CN104929108B - 一种硬质土场地pcc桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质土场地PCC桩的施工方法，在桩模内管设置活瓣桩靴；增加桩模外管长度，并在桩机就位后，在桩位中心取与桩模等截面的土。外管长度超出活瓣桩靴闭合后的长度，活瓣桩靴形成的桩尖内倾，振动沉模过程中，桩模主要对桩芯土产生一个向内的水平分力，使得桩芯土向内变形，填充预留空腔，对桩侧土扰动小，同时减小桩模打入过程中，桩芯土对内管的挤压应力，减小沉模难度；并减小在桩模提升过程中，桩芯土对内管的侧摩阻力，即减小桩芯土上升的力。本发明结构简单，易于实现，操作简便，成本低廉，能有效减少在硬化土层沉模难度和桩芯土上升，是一种PCC桩施工中高效实用的方法。

Description

一种硬质土场地PCC桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种桩基施工方法，特别涉及一种在硬质土场地的PCC桩施工方法。

背景技术

桩基是指由桩和连接桩顶的桩承台(简称承台)组成的深基础或由柱与桩基连接的单桩基础。桉施工方法分类主要包括预制桩和现浇桩。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩(如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等)，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。现浇桩又叫灌注桩，是指直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，后在孔内灌注混凝土而成桩。现浇桩很多都采用振动沉管的形式。

现浇混凝土大直径管桩(简称PCC桩)，采用振动方式将钢质内外双层套管空腔结构(桩模)在活瓣桩靴闭合的保护下，沉入地基设计深度，通过混凝土分流器向该结构均匀注入混凝土，然后振动拨出该空腔结构，活瓣桩靴在该空腔结构拨出时自动分开，混凝土注入空腔结构拨出后形成的环形槽内，形成PCC桩。PCC桩外直径一般为1.0～1.5米，壁厚为10～15厘米，沉桩深度20～30米。PCC桩以较少的混凝土用量得到较大的承载力，因此是一种经济合理、性价比优越的桩型，该技术已经成功应用于高速公路、高速铁路等大面积软基处理工程中。

PCC桩在高速公路、高速铁路上广泛应用，主要适应于处理软土地基，但是在硬质土场地施工时，由于桩模挤土，沉桩所需的压力大，造成沉模困难。并可能在拔桩过程中由于桩芯土形成土塞，引起桩芯土上升的问题。这样造成很多危害：在硬质土层中，PCC桩使用受限，增加沉模所需的能量，增加施工成本；桩芯土带出部分的空腔将由混凝土填实，浪费了材料；桩芯土由混凝土置换，部分地方将出现实心桩，不利于桩芯土开挖进行桩身质量检测；桩芯土被混凝土隔断，使得上部桩芯更加不稳定，容易倾斜，造成上部桩壁厚薄不均；桩芯土的上升致使施工中必须处理高出地表的桩芯土，使得施工更费时。

发明内容

本发明的目的在于解决在硬质土场地上PCC桩施工过程中由于挤土存在的沉模困难及桩芯土上升的技术问题，克服由于沉模困难和桩芯土上升所带来的上述缺陷，提供一种在硬土层中PCC桩的施工方法。

本发明采用的技术方案是：

一种硬质土场地PCC桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在桩模内管设置活瓣桩靴；由12块或16块梯形钢片组成，钢片长度可以调整，以获得不同的桩靴角度。桩靴短边铰接在内管，长边用12的钢丝卡在可开闭的卡子上。松紧以打入时能固定活瓣，拔模时卡子下倒，钢丝在混凝土自重作用下可以脱开为宜。若活瓣长边记为a，短边记为b，外管半径记为R，内管半径记为r，活瓣桩靴的块数为n，则a、b应满足：活瓣桩靴与水平方向成θ角，则桩靴的长度l的表达式为

(2)增加桩模外管长度，使外管长度超出闭合后活瓣桩靴下端；

(3)桩位确定后，在桩位中心位置，用螺旋钻钻孔，将钻孔里面的土体取出30％～50％。钻孔面积与管桩截面面积相等。若设钻孔半径为γ，则γ计算公式为：钻孔深度等于桩长。

(4)组装桩模，上拨外管预留在活瓣桩靴需闭合处的卡子，闭合活瓣桩靴，用12的钢丝制作一较桩模外管稍小的固定钢丝环圆，用卡子卡住，以固定活瓣桩靴。

(5)桩模沉入地基，静压辅助振动，沉入过程中，由于活瓣桩靴形成的内倾面，在沉桩过程中，形成一个向内的水平力，使土体向中心方向移动挤密，正好填满预先钻的孔洞。

(6)桩模到设计深度后，移开振动头，下放钢筋笼，灌注混凝土。

(7)振动拔管，内活瓣桩尖打开，混凝土下落到空腔。

本发明中，桩尖处外管超出闭合后活瓣桩靴下端的长度为20～30cm。在桩模打入过程中，桩模主要对桩芯土产生挤压应力，对桩侧土扰动减小，并使得桩芯土向内变形，填充预留空腔。

所述的桩位中心取土，截面积与桩模截面(内外管间面积)相等。

所述的预留空腔，截面积与桩模截面(内外管间面积)相等，深度与桩模内管沉入土中的最大深度相同。可有效减小桩模打入过程中桩芯土对内管的挤压应力，减小沉桩难度；并减小在桩模提升过程中，桩芯土对内管的侧摩阻力(即桩芯土上升力)，避免引起桩芯土上抬。

本发明的优点和效果在于：在桩模内管安装桩靴，并使桩模外管长于内管，可有效阻止对桩侧土的扰动，并使土体主要向预留空腔变形；预留空腔减小桩芯土对桩模底面的压力，释放桩芯土对桩模内管的挤压应力，使得沉桩容易，避免颈缩；并且减小桩芯土受到的侧摩阻力，即减小了使桩芯土上升的作用力；

本发明结构简单，易于实现，操作简便，成本低廉，能有效防止桩芯土上升，减少挤土压力，节省沉桩能量，是一种PCC桩施工中经济高效实用的方法。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1本发明工作原理示意图；

图2桩位处不同高度的截面图；

图3活瓣桩靴局部大样图

图4钢筋网示意图

图5活瓣桩靴大样图

图中：1-桩模内管，2-桩模外管，3-活瓣桩靴，4-活动内支撑，5-活动轴，6-限位器，7-纵向钢筋，8-横向支撑钢筋，9-钢筋弯头，10-箍筋，11-卡子，12-固定钢丝环，13-预留空腔

具体实施方式

如图1(a)所示，在桩机就位就位前，在桩位中心取土，形成预留空腔13。预留空腔13截面积(如图2(a)小圆面积)与桩摸内外管间面积(如图2(a)两虚线组成圆环的面积)相等，深度与桩模内管1沉入最大深度相同，此时图1中沿C-C和D-D线的剖面图都如图2(a)所示，虚线表示桩模位置，此时桩基尚未就位，中心实线小圆表示预留空腔13的外轮廓。如图1(b)所示，在桩基就位前，组装好桩模，闭合桩靴。卡子11用曲臂滑块原理制作的开关控制，开关位于桩模外管2上部。只有开关打开时，滑块上移，卡子11才可绕桩模外管2上一定轴转动。卡子11上拔，开关处于闭合状态时，滑块下移，卡子11被固定。闭合活瓣桩靴具体步骤为，上拔卡子11，关闭开关，把铰接在桩模内管1的活瓣桩靴3拨向外管并闭合，密封好，把固定钢丝环12卡在卡子11上，以固定活瓣桩靴，松紧度宜使活瓣桩靴3在沉桩过程中密封良好，拔桩时可在混凝土重力作用下卡子11打开后松开。如图1(c)所示，将桩模内管1、桩模外管2双层套管结构的桩模在活瓣桩靴3的保护下，沉入地基过程中，桩尖处桩模外管2比闭合后的活瓣桩靴3下端位置长出20～30cm，产生一个指向预留空腔13圆心的水平力，使桩芯土受压，向预留空腔13变形，预留空腔13的半径γ逐渐变小，如图2(c)，虚线圆为起始预留空腔13的外轮廓，半径最小的实心圆为变形后的预留空腔13的外轮廓，最后预留空腔13被桩芯土完全填满，预留空腔13消失，如图1(d)所示，此时沿C-C和D-D线剖视图如图2(c)所示,γ＝0。如图3(b)所示。

具体施工步骤如下

1、准备工作。场地平整，测量放样、校核；清洁、组装桩模、闭合活瓣桩靴13；同时准备钢筋笼(根据实际施工情况包括但不限于纵向钢筋7、横向支撑钢筋8、箍筋10)；要求桩模外管长度2超出闭合后活瓣桩靴3下端20～30cm；活瓣桩靴3由12块或16块梯形钢片(如图5)组成，钢片长度可以调整，以获得不同的桩靴角度。上拔卡子11，关闭开关，关闭活动内支撑4至限位器6，活瓣桩靴3短边铰接在桩模内管1，活瓣桩靴3长边闭合到桩靴外管2，保证封闭良好，用12的固定钢丝环12卡在闭合的卡子11上。松紧以沉桩时能固定活瓣桩靴3，拔模时卡子11下倒，固定钢丝环12在混凝土自重作用下可以脱开为宜。若活瓣桩靴3长边记为a，短边记为b，桩模外管2半径记为R，桩模内管1半径记为r，活瓣桩靴3的块数为n，则a、b应满足：活瓣桩靴3与桩模截面方向成θ角，则活瓣桩靴3的长度l的表达式为

2、形成预留空腔13。桩位确定后，在桩位中心位置，用螺旋钻钻孔，将钻孔里面的土体取出，形成预留空腔13，预留空腔13与桩模的相对位置如图1(a)和图2(a)所示。要求预留空腔13截面积(如图1(a)小圆面积)与桩摸内管1、外管2间面积(如图2(a)两虚线组成圆环的面积)相等，若设钻孔半径为γ，则γ计算公式为：深度与桩模内管1沉入最大深度相同，此时图1中沿C-C和D-D线的剖面图都如图2(a)所示，虚线表示桩模位置，此时桩基尚未就位，中心实线小圆表示预留空腔13的外轮廓。

3、桩基就位。要求桩基就位前，桩模组装应完成、活瓣桩靴应处于闭合良好的状态。桩尖如图1(b)中A处大样图3(b)所示，要求活动内支撑4关闭至限位器6，卡子11处于上拔状态，活瓣桩靴3已关闭，固定钢丝环12已卡固卡子11上，如图3(b)中E处大样图3(c)所示状态。

4、沉桩。桩模沉入地基，静压辅助振动，由于桩间处活瓣桩靴3组成的桩尖内倾，如图1(b)中A处所示。在沉桩过程中，产生一个指向预留空腔13圆心的水平力，使桩芯土受压，向预留空腔13变形，如图1(c)所示。预留空腔13的截面半径γ逐渐变小，如图2(c)，虚线圆为起始预留空腔13的某截面的外轮廓，半径最小的实心圆为变形后的预留空腔13的截面外轮廓，最后预留空腔13被桩芯土完全填满，预留空腔13消失，如图1(d)所示，此时沿C-C和D-D线剖视图如图2(c)所示γ＝0。即为图2(b)

5、灌注混凝土。若设计有钢筋网，要求沉桩到设计深度前，钢筋笼(侧视图如图4(a)、俯视图如图4(b)所示)必须制作好、及时的运送到需要安放桩位附近等待使用。在沉桩完成后灌注混凝土前，移开振动装置，放入钢筋笼，如图1(e)、(f)所示，安装好振动装置，准备继续作业，如图1(g)所示。若设计无钢筋笼，则直接浇筑混凝土，振动拔管。开启控制卡子11的开关，使卡子11不受约束。限位器6在混凝土和钢筋网重力作用下被打开，活瓣桩靴3受力，卡子11受活瓣桩靴3力的作用下倒。活瓣桩靴3打开。边振动、边浇筑混凝土、边拔模，拔模速度由现场条件确定，混凝土的浇筑速度由现场条件和拔模速度确定。拔模过程中，桩模桩尖桩尖处的状态如图1(h)中B的大样图3(a)所示。混凝土浇筑完成后，如示意图1(i)所示。

6、转移桩机。按照打桩顺序要求，移动到下一桩位。要求桩基转移到位前，1、2两步已完成。重复4、5、6三步。直到打桩全部结束。

值得说明的是，本发明还要求保护一种一种硬质土场地PCC桩。该桩可以按上述方法实施。制作的桩模如图1(b)，图中的地面上方即为一个PCC桩模的截面图。这个桩模包括内管1、外管2和活瓣桩靴3。所述外管2套在内管1外部；外管2和内管1同轴，之间具有间隙。外管2和内管1的上端均连接在桩头的下表面。内管1比外管2要长，所以内管1的下端位于外管2的下方。所述活瓣桩靴3是若干块梯形的钢片。这些钢片(图5)的上端(短边，上底)铰接在外管2的内壁(靠近下端管口)。通过旋转这些钢片的下端(长边，下底)，使靠在内管1的外壁接触。实施例中，活瓣桩靴3的长度可以调整。参见图3(b)，旋转活瓣桩靴3，使其靠在内管1后，活瓣桩靴3与内管1形成尖角。

所述内管1的外表面铰接若干活动内支撑4。所述活动内支撑4是金属杆，其铰点与外管2的管口平齐。参见图3，通过旋转活动内支撑4，使其顶住活瓣桩靴3上端的外管2的内壁。活动内支撑4与外管2的内壁接触点的上方安装有限位器6，以保证活动内支撑4处于水平。

实施例中，通过卡子11将活瓣桩靴3的下端与内管1固定。参见图3的c部分，卡子11安装在内管1的外壁，是一个可以旋转的部件。优选地，所述卡子11带有锁紧开关。活瓣桩靴3靠在内管1外壁时，旋转并锁紧卡子11，可以限制活瓣桩靴3向垂直方向旋转。松开卡子11，活瓣桩靴3可以自由旋转。

参见图1的g～i部分。当由连接在桩头下方的外管2和内管1的被打入地面后，向外管2和内管1之间的间隙浇筑混凝土(也可以预先向间隙中放入筋笼)。养护后，拔出外管2和内管1，完成PCC桩的施工。

Claims (2)

1.一种硬质土场地PCC桩的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在桩模内管设置活瓣桩靴，由12块或16块梯形钢片组成，钢片长度可以调整，以获得不同的桩靴角度；桩靴短边铰接在内管，用Φ12的钢丝将桩靴的长边卡在可开闭的卡子上；卡子的松紧以将桩模打入地面时能固定活瓣桩靴，拔模时卡子下倒，直径为12mm的钢丝在混凝土自重作用下可以脱开为准；

(2)增加桩模外管长度，使外管长度超出闭合后活瓣桩靴下端；

(3)桩位确定后，在桩位中心位置，用螺旋钻钻孔；钻孔面积与管桩净截面面积相等，钻孔深度等于桩长；将钻孔里面的土体取出钻孔总体积的30％～50％；

(4)组装桩模，上拨外管预留在活瓣桩靴需闭合处的卡子，闭合活瓣桩靴，用Φ12的钢丝制作一较桩模外管稍小的固定钢丝环圆，用卡子卡住，以固定活瓣桩靴；

(5)桩模沉入地基，静压辅助振动，沉入过程中，由于活瓣桩靴形成的内倾面，在沉桩过程中，形成一个向内的水平力，使土体向中心方向移动挤密，正好填满预先钻的孔洞；

(6)桩模到设计深度后，移开振动头，下放钢筋笼，灌注混凝土；

(7)振动拔管，内活瓣桩尖打开，混凝土下落到空腔。

2.一种硬质土场地PCC桩，按权利要求1所述方法施工。