CN102587357A - 一种电渗法协助现浇x形桩沉桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种电渗法协助现浇X形桩沉桩的施工方法，包括直流电源、钢制套筒、固定架、绝缘橡皮滑块、销钉、电极接口、支撑牛耳和反力梁；在接通直流电的情况下使X形桩模和钢制套筒分别形成阳、阴两极。本发明的优点和效果在于：通过在常规振动力和机架自重沉桩的基础上，增加电渗法技术协助沉桩，利用电渗场力形成的水流弱化打桩过程中桩-土接触面摩阻力，有效提高沉桩能力；沉桩完成后，继续电渗加速桩侧土体固结沉降，提高桩侧土体强度；该法有效降低打桩锤击能量消耗，经济、有效地解决在复杂地层中可能遇到的沉桩困难问题，且施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益显著。

Description

一种电渗法协助现浇X形桩沉桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种软土地基处理和桩基础技术领域，尤其涉及一种电渗法协助现浇X形桩沉桩的施工方法。主要适用于高速铁路、高速公路软土地基处理技术领域。

 

背景技术

随着国家基础设施建设的推进，高速铁路、高速公路等不可避免的要穿过软弱土地区，软弱土地基处理是保证工程质量与安全的关键技术问题之一。在本发明之前，中国专利“现浇X形钢筋混凝土桩施工方法”（专利号：ZL200710020306.3），公布了一种采用现浇的方法制成横截面形状为类似英文字母X形的横截面异形桩；该桩型通过改变横截面形状来提高桩侧比表面积，提高桩侧摩阻力，从而提高单位混凝土材料强度利用率、提高等混凝土用量情况下桩基承载力，且该新型桩施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制、检测，单桩承载力高；在高速公路、市政工程等软弱土地基处理工程中得到了广泛地应用。中国专利“一种现浇X形混凝土桩活瓣桩尖结构装置及使用方法”（专利号：ZL200910213162.2），公布了一种现浇X形桩的活瓣桩尖结构形式及其在施工过程中的使用方法；该法有效地避免了预制桩靴的工厂定制、运输等环节，而且施工便利，节省造价，在现浇X形桩的实际施工中得到广泛使用。中国专利“一种防止现浇X形混凝土桩拔模时带出桩周土的装置”（专利号：ZL201010215957.X），针对现浇X形桩在拔桩模过程中容易带出桩周土、混凝土填料充填反弧段而降低实际桩-土接触面积等现象，公布了一种防止现浇X形桩拔模时带出周围土体的装置及其使用方法；该法可以有效降低拔桩模时桩周土体被带出的问题，控制距离地表以下2.0米左右深度段现浇X形桩的成形质量。中国申请专利“一种电渗协助沉桩技术及其施工方法”（申请号：201110355411.9），针对海洋平台等水上工程施工大直径钢管桩时遇到“拒锤”等问题，公布了一种利用电渗法协助空心钢管桩打桩的技术方案及其施工方法；该法可以有效解决工程实际中遇到的“拒锤”问题，同时可以降低锤击能耗和捶头的重量。

由于高速铁路、高速公路等构件物对工后沉降要求非常严格，因此，处理软弱土地基的基桩深度较深，往往达到甚至超过20 m。目前，现浇X形桩沉桩能量主要采用振动锤的锤击能和打桩机本身的自重，能够满足大部分地层情况下的沉桩要求。现场施工经验表明，当地基土为均匀软弱土时，打桩沉模施工相对容易；当地基土中软弱土层中间夹含砂砾土，且根据设计承载力要求穿越时，打桩沉模施工难度较大；同时基桩沉模穿透持力层的深度受限。无限制的增大振动锤击能既不经济、又不环保；开发一种现浇X形桩沉桩辅助设备装置成为一个刻不容缓的工作。

 

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，解决现浇X形桩沉桩过程中可能遇到的需要穿透相对较硬的砂砾土层或者沉入一定深度持力层时的沉桩问题，在同等振动锤击能情况下，提高现浇X形桩沉桩深度与速度、降低沉桩成本，提出一种利用电渗法协助现浇X形桩沉桩的装置。

一种利用电渗法协助现浇X形桩沉桩的装置，包括直流电源、钢制套筒、固定架、绝缘橡皮滑块、销钉、电极接口、支撑牛耳和反力梁；绝缘橡皮滑块与固定架一端固定连接、固定架的另一端与钢制套筒利用销钉连接；直流电源的正负两极分别与钢制套筒和现浇X形钢制桩模连接，在接通直流电的情况下使X形桩模和钢制套筒分别形成阳、阴两极。

所述的直流电源，根据现场地质条件和沉桩实际情况的不同，确定工作电压和电流，一般电压在120-240 V之间，电流在80-200 A之间。

所述的钢制套筒，直径为600-1200 mm，比现浇X形桩模外包圆直径大100-200 mm；套筒高度为2-4 m，埋设时套筒下端要在地下水位线以下；套筒壁厚为5-20 mm；套筒上部对称设置4组连接固定架的插销孔和直流电源连接口。

所述的固定架由3根钢条和1根带插销孔的弧形钢带固定连接组成，2根钢条长度为150-300 mm，宽度为10-20 mm，厚度为5-20 mm；1根钢条为直径为5-15 mm，长度为180-300 mm的钢筋；带插销孔的弧形钢带，其弧度与钢制套筒外侧壁同心，弧长为200-400 mm，钢带上的2个插销孔与钢制套筒上的1组（2个）插销孔位置、大小相对应。

所述的绝缘橡皮滑块，包裹在固定架的圆柱形钢筋条上，橡皮滑块的外侧面与现浇X形桩模的外侧面相切，其最小直径为50-100 mm。

所述的销钉为带螺纹的固定螺丝，包括螺栓和螺帽，其大小和长度与插销孔配套。

所述的电极接口，分别布置在现浇X形桩模外侧壁和钢制套筒上部外侧壁，其中现浇X形桩模外侧壁上的接口设置在X形桩模进料口下方0.5-1.0 m处，钢制套筒上部外侧壁上的接口设置在距离筒顶0.1-0.2 m处。

所述的支撑牛耳设置在距离现浇X形桩模桩尖2-5 m处的内反弧段，由上侧面、下侧面和右侧面组成的凹槽形状。

 

所述的反力梁为弧形钢条，钢条的横截面尺寸与支撑牛耳的凹槽形状相对应，钢条的弧度为90^o-120^o。

所述装置可用于现浇X形桩沉桩过程中遇到砂砾土等相对硬土层时的协助沉桩方案，使用方法为：钢制套筒和固定架通过现浇X形桩模上的牛耳和反力梁，在振动沉桩初期压入土体内，保证钢制套筒下端位于地下水位线以下；去掉反力梁，继续利用振动力和机架自重沉桩至一定深度；将现浇X形桩模、钢制套筒分别与直流电源的正、负极相连，并通以直流电，从而增加电渗法技术协助沉桩，利用电渗场在桩侧壁形成水流，弱化打桩过程中桩-土接触面摩阻力，提高沉桩能力；当沉桩完成后，继续电渗加速桩侧土体固结排水，增强桩侧土体强度，提高基桩整体承载力。将其装置用于现浇X形桩协助沉桩施工中的使用方法，具体技术步骤为：

（1）场地平整，测量放线，将带活瓣桩尖的X形桩模沉管穿过钢制套管在指定的打桩位置就位，连接带绝缘橡皮滑块的固定架和钢制套筒，调整连接好固定架的钢制套筒与X形桩模的位置，两者中心位置偏差不大于10 mm；

（2）在X形桩模弧段牛耳之间架设弧形反力梁；

（3）启动振动机，把X形桩模沉入土中，钢制套筒和固定架在反力梁的带动下也随之沉入土中；

（4）当钢制套筒沉入设计深度，即钢制套筒下端埋设至地下水位线以下0.5-0.8 m时，暂停振动，去掉反力梁；

（5）把直流电源的正、负极分别连接在X形桩模和钢制套筒的接口处，使X形桩模和钢制套筒分别形成电渗场中的阳、阴两极；

（6）振动和电渗联合作用沉桩至设计深度后，停止振动，并继续同以直流电10-20 分钟后停止电渗；

（7）通过进料口向X形桩模空腔内注入一定量的混凝土；

（8）启动振动拔管，上拔速率为0.6-1.5 m/min，且每拔管1 m留振1 min；

（9）重复（7）和（8）工序，将X形桩模向上拔出地面；

（10）通过上吊钢制套筒的固定架将套筒拔出，最终形成现浇X形桩。

本发明的优点和效果在于：通过在常规振动力和机架自重沉桩的基础上，增加电渗法技术协助沉桩，利用电渗场力形成的水流弱化打桩过程中桩-土接触面摩阻力，有效提高沉桩能力；沉桩完成后，继续电渗加速桩侧土体固结沉降，提高桩侧土体强度；本发明的技术优点为：通过电渗技术协助现浇X形桩沉桩，降低打桩锤击能量消耗，经济、有效地解决在复杂地层中可能遇到的沉桩困难问题。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，处理效果显著。

总之，该技术装置操作简单、使用方便、造价低廉，辅助成桩效果好。

 

附图说明

图1为本发明装置的纵向结构示意图；

图2为本发明装置的横向结构示意图；

图3为本发明装置的钢制套筒和固定架局部放大图；

图4为本发明装置的支撑牛耳和反力梁局部立体图；

其中，1为现浇X形桩模，2为钢制套筒，3为直流电源，4为固定架，5为销钉，6为牛耳，7为绝缘橡皮滑块，8为电极接口，9为电缆电线，10为反力梁，11为地下水位线，12为软弱土层，13为砂砾等硬土层，14为持力层。

 

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

一种电渗法协助现浇X形桩沉桩的装置，如图1-4所示，包括直流电源3、钢制套筒2、固定架4、绝缘橡皮滑块7、销钉5、电极接口8、支撑牛耳6和反力梁10；绝缘橡皮滑块7与固定架4一端固定连接、固定架4的另一端与钢制套筒2利用销钉5连接；直流电源3的正负两极分别与钢制套筒2和现浇X形钢制桩模1连接，在接通直流电3的情况下使X形桩模1和钢制套筒2分别形成阳、阴两极。直流电源3，一般工作电压在120-240 V之间，工作电流在80-200 A之间。钢制套筒2，直径一般为600-1200 mm；套筒2高度为2-4 m，埋设时套筒2下端要在地下水位线以下；套筒2壁厚为5-20 mm；套筒2上部对称设置4组连接固定架4的插销孔和直流电源连接口8。固定架4由3根钢条和1根带插销孔的弧形钢带固定连接组成，2根钢条长度为150-300 mm，宽度为10-20 mm，厚度为5-20 mm；1根钢条为直径为5-15 mm，长度为180-300 mm的钢筋；带插销孔的弧形钢带，其弧度与钢制套筒2外侧壁同心，弧长为200-400 mm，钢带上的2个插销孔与钢制套筒2上的1组（2个）插销孔位置、大小相对应。绝缘橡皮滑块7，包裹在固定架4的圆柱形钢筋条上，橡皮滑块7的外侧面与现浇X形桩模1的外侧面相切，其最小直径为50-100 mm。销钉5为带螺纹的固定螺丝，包括螺栓和螺帽，其大小和长度与插销孔配套。电极接口8，分别布置在现浇X形桩模1外侧壁和钢制套筒2上部外侧壁，其中现浇X形桩模1外侧壁上的接口8设置在X形桩模1进料口下方0.5-1.0 m处，钢制套筒2上部外侧壁上的接口8设置在距离筒顶0.1-0.2 m处。支撑牛耳6设置在距离现浇X形桩模1桩尖2-5 m处的内反弧段，由上侧面、下侧面和右侧面组成的凹槽形状。反力梁10为弧形钢条，钢条的横截面尺寸与支撑牛耳6的凹槽形状相对应，钢条的弧度为90^o-120^o。

实施时，如图1和图2所示，首先场地平整，测量放线，将带活瓣桩尖的X形桩模1沉管穿过钢制套管2在指定的打桩位置就位，保证起重设备平稳、导向架与地面垂直偏角不大于1.5 %；连接带绝缘橡皮滑块7的固定架4和钢制套筒2，调整连接好固定架4的钢制套筒2与X形桩模1的位置，两者中心位置偏差不大于10 mm；在X形桩模弧段牛耳6之间架设弧形反力梁10；启动振动机，把X形桩模1沉入土中，钢制套筒2在反力梁10的带动下也随之沉入设计深度；当钢制套筒2下端埋设至地下水位线11以下0.5-0.8 m时，暂停振动，去掉反力梁10；把直流电源3的正负极分别连接在X形桩模1和钢制套筒2的接口8处，使X形桩模1和钢制套筒2分别形成电渗场中的阳、阴两极；继续振动沉桩，并接通直流电源3，使电渗场力协助沉桩；振动和电渗联合作用沉桩至设计深度后，停止振动，并继续同以直流电10-20 分钟后停止电渗，促进桩侧土体的固结沉降；通过进料口向X形桩模空腔内注入一定量的混凝土；启动振动拔管，上拔速率为0.6-1.5 m/min，且每拔管1 m留振1 min；重复（7）和（8）工序，将X形桩模1向上拔出地面；通过上吊钢制套筒2的固定架4将套筒2拔出，最终形成现浇X形桩。

Claims (1)

1.一种电渗法协助现浇X形桩沉桩的施工方法，其特征在于采用以下步骤：

（1）场地平整，测量放线，将带活瓣桩尖的X形桩模沉管穿过钢制套管在指定的打桩位置就位，连接带绝缘橡皮滑块的固定架和钢制套筒，调整连接好固定架的钢制套筒与X形桩模的位置，两者中心位置偏差不大于10 mm；

（2）在X形桩模弧段牛耳之间架设弧形反力梁；

（3）启动振动机，把X形桩模沉入土中，钢制套筒和固定架在反力梁的带动下也随之沉入土中；

（4）当钢制套筒沉入设计深度，即钢制套筒下端埋设至地下水位线以下0.5-0.8 m时，暂停振动，去掉反力梁；

（5）把直流电源的正、负极分别连接在X形桩模和钢制套筒的接口处，使X形桩模和钢制套筒分别形成电渗场中的阳、阴两极；

（6）振动和电渗联合作用沉桩至设计深度后，停止振动，并继续同以直流电10-20 分钟后停止电渗；

（7）通过进料口向X形桩模空腔内注入一定量的混凝土；

（8）启动振动拔管，上拔速率为0.6-1.5 m/min，且每拔管1 m留振1 min；

（9）重复（7）和（8）工序，将X形桩模向上拔出地面；

（10）通过上吊钢制套筒的固定架将套筒拔出，最终形成现浇X形桩。

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