CN104929125A - 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，包括底盘，支架，支撑杆，内管外管，其特征是支架上安装有锤击装置和振动装置以及悬吊装置，锤击装置包括有桩锤、内管、外管，实现内管和外管同步沉入和填料夯击功能，振动装置包括中孔振动锤、液压卡钳，实现外管的振动提出和沉入功能，悬吊装置包括卷扬机、绳索、滑轮组，实现桩锤和中孔振动锤上下移动功能。本发明还提供一种载体桩的施工方法，步骤为：1）使内管和外管同步沉入，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，通过多种控制方法之一，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

载体桩是近年来发展迅速并得到广泛应用的桩基技术，其是在专利号ZL98101041.5专利文献中首次公开的，该桩型包括复合载体和混凝土桩身，该工艺的特点在于不对桩本身的变化进行研究，而是注重对桩端下土体最大最优的加固挤密，并通过三击贯入度标准有效地形成复合载体，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，从而大大提高了桩的承载力，因此具有单桩承载力高、造价经济等优点。同时在专利ZL98101331.5专利文献中，公开了一种针对载体桩的特点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，底盘可前后左右移动，底盘上固定有配电箱和卷扬机，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：支架上安装有锤击装置和振动装置以及悬吊装置，锤击装置包括有桩锤、桩锤下连接的内管、可插入内管的外管，内管的顶端设有夯击盘，外管的顶端设有夯击盘，当桩锤带动内管提升后下落时，通过内管的夯击盘击打外管的夯击盘，实现内管和外管同步向下沉入，上述外管的上端还设有填料口，当外管中填入填充料时，实现桩锤带动内管对填充料进行夯击，振动装置包括中孔振动锤、中孔振动锤下连接的液压卡钳，液压卡钳可以夹紧或者松开外管，当液压卡钳夹紧外管时，通过中孔振动锤的振动实现外管向上提出或者向下沉入，上述桩锤位于上述中孔振动锤的上方，上述内管和外管从上述中孔振动锤的中孔穿过，悬吊装置包括底盘上的卷扬机、绳索、支架顶端的滑轮组，从卷扬机中伸出的绳索穿过滑轮组分别连接上述桩锤和中孔振动锤，实现卷扬机带动上述桩锤和中孔振动锤的上下移动。

最好，在上述的载体桩的施工设备中，上述桩锤包括柴油锤或者电动锤或者液压锤或者重锤。

最好，在上述的载体桩的施工设备中，上述中孔振动锤是指由两旁带有电动或液压驱动装置，中间设有中孔的振动锤，中孔的直径大于外管的外径。

最好，在上述的载体桩的施工设备中，上述外管的上端设有可以被液压卡钳夹紧的卡板或者卡柄，液压卡钳也可以直接夹紧外管管身。

最好，在上述的载体桩的施工设备中，上述桩锤和上述振动头，分别通过滑道与支架连接并可分别上下移动。

最好，在上述的载体桩的施工设备中，上述内管与外管的长度根据地质条件和施工要求进行调整，内管的长度可以大于或者等于或者小于外管。

最好，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。

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，带动内管击打外管同步向下沉入，遇较硬土层时启动中孔振动锤辅助成孔；

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，同时下沉外管；

4）重复进行上述步骤3）的操作，并通过下述控制方法之一，使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae：

①测试三击贯入度，三击贯入度是指以底端直径为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，三击贯入度等于或者小于设计值；

②当采用其他桩锤时，根据锤击重量、落距、底面积及锤击次数换算成与上述三击贯入度相对应的下沉数值，换算后的下沉测试数值等于或者小于设计值；

③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；

③现浇抗拔混凝土桩身：将内外管继续同步向下沉入，形成进入载体中一定深度的桩孔，提出内管，将钢筋笼插入桩孔中，浇注混凝土后提出外管成桩，提高载体桩的抗拔能力；

④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，提出外管后保证砂浆填满桩身与桩孔壁空隙。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤2）中，上述遇较硬土层时启动中孔振动锤辅助成孔，是指当内管和外管在下沉时阻力较大时，通过启动中孔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。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤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。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤2）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。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤2）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。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤2）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。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤2）中的方法①和方法②中，上述三击贯入度和换算后的下沉测试数值应等于或者小于设计值，设计值的取值范围为1～100cm，如三击贯入度和换算后的下沉测试数值大于设计值时，应继续进行上述步骤3）中所述的填料并夯击或者击出外管的操作，还可以继续向下沉入内管和外管后再进行上述步骤3）中所述的填料并夯击或者击出外管的操作，直至达到等于或者小于设计值标准。

最好，在上述的载体桩的施工方法中的步骤2）中的方法①至方法④中，上述的提出外管，是通过上拔外管或者通过启动中孔振动锤对外管施加振动力或者二者结合的方式实现的。

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，除重锤外还可使用柴油锤、电动锤、液压锤，均可进行载体桩施工；②施工设备加设中孔振动头，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通过加设液压卡钳，实现中孔振动头和外管之间的快速连接和脱开，操作便捷提高施工效率；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示意图；

图2是本发明的载体桩的施工设备的锤击装置和振动装置的示意图；

图1和图2中，1为桩锤，2为中孔振动锤，3为内管，4为内管顶端的夯击盘，5液压卡钳，6为外管，7为外管顶端的夯击盘，8为外管上端的卡柄，9为护筒上端的填料口，10为底盘，11为底盘上的卷扬机，12为底盘上的配电箱，13为支架，14为支架顶端的滑轮组，15为支撑杆，16为绳索；

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，6为外管，17为填充料，18为钢筋笼，19为混凝土，20为预制钢筋混凝土桩身，21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示意图，如图1所示，设备包括有底盘10，支架13，支撑杆15，内管3和外管6，底盘10可前后左右移动，底盘10上固定有配电箱12和卷扬机11，底盘10前端设有垂直于底盘的支架13，支架13为独杆式或者门架式，支架13顶端设有滑轮组14，支架13通过支撑杆15支撑于底盘10上，内管3可以在外管6中插入或者提出，具体特征是：支架13上安装有锤击装置和振动装置以及悬吊装置，锤击装置包括有桩锤1、桩锤1下连接的内管3、可插入内管3的外管6，内管3的长度大于外管6的长度，内管3的底端封闭，内管3的顶端设有夯击盘4，外管6的顶端设有夯击盘7，当桩锤1带动内管3提升后下落时，通过内管3的夯击盘4击打外管的夯击盘7，实现内管3和外管6同步向下沉入，外管3的上端还设有填料口9，当外管6中填入填充料时，实现桩锤1带动内管3对填充料进行夯击，振动装置包括中孔振动锤2、中孔振动锤2下连接的液压卡钳5，液压卡钳5可以夹紧或者松开外管6，当液压卡钳5夹紧外管6时，通过中孔振动锤2的振动实现外管6向上提出或者向下沉入，桩锤1位于中孔振动锤2的上方，内管3和外管6从中孔振动锤2的中孔穿过，悬吊装置包括底盘10上的卷扬机11、绳索16、支架13顶端的滑轮组14，从卷扬机11中伸出的绳索16穿过滑轮组14分别连接桩锤1和中孔振动锤2，实现卷扬机11带动桩锤1和中孔振动锤2的上下移动。

图2是本发明的载体桩的施工设备的锤击装置和振动装置的示意图，如图2所示，锤击装置包括有桩锤1、桩锤1下连接的内管3、可插入内管3的外管6，内管3的长度大于外管6的长度，内管3的底端封闭，内管3的顶端设有夯击盘4，外管6的顶端设有夯击盘7，外管6的上端设有填料口9，振动装置包括中孔振动锤2、中孔振动锤2下连接的液压卡钳5，外管6的上端设有卡板，液压卡钳5可以夹紧或者松开外管6的卡板，实现中孔振动锤2和外管6的连接，桩锤1位于中孔振动锤2的上方，内管3和外管6从中孔振动锤2的中孔穿过。

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，使内管3击打外管6同步向下沉入，同时对外管6施加振动力辅助成孔，克服外管6与桩孔壁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6沉入直至设定深度，并将内管3击出外管6底端一定距离；然后，如图3中c所示，提升内管3至外管6填料口的上方，向外管6内填入定量的填充料17，提升内管3对填充料17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形成桩端载体，并通过测试三击贯入度检验密实度，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6中沉入钢筋笼18；最后，如图3中f所示，在外管6中浇注混凝土19，提出外管6并对混凝土19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3中a所示，在桩位处，使内管3击打外管6同步向下沉入，同时对外管6施加振动力辅助成孔，克服外管6与桩孔壁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6沉入直至设定深度，并将内管3击出外管6底端一定距离；然后，如图3中c所示，提升内管3至外管6填料口的上方，向外管6内填入定量的填充料17后，将外管6上提一定高度；然后，如图3中d所示，提升内管3将外管6内的填充料17击出外管6，并再次将外管6向下沉入；然后，如图3中e所示，重复进行上述填料夯击的操作，直至全部设定量的填充料17分次填入并夯实完毕，使桩端下一定深度和范围内的土体达到密实形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae；然后，如图3中f所示，提出内管3，向外管6内注入水泥砂浆21后，放入预制钢筋混凝土桩身20；最后，如图3中f所示，提出外管6后，预制钢筋混凝土桩身20与桩孔壁之间的空隙用水泥砂浆21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，底盘可前后左右移动，底盘上固定有配电箱和卷扬机，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：支架上安装有锤击装置和振动装置以及悬吊装置，锤击装置包括有桩锤、桩锤下连接的内管、可插入内管的外管，内管的顶端设有夯击盘，外管的顶端设有夯击盘，当桩锤带动内管提升后下落时，通过内管的夯击盘击打外管的夯击盘，实现内管和外管同步向下沉入，上述外管的上端还设有填料口，当外管中填入填充料时，实现桩锤带动内管对填充料进行夯击，振动装置包括中孔振动锤、中孔振动锤下连接的液压卡钳，液压卡钳可以夹紧或者松开外管，当液压卡钳夹紧外管时，通过中孔振动锤的振动实现外管向上提出或者向下沉入，上述桩锤位于上述中孔振动锤的上方，上述内管和外管从上述中孔振动锤的中孔穿过，悬吊装置包括底盘上的卷扬机、绳索、支架顶端的滑轮组，从卷扬机中伸出的绳索穿过滑轮组分别连接上述桩锤和中孔振动锤，实现卷扬机带动上述桩锤和中孔振动锤的上下移动。

2.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述桩锤包括柴油锤或者电动锤或者液压锤或者重锤。

3.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述中孔振动锤是指由两旁带有电动或液压驱动装置，中间设有中孔的振动锤，中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，上述外管的上端设有可以被液压卡钳夹紧的卡板或者卡柄，液压卡钳也可以直接夹紧外管管身。

5.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述桩锤和上述振动头，分别通过滑道与支架连接并可分别上下移动。

6.根据权利要求1所述载体桩的施工设备，其特征在于，上述内管与外管的长度根据地质条件和施工要求进行调整，内管的长度可以大于或者等于或者小于外管。

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。

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，带动内管击打外管同步向下沉入，遇较硬土层时启动中孔振动锤辅助成孔；

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，同时下沉外管；

4）重复进行上述步骤3）的操作，并通过下述控制方法之一，使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实形成桩端载体，实现载体桩的等效计算面积Ae：

①测试三击贯入度，三击贯入度是指以底端直径为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，三击贯入度等于或者小于设计值；

②当采用其他桩锤时，根据锤击重量、落距、底面积及锤击次数换算成与上述三击贯入度相对应的下沉数值，换算后的下沉测试数值等于或者小于设计值；

③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；

③现浇抗拔混凝土桩身：将内外管继续同步向下沉入，形成进入载体中一定深度的桩孔，提出内管，将钢筋笼插入桩孔中，浇注混凝土后提出外管成桩，提高载体桩的抗拔能力；

④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，提出外管后保证砂浆填满桩身与桩孔壁空隙。

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，上述遇较硬土层时启动中孔振动锤辅助成孔，是指当内管和外管在下沉时阻力较大时，通过启动中孔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。

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。

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。

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。

13.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。

14.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）中的方法①和方法②中，上述三击贯入度和换算后的下沉测试数值应等于或者小于设计值，设计值的取值范围为1～100cm，如三击贯入度和换算后的下沉测试数值大于设计值时，应继续进行上述步骤3）中所述的填料并夯击或者击出外管的操作，还可以继续向下沉入内管和外管后再进行上述步骤3）中所述的填料并夯击或者击出外管的操作，直至达到等于或者小于设计值标准。

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，上述的提出外管，是通过上拔外管或者通过启动中孔振动锤对外管施加振动力或者二者结合的方式实现的。