CN104790395A - 一种载体桩的施工设备及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种载体桩的施工设备，包括有底盘，支架，支撑杆，内管和外管，其特征在于：支架上安装有桩锤和振动锤，分别与支架滑动连接并可上下移动，桩锤连接内管，振动锤连接外管，内管在振动锤中孔中插入外管，桩锤通过钢丝绳连接卷扬机，实现内管在外管中的上下运动，振动锤通过反压装置连接另一卷扬机，实现对外管施加反力向下沉入，振动锤直接连接另一卷扬机，实现外管向上提出。本发明还根据上述设备提供一种载体桩的施工方法，步骤为：1）内管冲出成孔，反压外管跟进，同时可对外管施加振动辅助成孔；2）沉入至设定深度；3）通过多种方法之一进行桩端的加固处理；4）重复步骤3）操作，通过两种控制标准之一检测密实度，在桩端形成载体，实现等效计算面积Ae；5）通过多种方法之一进行桩身施工。

Description

一种载体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。

背景技术

在专利号ZL98101041.5专利文献中公开了一种新桩基技术，该桩型包括复合载体和混凝土桩身，该方法的特点是通过在护筒中填入建筑垃圾等填充料，采用重锤对填充料进行夯击，并通过三击贯入度控制标准在桩端形成复合载体，让上部荷载有效地通过桩和桩下面的复合载体，传递到较好持力层上，从而提高桩的承载力，具有单桩承载力高、造价经济等优点。上述施工方法近年得到迅速发展并得到广泛应用。同时在专利ZL98101331.5专利文献中，公开了一种针对上述施工方法的特点而发明的一种施工设备。但是上述施工方法和施工设备在施工中经常遇到一些难题，比如在遇到较硬土层时成孔困难或者成孔速度较慢，在进行填料夯击过程中的工效较低，在遇到桩端土层较硬时进行填料夯击操作困难，受施工方法和施工设备所限桩身较短等等，特别是施工方法和机械装置较为落后，不能根据地质条件和设计要求的变化进行调整，使工效降低，成本增高。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题而提出的，目的在于提供一种载体桩的施工设备，并且通过该施工设备提供一种载体桩的施工方法，通过对施工设备的设计改进，以及施工方法的优化提高，在合理利用载体桩的受力机理、充分发挥载体桩承载力高的优势的基础上，实现工效的提高和成本的节约。

为了实现上述目的，本发明的一种载体桩的施工设备，包括有底盘，支架，支撑杆，内管和外管，底盘下部设有回转行走装置可前后左右移动，底盘前部和后部的两侧设有液压支撑腿，底盘上设有配电箱和卷扬机，底盘前端设有垂直于底盘的支架，支架为独杆式或者门架式，支架顶端设有滑轮组，支架通过支撑杆支撑于底盘上，内管可以在外管中插入或者提出，其特征在于：支架上安装有桩锤和振动锤，桩锤能够在一定高度内反复上下做功，振动锤中心设有中心孔，桩锤位于振动锤的上方，桩锤和振动锤分别通过滑道与支架滑动连接并可分别上下移动，桩锤下端通过法兰连接内管，振动锤下端通过法兰连接外管，内管在振动锤的中心孔中插入外管，内管的长度大于外管的长度，外管上端设有填料口，桩锤或者内管上端连接有钢丝绳，钢丝绳穿过支架上端的滑轮组连接于底盘上的卷扬机，实现卷扬机带动桩锤沿支架上下升降，同时实现桩锤带动内管在外管中的上下运动，振动锤或者外管上端连接另一根钢丝绳，支架底端或者底盘前端还设有反向装置，钢丝绳穿过反向装置再穿过支架上端的滑轮组连接于底盘上的另一台卷扬机时，实现卷扬机对振动锤或者外管施加反力，带动振动和外管沿支架向下沉入，钢丝绳直接穿过支架上端的滑轮组连接于底盘上的上述另一台卷扬机时，实现卷扬机带动振动锤和外管沿支架向上提出。

在上述的载体桩的施工设备中，上述桩锤包括液压电动锤和柴油锤。

在上述的载体桩的施工设备中，上述振动锤两旁带有电动或液压驱动装置，中间设有中心孔，中心孔的直径大于内管的外径。

在上述的载体桩的施工设备中，上述内管的底端用钢板封闭或者设置直径大于内管外径小于外管内径的钢板。

在上述的载体桩的施工设备中，上述桩锤和振动锤分别通过滑道与支架滑动连接时，上述支架为独杆式时，支架上的滑道设于独杆支架的前侧，上述支架为门架式时，支架上的滑道设于门架的内侧或者前侧。

在上述的载体桩的施工设备中，上述反向装置是设于支架底端或者底盘前端的滑轮或挂钩。

在上述的载体桩的施工设备中，上上述卷扬机带有电脑系统，该电脑系统自动控制卷扬机的卷筒系统和刹车系统，能够自动控制桩锤的升降并自动测量桩锤的贯入度。

为了实现上述目的，本发明还包括一种采用上述设备进行载体桩施工的方法，包括下述步骤：

1）在桩位处，启动桩锤，带动内管对土体进行夯击，形成桩孔后对振动锤施加反力，带动外管跟随内管向下沉入，遇较硬土层沉管阻力较大时，启动振动锤对外管施加振动力，克服外管与桩孔壁土体的摩擦力，提高成孔速度；

2）将内管和外管沉入至设定深度；

3）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加固处理：

①提升内管至外管填料口上方，向外管内填入定量的填充料，启动桩锤带动内管对填充料进行夯击；

②提升内管至外管填料口上方，向外管内填入定量的填充料，将外管上提一定高度后，启动桩锤通过内管将外管内的填充料击出外管，并再次将外管向下沉入；

③不填料，启动桩锤通过内管直接夯击桩端土体；

4）重复进行上述步骤3）的操作，使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实，并通过下述两种控制标准之一检测密实度，从而形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae：

①测量内管的数击的贯入度，当贯入度测量值满足设计值时，停止夯击，当贯入度测量值不满足设计值时，继续夯击直至贯入度测量值满足设计标准值；

②根据地质条件和荷载要求，计算桩端土体达到设计承载力时填充料的设定填充量，根据设定填充量将全部的填充料分次填入并夯实完毕；

5）通过下述方法之一，进行桩身施工：

①现浇混凝土桩身：提出内管，在外管中沉入钢筋笼，浇注混凝土后提出外管成桩；

②现浇混凝土桩身：提出内管，在外管中浇注混凝土，在混凝土中反插钢筋笼后提出外管成桩；

③预制混凝土桩身：提出内管，向外管内注入水泥砂浆后放入预制钢筋混凝土桩身，提出外管，如桩身与桩孔壁仍有空隙用水泥砂浆填满；

④现浇加设保护层混凝土桩身：提出内管，在外管中沉入外部带有保护网的钢筋笼，浇注混凝土后提出外管成桩，通过在桩身混凝土和桩孔壁土体之间加设保护层，提高桩身混凝土的完整性，防止缩径断桩。

在上述的载体桩的施工方法的步骤2）中，上述将内管和外管沉入至设定深度后，将内管击出外管底端一定距离。

在上述的载体桩的施工方法的步骤3）中，上述向外管内填入定量的填充料，填充料包括水泥砂石拌合物或者碎砖或者碎石或者建筑垃圾的一种或几种，上述水泥砂石拌合物包括干硬性混凝土或者低流态混凝土或者与桩身同级的混凝土。

在上述的载体桩的施工方法的步骤4）中，上述使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实，是指桩端以下深度3～5米，直径2～3米范围内的土体被挤密，并保证施工地面不隆起，邻桩载体不破坏。

在上述的载体桩的施工方法的步骤4）中，上述实现载体桩的等效计算面积Ae，Ae值是根据三击贯入度和被加固土层的土性确定的，Ae值的取值范围为1.4～4.5m³。

在上述的载体桩的施工方法的步骤4）中的方法①中，上述测量内管的数击的贯入度，是指内管以相同的高度自由下落冲击土体后内管的当次下沉数值，即为1击的贯入度，测量的计数标准为cm或者mm，测量的数量为3击～10击。

在上述的载体桩的施工方法的步骤4）中的方法①中，上述测量内管的数击的贯入度满足设计值，该数击贯入度的设计值应与三击贯入度的标准值进行换算，即根据桩锤或者柴油锤的重量、落距、锤击次数以及内管的底面积，换算成与三击贯入度标准值相对应的下沉数值，三击贯入度标准值是指以底端直径为355mm的3.5T重的重锤和6米自由落体的落距为控制标准，连续对桩端空打三次的累计下沉量，且后一击的贯入量应小于或者等于前一次的贯入量。

在上述的载体桩的施工方法的步骤5）中的方法①至方法④中，上述提出外管的方式，包括通过卷扬机提升振动锤或者边通过振动锤施加振动力边提升振动锤。

上述载体桩的施工设备及其施工方法的特点和优势在于：

①施工设备充分利用现有的多种桩锤，包括电动锤、液压锤，柴油锤均可进行载体桩施工；②施工设备加设中孔振动锤，结合桩锤进行桩身成孔，有效克服外管与桩孔壁土体的摩擦力，提高成孔速度；③桩锤连接内管，振动锤连接外管，在桩身成孔时两套装置配合，提高成孔速度，填料夯击时两套装置单独操作，提高工效；④施工方法中的填料夯击操作可采用多种方法，根据地质条件和设计要求的变化能够及时调整；⑤施工方法中可选择多种方法来检验桩端载体的密实度，在原三击贯入度的基础上，根据桩锤的不同通过换算的方式保证桩端载体的承载力，还可以通过设定的填料量使桩端土体得到加固挤密；⑥施工方法中可选择多种方法来进行桩身的施工，包括现浇混凝土桩身、现浇加设保护层混凝土桩身、现浇抗拔混凝土桩身、预制混凝土桩身等，扩大载体桩的应用类型；⑦显著提高原载体桩的适用范围，在各种土层和基础形式中均可适用。

附图说明

图1是本发明的载体桩的施工设备的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图1和图2中，1为桩锤，2为振动锤，3为内管，4为外管，5为底盘，6为底盘上的卷扬机，7为底盘上的另一台卷扬机，8为底盘上的配电箱，9为护筒上端的填料口，10为支架，11为滑轮组，12为回转行走装置，13为液压支撑腿，14为反向装置，15为支撑杆，16为连接桩锤的钢丝绳，17为连接振动锤的另一根钢丝绳，18为滑道；

图3是本发明的载体桩的施工方法的一个实施例的示意图；

图4是本发明的载体桩的施工方法的另一个实施例的示意图；

图3和图4中，3为内管，4为外管，19为填充料，20为钢筋笼，21为混凝土，22为预制钢筋混凝土桩身，23为水泥砂浆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的载体桩的施工设备的一个实施例的结构示意图，图2是图1的右视图；如图1和图2所示，设备包括有底盘5，支架10，支撑杆15，内管3和外管4，底盘5下部设有回转行走装置12可前后左右移动，底盘5前部和后部的两侧设有液压支撑腿13，底盘5上设有配电箱8和卷扬机6，底盘5前端设有垂直于底盘5的支架10，支架10为独杆式，支架10顶端设有滑轮组11，支架10通过支撑杆15支撑于底盘5上，内管3可以在外管4中插入或者提出，其特征是，支架10上安装有桩锤1和振动锤2，桩锤1为液压电动桩锤，桩锤1能够在一定高度内反复上下做功，振动锤2中心设有中心孔，中心孔的直径大于内管3的外径，桩锤1位于振动锤2的上方，桩锤1和振动锤2分别通过滑道18与支架10滑动连接并可分别上下移动，桩锤1下端通过法兰连接内管3，振动锤2下端通过法兰连接外管4，内管3在振动锤2的中心孔中插入外管4，内管3的长度大于外管4的长度，内管3的底端用钢板封闭，外管4上端设有填料口9，桩锤1连接有钢丝绳16，钢丝绳16穿过支架10上端的滑轮组11连接于底盘5上的卷扬机6，实现卷扬机6带动桩锤1沿支架10上下升降，同时实现桩锤1带动内管3在外管4中的上下运动，振动锤2连接另一根钢丝绳17，底盘5前端还设有反向装置14，反向装置14为滑轮，钢丝绳17穿过反向装置14再穿过支架10上端的滑轮组11连接于底盘5上的另一台卷扬机7时，实现卷扬机7对振动锤2施加反力，带动振动锤2和外管4沿支架10向下沉入，钢丝绳17直接穿过支架10上端的滑轮组11连接于底盘5上的另一台卷扬机7时，实现卷扬机7带动振动锤2和外管4沿支架10向上提出。

图3是本发明的载体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，启动液压电动锤带动内管3对土体进行夯击，形成桩孔后对振动锤施加反力带动外管4跟随内管3向下沉入，遇较硬土层沉管阻力较大时，启动振动锤对外管4施加振动力，克服外管4与桩孔壁土体的摩擦力，提高成孔速度；然后，如图3中b所示，将内管3和外管4沉入至设定深度，并将内管3击出外管4底端一定距离；然后，如图3中c所示，提升内管3至外管4填料口的上方，向外管4内填入定量的填充料19，提升内管3对填充料19进行夯击；然后，如图3中d所示，重复进行上述填料夯击的操作，使桩端下一定深度和范围内的土体达到密实，测试三击贯入度检验密实度形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae；然后，如图3中e所示，提出内管3，在外管4中沉入钢筋笼20；最后，如图3中f所示，在外管4中浇注混凝土21，提出外管4并对混凝土21振捣密实。

图4是本发明的载体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，启动液压电动锤带动内管3对土体进行夯击，形成桩孔后对振动锤施加反力带动外管4跟随内管3向下沉入，遇较硬土层沉管阻力较大时，启动振动锤对外管4施加振动力，克服外管4与桩孔壁土体的摩擦力，提高成孔速度；然后，如图4中b所示，将内管3和外管4沉入直至设定深度，并将内管3击出外管4底端一定距离；然后，如图4中c所示，提升内管3至外管4填料口的上方，向外管4内填入定量的填充料19后，将外管4上提一定高度；然后，如图4中d所示，提升内管3将外管4内的填充料19击出外管4，并再次将外管6向下沉入；然后，如图4中e所示，重复进行上述填料夯击的操作，使桩端下一定深度和范围内的土体达到密实，直至全部设定量的填充料19分次填入并夯实完毕，形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae；然后，如图4中f所示，提出内管3，向外管4内注入水泥砂浆23后，放入预制钢筋混凝土桩身22；最后，如图4中f所示，提出外管4后，预制钢筋混凝土桩身22与桩孔壁之间的空隙用水泥砂浆23填满。

Claims (15)

1.一种载体桩的施工设备，包括有底盘，支架，支撑杆，内管和外管，底盘下部设有回转行走装置可前后左右移动，底盘前部和后部的两侧设有液压支撑腿，底盘上设有配电箱和卷扬机，底盘前端设有垂直于底盘的支架，支架为独杆式或者门架式，支架顶端设有滑轮组，支架通过支撑杆支撑于底盘上，内管可以在外管中插入或者提出，其特征在于：支架上安装有桩锤和振动锤，桩锤能够在一定高度内反复上下做功，振动锤中心设有中心孔，桩锤位于振动锤的上方，桩锤和振动锤分别通过滑道与支架滑动连接并可分别上下移动，桩锤下端通过法兰连接内管，振动锤下端通过法兰连接外管，内管在振动锤的中心孔中插入外管，内管的长度大于外管的长度，外管上端设有填料口，桩锤或者内管上端连接有钢丝绳，钢丝绳穿过支架上端的滑轮组连接于底盘上的卷扬机，实现卷扬机带动桩锤沿支架上下升降，同时实现桩锤带动内管在外管中的上下运动，振动锤或者外管上端连接另一根钢丝绳，支架底端或者底盘前端还设有反向装置，钢丝绳穿过反向装置再穿过支架上端的滑轮组连接于底盘上的另一台卷扬机时，实现卷扬机对振动锤或者外管施加反力，带动振动和外管沿支架向下沉入，钢丝绳直接穿过支架上端的滑轮组连接于底盘上的上述另一台卷扬机时，实现卷扬机带动振动锤和外管沿支架向上提出。

2.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述桩锤包括液压电动锤和柴油锤。

3.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述振动锤两旁带有电动或液压驱动装置，中间设有中心孔，中心孔的直径大于外管的外径。

4.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述内管的底端用钢板封闭或者设置直径大于内管外径小于外管内径的钢板。

5.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述桩锤和振动锤分别通过滑道与支架滑动连接时，上述支架为独杆式时，支架上的滑道设于独杆支架的前侧，上述支架为门架式时，支架上的滑道设于门架的内侧或者前侧。

6.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述反向装置是设于支架底端或者底盘前端的滑轮或挂钩。

7.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述卷扬机带有电脑系统，该电脑系统自动控制卷扬机的卷筒系统和刹车系统，能够自动控制桩锤的升降并自动测量桩锤的贯入度。

8.一种利用如权利要求1—7之一所述的设备进行载体桩施工的方法，包括下述步骤：

1）在桩位处，启动桩锤，带动内管对土体进行夯击，形成桩孔后对振动锤施加反力，带动外管跟随内管向下沉入，遇较硬土层沉管阻力较大时，启动振动锤对外管施加振动力，克服外管与桩孔壁土体的摩擦力，提高成孔速度；

2）将内管和外管沉入至设定深度；

3）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加固处理：

①提升内管至外管填料口上方，向外管内填入定量的填充料，启动桩锤带动内管对填充料进行夯击；

②提升内管至外管填料口上方，向外管内填入定量的填充料，将外管上提一定高度后，启动桩锤通过内管将外管内的填充料击出外管，并再次将外管向下沉入；

③不填料，启动桩锤通过内管直接夯击桩端土体；

4）重复进行上述步骤3）的操作，使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实，并通过下述两种控制标准之一检测密实度，从而形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae： 

①测量内管的数击的贯入度，当贯入度测量值满足设计值时，停止夯击，当贯入度测量值不满足设计值时，继续夯击直至贯入度测量值满足设计标准值；

②根据地质条件和荷载要求，计算桩端土体达到设计承载力时填充料的设定填充量，根据设定填充量将全部的填充料分次填入并夯实完毕；

5）通过下述方法之一，进行桩身施工：

①现浇混凝土桩身：提出内管，在外管中沉入钢筋笼，浇注混凝土后提出外管成桩；

②现浇混凝土桩身：提出内管，在外管中浇注混凝土，在混凝土中反插钢筋笼后提出外管成桩； 

③预制混凝土桩身：提出内管，向外管内注入水泥砂浆后放入预制钢筋混凝土桩身，提出外管，如桩身与桩孔壁仍有空隙用水泥砂浆填满；

④现浇加设保护层混凝土桩身：提出内管，在外管中沉入外部带有保护网的钢筋笼，浇注混凝土后提出外管成桩，通过在桩身混凝土和桩孔壁土体之间加设保护层，提高桩身混凝土的完整性，防止缩径断桩。

9.根据权利要求8所述载体桩的施工方法，其特征在于，在上述步骤2）中，上述将内管和外管沉入至设定深度后，将内管击出外管底端一定距离。

10.根据权利要求8所述载体桩的施工方法，其特征在于，在上述步骤3）中，上述向外管内填入定量的填充料，填充料包括水泥砂石拌合物或者碎砖或者碎石或者建筑垃圾的一种或几种，上述水泥砂石拌合物包括干硬性混凝土或者低流态混凝土或者与桩身同级的混凝土。

11.根据权利要求8所述载体桩的施工方法，其特征在于，在上述步骤4）中，上述使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实，是指桩端以下深度3～5米，直径2～3米范围内的土体被挤密，并保证施工地面不隆起，邻桩载体不破坏。

12.根据权利要求8所述载体桩的施工方法，其特征在于，在上述步骤4）中，上述实现载体桩的等效计算面积Ae，Ae值是根据三击贯入度和被加固土层的土性确定的，Ae值的取值范围为1.4～4.5m3。

13.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，上述步骤4）中的方法①中，上述测量内管的数击的贯入度，是指内管以相同的高度自由下落冲击土体后内管的当次下沉数值，即为1击的贯入度，测量的计数标准为cm或者mm，测量的数量为3击～10击。

14.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，上述步骤4）中的方法①中，上述测量内管的数击的贯入度满足设计值，该数击贯入度的设计值应与三击贯入度的标准值进行换算，即根据桩锤的重量、落距、锤击次数以及内管的底面积，换算成与三击贯入度标准值相对应的下沉数值，三击贯入度标准值是指以底端直径为355mm的3.5T重的重锤和6米自由落体的落距为控制标准，连续对桩端空打三次的累计下沉量，且后一击的贯入量应小于或者等于前一次的贯入量。

15.根据权利要求8所述载体桩的施工方法，其特征在于，在上述步骤5）中的方法①至方法④中，上述提出外管的方式，包括通过卷扬机提升振动锤或者边通过振动锤施加振动力边提升振动锤。