CN103866763B - 沉管压灌桩的做桩方法和专用装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了沉管压灌桩的做桩方法和专用装置及应用。专用装置包括A型或B型桩管,桩尖,垫板,内锤,A型或B型桩机和A型、B型或C型提升器;做桩方法包括沉拔管方法、混凝土压灌方法和松土引孔方法。提供的装置和方法较好地解决了现有沉管压灌桩的做桩方法和专用装置,在装置设计与制作、混凝土泵送压力过大、噪音污染、桩管上沾泥土影响后插钢筋笼操作和堵管、不能有效排气等方面存在的问题。用本发明提供的装置和方法,沉拔管、混凝土压灌等操作更简单,成桩质量更好,综合施工效率更高,还可作出承载力更高的带翼的沉管压灌桩。

Description

沉管压灌桩的做桩方法和专用装置及应用
技术领域
本发明涉及沉管压灌桩的做桩方法和专用装置及应用,属于桩基础施工技术领域。
背景技术
以下三个申请人均为毕建东的中国发明专利,均涉及沉管压灌桩的做桩方法和专用装置:
①申请号为201110172486.3、申请日为2011年6月24日的“沉管灌注桩全过程施工方法及其专用装置”(以下简称:A专利);
②申请号为201110394473.0、申请日为2011年12月2日的“沉管压灌桩全过程施工用组合桩管及其使用方法”(以下简称:B专利);
③申请号为201110424171.3、申请日为2011年12月9日的“沉管压灌桩专用桩机及其使用方法和应用”(以下简称:C专利)。
A专利提出了沉管压灌桩的概念;B专利和C专利提供了沉管压灌桩全过程施工用的装置及其使用方法。
B专利提供的组合桩管将内击沉管装置和混凝土压灌装置设计在桩管内,受桩管直径限制而难以实现;完全用泵送混凝土顶管,初始阶段需要的泵送压力过大。
C专利存在桩机的抗倾覆要求难以达到、对环境有较大噪音污染、桩管上沾泥土影响后插钢筋笼操作等问题。
B专利和C专利还有一个共性问题,就是所提供的桩管中的压杆直径较小,其空心直径更小,混凝土很容易将它堵住,失去排气作用。
发明内容
为进一步提高沉管压灌桩的施工技术水平和成桩质量,本发明以A专利、B专利和C专利为技术基础,提供了沉管压灌桩的做桩方法和专用装置及应用。
一.专用装置
本发明提供的沉管压灌桩施工的专用装置包括:①两种桩管:A型或B型桩管;②桩尖或垫板;③内锤;④两种桩机:A型或B型桩机;⑤三种提升器:A型或B型或C型提升器。
1.桩管
1.1A型桩管,如图1(a)~图1(e)所示,其构成如下:
1.1.1主管2、灌注管3、护管4均为圆形钢管;
1.1.2通过连接板8,灌注管3焊在主管2外侧,护管4焊在主管2外另一侧;
1.1.3第一下板1为外形略大于主管2与灌注管3、护管4用连接板8焊好后的外形的柱形台体,一侧有与灌注管3同心且等内径的第二圆孔9,另一侧有与护管4同心且上半段与护管4等内径、下半段内径略大的第一圆孔10;
1.1.4第一下板1上面有与主管2同心且等内径的第一凹入11;第一凹入11内放置缓冲材料;
1.1.5第一下板1底面,有倒扣的平底圆盘形的第二凹入12;
1.1.6第二凹入12的下口直径不大于主管2的外径;
1.1.7主管2、灌注管3、护管4下端周边与第一下板1焊接;
1.1.8灌注管3上端有排气阀6;
1.1.9压杆5为下段外径略大、以上细长的圆形钢杆,外形与护管4、第一圆孔10匹配,套在护管4、第一圆孔10内;
1.1.10压杆5上部有螺纹;通过螺母7,压杆5可与护管4、第一下板1紧固;松开螺母7,压杆5可在护管4和第一下板1中的第一圆孔10内上下滑动。
1.2B型桩管,如图2(a)~图2(d)所示,其构成如下:
1.2.1底面为平面的第二下板16,为带有第一翼13、第二翼14和第三翼15的柱形台体;
1.2.2数量不少于一个的第三翼15的外形,平剖为楔形,里宽外窄;
1.2.3第一翼13和第二翼14的外形同第三翼15,数量各一个;第一翼13内有同1.1的A型桩管43的第一圆孔10;第二翼14内有同A型桩管43的第二圆孔9;
1.2.4其它构成同A型桩管43。
2.桩尖、垫板和内锤
2.1桩尖,如图3(a1)和图3(a2)所示,并参见图1,其构成如下:
2.1.1顶钢板23的外轮廓,同或略大于1.1的A型桩管43中的第一下板1;凸出部分与第一下板1的第二凹入12吻合;
2.1.2圆柱形的第一钢筒24与A型桩管43中的主管2同外径;
2.1.3倒圆台形的第二钢筒25,上口外径同第一钢筒24外径;
2.1.4第一钢筒24上与顶钢板23、下与第二钢筒25焊接;其中用混凝土26灌满;
2.1.5顶钢板23上,与第一下板1的第二圆孔9对位,有穿过顶钢板23的堵头22;
2.1.6堵头22上段为短圆管形,外径小于第二圆孔9内径;下段为圆饼形,外径大于第二圆孔9内径;堵头22与顶钢板23焊接;堵头22与第二圆孔9同心。
2.2垫板,如图3(b1)和图3(b2)所示,并参见图2和图3(a1)、图3(a2),其构成如下:
2.2.1钢板27为平板,外形同或略大于1.2的B型桩管73中的第二下板16的带翼的外形;
2.2.2钢板27上有构成、位置均同2.1的桩尖21中的堵头22。
上述A型桩管43与桩尖21配套使用,B型桩管73与垫板28配套使用;也可以经简单设计调整而互换。如:B型桩管73中的第二下板16,可以参照A型桩管43中的第一下板1,底面设计为凹入的;相应将桩尖21中的顶钢板23改为垫板28中的,钢板27的有上凸、带翼的形状即可。
2.3内锤,如图3(c1)和图3(c2)所示,其构成如下:
2.3.1A型内锤42或B型内锤72底面上有数量三个以上、间距大于30mm的凸爪29;
2.3.2凸爪29上粗下细,平截面为方形或多边形或圆形;
2.3.3A型内锤42或B型内锤72的其它构成同现有内锤。
将A型内锤42或B型内锤72设计成带凸爪29的目的:A型桩管43或B型桩管73的凹入11内,放入的缓冲材料为机油砂或机油土时,如果用平底内锤,将越打越实,失去缓冲作用。锤底有凸爪29时,因A型内锤42与A型桩管43或B型内锤72与B型桩管73中的主管2间有间隙,所以,每次内击时,凸爪29都会落在不同的位置,可松动缓冲用机油砂或机油土。
3.桩机
3.1A型桩机,为设有沉拔管系统、混凝土压灌系统和钢筋笼后插系统的单立柱沉管压灌桩机,如图4~图6所示,并参见图1,其构成如下:
3.1.1第一立柱32下与第一底盘31相连,上有第一横梁33;包括卷扬机组在内的A型动力机组34、有回抽功能的A型混凝土泵35放在第一底盘31上;
3.1.2第一提升器41,用第二钢丝绳45吊在第一横梁33下、第一立柱32的一侧;第一提升器41下与A型桩管43为竖向可有限滑动连接;第一提升器41,通过第一导向46,可沿第一立柱32上下滑动;第一提升器41,通过第一钢丝绳44,可驱动置于A型桩管43中的主管2内的A型内锤42;
3.1.3套在A型桩管43外的、有振动功能的拔管器47,固定在第一底盘31上;拔管器47可夹住A型桩管43上拔,上拔一个允许行程后,再拔下一个行程;拔管器47松开后,A型桩管43可在拔管器47内上下滑动;
3.1.4A型混凝土泵35,通过第一输送管36,与A型桩管43中的灌注管3上部相连;第一输送管36上半段为软管,中部固定在第一立柱32上的A型轴管37上;
3.1.5口朝下的喇叭筒形的第一套筒52上,整体连接有中空的A型振动头51;从第一横梁33另一侧下来的、下端有A型吊环54的第三钢丝绳57,从A型振动头51、第一套筒52中穿过;通过第二导向56,A型振动头51和第一套筒52可沿第一立柱32上下滑动;第二导向56可卡在第一立柱32上;
3.1.6口朝上的喇叭筒形的第二套筒53,用连接件55固定在第一底盘31上;第二套筒53与第一套筒52竖向同心;
3.1.7第二钢丝绳45、第三钢丝绳57,通过第一横梁33,由A型动力机组34驱动;
3.1.8A型桩管43、第一导向46、拔管器47和第一套筒52、第二套筒53、连接件55、第二导向56的中心,在与第一底盘31长度方向相垂直的同一平面上;
3.1.9其它构成同现有桩机。
上述第一提升器41、A型内锤42、A型桩管43、第一导向46和拔管器47,构成了桩机的沉拔管系统;A型混凝土泵35、第一输送管36、A型轴管37和A型桩管43中的灌注管3,构成了桩机的混凝土压灌系统;A型振动头51、第一套筒52、第二套筒53、A型吊环54、第二导向56及第三钢丝绳57,构成了桩机的钢筋笼后插系统。
3.2B型桩机,为设有沉拔管系统、混凝土压灌系统、钢筋笼后插系统和引孔系统的双立柱沉管压灌桩机,如图7~图9所示,并参见图2,其构成如下:
3.2.1第二立柱62和第三立柱63下与第二底盘61相连,上与第二横梁64相连;包括卷扬机组在内的B型动力机组65、有回抽功能的B型混凝土泵66放在第二底盘61上;
3.2.2第二提升器71,用第五钢丝绳75吊在第二横梁64下、第二立柱62和第三立柱63之间;第二提升器71下与B型桩管73为竖向可有限滑动连接;第二提升器71,通过第三导向76,可沿第二立柱62和第三立柱63上下滑动;第二提升器71,通过第四钢丝绳74,可驱动置于B型桩管73中的主管2内的B型内锤72;第三导向76可卡在第二立柱62和第三立柱63上;第三导向76卡住后,第二提升器71可上拔B型桩管73;上拔一个允许行程后,松开、上移、再卡住第三导向76,再拔下一个行程;
3.2.3套在B型桩管73外的、有振动功能的第四导向77,固定在第二底盘61上;B型桩管73可在第四导向77内上下滑动;
3.2.4B型混凝土泵66,通过混凝土第二输送管67,与B型桩管73上的灌注管3上部相连;混凝土第二输送管67上半段为软管,中部固定在第二立柱62上的B型轴管68上;
3.2.5口朝下的喇叭筒形的第三套筒82上,整体连接有中空的B型振动头81;通过可外伸的第六导向86,B型振动头81和第三套筒82可沿第二立柱62和第三立柱63上下滑动;从第二横梁64一侧下来的、下端有B型吊环84的第六钢丝绳87,从B型振动头81、第三套筒82中穿过;第六导向86可卡在第二立柱62、第三立柱63上;
3.2.6通过可外伸的第五导向85,口朝上的喇叭筒形的第四套筒83,固定在第二底盘61侧面;第四套筒83与第三套筒82同心;
3.2.7动力头91,用第七钢丝绳95吊在第二横梁64下的另一侧;动力头91,通过可外伸的第七导向93,可沿第二立柱62和第三立柱63上下滑动;动力头91下与带螺旋翼片的实心或空心的钻杆92相连,可驱动钻杆92双向转动;
3.2.8套在钻杆92外的、可外伸的第八导向94,固定在第二底盘61侧面;钻杆92可在第八导向94内转动、滑动;
3.2.9第五钢丝绳75、第六钢丝绳87、第七钢丝绳95,通过第二横梁64,由B型动力机组65驱动;
3.2.10B型桩管73、第三导向76、第四导向77和第三套筒82、第四套筒83、第五导向85、第六导向86及钻杆92、第七导向93、第八导向94的中心,在与第二底盘61长度方向相垂直的同一平面上;
3.2.11其它构成同现有桩机。
上述第二提升器71、B型内锤72、B型桩管73、第三导向76、第四导向77,构成了桩机的沉拔管系统;B型混凝土泵66、第二输送管67、B型轴管68和B型桩管73中的灌注管3,构成了桩机的混凝土压灌系统;B型振动头81、第三套筒82、第四套筒83、B型吊环84、第五导向85、第六导向86及第六钢丝绳87,构成了桩机的钢筋笼后插系统;动力头91、钻杆92及第七导向93、第八导向94,构成了桩机的引孔系统。
A型桩机和B型桩机的部分设计可以互换。如:将A型桩机的钢筋笼后插系统的连接件55和第二导向56,设计为可外伸的;如:将B型桩机的第四导向77,设计为兼做拔管器,相应可去掉第二提升器71的拔管功能;再如:A型桩机用B型桩管73,B型桩机用A型桩管43。
上述两种桩机也可设计为通过第二钢丝绳45或第五钢丝绳75,用A型动力机组34或B型动力机组65拔管。
4.提升器
上述驱动内锤的提升器,可用液压等方式提升内锤,类似于现有液压锤。
现有液压锤是用液压油缸提升锤芯,锤芯自由下落打桩。限于工艺、加工、材料等原因,目前液压锤的锤芯落距一般不超过1.5m,长度不超过5m。与柴油锤等相比,液压锤的落距较小,要达到与其相当的锤击能量,液压锤的锤芯重量往往要大约一倍。
本发明提供的内锤在桩管的主管内,直径受限,要达到所需锤重,只能加大锤长,锤长可能超过十米,形成细长锤。实际工程中,主管和十几米长的内锤可能侧弯,内锤落不下去,无法实现内击沉管。
为解决此问题,本发明提供了三种类型的提升器。
4.1A型提升器,为用动滑轮加大内锤落距的提升器,如图10(a)所示,并参见图1或图2,其构成如下:
4.1.1从A型油缸100中下伸的A型活塞杆101下端连有动滑轮102;
4.1.2绕过动滑轮102的第八钢丝绳103,一端连在置于A型桩管43或B型桩管73的主管2中的A型内锤42或B型内锤72上,另一端连在有紧固、缓冲钢丝绳功能的固定件104上;
4.1.3用A型油缸100驱动A型活塞杆101,通过动滑轮102,用第八钢丝绳103上提A型内锤42或B型内锤72;达到预定落距后,A型内锤42或B型内锤72自由下落。
4.2B型提升器,为用动齿轮加大内锤落距的提升器,如图10(b)所示,并参见图1或图2,其构成如下:
4.2.1从B型油缸110中下伸的B型活塞杆111下端连有动齿轮112;
4.2.2动齿轮112一侧与B型动齿条114咬合,另一侧与定齿条115咬合;B型动齿条114下端,通过第九钢丝绳113,连在置于A型桩管43或B型桩管73的主管2中的A型内锤42或B型内锤72上;
4.2.3用B型油缸110驱动B型活塞杆111,通过动齿轮112上提B型动齿条114,带动A型内锤42或B型内锤72;达到预定落距后,A型内锤42或B型内锤72自由下落。
A型或B型提升器,用动滑轮或动齿轮,使内锤落距达到活塞杆行程的二倍。同时,活塞杆的拉力为内锤重量的二倍。
A型或B型提升器可用于现有液压锤,以加大锤芯落距。
4.3C型提升器,为采用定齿轮的大落距提升器,如图10(c)所示,并参见图1或图2,其构成如下:
4.3.1定齿轮122与C型动齿条121咬合;
4.3.2C型动齿条121下端,通过第十钢丝绳123,连在置于A型桩管43或B型桩管73的主管2中的A型内锤42或B型内锤72上;
4.3.3转动定齿轮122,通过C型动齿条121和第十钢丝绳123,上提A型内锤42或B型内锤72;达到预定落距后,A型内锤42或B型内锤72自由下落。
C型提升器的动齿条越长,内锤的落距越大,可做到三米以上。
二.做桩方法
使用上述专用装置,本发明提供的沉管压灌桩的做桩方法,包括沉拔管方法、混凝土压灌方法和可用于B型桩机的松土引孔方法;钢筋笼后插方法与C专利相同,装置上略有不同。
5.沉拔管方法
5.1使用A型桩机,及A型桩管43、桩尖21,进行沉拔管施工的步骤如下,参见图1、图3(a1)、图3(a2)和图4~图6:
5.1.1A型桩管43对位压在桩点位置的桩尖21上;
5.1.2用第一提升器41,通过第一钢丝绳44,驱动A型桩管43中的主管2内的A型内锤42,锤击A型桩管43中的第一下板1,使A型桩管43整体下沉,至预定沉管目标;
5.1.3拔管器47夹住、上拔A型桩管43;上拔完拔管器47的一个允许行程后,再拔下一个行程。
5.2使用B型桩机,及B型桩管73、垫板28,进行沉拔管施工的步骤如下,参见图2、图3(b1)、图3(b2)和图7~图9:
5.2.1B型桩管73对位压在桩点位置的垫板28上;
5.2.2第三导向76处于滑动状态下,用第二提升器71,通过第四钢丝绳74,驱动B型桩管73中的主管2内的B型内锤72,锤击B型桩管73中的第二下板16,使B型桩管73整体下沉,至预定沉管目标;
5.2.3第三导向76卡住第二立柱62和第三立柱63,用第二提升器71上拔B型桩管73;上拔完一个允许行程后,松开、上移、再卡住第三导向76,再上拔下一个行程。
上述均为内击沉管。显然,也可以采用顶击、静压或振动等其它常规方式沉管。
6.混凝土压灌方法
6.1使用A型桩机,及A型桩管43、桩尖21,进行混凝土压灌施工的步骤如下,参见图1、图3(a1)、图3(a2)和图4~图6:
6.1.1完成沉管施工后,用A型混凝土泵35,通过第一输送管36,向A型桩管43中的灌注管3内泵送混凝土;同时,用第一提升器41驱动A型内锤42,锤击A型桩管43中的第一下板1,落距200~500mm,至灌注管3内充满混凝土;或同时,用拔管器47振动A型桩管43;期间,混凝土中的空气通过A型桩管43中的排气阀6排出;
6.1.2用5.1.3的拔管方法,将A型桩管43上拔100~200mm,桩尖21留在桩孔底;同时,用A型混凝土泵35,通过第一输送管36和灌注管3,向上拔A型桩管43时形成的桩孔内压力泵送混凝土;
6.1.3继续压力泵送混凝土;借助泵送混凝土的压力,将A型桩管43顶起,至A型桩管43底面至地面下预定深度;期间,可用拔管器47配合上顶A型桩管43;期间,混凝土中的空气通过排气阀6排出;
6.1.4清空第一输送管36:可用A型混凝土泵35,将第一输送管36中的混凝土回抽干净;或在泵送混凝土后期,泵送水,用水将第一输送管36和灌注管3中的混凝土顶到桩孔内;之后,将第一输送管36中的水回抽干净;结束。
6.2使用B型桩机,及B型桩管73、垫板28,进行混凝土压灌施工的步骤如下,参见图2、图3(b1)、图3(b2)和图7~图9:
6.2.1完成沉管施工后,用B型混凝土泵66,通过第二输送管67,向B型桩管73中的灌注管3内泵送混凝土;同时,用第二提升器71驱动B型内锤72,锤击B型桩管73中的第二下板16,落距200~500mm,至灌注管3内充满混凝土;或同时,用第四导向77振动B型桩管73;期间,混凝土中的空气通过B型桩管73中的排气阀6排出;
6.2.2用5.2.3的拔管方法,将B型桩管73上拔100~200mm,垫板28留在桩孔底;同时,用B型混凝土泵66,通过第二输送管67和灌注管3,向上拔B型桩管73时形成的桩孔内压力泵送混凝土;
6.2.3继续压力泵送混凝土;借助泵送混凝土的压力,将B型桩管73顶起,至B型桩管73底面至地面下预定深度;期间,可用第二提升器71配合上顶B型桩管73;期间,混凝土中的空气通过排气阀6排出;
6.2.4清空第二输送管67:可用B型混凝土泵66,将第二输送管67中的混凝土回抽干净;或在泵送混凝土后期,泵送水,用水将第二输送管67和灌注管3中的混凝土顶到桩孔内;之后,将第二输送管67中的水回抽干净;结束。
清空第一输送管36或第二输送管67的目的:防止在下一个桩位沉管时,因锤击造成堵管。
用B型桩管73和垫板28做出的桩为带翼的沉管压灌桩。
7.松土引孔方法
工程中有时需引孔,目的是要穿越硬夹层,或减轻挤土效应。
目前主要是另用螺旋钻,将钻杆直径范围内的土全部取出,称之为取土引孔。
使用B型桩机,可直接进行引孔施工;除可取土引孔外,还可松土引孔。松土引孔方法含方法(一)或方法(二)。
7.1方法(一),采用实心或空心的钻杆92,参见图7~图9,方法如下:
7.1.1钻杆92对准桩位后,动力头91正转,驱动钻杆92下钻,至预定下钻目标;
7.1.2动力头91反转,驱动钻杆92上钻,至钻杆92底端出地面,引孔结束。
7.2方法(二),采用空心的钻杆92,参见图7~图9,方法如下:
7.2.1钻杆92对准桩位后,动力头91正转,驱动钻杆92下钻,至预定下钻目标;
7.2.2动力头91反转,驱动钻杆92上钻;同时,通过钻杆92的空心,向钻杆92下端泵送泥浆,至钻杆92底端出地面,引孔结束。
上述方法引孔的结果主要是松动了钻孔内的土,或有少量土排出,所以称之为松土引孔。
方法(一)主要适用于粘性土,方法(二)主要适用于砂性土。
方法(二)类似于长螺旋钻孔压灌桩的施工方法。
松土引孔方法可用于其它挤土桩施工时的引孔,如静压PHC管桩。
8.钢筋笼后插方法
使用本发明提供的桩机,进行钢筋笼后插施工的方法与C专利相同,装置有两点不同:
①本发明的动力源为专用的A型振动头51或B型振动头81,C专利是用沉拔管用的振动锤兼做动力源;
②本发明的第二导向56沿第一立柱32滑动,或第六导向86沿第二立柱62、第三立柱63滑动,C专利为沿桩管滑动。
使用本发明提供的专用装置可以按A专利提供的方法进行试桩、测桩,不再赘述。
有益效果
与B专利比较,本发明的有益效果主要体现在:
①提锤、拔管、压灌装置均设计在桩管外,不受桩管直径等因素限制;
②先少量拔管,再压力泵送混凝土顶管,大大减小了初始阶段的混凝土泵送压力。
与C专利比较,本发明的有益效果主要体现在如下几个方面:
①综合效率高。本发明提供的B型桩机将引孔系统集成在桩机上,并将其导向以及后插钢筋笼的导向设计为可外伸导向。效果是:工程桩一般是成排、成列布置的,用B型桩机,可前面引孔,中间沉拔管、压灌混凝土,后面插钢筋笼,三道工序并行。因此,综合效率高、成本低。导向可外伸的目的是适应不同桩距。
②沉拔管系统、钢筋笼后插系统以及B型桩机的引孔系统都集中在桩机中部,桩机稳定性好。
③沉管操作简单。本发明提供的桩机将提升器坐在桩管上,驱动内锤的钢丝绳没有过放问题;吊提升器的钢丝绳放长跟进容易。
④基本没有噪音。
⑤后期混凝土压灌一次回抽,操作较简单;特别是泵水、回抽水,操作更方便,可更好地解决堵管问题。
⑥振压钢筋笼的振动头功率、重量要小得多,可与后插钢筋笼的需要匹配,加上导向是沿立柱上下滑动的,可更好地保证后插钢筋笼的质量。
另外,用B型桩管做出的桩是带翼的沉管压灌桩,其横截面为带翼的形状,比表面积较大,可提供较大的桩侧阻力。由于是压力泵送混凝土,所以,可较好地保证成桩质量,进一步提高桩侧阻力。
对于沉管压灌桩,有的桩端土有应力松弛或遇水软化问题,用桩尖21可解决或部分解决这个问题。
松土引孔的好处是松土,不排土或少量排土,引孔效果一般要好于取土引孔。如:在地下水位以下的砂层中取土引孔,往往塌孔;水沉砂的效果使得塌孔后的沉管或沉桩难度更大。松土引孔不会塌孔,可以较好地解决这个问题。
附图说明
图1是A型桩管示意图;其中,(a)是A型桩管的立面示意图;(b)是A型桩管底部立剖示意图;(c)是A型桩管下板立剖示意图;(d)是(c)的上部横剖示意图;(e)是(b)的上部横剖示意图。
图2是B型桩管示意图;其中,(a)是B型桩管的立面示意图;(b)是B型桩管底部立剖示意图;(c)是B型桩管下板立剖示意图;(d)是(c)的上部横剖示意图。
图3是桩尖、垫板和内锤示意图;其中,(a1)是桩尖的平面示意图;(a2)是(a1)的剖面示意图;(b1)是垫板的平面示意图;(b2)是(b1)的剖面示意图;(c1)是内锤底面的平面示意图;(c2)是(c1)的剖面示意图。
图4是A型桩机沿底盘长向立剖示意图。
图5是A型桩机沿底盘短向立剖示意图。
图6是图4的下部横剖示意图。
图7是B型桩机沿底盘长向立剖示意图。
图8是B型桩机沿底盘短向立剖示意图。
图9是图7的下部横剖示意图。
图10是提升器示意图;其中,(a)是A型提升器示意图,(b)是B型提升器示意图,(c)是C型提升器示意图。
具体实施方式
实施例:
某建筑工程场地,自上而下土层:2m厚杂填土;15m厚可塑状态粉质粘土与稍密至中密状态粉细砂、细砂、中砂层;1m厚全风化泥岩;3m厚强风化泥岩;以下为中风化泥岩。
1.用A型桩机和A型桩管43、桩尖21做桩
设计为筏下桩基础,折算桩径600mm,桩长22m;桩身混凝土强度等级C60;桩端持力层为中风化泥岩,单桩极限承载力标准值1500t。
A型桩管43基本数据:主管2外径530mm,壁厚16mm,长25m;灌注管3、护管4外径133mm,壁厚8mm;第一下板1较主管2与灌注管3、护管4焊好后的相应外形周边大出20mm,高度300mm。
A型桩机基本数据:第一立柱32高度30m;第一提升器41为A型提升器,功率90kW;A型内锤42直径460mm,长7.7m,重100kN;A型混凝土泵35的最大额定压力10MPa,最大流量每小时350立方米;第一输送管36外径133mm;中空A型振动头51功2*5kW=10kW;第一套筒52、第二套筒53用厚度3mm的薄钢板,喇叭口直径700mm、高200mm,直段直径500mm、高300mm。
1.1沉管、压灌混凝土和顶管的步骤如下:
1.1.1A型桩管43对位压在桩点位置的桩尖21上;
1.1.2用第一提升器41,通过第一钢丝绳44,驱动A型桩管43中的主管2内的A型内锤42,锤击A型桩管43中的第一下板1,使A型桩管43整体下沉,最大落距3m;至最后10锤平均贯入度约为2mm/锤,停止内击;此时A型桩管43的入土深度为22.2m;
1.1.3用A型混凝土泵35,通过第一输送管36,向A型桩管43中的灌注管3内泵送混凝土;同时,用第一提升器41将A型内锤42提起300mm,锤击第一下板1,至灌注管3内充满混凝土;期间,混凝土中的空气通过A型桩管43中的排气阀6排出;
1.1.4用拔管器47夹住A型桩管43上拔200mm,桩尖21留在桩孔底;同时,用A型混凝土泵35,通过第一输送管36和灌注管3,向上拔A型桩管43时形成的桩孔内压力泵送混凝土;
1.1.5继续压力泵送混凝土;借助泵送混凝土的压力,将A型桩管43顶起,至A型桩管43底面至地面下500mm;期间,可用拔管器47配合上顶A型桩管43;期间,混凝土中的空气通过排气阀6排出;
1.1.6用A型混凝土泵35,将第一输送管36中的混凝土回抽干净,结束。
1.2后插钢筋笼:用桩机的钢筋笼后插系统,按C专利提供的方法进行后插钢筋笼施工,动力源为A型振动头51,第二导向56沿第一立柱32滑动。
后插钢筋笼工序完成后,成桩。
2.用B型桩机和B型桩管73、垫板28做桩
设计为筏下桩基础,桩布置:15排*30列,双向间距均为2.6m;折算桩径675mm,桩长22m;桩身混凝土强度等级C60;桩端持力层为中风化泥岩,单桩极限承载力标准值1900t。
B型桩管73基本数据:第一翼13、第二翼14和两个第三翼15,最宽处200mm,伸出长度220mm,其它同上述A型桩管43。
B型桩机基本数据:第二立柱62、第三立柱63高度30m;第二提升器71为B型提升器,功率90kW;B型内锤72直径460mm,长8.5m,重110kN;B型混凝土泵66的最大额定压力10MPa,最大流量每小时350立方米;第二输送管67外径133mm;中空B型振动头81功率为2*5kW=10kW;第三套筒82、第四套筒83用厚度3mm的薄钢板,喇叭口直径700mm、高200mm,直段直径500mm、高300mm;动力头91功率90kW;钻杆92直径800mm,长25m;第三导向76、第四导向77与第五导向85、第六导向86和第七导向93、第八导向94的中心距:最小2m,最大3m。
将第三导向76、第四导向77与第五导向85、第六导向86和第七导向93、第八导向94的中心距调节到2.6m。
2.1按方法(一)进行第N个孔的松土引孔步骤如下:
2.1.1将钻杆92对准第N个桩位;
2.1.2动力头91正转,驱动钻杆92下钻,深度为20m;
2.1.3动力头91反转,驱动钻杆92上钻,直至钻杆92底端出地面,第N个桩孔的松土引孔结束。
2.2沉管、压灌混凝土和顶管——在第N-1个桩位上,与第N个桩孔引孔同时进行:
2.2.1B型桩管73对位压在第N-1个桩点位置的垫板28上;
2.2.2第三导向76处于滑动状态下,用第二提升器71,通过第四钢丝绳74,驱动B型桩管73中的主管2内的B型内锤72,锤击B型桩管73中的第二下板16,使B型桩管73整体下沉,最大落距3m;至最后10锤平均贯入度约为2mm/锤,停止内击;此时B型桩管73的入土深度为21.7m;
2.2.3用B型混凝土泵66,通过第二输送管67,向B型桩管73中的灌注管3内泵送混凝土;同时,用第四导向77振动B型桩管73;期间,混凝土中的空气通过B型桩管73中的排气阀6排出;
2.2.4第三导向76卡住第二立柱62、第三立柱63后,用第二提升器71上拔B型桩管73,上拔高度200mm,垫板28留在桩底;同时,用B型混凝土泵66,通过第二输送管67和灌注管3,向上拔B型桩管73时形成的桩孔内压力泵送混凝土;
2.2.5继续压力泵送混凝土;借助泵送混凝土的压力,将B型桩管73顶起;期间,可用第二提升器71配合上顶B型桩管73;期间,混凝土中的空气通过排气阀6排出;
2.2.6至B型桩管73底面至地面下1.8m时,开始泵送水,用水将第二输送管67和灌注管3中的混凝土顶到桩孔内;之后,将第二输送管67中的水回抽干净。
2.3后插钢筋笼——在第N-2个桩位上,与第N个桩位引孔和第N-1个桩位沉管、压灌混凝土、顶管同时进行:用桩机的钢筋笼后插系统,按C专利提供的方法进行第N-2个桩位的后插钢筋笼施工,动力源为B型振动头81,第六导向86沿第二立柱62和第三立柱63滑动。
后插钢筋笼工序完成后,成桩。
所成的桩为四个翼的沉管压灌桩。

Claims (4)

1.沉管压灌桩施工的专用装置,其特征在于,提供的专用装置包括:桩管,含A型或B型桩管;桩尖或垫板;内锤;桩机,含A型或B型桩机;提升器,含A型或B型或C型提升器;
1.1 A型桩管,其构成如下:
1.1.1 主管(2)、灌注管(3)、护管(4)均为圆形钢管;
1.1.2 通过连接板(8),灌注管(3)焊在主管(2)外侧,护管(4)焊在主管(2)外另一侧;
1.1.3 第一下板(1)为外形略大于主管(2)与灌注管(3)、护管(4)用连接板(8)焊好后的外形的柱形台体,一侧有与灌注管(3)同心且等内径的第二圆孔(9),另一侧有与护管(4)同心且上半段与护管(4)等内径、下半段内径略大的第一圆孔(10);
1.1.4 第一下板(1)上面有与主管(2)同心且等内径的第一凹入(11);第一凹入(11)内放置缓冲材料;
1.1.5 第一下板(1)底面,有倒扣的平底圆盘形的第二凹入(12);
1.1.6 第二凹入(12)的下口直径不大于主管(2)的外径;
1.1.7 主管(2)、灌注管(3)、护管(4)下端周边与第一下板(1)焊接;
1.1.8 灌注管(3)上端有排气阀(6);
1.1.9 压杆(5)为下段外径略大、以上细长的圆形钢杆,外形与护管(4)、第一圆孔(10)匹配,套在护管(4)、第一圆孔(10)内;
1.1.10 压杆(5)上部有螺纹;通过螺母(7),压杆(5)可与护管(4)、第一下板(1)紧固;松开螺母(7),压杆(5)可在护管(4)和第一下板(1)中的第一圆孔(10)内上下滑动;
1.2 B型桩管,其构成如下:
1.2.1 底面为平面的第二下板(16),为带有第一翼(13)、第二翼(14)和第三翼(15)的柱形台体;
1.2.2 数量不少于一个的第三翼(15)的外形,平剖为楔形,里宽外窄;
1.2.3 第一翼(13)和第二翼(14)的外形同第三翼(15),数量各一个;第一翼(13)内有同1.1的A型桩管(43)的第一圆孔(10);第二翼(14)内有同A型桩管(43)的第二圆孔(9);
1.2.4 其它构成同A型桩管(43);
2.1 桩尖,其构成如下:
2.1.1 顶钢板(23)的外轮廓,同或略大于1.1的A型桩管(43)中的第一下板(1);凸出部分与第一下板(1)的第二凹入(12)吻合;
2.1.2 圆柱形的第一钢筒(24)与A型桩管(43)中的主管(2)同外径;
2.1.3 倒圆台形的第二钢筒(25),上口外径同第一钢筒(24)外径;
2.1.4 第一钢筒(24)上与顶钢板(23)、下与第二钢筒(25)焊接;其中用混凝土(26)灌满;
2.1.5 顶钢板(23)上,与第一下板(1)的第二圆孔(9)对位,有穿过顶钢板(23)的堵头(22);
2.1.6 堵头(22)上段为短圆管形,外径小于第二圆孔(9)内径;下段为圆饼形,外径大于第二圆孔(9)内径;堵头(22)与顶钢板(23)焊接;堵头(22)与第二圆孔(9)同心;
2.2 垫板,其构成如下:
2.2.1 钢板(27)为平板,外形同或略大于B型桩管(73)中的第二下板(16)的带翼的外形;
2.2.2 钢板(27)上有构成、位置均同2.1中桩尖(21)中的堵头(22);
2.3 内锤,其构成如下:
2.3.1 A型内锤(42)或B型内锤(72)底面上有数量三个以上、间距大于30mm的凸爪(29);
2.3.2 凸爪(29)上粗下细,平截面为多边形或圆形;
2.3.3 A型内锤(42)或B型内锤(72)的其它构成同现有内锤;
3.1 A型桩机,为设有沉拔管系统、混凝土压灌系统和钢筋笼后插系统的单立柱沉管压灌桩机,其构成如下:
3.1.1 第一立柱(32)下与第一底盘(31)相连,上有第一横梁(33);包括卷扬机组在内的A型动力机组(34)、有回抽功能的A型混凝土泵(35)放在第一底盘(31)上;
3.1.2 第一提升器(41),用第二钢丝绳(45)吊在第一横梁(33)下、第一立柱(32)的一侧;第一提升器(41)下与A型桩管(43)为竖向可有限滑动连接;第一提升器(41),通过第一导向(46),可沿第一立柱(32)上下滑动;第一提升器(41),通过第一钢丝绳(44),可驱动置于A型桩管(43)中的主管(2)内的A型内锤(42);
3.1.3 套在A型桩管(43)外的、有振动功能的拔管器(47),固定在第一底盘(31)上;拔管器(47)可夹住A型桩管(43)上拔,上拔一个允许行程后,再拔下一个行程;拔管器(47)松开后,A型桩管(43)可在拔管器(47)内上下滑动;
3.1.4 A型混凝土泵(35),通过第一输送管(36),与A型桩管(43)中的灌注管(3)上部相连;第一输送管(36)上半段为软管,中部固定在第一立柱(32)上的A型轴管(37)上;
3.1.5 口朝下的喇叭筒形的第一套筒(52)上,整体连接有中空的A型振动头(51);从第一横梁(33)另一侧下来的、下端有A型吊环(54)的第三钢丝绳(57),从A型振动头(51)、第一套筒(52)中穿过;通过第二导向(56),A型振动头(51)和第一套筒(52)沿第一立柱(32)上下滑动;第二导向(56)卡在第一立柱(32)上;
3.1.6 口朝上的喇叭筒形的第二套筒(53),用连接件(55)固定在第一底盘(31)上;第二套筒(53)与第一套筒(52)竖向同心;
3.1.7 第二钢丝绳(45)、第三钢丝绳(57),通过第一横梁(33),由A型动力机组(34)驱动;
3.1.8 A型桩管(43)、第一导向(46)、拔管器(47)和第一套筒(52)、第二套筒(53)、连接件(55)、第二导向(56)的中心,在与第一底盘(31)长度方向相垂直的同一平面上;
3.1.9 其它构成同现有桩机;
3.2 B型桩机,为设有沉拔管系统、混凝土压灌系统、钢筋笼后插系统和引孔系统的双立柱沉管压灌桩机,其构成如下:
3.2.1 第二立柱(62)和第三立柱(63)下与第二底盘(61)相连,上与第二横梁(64)相连;包括卷扬机组在内的B型动力机组(65)、有回抽功能的B型混凝土泵(66)放在第二底盘(61)上;
3.2.2 第二提升器(71),用第五钢丝绳(75)吊在第二横梁(64)下、第二立柱(62)和第三立柱(63)之间;第二提升器(71)下与B型桩管(73)为竖向可有限滑动连接;第二提升器(71),通过第三导向(76),沿第二立柱(62)和第三立柱(63)上下滑动;第二提升器(71),通过第四钢丝绳(74),可驱动置于B型桩管(73)中的主管(2)内的B型内锤(72);第三导向(76)可卡在第二立柱(62)和第三立柱(63)上;第三导向(76)卡住后,第二提升器(71)可上拔B型桩管(73);上拔一个允许行程后,松开、上移、再卡住第三导向(76),再拔下一个行程;
3.2.3 套在B型桩管(73)外的、有振动功能的第四导向(77),固定在第二底盘(61)上;B型桩管(73)在第四导向(77)内上下滑动;
3.2.4 B型混凝土泵(66),通过第二输送管(67),与B型桩管(73)上的灌注管(3)上部相连;第二输送管(67)上半段为软管,中部固定在第二立柱(62)上的B型轴管(68)上;
3.2.5 口朝下的喇叭筒形的第三套筒(82)上,整体连接有中空的B型振动头(81);通过可外伸的第六导向(86),B型振动头(81)和第三套筒(82)可沿第二立柱(62)和第三立柱(63)上下滑动;从第二横梁(64)一侧下来的、下端有B型吊环(84)的第六钢丝绳(87),从B型振动头(81)、第三套筒(82)中穿过;第六导向(86)可卡在第二立柱(62)、第三立柱(63)上;
3.2.6 通过可外伸的第五导向(85),口朝上的喇叭筒形的第四套筒(83),固定在第二底盘(61)侧面;第四套筒(83)与第三套筒(82) 同心;
3.2.7 动力头(91),用第七钢丝绳(95)吊在第二横梁(64)下的另一侧;动力头(91),通过可外伸的第七导向(93),可沿第二立柱(62)和第三立柱(63)上下滑动;动力头(91)下与带螺旋翼片的实心或空心的钻杆(92)相连,可驱动钻杆(92)双向转动;
3.2.8 套在钻杆(92)外的、可外伸的第八导向(94),固定在第二底盘(61)侧面;钻杆(92)可在第八导向(94)内转动、滑动;
3.2.9 第五钢丝绳(75)、第六钢丝绳(87)、第七钢丝绳(95),通过第二横梁(64),由B型动力机组(65)驱动;
3.2.10 B型桩管(73)、第三导向(76)、第四导向(77)和第三套筒(82)、第四套筒(83)、第五导向(85)、第六导向(86)及钻杆(92)、第七导向(93)、第八导向(94)的中心,在与第二底盘(61)长度方向相垂直的同一平面上;
3.2.11 其它构成同现有桩机;
4.1 A型提升器,为用动滑轮加大内锤落距的提升器,其构成如下:
4.1.1 从A型油缸(100)中下伸的A型活塞杆(101)下端连有动滑轮(102);
4.1.2 绕过动滑轮(102)的第八钢丝绳(103),一端连在置于A型桩管(43)或B型桩管(73)的主管(2)中的A型内锤(42)或B型内锤(72)上,另一端连在有紧固、缓冲钢丝绳功能的固定件(104)上;
4.1.3 用A型油缸(100)驱动A型活塞杆(101),通过动滑轮(102),用第八钢丝绳(103)上提A型内锤(42)或B型内锤(72);达到预定落距后,A型内锤(42)或B型内锤(72)自由下落;
4.2 B 型提升器,为用动齿轮加大内锤落距的提升器,其构成如下:
4.2.1 从B型油缸(110)中下伸的B型活塞杆(111)下端连有动齿轮(112);
4.2.2 动齿轮(112)一侧与B型动齿条(114)咬合,另一侧与定齿条(115)咬合;B型动齿条(114)下端,通过第九钢丝绳(113),连在置于A型桩管(43)或B型桩管(73)的主管(2)中的A型内锤(42)或B型内锤(72)上;
4.2.3 用B型油缸(110)驱动B型活塞杆(111),通过动齿轮(112)上提B型动齿条(114),带动A型内锤(42)或B型内锤(72);达到预定落距后,A型内锤(42)或B型内锤(72)自由下落;
4.3 C型提升器,为采用定齿轮的大落距提升器,其构成如下:
4.3.1 定齿轮(122)与C型动齿条(121)咬合;
4.3.2 C型动齿条(121)下端,通过第十钢丝绳(123),连在置于A型桩管(43)或B型桩管(73)的主管(2)中的A型内锤(42)或B型内锤(72)上;
4.3.3 转动定齿轮(122),通过C型动齿条(121)和第十钢丝绳(123),上提A型内锤(42)或B型内锤(72);达到预定落距后,A型内锤(42)或B型内锤(72)自由下落。
2.沉管压灌桩的做桩方法,其特征在于,使用权利要求1所述的专用装置, 进行沉管压灌桩施工的做桩方法,包括沉拔管方法、混凝土压灌方法和松土引孔方法;
进行沉拔管施工的方法,包括方法一或方法二,具体步骤如下:
方法一:
5.1 使用A型桩机,及A型桩管(43)、桩尖(21),进行沉拔管施工的步骤如下:
5.1.1 A型桩管(43)对位压在桩点位置的桩尖(21)上;
5.1.2 用第一提升器(41),通过第一钢丝绳(44),驱动A型桩管(43)中的主管(2)内的A型内锤(42),锤击A型桩管(43)中的第一下板(1),使A型桩管(43)整体下沉,至预定沉管目标;
5.1.3 拔管器(47)夹住、上拔A型桩管(43);上拔完拔管器(47)的一个允许行程后,再拔下一个行程;
方法二;
5.2 使用B型桩机,及B型桩管(73)、垫板(28),进行沉拔管施工的步骤如下:
5.2.1 B型桩管(73)对位压在桩点位置的垫板(28)上;
5.2.2 第三导向(76)处于滑动状态下,用第二提升器(71),通过第四钢丝绳(74),驱动B型桩管(73)中的主管(2)内的B型内锤(72),锤击B型桩管(73)中的第二下板(16),使B型桩管(73)整体下沉,至预定沉管目标;
5.2.3 第三导向(76)卡住第二立柱(62)和第三立柱(63),用第二提升器(71)上拔B型桩管(73);上拔完一个允许行程后,松开、上移、再卡住第三导向(76),再上拔下一个行程;
进行混凝土压灌施工的方法,包括方法一或方法二,具体步骤如下:
方法一:
6.1 使用A型桩机,及A型桩管(43)、桩尖(21),进行混凝土压灌施工的步骤如下:
6.1.1 完成沉管施工后,用A型混凝土泵(35),通过第一输送管(36),向A型桩管(43)中的灌注管(3)内泵送混凝土;同时,用第一提升器(41)驱动A型内锤(42),锤击A型桩管(43)中的第一下板(1),落距200~500mm,至灌注管(3)内充满混凝土;或同时,用拔管器(47)振动A型桩管(43);期间,混凝土中的空气通过A型桩管(43)中的排气阀(6)排出;
6.1.2 用5.1.3的拔管方法,将A型桩管(43)上拔100~200mm,桩尖(21)留在桩孔底;同时,用A型混凝土泵(35),通过第一输送管(36)和灌注管(3),向上拔A型桩管(43)时形成的桩孔内压力泵送混凝土;
6.1.3 继续压力泵送混凝土;借助泵送混凝土的压力,将A型桩管(43)顶起,至A型桩管(43)底面至地面下预定深度;期间,可用拔管器(47)配合上顶A型桩管(43);期间,混凝土中的空气通过排气阀(6)排出;
6.1.4 清空第一输送管(36):用A型混凝土泵(35),将第一输送管(36)中的混凝土回抽干净;或在泵送混凝土后期,泵送水,用水将第一输送管(36)和灌注管(3)中的混凝土顶到桩孔内;之后,将第一输送管(36)中的水回抽干净;结束;
方法二:
6.2 使用B型桩机,及B型桩管(73)、垫板(28),进行混凝土压灌施工的步骤如下:
6.2.1 完成沉管施工后,用B型混凝土泵(66),通过第二输送管(67),向B型桩管(73)中的灌注管(3)内泵送混凝土;同时,用第二提升器(71)驱动B型内锤(72),锤击B型桩管(73)中的第二下板(16),落距200~500mm,至灌注管(3)内充满混凝土;或同时,用第四导向(77)振动B型桩管(73);期间,混凝土中的空气通过B型桩管(73)中的排气阀(6)排出;
6.2.2 用5.2.3的拔管方法,将B型桩管(73)上拔100~200mm,垫板(28)留在桩孔底;同时,用B型混凝土泵(66),通过第二输送管(67)和灌注管(3),向上拔B型桩管(73)时形成的桩孔内压力泵送混凝土;
6.2.3 继续压力泵送混凝土;借助泵送混凝土的压力,将B型桩管(73)顶起,至B型桩管(73)底面至地面下预定深度;期间,可用第二提升器(71)配合上顶B型桩管(73);期间,混凝土中的空气通过排气阀(6)排出;
6.2.4 清空第二输送管(67):用B型混凝土泵(66),将第二输送管(67)中的混凝土回抽干净;或在泵送混凝土后期,泵送水,用水将第二输送管(67)和灌注管(3)中的混凝土顶到桩孔内;之后,将第二输送管(67)中的水回抽干净;结束;
7.1 使用B型桩机进行松土引孔的方法,含方法一或方法二,具体步骤如下:
7.1.1 方法一:
7.1.1.1 钻杆(92)对准桩位后,动力头(91)正转,驱动钻杆(92)下钻,至预定下钻目标;
7.1.1.2 动力头(91)反转,驱动钻杆(92)上钻,至钻杆(92)底端出地面,引孔结束;
7.1.2 方法二:
7.1.2.1 钻杆(92)对准桩位后,动力头(91)正转,驱动钻杆(92)下钻,至预定下钻目标;
7.1.2.2 动力头(91)反转,驱动钻杆(92)上钻;同时,通过钻杆(92)的空心,向钻杆(92)下端泵送泥浆,至钻杆(92)底端出地面,引孔结束。
3.如权利要求1所述的沉管压灌桩施工的专用装置的应用,其特征在于,所提供的A型或B型提升器,可用于现有液压锤。
4.如权利要求2所述的沉管压灌桩的做桩方法的应用,其特征在于,所述的松土引孔方法,可用于其它挤土桩施工时的引孔。
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