夯击护筒内土体使护筒下沉到预定深度，从而形成桩孔，然后再通过柱锤在桩端形成夯扩头，在提升护筒的同时灌注桩身混凝土，从而形成整个混凝土灌注桩。当桩径较大或地基土层较坚硬(如硬塑粘土或全风化基岩)时，护筒所受到的侧壁摩擦力较大，从而很难将护筒下沉到预定深度或从规定位置提出，施工质量和工效受到影响。另外，该方法在下沉护筒时由于挤土效应往往造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种带有取土设备能有效的克服护筒与土层的摩擦阻力的混凝土扩底桩施工设备，该设备特别适宜于桩径大、桩身长的桩基施工，对较硬的土层也很适宜。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述施工设备进行施工的一种混凝土扩底桩施工方法，该方法通过先取土形成桩孔，然后再下沉护筒，最后形成的桩基属非挤土桩，避免了由于挤土效应可能造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷。

本发明的技术方案是：一种混凝土扩底桩的施工设备，包括底部带有支腿和行走机构的底盘大梁，底盘大梁前端固连有带有竖直导轨的主架，主架通过斜撑杆支撑连接于底盘大梁上，主架上设有滑轮组，底盘大梁上固连有主卷扬机和副卷扬机，从副卷扬机伸出的钢绳绕过滑轮组的副滑轮后与护筒连接，从主卷扬机伸出的钢绳绕过滑轮组的主滑轮后与柱锤连接，柱锤位于护筒内且可沿护筒上下移动，所述护筒的下端安装有取土器，所述护筒顶端固连有振动冲击锤一，与护筒连接的钢绳连接振动冲击锤一。护筒上部连接的振动冲击锤一，可使护筒快捷、顺利地沉管到预定深度。

本发明所述主架采用单根或多根结构；所述主架上连接有两个斜撑杆，斜撑杆的另一端分别连接于底盘大梁上的不同位置，两个斜撑杆与主架同底盘大梁的连接处共同形成三点支撑结构。由于采用上述结构，大大地增强了桩架的刚性，增强了设备稳定性。

所述柱锤顶端固连有振动冲击锤，与柱锤连接的钢绳连接振动冲击锤。由于采用上述结构，更有利于促进柱锤在护筒内部作上下运动，快速实现在桩孔底部的振密，该结构尤其适宜于水位较高、土层较硬的工地施工。

所述取土器采用由不同直径的无缝管焊制而成的变径式取土器，该变径式取土器的管径自上而下逐级变小。由于采用上述结构，大大减少进入取土器的土与取土器内壁的接触摩擦，可很容易的弃土，从而提高工效。对于较致密的硬塑土层，宜使用变径式取土器。

所述取土器采用侧向通孔式取土器，该取土器呈管壁上设有掏土孔的管状结构。对于比较松散的土层，宜使用侧向通孔式取土器。

所述底盘大梁的支腿共有四个，均采用便于伸缩的液压支腿。在利用该施工设备的施工过程中，桩架上的底盘由4个液压支腿支撑在地面上。当移动施工设备时，4个液压支腿收缩，底盘下部的行走机构与地面接触，可方便地实现设备的移位和转向。

利用所述混凝土扩底桩的施工设备的混凝土扩底桩的施工方法，该方法包括如下步骤：

a)将底端带有专用取土器的护筒沿竖直方向立于规定桩位的地基表面；

b)通过护筒顶端的振动冲击锤一使取土器下沉，直至规定深度：

c)通过振动冲击锤一将护筒及取土器拔出桩孔并取出取土器中的地基土；

d)再次将底端带有取土器的护筒放入桩孔内，重复上述步骤b)和c)，直至桩孔达到预定深度；

e)卸下护筒下端的取土器，通过护筒顶端的振动冲击锤一使护筒下沉，直至规定深度；

f)通过护筒，向其底端填充干硬性混凝土、达到设计要求级配的砂卵石或碎石中的一种或几种填料，柱锤沿护筒在竖直方向反复对护筒内的填料进行夯击，直至把填料夯击密实至所需程度，从而在桩底形成桩端扩大头；

g)将护筒置于已施工好的桩端扩大头上，向护筒内加入混凝土(通常灌注桩桩基采用稀性混凝土，复合地基采用干硬性混凝土)，将护筒内的混凝土夯实，形成混凝土桩身；再提起护筒，护筒提升的高度小于所夯实的填料成桩桩身高度，重复本步骤前述操作直至桩身达到基底标高。上述g)步骤中柱锤是通过设置于柱锤顶端的振动冲击锤对护筒内填料的进行振动夯实。对于填料的夯实，可根据地质条件的不同采用柱锤锤击夯实或设置于柱锤顶端的振动冲击锤进行振动冲击夯实。这种方法尤其适合于复合地基中的素混凝土桩体施工。

将护筒置于已施工好的桩端扩大头上，向护筒内加入混凝土，将护筒内的混凝土夯实，形成混凝土桩身；在桩身需配筋时，在设计深度安放好钢筋笼，卸下柱锤，向护筒内加入混凝土，通过振动冲击锤一振动护筒，使护筒内的混凝土振动夯实至达到设计要求，形成混凝土桩身，边振动夯实边提升护筒，护筒提升的高度小于所夯实的混凝土成桩桩身高度，重复本步骤前述操作直至桩身达到基底标高。该工法尤其适合于混凝土灌注桩施工。该工法尤其适合于混凝土灌注桩施工。

按照上述本发明的方法，由于护筒下沉通过护筒上端的振动冲击锤一提供动力，特别是桩孔采用了取土成孔的非挤土方法，大大降低了护筒与土的摩擦力和桩的挤土效应，比较容易将护筒下沉到预定深度或从规定位置提出，工效得以提高，也可避免在下沉护筒时由于挤土效应造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷，施工质量得以保证。该工法特别适合在桩径较大或地基土层较致密坚硬(如硬塑粘土或全风化基岩)时采用。该工法既可施工混凝土灌注桩，还可施工复合地基中的素混凝土桩体。

由于护筒下沉(带取土器或不带取土器)通过护筒上端的振动冲击锤一提供动力，较锤击护筒下沉具有更高的工效。

在上述方法中，在上述步骤c)、d)中，通过振动冲击锤一将护筒及取土器拔出桩孔并取出取土器中的地基土，再次将底端带有取土器的护筒放入桩孔内，重复上述步骤b)和c)，直至桩孔达到预定深度；

在本发明的上述方法中，对于较致密的硬塑土层，宜使用变径式取土器，上述步骤c)是这样进行的：

1)过振动冲击锤一将护筒及取土器沉入土中一定深度。

2)地基土通过取土器进入护筒中。由于取土器口内径比护筒内径小，使得进入护筒中的土体直径小于护筒内径，这样有助于卸下取土器后进入护筒内的的土体方便地从护筒内抖出。

3)将护筒及取土器拔出桩孔。

4)从护筒上卸下取土器。

5)通过振动冲击锤一将护筒内的土体抖落出来。

在本发明的上述方法中，对于比较松散的土层，宜使用侧向通孔式取土器，上述步骤c)是这样进行的：

1)振动冲击锤一将护筒及取土器沉入土中一定深度。

2)地基土通过取土器进入护筒中。

3)将护筒及取土器拔出桩孔。

4)用撬棍通过取土器的两个侧向通孔进行掏土。

由于桩孔采用了取土成孔的非挤土方法，大大降低了护筒与土的摩擦力，比较容易将护筒下沉到预定深度或从规定位置提出，工效得以提高。比如在较致密的硬塑粘土地基中采用非取土工艺每天能够成桩6根，采用取土工艺施工每天能成桩12根以上，工效可以提高约一倍。更为重要的是采用取土成孔的施工工艺，桩的挤土效应显著降低，可避免在下沉护筒时由于挤土效应造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷。比如在较致密的硬塑粘土地基中采用非取土工艺，普便会造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷，有的工程存在缺陷的桩基达90％以上，采用取土工艺施工后，基本可以避免由于挤土效应造成的桩身缺陷。

由于填料的夯实可采用柱锤锤击夯实或设置于柱锤顶端的振动冲击锤进行振动冲击夯实，桩端扩大头施工具有较强的针对性和较好的实用性。

本发明的有益效果是：由于采用了取土成孔的非挤土方法，在桩径较大或地基土层较坚硬(如硬塑粘土或全风化基岩)时，比较容易将护筒下沉到预定深度或从规定位置提出，工效得以提高，也可避免在下沉护筒时由于挤土效应可能造成相邻桩体上浮或断桩、缩颈等桩身缺陷，施工质量得以保证。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例1的混凝土扩底桩施工设备的结构示意图；

图2为上述施工设备所采用的图1中的变径式取土器的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明实施例2中的侧向通孔式取土器的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为实施例1和实施例2中的吊耳的结构示意图；

其中，附图标记为：1为主架，2为斜撑杆，3为行走机构，4为液压支腿，5为底盘大梁，6为变径式取土器，6-1为侧向通孔式取土器，7为柱锤，8为护筒，9为振动冲击锤一，10为导轨，11为滑轮组的主滑轮，12为振动冲击锤，13为副滑轮，14为主卷扬机，15为副卷扬机，16为辅助滑轮，17为钢绳二，18为钢绳一，19为掏土孔，20为吊耳，21为长形孔，22为法兰盘。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种混凝土扩底桩的施工设备，包括底部带有4个可伸缩的液压支腿4和行走机构3的底盘大梁5，底盘大梁5前端固连有带有竖直导轨10的主架1，主架1通过两个斜撑杆2支撑连接于底盘大梁5上，斜撑杆2的另一端分别连接于底盘大梁上的不同位置，两个斜撑杆2与主架同底盘大梁的连接处共同形成三点支撑结构，主架1的横梁上设有滑轮组，底盘大梁5上固连有主卷扬机和副卷扬机，从副卷扬机15伸出的钢绳二17绕过辅助滑轮16后再绕过滑轮组的副滑轮13后与护筒8顶端的振动冲击锤一9连接，护筒8与振动冲击锤一9固连，从主卷扬机14伸出的钢绳一18绕过滑轮组的主滑轮11后与柱锤7连接，柱锤7顶端固连有振动冲击锤12，与柱锤7连接的钢绳连接振动冲击锤12，柱锤7位于护筒8内且可沿护筒上下移动，护筒8的下端安装有带有吊耳20的取土器6，用螺钉穿过吊耳20上的长形孔21和护筒8上的相应的连接孔将取土器6与护筒8连接，护筒8的底端紧靠在法兰盘22上，其结构如图2、图3和图6所示，在护筒下沉的时候，螺钉不会直接受力，取土器的阻力直接通过法兰盘传递给护筒，该取土器采用由两节不同直径的无缝管焊制而成的变径式取土器6，该变径式取土器的管径自上而下逐级变小。对于较致密的硬塑土层，宜使用该变径式取土器。当然，可以根据需要采用两节以上不同直径的无缝管焊制而成的变径式取土器。

利用上述混凝土扩底桩的施工设备的混凝土扩底桩的施工方法，包括如下步骤：

a)将底端带有专用取土器的护筒沿竖直方向立于规定桩位的地基表面；

b)通过护筒顶端的振动冲击锤一使取土器下沉，直至规定深度；

c)通过振动冲击锤一将护筒及取土器拔出桩孔并取出取土器中的地基土；即通过振动冲击锤一将护筒及取土器沉入土中一定深度，地基土通过取土器进入护筒中，由于取土器口内径比护筒内径小，使得进入护筒中的土体直径小于护筒内径，这样有助于卸下取土器后进入护筒内的的土体方便地从护筒内抖出，将护筒及取土器拔出桩孔，从护筒上卸下取土器，通过振动冲击锤一将护筒内的土体抖落出来；

d)再次将底端带有取土器的护筒放入桩孔内，重复上述步骤b)和c)，直至桩孔达到预定深度；

e)卸下护筒下端的取土器，通过护筒顶端的振动冲击锤一使护筒下沉，直至规定深度；

f)通过护筒，向其底端填充干硬性混凝土、达到设计要求级配的砂卵石或碎石中的一种或几种填料，柱锤沿护筒在竖直方向反复对护筒内的填料进行夯击，直至把填料夯击密实至所需程度，从而在桩底形成桩端扩大头，即：

1)通过护筒，向其底端填充干硬性混凝土、达到设计要求级配的砂卵石或碎石中的一种或几种填料，

2)填料的夯实，可根据地质条件的不同采用柱锤锤击夯实或设置于柱锤顶端的振动冲击锤进行振动冲击夯实，

3)采用柱锤锤击夯实，提起柱锤一定高度，使其自由落下，对护筒内的填料进行夯击，如此数次，直至满足设计要求的三击贯入度；采用振动冲击锤振动冲击夯实，由设置于柱锤顶端的振动冲击锤提供动力对填料进行振动冲击夯实，直至达到设计要求的贯入度，

4)重复1)～3)所述操作，直至形成桩端扩大头；

g)将护筒置于已施工好的桩端扩大头上，向护筒内加入混凝土，将护筒内的混凝土夯实，形成混凝土桩身；再提起护筒，护筒提升的高度小于所夯实的填充料成桩桩身高度，重复本步骤前述操作直至桩身达到基底标高。这种方法尤其适合于复合地基中的素混凝土桩体施工。

实施例2

如图1和图4至图6所示，一种混凝土扩底桩的施工设备，取土器采用侧向通孔式取土器6-1，护筒8的下端安装有带有吊耳20的取土器6-1，用螺钉穿过吊耳20上的长形孔21和护筒8上的相应的连接孔将取土器6-1与护筒8连接，该取土器呈管壁上设有掏土孔19的管状结构，其他结构同实施例1。对于比较松散的土层，宜使用该实施例的侧向通孔式取土器。

利用上述混凝土扩底桩的施工设备的混凝土扩底桩的施工方法，包括如下步骤：

a)将底端带有专用取土器的护筒沿竖直方向立于规定桩位的地基表面；

b)通过护筒顶端的振动冲击锤一使取土器下沉，直至规定深度；

c)通过振动冲击锤一将护筒及取土器拔出桩孔并取出取土器中的地基土，即：

1)振动冲击锤一将护筒及取土器沉入土中一定深度，

2)地基土通过取土器进入护筒中，

3)将护筒及取土器拔出桩孔，

4)用撬棍通过取土器的两个侧向通孔进行掏土；

d)再次将底端带有取土器的护筒放入桩孔内，重复上述步骤b)和c)，直至桩孔达到预定深度；

e)卸下护筒下端的取土器，通过护筒顶端的振动冲击锤一使护筒下沉，直至规定深度；

f)通过护筒，向其底端填充干硬性混凝土、达到设计要求级配的砂卵石等填料，柱锤沿护筒在竖直方向反复对护筒内的填料进行夯击，直至把填料夯击密实至所需程度，从而在桩底形成桩端扩大头；

g)将护筒置于已施工好的桩端扩大头上，向护筒内加入混凝土，将护筒内的混凝土夯实，形成混凝土桩身；在桩身需配筋时，在设计深度安放好钢筋笼，卸下柱锤，向护筒内加入混凝土，通过振动冲击锤一振动护筒，使护筒内的混凝土振动夯实至达到设计要求，形成混凝土桩身，边振动夯实边提升护筒，护筒提升的高度小于所夯实的混凝土成桩桩身高度，重复本步骤前述操作直至桩身达到基底标高。该工法尤其适合于混凝土灌注桩施工。

需要说明的是，本发明所述的主架1还可以根据实际需要采用多根。

Claims (10)

1.一种混凝土扩底桩的施工设备，包括底部带有支腿(4)和行走机构(3)的底盘大梁(5)，底盘大梁(5)前端固连有带有竖直导轨(10)的主架(1)，主架(1)通过斜撑杆(2)支撑连接于底盘大梁(5)上，主架(1)上设有滑轮组，底盘大梁(5)上固连有主卷扬机和副卷扬机，从副卷扬机伸出的钢绳绕过滑轮组的副滑轮后与护筒(8)连接，从主卷扬机伸出的钢绳绕过滑轮组的主滑轮后与柱锤(7)连接，柱锤(7)位于护筒(8)内且可沿护筒上下移动，其特征在于，所述护筒(8)的下端安装有取土器，所述护筒(8)顶端固连有振动冲击锤一(9)，与护筒(8)连接的钢绳连接振动冲击锤一(9)。

2.根据权利要求1所述的混凝土扩底桩的施工设备，其特征在于，所述主架(1)采用单根或多根结构。

3.根据权利要求2所述的混凝土扩底桩的施工设备，其特征在于，所述主架(1)上连接有两个斜撑杆(2)，斜撑杆(2)的另一端分别连接于底盘大梁上的不同位置，两个斜撑杆(2)与主架同底盘大梁的连接处共同形成三点支撑结构。

4.根据权利要求1所述的混凝土扩底桩的施工设备，其特征在于，所述柱锤(7)顶端固连有振动冲击锤(12)，与柱锤(7)连接的钢绳连接振动冲击锤(12)。

5.根据权利要求1所述的混凝土扩底桩的施工设备，其特征在于，所述取土器采用由不同直径的无缝管焊制而成的变径式取土器(6)，该变径式取土器的管径自上而下逐级变小。

6.根据权利要求1所述的混凝土扩底桩的施工设备，其特征在于，所述取土器采用侧向通孔式取土器(6-1)，该取土器呈管壁上设有掏土孔的管状结构。

7.根据权利要求1所述的混凝土扩底桩的施工设备，其特征在于，所述底盘大梁(5)的支腿(4)共有四个，均采用便于伸缩的液压支腿(4)。

8.利用权利要求1至7中任意一个所述的混凝土扩底桩的施工设备的混凝土扩底桩的施工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a)将底端带有专用取土器的护筒沿竖直方向立于规定桩位的地基表面；

b)通过护筒顶端的振动冲击锤一使取土器下沉，直至规定深度；

c)通过振动冲击锤将护筒及取土器拔出桩孔并取出取土器中的地基土；

d)再次将底端带有取土器的护筒放入桩孔内，重复上述步骤b)和c)，直至桩孔达到预定深度；

e)卸下护筒下端的取土器，通过护筒顶端的振动冲击锤一使护筒下沉，直至规定深度；

f)通过护筒，向其底端填充干硬性混凝土、达到设计要求级配的砂卵石或碎石中的一种或几种填料，柱锤沿护筒在竖直方向反复对护筒内的填料进行夯击，直至把填料夯击密实至所需程度，从而在桩底形成桩端扩大头；

g)将护筒置于已施工好的桩端扩大头上，向护筒内加入混凝土，将护筒内的混凝土夯实，形成混凝土桩身；再提起护筒，护筒提升的高度小于所夯实的填料成桩桩身高度，重复本步骤前述操作直至桩身达到基底标高。

9.根据权利要求8所述的混凝土扩底桩施工方法，其特征在于，所述f)步骤中柱锤是通过设置于柱锤顶端的振动冲击锤对护筒内填料的进行振动夯实。

10.根据权利要求8所述的混凝土扩底桩施工方法，其特征在于，在桩身需配筋时，所述g)步骤为：将护筒置于已施工好的桩端扩大头上，向护筒内加入混凝土，将护筒内的混凝土夯实，在设计深度安放好钢筋笼，卸下柱锤，向护筒内加入混凝土，通过振动冲击锤一振动护筒，使护筒内的混凝土振动夯实至达到设计要求，形成混凝土桩身，边振动夯实边提升护筒，护筒提升的高度小于所夯实的混凝土成桩桩身高度，重复本步骤前述操作直至桩身达到基底标高。

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