CN104314078A - 混凝土桩的施工设备及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种混凝土桩的施工设备，包括有护筒，重锤，卷扬机，底盘，支架，其特征是：底盘上固定有大卷扬机和小卷扬机，底盘前端设有支架，支架上端设有滑轮，大卷扬机中的钢丝绳穿绕过支架和重锤顶端的滑轮实现带动重锤升降，小功率卷扬机中的钢丝绳穿绕过支架滑轮和反向装置实现带动护行升降，护筒上端设有垂直度控制装置，填料口，还可加设振动装置。本发明还包括一种采用混凝土桩的施工方法，其步骤为：1）设备就位；2）提升重锤冲击挤扩土体形成桩孔后沉入护筒；3）反复进行锤击冲孔并沉入护筒的操作至设计深度；4）根据土层性质和上部荷载要求，通过多种方法之一进行桩端的处理；5）通过多种方法之一进行桩身的施工。

Description

混凝土桩的施工设备及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及桩的施工技术。

背景技术

在建筑物的地基处理中，经常遇到这样的情况，地表下一定深度处存在密度较大的砂土层、碎石土层、黄土层、砾卵石层等，并且这些土层的硬度不均、厚度不均。这种地质条件对桩基施工时的桩身成孔造成很大难度，目前常用的振动沉管、静压或者回转钻进等方式，基本上都很难形成桩孔至设计深度，造成施工难度加大，施工工期的延长。旋挖钻机和人工挖孔虽然能够在较硬的土层中成孔，但都是将原土取出的方法，不仅需要清土外运造成成本增高和环境污染，而且由于没有充分利用原土和没有护壁，极易造成孔壁坍塌和缩径，特别是当地下水含量较高时，桩孔会很快进水，无法进行下步施工。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题而提出的，目的在于提供一种混凝土桩的施工设备，并且通过该施工设备提供一种施工方法，以较低的机械和施工成本，简单、高效、迅速的在较硬的土层中进行桩体施工，实现工效的提高和成本的节约。

为了实现上述目的，本发明的混凝土桩的施工设备，包括有护筒，重锤，卷扬机，底盘，支架，其特征是：底盘上固定有大功率卷扬机和小功率卷扬机，底盘前端设有垂直于底盘的支架，支架上端设有滑轮；大功率卷扬机的额定荷载为40kN～80kN，从大功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕过支架上端的滑轮后，再穿绕过重锤顶端设置的滑轮，从而实现大功率卷扬机带动重锤进行升降；重锤为可穿入护筒的细长型钢质重锤，重锤底端为尖底或平底，重量为5～10吨；小功率卷扬机额定荷载为20kN～60kN，从小功率卷扬机中伸出的钢丝绳通过穿绕支架上端的滑轮和反向装置，与护筒连接，从而实现小功率卷扬机带动护筒进行升降；护筒为一定长度的两端开口的钢管，护筒的直径大于上述重锤的直径，护筒上端设有垂直度控制装置，护筒上端设有填料口；护筒的上端还可以加设振动装置。

在上述的混凝土桩的施工设备中，上述支架的结构形式包括双杆式和独杆式。

在上述的混凝土桩的施工设备中，上述大功率卷扬机和小功率卷扬机的额定荷载，是指卷扬机能够提供的最大的单绳拉力。

在上述的混凝土桩的施工设备中，上述从大功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕过支架上端的滑轮后，再穿绕过重锤顶端设置的滑轮，其目的是通过滑轮减小重锤的荷载重量，等于间接加大卷扬机的单绳拉力，使卷扬机能够带动更大重量的重锤。

在上述的混凝土桩的施工设备中，上述从小功率卷扬机中的伸出的钢丝绳通过穿绕支架上端的滑轮和反向装置，与护筒上端连接，从而实现小功率卷扬机带动护筒进行升降，反向装置是固定于支架下端或底盘上的滑轮或挂钩，从小功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕过支架上端的滑轮再穿绕过反向装置，与护筒连接时，实现反压沉入护筒，从小功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕支架上端的滑轮后直接与护筒连接时，实现上提护筒。

在上述的混凝土桩的施工设备中，上述护筒上端设有垂直度控制装置，垂直度控制装置的设置方式为：护筒上端设有两条水平臂，支架内侧设有通长的垂直导轨，水平臂通过嵌入或滑轮的方式与支架导轨相接，使护筒在上提或下沉过程中始终受到支架的约束，不会前后和左右偏移，从而保证护筒的竖向垂直度。

在上述的混凝土桩的施工设备中，上述护筒的上端还可以加设振动装置，其振动装置是指固定于护筒顶端的振动头，振动头的功率大小根据施工现场的要求设定。

为了实现上述目的，本发明还包括一种混凝土桩的施工方法，该方法采用上述混凝土桩的施工设备，其步骤包括：

1）设备就位，在桩位处，将重锤穿入护筒； 

2）通过大功率卷扬机提升重锤一定高度后自由下落，冲击挤扩土体，形成一定深度的桩孔后，通过下列方式之一或者两者结合的方式使护筒沉入到已形成的桩孔中：

方法A：:通过小功率卷扬机向下反压沉入护筒；

方法B：通过护筒顶部的振动装置施加振动沉入护筒；

3）反复进行上述步骤2）的锤击冲孔并沉入护筒的操作，直至设计深度；

4）根据土层性质和上部荷载要求，通过下列方法之一进行桩端的处理：

方法A：①向护筒底部填入定量的填充料；②在护筒内提升重锤一定高度后自由下落，对填充料进行夯实挤密；③反复进行上述填料和夯击操作，直至填料夯击的密实度满足密实度设计要求，密实度设计要求是指在不填料的情况下，以预定的能量测试重锤连续空打三击或者三击以上的贯入量，总贯入量应小于设计值；如未满足贯入量设计值，则继续进行填料挤密操作，直至达到贯入量设计值；④分次填入定量的干硬混凝土，在护筒内提升重锤一定高度后自由下落，对干硬性混凝土进行夯实挤密，直至全部的干硬性混凝土夯填完毕，在桩端形成载体；

方法B：①向护筒底部填入定量的填充料；②在护筒内提升重锤一定高度后自由下落，对填充料进行夯实挤密；③反复进行上述填料和夯击操作，直至全部设定量的填充料被挤扩到桩端土体中，在桩端形成扩底；

方法C：省略桩端处理的施工步骤，进行下一步施工；

5）通过下列方法之一进行桩身的施工：

方法A：①插入钢筋笼；②压灌或者浇注混凝土；③提出护筒，对混凝土进行振捣密实；

方法B：①通过中空钻杆和高压泵，一边泵送水泥拌和物，一边旋转提升钻杆直至桩顶标高；②提出护筒，在桩身中反插钢筋笼； 

方法C：①沉入预制桩身；②提出护筒，预制桩身与桩孔空隙用水泥拌合物或者固化剂填满；

方法D：①填入定量的填充料；②通过上述重锤的升降运动，对填充料进行夯击；③上提护筒一定高度，再进行上述填充和夯击操作；④反复进行上述上提护筒和填充和夯击操作直至桩顶标高，在地基中形成挤密桩体；

方法E ：①灌注素混凝土至桩顶标高；②提出护筒。

在上述的混凝土桩的施工方法中，上述步骤2）中，上述重锤的重量，以及提升重锤的高度，是根据土质和冲击能量的要求确定的。

在上述的混凝土桩的施工方法中，上述步骤4）中，上述方法A和方法B中向护筒底部填入定量的填充料，填充料是指干硬性混凝土或碎砖或碎石或渣土或卵石或钢渣或水泥土或灰土中的一种或几种。

在上述的混凝土桩的施工方法中，上述步骤5）中，当采用方法D和方法E时，在桩体的施工完成后，在桩顶表面铺设砂石或者混凝土或者钢筋混凝土垫层或者先在桩顶进行扩径部的施工再铺设砂石或者混凝土或者钢筋混凝土垫层。

上述混凝土桩的施工设备及其施工方法的特点和优势在于：

①施工设备的自重较小，钢材用量少，机械部件简单易组装，与现有常用的静压桩机、振动沉管桩机、旋挖钻机、螺纹桩机等机械设备相比，设备制造的费用大幅减少。②施工成本较低，与上述现有常用的大型机械设备相比，设备的运输费用和进出场费用较为低廉，操作人员数量和用电量也较少，从而实现施工成本的节约。③成桩速度快效率高，重锤自由下落的夯击能直接作用于地基土体，产生远超于地基土体极限承载力的冲击能量，使土体或岩层产生冲击破坏形成桩孔，同时带动护筒下沉，高效、迅速的在较硬的土层中进行成孔施工；④成桩的质量可靠、承载力高，整个施工过程为挤土成孔，将受冲击的土体全部挤入到桩孔底部和孔壁上，起到加固挤密的作用，因此孔壁土体的坚固度较高，避免孔壁坍塌和缩径，同时提高桩身侧摩阻力；⑤施工连续性强，成孔、挤土、护壁、成桩的全部工序一次完成，在完成挤土成孔的工序后，无须提出护筒或者更换设备，直接进行桩身混凝土的压灌，速度快效率高；⑥适用范围广泛：在软土、硬层、夹层、含水量高等各种地质条件下均可适用，在桩基施工和复合地基处理中均可适用。

附图说明

图1是本发明的混凝土桩的施工设备的正视图；

图2是本发明的混凝土桩的施工设备的侧视图；

图1和图2中，1为底盘，2为大功率卷扬机，3为小功率卷扬机，4为支架，5为滑轮，6为钢丝绳，7为重锤，8为重锤顶端的滑轮，9为护筒，10为反向装置，11为垂直度控制装置，12为填料口，13为垂直导轨；

图3是本发明的混凝土桩的施工方法的一个实施例的示意图；

图3中，1为重锤，2为护筒，3为填充料，4为干硬性混凝土，5为钢筋笼，6为混凝土；

图4是本发明的混凝土桩的施工方法的另一个实施例的示意图；

图4中，1为重锤，2为护筒，3为填充料，4为扩径部，5为砂石垫层。

具体实施方式

图1是本发明的混凝土桩的施工设备的正视图，图2是本发明的混凝土桩的施工设备的侧视图，如图1和图2所示，底盘1上固定有大功率卷扬机2和小功率卷扬机3，底盘1前端设有垂直于底盘的支架4，支架上端设有滑轮5；大功率卷扬机2的额定荷载为40kN～80kN，从大功率卷扬机2中的伸出的钢丝绳6穿绕过支架4上端的滑轮5再穿绕过重锤7顶端设置的滑轮8，钢丝绳6的另一端在支架4的顶端连接固定，从而实现大功率卷扬机2带动重锤7进行升降；重锤7为可穿入护筒9的细长型钢质重锤，重锤7底端为尖底或平底，重量为5～10吨；小功率卷扬机3额定荷载为20kN～60kN，从小功率卷扬机3中的伸出的钢丝绳6通过穿绕支架4上端的滑轮5和反向装置10，与护筒9连接，从而实现小功率卷扬机3带动护筒9进行升降；护筒9为一定长度的两端开口的钢管，护筒9的直径大于上述重锤7的直径，护筒9上端设有垂直度控制装置11，护筒上端设有填料口12；护筒9的上端还可以加设振动装置。反向装置10是固定于支架4下端或底盘1上的滑轮或者挂钩，从小功率卷扬机3中的伸出的钢丝绳6穿绕过支架4上端的滑轮5再穿绕过反向装置10与护筒9连接时，实现反压沉入护筒9，从小功率卷扬机3中的伸出的钢丝绳6穿绕支架4上端的滑轮5后直接与护筒9连接时，实现上提护筒9；垂直度控制装置11是设置于护筒9上端的两条水平臂，支架4内侧设有通长的垂直导轨13，水平臂11通过嵌入或滑轮的方式与支架导轨13相接，使护筒9在上提或下沉过程中始终受到支架4的约束，不会前后和左右偏移，从而保证护筒9的竖向垂直度。

图3是本发明的混凝土桩的施工方法的一个实施例的示意图，首先，如图3中a所示，在桩位处将重锤1穿入护筒2；然后，如图3中b所示，提升重锤1一定高度后自由下落，冲击挤扩土体，形成一定深度的桩孔后，向下反压沉入护筒2使护筒2沉入到已形成的桩孔中；然后，如图3中c所示，反复进行锤击冲孔并沉入护筒2的操作，直至设计深度；然后，如图3中d所示，向护筒2底部填入定量的填充料3，在护筒2内提升重锤1一定高度后自由下落，对填充料3进行夯实挤密；然后，如图3中e所示，反复进行填料和夯击操作，直至填料夯击的密实度满足密实度设计要求；然后，如图3中f所示，分次填入定量的干硬混凝土4，在护筒2内提升重锤1一定高度后自由下落，对干硬性混凝土4进行夯实挤密，直至全部的干硬性混凝土4夯填完毕，在桩端形成载体；然后，如图3中g所示，在护筒2中插入钢筋笼5，在护筒2中浇注混凝土6；最后，如图3中h所示，提出护筒2，对混凝土6进行振捣密实。

图4是本发明的混凝土桩的施工方法的另一个实施例的示意图，首先，如图4中a所示，在桩位处将重锤1穿入护筒2；然后，如图4中b所示，提升重锤1一定高度后自由下落，冲击挤扩土体，形成一定深度的桩孔后，向下反压沉入护筒2使护筒2沉入到已形成的桩孔中；然后，如图4中c所示，反复进行锤击冲孔并沉入护筒2的操作，直至设计深度；然后，如图4中d所示，向护筒2底部填入定量的填充料3，在护筒2内提升重锤3一定高度后自由下落，对填充料3进行夯实挤密，然后，如图4中e所示，反复进行填料和夯击操作，直至全部设定量的填充料3被挤扩到桩端土体中，在桩端形成扩底；然后，如图4中f所示，上提护筒2一定高度，在护筒2内填入定量的填充料3，在护筒2内提升重锤3一定高度后自由下落，对填充料3进行夯实挤密，形成一段挤密桩体；然后，如图4中g所示，反复进行上提护筒和填料夯击操作，直至桩顶标高，在地基中形成完整的挤密桩体；最后，如图4中h所示，在挤密桩体的施工完成后，在桩顶表面进行扩径部4的施工，再铺设一层砂石垫层5。

Claims (11)

1.一种混凝土桩的施工设备，包括有护筒，重锤，卷扬机，底盘，支架，其特征是：底盘上固定有大功率卷扬机和小功率卷扬机，底盘前端设有垂直于底盘的支架，支架上端设有滑轮；大功率卷扬机的额定荷载为40kN～80kN，从大功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕过支架上端的滑轮后，再穿绕过重锤顶端设置的滑轮，从而实现大功率卷扬机带动重锤进行升降；重锤为可穿入护筒的细长型钢质重锤，重锤底端为尖底或平底，重量为5～10吨；小功率卷扬机额定荷载为20kN～60kN，从小功率卷扬机中伸出的钢丝绳通过穿绕支架上端的滑轮和反向装置，与护筒连接，从而实现小功率卷扬机带动护筒进行升降；护筒为一定长度的两端开口的钢管，护筒的直径大于上述重锤的直径，护筒上端设有垂直度控制装置，护筒上端设有填料口；护筒的上端还可以加设振动装置。

2.根据权利要求1所述的混凝土桩的施工设备，其特征在于，上述支架的结构形式包括双杆式和独杆式。

3.根据权利要求1所述的混凝土桩的施工设备，其特征在于，上述大功率卷扬机和小功率卷扬机的额定荷载，是指卷扬机能够提供的最大的单绳拉力。

4.根据权利要求1所述的混凝土桩的施工设备，其特征在于，上述从大功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕过支架上端的滑轮后，再穿绕过重锤顶端设置的滑轮，其目的是通过滑轮减小重锤的荷载重量，等于间接加大卷扬机的单绳拉力，使卷扬机能够带动更大重量的重锤。

5.根据权利要求1所述的混凝土桩的施工设备，其特征在于，上述从小功率卷扬机中的伸出的钢丝绳通过穿绕支架上端的滑轮和反向装置，与护筒上端连接，从而实现小功率卷扬机带动护筒进行升降，反向装置是固定于支架下端或底盘上的滑轮或挂钩，从小功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕过支架上端的滑轮再穿绕过反向装置，与护筒连接时，实现反压沉入护筒，从小功率卷扬机中的伸出的钢丝绳穿绕支架上端的滑轮后直接与护筒连接时，实现上提护筒。

6.根据权利要求1所述的混凝土桩的施工设备，其特征在于，上述护筒上端设有垂直度控制装置，垂直度控制装置的设置方式为：护筒上端设有两条水平臂，支架内侧设有通长的垂直导轨，水平臂通过嵌入或滑轮的方式与支架导轨相接，使护筒在上提或下沉过程中始终受到支架的约束，不会前后和左右偏移，从而保证护筒的竖向垂直度。

7.根据权利要求1所述的混凝土桩的施工设备，其特征在于，上述护筒的上端还可以加设振动装置，其振动装置是指固定于护筒顶端的振动头，振动头的功率大小根据施工现场的要求设定。

8.一种混凝土桩的施工方法，该方法采用上述权利要求1－7所述的混凝土桩的施工设备，包括下述步骤：

1）设备就位，在桩位处，将重锤穿入护筒； 

2）通过大功率卷扬机提升重锤一定高度后自由下落，冲击挤扩土体，形成一定深度的桩孔后，通过下列方式之一或者两者结合的方式使护筒沉入到已形成的桩孔中：

方法A：通过小功率卷扬机向下反压沉入护筒；

方法B：通过护筒顶部的振动装置施加振动沉入护筒；

3）反复进行上述步骤2）的锤击冲孔并沉入护筒的操作，直至设计深度；

4）根据土层性质和上部荷载要求，通过下列方法之一进行桩端的处理：

方法A：①向护筒底部填入定量的填充料；②在护筒内提升重锤一定高度后自由下落，对填充料进行夯实挤密；③反复进行上述填料和夯击操作，直至填料夯击的密实度满足密实度设计要求，密实度设计要求是指在不填料的情况下，以预定的能量测试重锤连续空打三击或者三击以上的贯入量，总贯入量应小于设计值；如未满足贯入量设计值，则继续进行填料挤密操作，直至达到贯入量设计值；④分次填入定量的干硬混凝土，在护筒内提升重锤一定高度后自由下落，对干硬性混凝土进行夯实挤密，直至全部的干硬性混凝土夯填完毕，在桩端形成载体；

方法B：①向护筒底部填入定量的填充料；②在护筒内提升重锤一定高度后自由下落，对填充料进行夯实挤密；③反复进行上述填料和夯击操作，直至全部设定量的填充料被挤扩到桩端土体中，在桩端形成扩底；

方法C：省略桩端处理的施工步骤，进行下一步施工；

5）通过下列方法之一进行桩身的施工：

方法A：①插入钢筋笼；②压灌或者浇注混凝土；③提出护筒，对混凝土进行振捣密实；

方法B：①通过中空钻杆和高压泵，一边泵送水泥拌和物，一边旋转提升钻杆直至桩顶标高；②提出护筒，在桩身中反插钢筋笼； 

方法C：①沉入预制桩身；②提出护筒，预制桩身与桩孔空隙用水泥拌合物或者固化剂填满；

方法D：①填入定量的填充料；②通过上述连重锤的升降运动，对填充料进行夯击；③上提护筒一定高度，再进行上述填充和夯击操作；④反复进行上述上提护筒和填充和夯击操作直至桩顶标高，在地基中形成挤密桩体；

方法E ：①灌注素混凝土至桩顶标高；②提出护筒。

9.根据权利要求8所述的混凝土桩的施工方法，其特征在于上述步骤2）中，上述重锤的重量，以及提升重锤的高度，是根据土质和冲击能量的要求确定的。

10.根据权利要求8所述的混凝土桩的施工方法，其特征在于上述步骤4）中，上述方法A和方法B中向护筒底部填入定量的填充料，填充料是指干硬性混凝土或碎砖或碎石或渣土或卵石或钢渣或水泥土或灰土中的一种或几种。

11.根据权利要求8所述的混凝土桩的施工方法，其特征在于上述步骤5）中，当采用方法D和方法E时，在桩体的施工完成后，在桩顶表面铺设砂石或者混凝土或者钢筋混凝土垫层或者先在桩顶进行扩径部的施工再铺设砂石或者混凝土或者钢筋混凝土垫层。