CN1013778B - 静压沉管扩头灌注桩的成型方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及一种适用于软土质地基的扩头灌注桩的方法及其专用设备。它利用软上层易挤防扩的有利条件，在持力层与软土层交界面扩成空心梨形桩头，然后放入钢筋骨架。灌注砼的成桩方法。由于实心梨形桩头增大了支承面积，提高了单桩的承载力，增强了支承上部载荷的能力，使软土层存在薄持力层的不良地质条件，也有了工程利用的价值。

Description

本发明适用于沿海海相沉积与内陆湖泊沉积的天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1或1.5的淤质粘土，淤质亚粘土或淤泥的饱和软土地质条件，以及地表下20米以内存在粘土、亚粘土、粉细砂、轻亚粘土等持力层或其厚度在桩径d的3-6倍厚的薄层持力层，均可采用的一种扩头混凝土灌注桩的施工方法和所用的专用设备。

目前世界上扩头灌注砼的成桩方法很多，如日本发明专利，JP特开昭57-54623，打桩施工法，是在钢管桩的前端安装桩靴，并将其打入至持力层，接着使桩靴与钢管桩分离，将桩靴打入到所要求的深度。再在上述的钢管桩内浇灌灰浆或混凝土，然后锤击桩内的灰浆混凝土，使之在桩靴与钢管桩间形成球基。此种方法只适用较硬土质的地层中。若在天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1或1.5的淤质粘土、淤质亚粘土或淤泥的饱和软土质里、采用此种成桩方法，经多次试验是无法灌注出球基的扩底桩来。当此法操作进行到（JP特开昭57-54623专利的说明书附图第2图时）将桩靴脱离钢管桩，打入给定深度，提出扩底杆时，由于软土是结构性的灵敏土，一旦挤压扰动，土的结构性受到破坏，形成流动重塑土，在深层流动重塑土的压力作用下，高压重塑土瞬间充填到钢管桩内及钢管桩与桩靴之间，致使球基扩底桩无法形成。在软硬地层交界面，重塑流态土充入钢管桩与桩靴之间，直接影响桩身质量。此种打桩施工方法，采用打桩机锤击钢管桩、扩底杆形成球桩头，噪声、振动声都很大。同时此种打桩放工法，最后形成钢管桩和球基混凝土一体化的合成桩，一根桩，一根钢模管，工程造价昂贵。

本发明的目的就是要把这种承载力高的扩头灌注桩应用在承载力低、变形大的饱和软土层地基上。采用静压沉管、静压扩头、实现无噪声、无振动，钢模管多次使用，降低造价，保证桩身质量，梨形桩头尺寸稳定的一种施工方法。

参看附图，对发明作详细说明。

图1是预制砼桩靴（3）和钢模管（1）一起静压沉管至设计标高，并灌入扩头砼（5），插入压杆（2），并固定压扩杆顶盖（8）的剖面图。

图2是提升钢模管（1）到一定高度，加静压力于压扩杆顶盖（8）上，将管 内扩头砼（5）挤出管外的剖面图。

图3压扩杆头（4）封闭钢模管（1）口的下端，加压于压扩杆顶盖（8）上，压扩杆（2）与钢模管（1）同步下压挤进扩头砼（5）的剖面图。

图4钢模管（1）、压扩杆（2）、压扩杆头（4）同步进入扩头砼（5），形成空心梨形头的剖面图。

图5静压沉管扩头灌注桩已成形的剖面图。

静压沉管扩头灌注桩的成型方法，就是利用软土层易挤扩的有利条件，在持力层与软土层交界面挤扩成空心梨形的桩头，然后放钢筋骨架、灌注砼的成桩方法。下面结合图1-图5来说明本发明总指导思想。为了使扩头灌注桩在软土质条件下也能成型，首先改进了沉管灌注桩设备。它要求钢模管（1）的长度等于压杆（2）加压扩杆头（4）的高度之和;压扩杆头（4）的直径比钢模管（1）的内径小1cm，压扩杆头（4）的形状是圆柱体和圆锥角为175°-178°圆锥体的组合体;压扩杆顶盖（8）的直径比钢模管（1）的外径大2cm以上，经过这样一些改进后，就能保证静压沉管扩头灌注桩的成型。

本发明的施工步骤是这样进行的，见图6。根据设计的桩距，布好予制砼靴（3），桩架就位，钢模管（1）套入予制的砼靴（3），钢模管（1）的外径略小于予制砼靴（3），静压沉管到设计标高，灌注扩头砼（5）于钢模管（1）内，灌入扩头砼（5）的高度为h₁m，应满足 $\mathrm{D\; =}\sqrt{h{}_1\mathrm{+h}{}_2\mathrm{/h}{}_2}{\mathrm{*d}}_1\eta$ （式中h₁-灌入扩头砼（5）在管内的高度，h₂-提升钢模管（1）的高度，d₁-钢模管（1）的内径，η-扩头直径增大系数（见原表），D-扩头桩头的直径）。插入压扩杆（2），加予压于压扩杆顶盖（8）上，固定压扩杆顶盖（8）。提升钢模管（1）到h₂m[h₂＝（3-4）d₁]，固定钢模管（1）。加静压于压扩杆顶盖（8）上，将扩头砼（5）挤出钢模管（1）。由于加静压于压扩杆顶盖（8）上，扩头砼（5）受到压力，压缩变大，提升钢模管（1）时，扩头部及周围的流态重塑土充不到扩头砼（5）的内部。又因为压扩杆头（4）的直径仅小于钢模管（1）的内径1cm，当加压使压扩杆顶盖（8）盖住钢模管（1）时，压扩杆头（4）正好封闭钢模管（1）的下部管口，在加压的情况下扩头砼（5）与重塑流态土不可能进到钢模管（1）内，使扩头砼（5）保持连续的砼柱体。继续加静压于压扩杆顶盖（8）上，使压扩杆（2）与钢模管（1）同步下压并进入扩头砼（5）内，形成空心梨形桩头。固定钢模管（1），退出压扩杆（2），向钢模管（1）内灌注砼（6），放入钢筋骨架（7），提升钢模管（1），用静压沉管扩头灌注桩方法灌注的梨形大头灌注桩成型。

图6就是静压沉管扩头灌注桩成型方法的施工步骤示意图。

a.予制靴（3）就位。

b.钢模管（1）套入予制靴（3），

c.沉管到设计标高，

d.向钢模管（1）内灌入扩头砼（5），为h₁m高，插入压扩杆（2），加压并固定压扩杆顶盖（8），

e.提升钢模管（1）为h₂m高度，

f.将扩头砼（5）挤出钢模管（1），压扩杆头（4）封闭钢模管（1）下部管口，

g.加压于压扩杆顶盖（8）上，压扩杆（2）与钢模管（1）同步下压，

h.形成空心梨形桩头，并拨出压扩杆（2），

i.向钢模管（1）内放入钢筋骨架（7），和灌入砼（6），提升钢模管（1），

j.梨形大头灌注桩成型。

此种成桩方法还要考虑最小桩距和施工程序，相邻桩入土间隔时间为5-6天，这时入土桩体砼强度已达到设计强度的40-50%，可免受土体竖向变形，使未达到一定强度的桩体砼拉断。一般入桩程序可由中排向二侧施工。由于采用了静压沉管，静压扩头，没有振动和噪音，减少砼柱体周围土的扰动。

施实例1，用静压扩头灌注桩方法和其设备灌注了一根桩长11.7m，桩身直径d＝325mm，计算扩头直径参数为，h₁＝2.3m，h₂＝1.2m，d₁＝305mm，h₂/h₁＝0.52，η＝1.1。计算出D＝570mm，用高压水冲切土拨出完整桩体，实测桩身直径d＝340mm，扩头梨形桩头直径D＝610mm。

施实例2，用静压扩头灌注桩的方法和其设备灌注的第二根桩，桩长12.5m，桩身直径325mm，h₁＝2.95m，h₂＝1.5m，d₁＝305mm，h₂/h₁＝0.508，η＝1.1，计算出D＝578mm，实测梨形桩头直径D＝580mm，桩身直径d＝340mm。由此看出实测，基本符合计算结果。

静压沉管扩头灌注桩的方法，可以利用薄层持力层，即使1m厚的薄层持力层。在薄层持力层与软土层交界面上挤扩成梨形桩头，此梨形桩头嵌入持力层0.3-0.4m，其直径相当于1倍的桩径，桩尖下临界厚度就能保证。由于梨形桩头增大了支承面面积，相当于支承在弹性薄板上，增强了支承上部载荷的能力，使软土层和薄持力层的不良地质条件，也有了工程利用的价值，这对降低工程造价和提高工程的社会经济效益具有现实意义。

η系数表：

h2/h1  h2/h1≤0.4  0.4≤h2/h1≤0.5  0.5≤h2/h1≤0.6  h2/h1〉0.6

增大系统    1.2    1.15    1.1    1.0

η

Claims (3)

1、一种扩头灌注桩的方法，钢模管(1)套入预制桩靴(3)，沉管到设计标高，其特征在于：

a、向钢模管(1)灌入扩头砼(5)，其高度为h₁m，应满足

$\mathrm{D\; =}\sqrt{\frac{h_1{\mathrm{+h}}_2}{h_2}}{d}_1\eta$

式中h₁-灌入扩头砼(5)在钢模管(1)内的高度，

h₂-提升钢模管(1)的高度，

d₁-钢模管(1)的内径，

    η-扩头直径增大系数，

    D-扩头桩头的直径，

b、插入压扩杆(2)，加预压于压扩杆顶盖(8)上，并固定顶盖(8)，

c、提升钢模管(1)的高度h₂为3-4倍的d₁，固定钢模管(1)，

d、加静压于压扩杆顶盖(8)上，将扩头砼(5)挤出钢模管(1)，

e、加静压于压扩杆顶盖(8)上，钢模管(1)和压扩杆(2)同步下压，形成空心梨形桩头，

f、退出压扩杆(2)，向钢模管(1)内放入钢筋骨架(7)，灌注砼(6)，

g、提升钢模管(1)。

2、根据权利要求1所述的扩头灌注桩的方法，其特征在于，相邻桩入土间隔时间为5-6天。

3、根据权利要求1所述的方法的专用设备，它包括静压沉管灌注桩架，预制桩靴（3）、钢模管（1）、压扩杆（2）组成，其特征在于：

h、钢模管（1）的长度等于压扩杆（2）加压扩杆头（4）的高度和，

i、压扩杆顶盖（8）的直径比钢模管（1）的外径大2cm，

j、压扩杆头（4）的形状是圆柱和圆锥角为175°-178°圆锥体的组合体。

k、压扩杆头（4）的外径比钢模管（1）的内径小1cm。

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