CN102828507A - 大直径现浇混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径现浇混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器，其主要工艺为双排土和多种类型桩头的工艺。本方法可使外钢护筒外和内钢护筒内均具有排土特性，可有效解决在软地基中沉孔时带来的附加应力过大导致不良的后果，可使复杂地基土体形成一个可控的环形空腔，便于直接吊入钢筋笼和浇注混凝土。应用上述工艺可快速提高复合地基的整体竖向承载力和高抗水平推力，可降低施工成本15％以上、减少施工强度和难度、节约混凝土50％、避免二次清淤运输的污染、适应不同的软弱土层和场地施工。

Description

大直径现浇混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器

技术领域

本发明涉及一种大直径现浇混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器，其适用于各类软弱土、回填土的复合桩地基处理及港口码头、水利、高速公路中的堤坝、挡墙和基坑支护结构。

背景技术

目前，公知的在处理各类软弱土、回填土桩基施工中，传统的大直径现浇混凝土桩施工方法是先将单钢护筒打入或压入土中，再通过冲孔、挖掘或螺旋钻取土，这种施工方法在成孔过程中需要排出大量的泥土，不仅工程量大、给现场区域环境带来污染，而且在二次清淤运输中再次污染了环境。同样，在浇注桩体时需用到大量的混凝土，不但耗时又费工，还加大了工程费用。

为了克服上述传统方法在施工过程中存在的不足，降低施工成本，加快施工进度，避免二次清淤运输污染，适应不同土层和场地的施工需求，便成为本专利技术方案要解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种适用于软土地基快速完成大直径现浇混凝土复合桩的施工方法和专用成孔器。

为实现该技术目的，本发明方案是：一种大直径现浇混凝土复合桩的施工方法，包括如下步骤：

a、确定桩基中心位置，埋放好定位标记。

b、开启移动式桩机，启动中高频液压(电动)振动锤，通过连接的法兰盘和专用夹具滑槽横梁、移动伸缩夹头，夹紧内钢护筒顶端施振施压使三～五根为一组的内钢护筒分别快速振沉到土层设计标高处。

c、启动中高频液压(电动)振动锤和夹具系统，闭合多片钢活瓣桩头，夹紧外钢护筒和外排土通道钢护筒顶端开始施振施压，使外钢护筒、外排土通道钢护筒和多片钢活瓣桩头的联合体沿着已沉到位的内钢护筒外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头，移开液压(电动)振动锤。

d、从内外钢护筒顶端空腔敞开处由上至下吊入钢筋笼。

e、从内外钢护筒顶端空腔敞开处浇注混凝土。

f、混凝土浇注完后，夹紧内钢护筒顶端先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒。然后再慢速振拔出外钢护筒、外排土通道钢护筒和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。或同时慢速振拔出内钢护筒、外钢护筒、外排土通道钢护筒和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。

作为本专利进一步具体，包括采用附图5所示的钢筋混凝土单密封桩头法。

作为本专利进一步具体，包括采用附图6所示的钢筋混凝土双密封桩头法。

作为本专利进一步具体，包括采用附图7所示的铁皮高强耐磨柔性物密封桩头法。

作为本专利进一步具体，包括对内钢护筒腔内的原状土实施排水、注浆和压实压密施工。通过预埋于内钢护筒上的真空排水系统对内腔原状土实施真空排水；通过预埋于内钢护筒上的高压注浆系统对内腔原状土实施高压注浆；通过专用压土板装置，启动振动锤将内腔原状土压沉压密。

作为本专利进一步具体，包括当已浇注的混凝土桩强度达到75％时，可采用螺杆钻机(或人工)把内腔土柱土取出，再放入第二道钢筋笼并浇注混凝土，使原现浇的薄壁混凝土复合桩变成实心复合桩。

一种用于实现上述权利要求1、2、3、4、5、所述施工方法的专用成孔器，包括中高频液压(电动)振动锤、法兰盘、专用夹具滑槽横梁、移动伸缩夹头、外钢护筒、内钢护筒、外排土通道钢护筒、钢铰接链接头、多片钢活瓣桩头组成。其中桩头部分还包括外钢护筒底端桩头钢压板、C30标号钢筋混凝土但密封桩头、C30标号钢筋混凝土双密封桩头、铁皮高强耐磨柔性物密封桩头。所述中高频液压(电动)振动锤装置通过连接的法兰盘和专用夹具滑槽横梁和移动伸缩夹头与内钢护筒、外钢护筒和外排土通道钢护筒的上端夹持、施压振拔、松开连接。

作为本专利进一步具体，内钢护筒内壁上配有真空排水系统和高压注浆系统。

作为本专利进一步具体，内钢护筒内腔土柱土配有压土板装置压土系统。

作为本专利进一步具体，所述成孔器具有双排土系统。

本发明方案的综合使用和双排土功能，可大大改良腔内原状土的物理力学和结构性质，提高原状土的抗压、抗剪模量，可快速提高复合地基的整体竖向承载能力和高抗水平推力。可适应多类型、不同土层和场地施工，节约混凝土量50％、缩短施工周期4～6月、避免二次清淤运输的污染。

附图说明

图1为本发明的完整综合工艺原理示意图。

图2为本发明内钢护筒沉入到土层设计标高位的示意图。

图3为本发明外钢护筒沉入到土层设计标高位的示意图。

图4为本发明特定多片钢活瓣桩头的示意图。

图5为本发明钢筋混凝土单密封桩头的示意图。

图6为本发明钢筋混凝土双密封桩头的示意图。

图7为本发明铁皮高强耐磨柔性物密封桩头的示意图。

其附图标记说明：中高频液压(电动)振动锤1、法兰盘2、专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4、混凝土灌入处5、外钢护筒6、内钢护筒7、外排土通道钢护筒8、钢铰接链接头9、多片钢活瓣桩头10、放入钢筋笼和浇注钢筋砼复合桩的腔体11、桩头处原状软弱土体14、内钢护筒内壁上设置的真空排水系统15、内钢护筒内壁上设置的高压注浆系统16、内钢护筒内腔上设置的压土板装置17、C30标号钢筋混凝土单密封桩头18、桩头腰线凹槽密封带19、外钢护筒底端压槽20、桩头顶面压板凹槽21、外钢护筒底端桩头钢压板22、C30标号钢筋混凝土双密封桩头23、内外钢护筒底端压槽24、铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25、铁皮高强耐磨柔性密封圈26。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术做进一步详细说明：

如附图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明提供的是一种通过带有液压(电动)振动锤1、法兰盘2、专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4设备组成的振动夹具联合体，分别对内钢护筒7、外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和桩头部分的联合体，实施振压入土及振拔出管的操作施工工艺。其中桩头部分包括多片钢活瓣桩头10、C30标号钢筋混凝土单密封桩头18、C30标号钢筋混凝土双密封桩头23和铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25的类型。

在施工时，方案一是：先确定桩基中心位置，埋放好定位标记。把三～五根为一组的内钢护筒7先振沉到土层设计标高处，闭合多片钢活瓣桩头10，然后再把带有多片钢活瓣桩头10的外钢护筒6和外排土通道钢护筒8的联合体沿着已沉到位的内钢护筒7外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处，使外钢护筒6和内钢护筒7间构成薄壁空腔体11。

上述施工步骤工序完成后，把钢筋笼由上至下吊入到内外钢护筒间的薄壁空腔11中，然后再从内外钢护筒上端敞开处5浇注混凝土。通过此种施工工艺可直观有效掌握了解到已浇注的混凝土情况，便于高效管理施工。

混凝土浇注完后，夹紧内钢护筒7顶端先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒7，然后再慢速振拔出外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。或同时慢速振拔出内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。

本发明方案可以兼顾到多功能、多用处的大直径现浇混凝土复合桩的需求。对内钢护筒腔内的原状土12可启用设置于内钢护筒壁上的真空排水系统15进行主动排水、可启动设置于内钢护筒壁上的高压注浆系统16进行注浆处理，亦可启用压土板装置17进行压土挤密排水施工。上述方法综合使用可大大改良腔内原状土的物理力学和结构性质，可提高原状土的抗压、抗剪模量，使大直径现浇混凝土桩与改良后的腔内土混为一体，形成具有多功能的高竖向承载能力和高抗水平推力的复合地基桩。

本实施例中的的专用成孔器主要分为五部分组成：第一部分为带有中高频液压(电动)振动锤1、法兰盘2、专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4设备的振压夹具联合体组成；第二部分为三个不同直径、不同长度、不同壁厚的外钢护筒6、内钢护筒7和外排土通道钢护筒8组成；第三部分为多类型桩头组成。其中包括多片钢活瓣10、C30标号钢筋混凝土单密封桩头18、C30标号钢筋混凝土双密封桩头23和铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25；第四部分为设置于内钢护筒内壁上的一组真空排水系统15和一组高压注浆系统16组成；第五部分为匹配于内钢护筒内腔土体中的压土板装置17组成。

本发明方案具有双排土和释放施工应力的特性。在桩头沉入地下土层时，被排开的软弱土体大部分沿着外钢护筒与外排土通道钢护筒间的腔体13向上推进滑移排土或同时在内钢护筒内腔间12和外钢护筒与外排土通道钢护筒间的腔体13同时向上推进滑移双排土。桩头处剩余的软弱土体被挤向桩间桩下土14中，并挤密原状土。在外排土通道钢护筒8保护下，桩与桩间的土体施工应力可充分释放，保证成桩质量。

在实际施工中，本发明的施工方法具体采用如下步骤：

(1)一种大直径现浇混凝土复合桩的施工方法包括如下步骤：

a、依据软基处理桩基设计施工图在现场放样，确定桩基中心位置，并分别埋放好定位标记。

b、按照附图2的示意，开启移动式桩机，启动中高频液压(电动)振动锤1，通过连接的法兰盘2和专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4，夹紧内钢护筒7顶端施振施压使三～五根为一组的内钢护筒7分别快速振沉到土层设计标高处。

c、按照附图3的示意，启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，闭合外钢护筒6底端铰接着多片钢活瓣桩头10，夹紧外钢护筒6和外排土通道钢护筒8顶端开始施振施压，使外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣桩头10的联合体沿着已沉到位的内钢护筒7外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

d、把制作好的钢筋笼由上至下吊放到内腔11中，检查钢筋笼。

e、从内外钢护筒顶端空腔处5浇注混凝土。

f、混凝土浇注完后，夹紧内钢护筒7顶端先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒7，然后再慢速振拔出外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。或同时慢速振拔出内钢护筒7、振拔出外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。

(2)作为本次专利施工工艺，还包括附图5所示的钢筋混凝土单密封桩头18法，其施工步骤如下：

a、确定桩基中心位置，埋放好定位标记。

b、按照附图2的示意，依照上述具体实施方式(1)项b、步骤的工序进行施工。

c、在已沉到位的内钢护筒7处预埋好钢筋混凝土单密封桩头18。

d、按照附图3的示意，启动中高频液压(电动)振动锤1，通过连接的法兰盘2和专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4，夹紧外钢护筒6和外排土通道钢护筒8顶端开始施振施压，使外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和钢筋混凝土单密封桩头18的联合体沿着已沉到位的内钢护筒7外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

e、分别依照上述具体实施方式(1)项d、e、步骤的工序进行施工。

f、混凝土浇注完后，夹紧内钢护筒7顶端先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒7，然后再慢速振拔出外钢护筒6、外排土通道钢护筒8的联合体出地面。或同时慢速振拔出内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。钢筋混凝土单密封桩头18留在土层设计标高处。

(3)作为本次专利施工工艺，还包括附图6所示的钢筋混凝土双密封桩头23法，其施工步骤如下：

a、确定桩基中心位置，预埋好钢筋混凝土双密封桩头23。

b、启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，夹紧内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体顶端开始施振施压，使内钢护筒7、外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和钢筋混泥土双密封桩头23同时快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

c、依照上述具体实施方式(1)项d、e、步骤的工序进行施工。

d、混凝土浇注完后，依照上述具体实施方式(2)项f、步骤的工序进行施工。最后钢筋混凝土双密封桩头23被留在土层设计标高处。

(4)作为本次专利施工工艺，还包括附图7所示的铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25法，其施工步骤如下：

a、确定桩基中心位置，预埋好铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25。

b、依照上述具体实施方式(3)项b、步骤的工序进行施工。

c、依照上述具体实施方式(1)项d、e步骤的工序进行施工。

d、混凝土浇注完后，依照上述具体实施方式2、项f、步骤的工序进行施工。最后铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25留在土层设计标高处。

具体实施方法和结果

1)放钢筋笼的大直径现浇混凝土复合桩类型

a、确定桩基中心位置，埋放好定位标记。

b、按照附图2的示意，开启移动式桩机，启动中高频液压(电动)振动锤1，通过连接的法兰盘2和专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4，夹紧内钢护筒7顶端施振施压分别使三～五根为一组的内钢护筒快速振沉到土层设计标高处。

c、按照附图3的示意，启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，闭合外钢护筒底端铰接着多片钢活瓣桩头10，夹紧外钢护筒6和外排土通道钢护筒8顶端开始施振施压，使外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣桩头10的联合体沿着已沉到位的内钢护筒7外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

d、把制作好的钢筋笼由上至下吊放到内腔11中，检查钢筋笼。

e、从内外钢护筒顶端空腔处5浇注混凝土。

f、混凝土浇注完后，夹紧内钢护筒7顶端先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒7。然后再慢速振拔出外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。或同时慢速振拔出内钢护筒7、外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。

2)内腔土柱土真空排水+大直径现浇素混凝土复合桩类型

a、确定桩基中心位置，埋放好定位标记。

b、按照附图2的示意，开启移动式桩机，启动中高频液压(电动)振动锤1，通过连接的法兰盘2和专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4，夹紧内钢护筒7顶端施振施压分别使三～五根为一组的内钢护筒快速振沉到土层设计标高处。

c、在已沉到位的内钢护筒7处预埋钢筋混凝土单密封桩头18。启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，夹紧外钢护筒6和外排土通道钢护筒8顶端开始施振施压，使外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和钢筋混凝土单密封桩头18的联合体沿着已沉到位的内钢护筒7外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

d、启动内钢护筒壁上的真空排水系统15抽水，同时再启动液压(电动)振动锤1，通过压土板装置系统17对内钢护筒内腔12中的土柱土快速压沉压密。完成后，停止真空排水、移开松开压土板装置17系统。

e、从内外钢护筒顶端空腔处5浇注混凝土。

f、混凝土浇注完成后，启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，夹紧内钢护筒7顶端，先振动5秒钟后，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒7。或同时慢速振拔出内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。

3)内腔土柱土高压注浆+放钢筋笼的现浇混凝土复合桩类型

a、确定桩基中心位置，预埋好钢筋混凝土密封桩头23。

b、启动中高频液压(电动)振动锤1，通过连接的法兰盘2和专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4，同时夹紧内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体顶端开始施振施压，使内钢护筒7、外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和钢筋混泥土双密封桩头23同时快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

c、把已制作好的钢筋笼吊放到内腔11中，检查钢筋笼。

d、启动内钢护筒壁上的高压注浆系统16对内钢护筒内腔12中的土柱土进行注浆。完成后，停止高压注浆。

e、从内外钢护筒顶端空腔处5浇注混凝土。

f、混凝土浇注完成后，启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，夹紧内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8顶端，先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，同时慢速振拔出内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。

4)双钢筋笼的现浇混凝土复合实心桩类型

a、确定桩基中心位置，预埋好铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25。

b、开启移动式桩机，启动中高频液压(电动)振动锤1，通过连接的法兰盘2和专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4，同时夹紧内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体顶端开始施振施压，使内钢护筒7、外钢护筒6、外排土通道钢护筒8和铁皮高强耐磨柔性物密封桩头25同时快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤1。

c、把已制作好的钢筋笼吊放到内腔11中，检查钢筋笼。

d、从内外钢护筒间顶端空腔处5浇注混凝土。

e、混凝土浇注完后，启动中高频液压(电动)振动锤1和夹具系统，夹紧内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8顶端，先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，同时慢速振拔出内钢护筒7、外钢护筒6和外排土通道钢护筒8联合体出地面。并吊放到下一流程的定位处定位。

f、待已浇注的混凝土桩强度达到75％时，采用螺杆钻机(或人工)把内腔土柱土取出，再放入第二道钢筋笼并浇注混凝土，使原现浇的薄壁混凝土复合桩真正变成实心复合桩，满足不同工程使用功能的要求。

以上所述，仅为本发明专利技术施工方案中较佳实施案例，凡是依据本发明专利技术对以上实施案例所作的任何实质细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明专利技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大直径现浇混凝土复合桩的施工方法，包括如下步骤：

a、确定桩基中心位置，埋放好定位标记。

b、启动移动式桩机和中高频液压(电动)振动锤，通过连接的法兰盘和专用夹具滑槽横梁、移动伸缩夹头，夹紧内钢护筒顶端施振施压使三～五根为一组的内钢护筒分别快速振沉到土层设计标高处。

c、启动中高频液压(电动)振动锤和夹具系统，闭合多片钢活瓣桩头，夹紧外钢护筒和外排土通道钢护筒顶端开始施振施压，使外钢护筒、外排土通道钢护筒和多片钢活瓣桩头的联合体沿着已沉到位的内钢护筒外壁向下滑移，快速振沉到土层设计标高处。松开夹具夹头，移开液压(电动)振动锤。

d、从内外钢护筒顶端空腔敞开处由上至下吊入钢筋笼。

e、从内外钢护筒顶端空腔敞开处浇注混凝土。

f、混凝土浇注完后，夹紧内钢护筒顶端先振动5秒钟，补足腔内混凝土到设计标高处，再振拔出内钢护筒。然后再慢速振拔出外钢护筒、外排土通道钢护筒和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。或同时慢速振拔出内钢护筒、外钢护筒、外排土通道钢护筒和多片钢活瓣板桩头联合体出地面。

2.根据权利要求1、所述的施工方法，其特征还在于：包括采用附图5所示的钢筋混凝土单密封桩头法。

3.根据权利要求1、所述的施工方法，其特征还在于：包括采用附图6所示的钢筋混凝土双密封桩头法。

4.根据权利要求1、所述的施工方法，其特征还在于：包括采 用附图7所示的铁皮高强耐磨柔性物密封桩头法。

5.根据权利要求1、所述的施工方法，其特征还在于：包括对内钢护筒腔内的原状土实施排水、注浆和压实压密处理。

6.根据权利要求1、所述的施工方法，其特征还在于：待已浇注的混凝土桩强度达到75％时，采用螺杆钻机(或人工)把内腔土柱土取出，再放入第二道钢筋笼并浇注混凝土，使原已现浇的薄壁混凝土复合桩变成实心复合桩。

7.一种用于实现权利要求1、2、3、4、5、所述施工方法的专用成孔器，包括中高频液压(电动)振动锤、法兰盘、专用夹具滑槽横梁、移动伸缩夹头、外钢护筒、内钢护筒、外排土通道钢护筒、钢铰接链接头、多片钢活瓣桩头组成。其中桩头部分还包括外钢护筒底端桩头钢压板、C30标号钢筋混凝土单密封桩头、C30标号钢筋混凝土双密封桩头、铁皮高强耐磨柔性物密封桩头。所述中高频液压(电动)振动锤装置通过连接的法兰盘、专用夹具滑槽横梁和移动伸缩夹头与内钢护筒、外钢护筒和外排土通道钢护筒的上端夹持、施压振拔、松开连接。

8.根据权利要求1、所述的成孔器，其特征在于：包括内钢护筒内壁上配有真空排水系统和高压注浆系统。

9.根据权利要求1、所述的成孔器，其特征在于：包括内钢护筒内腔土柱土配有压土板装置压土系统。

10.根据权利要求1、所述的成孔器，其特征在于：包括成孔器的双排土系统。 

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