CN1035696A - 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。它利用软土层易挤易扩的有利条件，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相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，如美国专利No    406.359成桩方法的发明专利，是将钢模管沉入地下所需深度，然后向钢模管内底部灌入21/2倍模管直径高度的砼作为砼塞，待砼塞于半硬状态时，牵动一锤式桩头于砼塞上，将其打入所要的位置，使砼塞产生压缩变形，起动夹紧在钢模管顶部的振拔器，使砼塞和模管之间的任何粘着力都释放，与此同时在砼塞上放置干硬性的拌合砼灰，用振拔器退出钢模管与砼塞脱离，停在约钢模管直径一倍的高度上，使砼灰充满砼塞四周和所形成的柱形空间里，牵动锤式桩头加力于砼灰上，使砼塞形成大桩头，退出牵动式锤式桩头，放入钢筋骨架和砼，利用振拔器缓慢地将钢模管振拔起来，就形成所需要的桩型。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扩头成型桩来。当用此法操作进行到用振拔器退出钢模管与砼塞脱离时，由于软土是具有结构性的灵敏土，一旦挤压扰动，土的结构性受到破坏，成为流动重塑土，在深层流动重塑土的压力作用下，砼塞和重塑土拥向钢模管腔内，由下向上移动，直到进入钢模管内的砼塞和重塑土的重量等于深层土的压力和砼塞、重塑土与钢模管的摩擦力之和时，才停止向上运动，致使扩底桩头无法成型。其次是采用钢模管直接定位成桩，若在软土层应用，定位较差。又因为使用吊锤锤击砼塞时噪声、振动声都很大。

再如英国专利GB2129856A扩头定型砼成桩的方法和器具，此种扩头桩的成型方法也不适用于饱和软粘土地层而且使用的设备较复杂，工程成本高。

本发明的目的就是要把这种承载力高、工程造价低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。桩砼采用200号流动砼，同时采用静压沉管、静压扩头，实现无噪声、无振动的施工方案，以改善施工环境。

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），插入压扩杆（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型的剖面图。

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来说明本发明总的指导思想。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）的长度等于压扩杆（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）的形状是园柱体和园锥角为175°～178°园锥体的组合体;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

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

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，并拔出压扩杆（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，用静压扩头灌注桩的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，用高压水冲切土拔出完整桩体，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：

Claims (3)

1、一种扩头灌注桩的方法，钢模管(1)套入予制桩靴(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 $\mathrm{D=}\sqrt{\frac{h_1{\mathrm{+h}}_2}{h_2}}{d}_1\mathrm{\eta \; ,}$

b、插入压扩杆(2)，加予压于压扩杆顶盖(8)上，并固定顶盖(8)，

c、提升钢模管(1)的高度h₂[h₂=(3～4)d₁]，固定钢模管(1)，

d、加静压于压杆顶盖(8)上，将扩头砼(5)挤出模管(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，它所用的专用设备由静压沉管灌注桩架，予制桩靴（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）的高度的和，

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）的形状是园柱体和园锥角为175°～178°的园锥体的组合体，

k、压扩杆头（4）的外径比钢模管（1）的内径小1cm。

3、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。