CN1057082A - 灌注桩的干式钢篮取土方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种灌注桩的干式钢篮取土方法及其装置，它采 用一种底部带有活瓣的金属取土钢篮来进行取土，钢 篮包括有圆筒形的基架和与基架下沿铰接的活瓣，它 整体可在取土钢管内穿动，在施工时，它被套进取土 钢管的底部，并且活瓣维持张开状态连同钢管一同被 沉入土层下，当要取土时，施工人员从地面操动提索 将钢篮连同其上的土柱全部从地下取出，即完成了成 孔及取土工作。

Description

本发明涉及实施灌注桩的干式取土方法及其设备。

现有的灌注桩成孔方法，较普遍采用的是纲管挤土法。这种方法是先将钢管压入（打入）地层（管底用活瓣或予制混凝土桩尖封底），然后往钢管内灌注混凝土，再逐步提起钢管，最后将钢管拨出地面，整个桩身就在此过程中形成。这种成桩方法在成孔时将产生严重的土体挤压和隆起，因而造成邻近桩体错位、断裂，并危害邻近的建筑物和构建物。这已成为这种成桩工艺难以克服的缺点，从而严重影响了工程质量，并限制了灌注桩的应用范围。

为了解决上述问题，最有效的办法是改“挤土”为“取土”。但现有的泥浆护壁的潜水钻成孔、冲击钻成孔等湿式取土成孔方法均存在着施工复杂、取土时间长，而且护壁泥浆会严重污染施工现场和周围环境等缺点，再者，由于孔底虚土难以清除干净、桩周土遭到严重破坏，护壁泥浆污染桩体配筋，因而还会降低桩的承载能力。这些缺点都是湿式取土工艺所难以克服的。而现有的螺旋钻成孔、机动洛阳铲成孔等干式取土工艺均不适用于淤泥或淤泥质土（见《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程》（JGJ4-80）第3.2.13条及第3.2.15条）。因此，需要寻找一种适用于淤泥及淤泥质土层的干式取土方法和相应的设备。

本发明的目的在于提供一种适用于在淤泥和淤泥质土中进行灌柱桩施工的干式钢篮取土方法及其专用设备。

本发明的任务是这样完成的：在进行施工时，先将下端固定有金属取土钢篮的取土钢管打压入土层，所述的钢篮的底部带有可启闭的活瓣，在沉管过程中所述的活瓣始终处于开启状态，当钢管进入到地下与桩长相应的深度时，从地面上将总索提起，令钢篮底部的活瓣在地下关闭，形成一个封闭的钢篮底面;接着，继续提升总索，把整只钢篮随同其上的土柱全部从取土钢管内取出，从而完成了将进入钢管内的土柱取出的取土任务。接着再往钢管内灌注混凝土，最后提起该取土钢管，完成整个成桩工艺。

为实现上述本发明的施工方法所必须的专用设备是一个可在取土钢管内上下运动的钢篮，它是由大体为中空圆柱形基架和铰接于该基架下端壁面的多块活瓣所构成。活瓣通过一根水平设置的短销及固接于基架下端内壁上的支座板，被铰接在基架的下端壁面上。活瓣呈铲形弧面、尖头。在每块活瓣的内侧弧面的对称线部位上设置有一块内挡板，其上有二只通孔，上面一只通孔供短销穿过，使活瓣被铰接于基架下端，另一只通孔供提索穿过，用于提携活瓣。在所述基架的上端固接有多只提索导向环，其数目与活瓣的数目相同，作用是为每一根提索提供导向。当提索被向上提升时，每一只活瓣可作以水平短销为转轴的转动，当所有活瓣合拢形成一个封闭的底面时，每一活瓣的内挡板的内侧边相互对合，起到对活瓣的转角定位作用。这样，所述的内挡板具有牵动活瓣并使其在由外向内转动到终点位置上被定位这二项功能。那么，当活瓣由内朝外转动（渐渐开启）时最后的终点位置是怎么定位呢？同样是靠与上述内挡板相类似的外挡板来控制。它位于所述活瓣外侧弧面的对称线部位上。该外挡板同样对活瓣具有牵引和定位二项功能，只不过这种牵引的作用并不在于提升钢篮，而是为了使活瓣相对于取土钢管呈张开状。为了在取土钢管被打压入土层之前让活瓣张开到一定角度并能在受到泥土阻力时仍能始终维持这一角度固定不动，所述的外挡板上的上侧面与沿取土钢管纵长方向固定在取土钢管外壁上的定位板的下侧面相互对合并相互抵顶。在所述的活瓣上的外挡板和取土钢管上的定位板之间用金属丝通过二者各自的小孔将它们系缚牢，使活瓣维持规定的张开角度上。这种连系在取土钢管被打压到地下的整个过程中始终保持着，直到从地面上提起总索而将活瓣在地下关闭时，所述的金属丝会因总索的牵引而拉断，使活瓣绕短销转动。所述的金属丝另一作用是当取土钢管在进入土层的过程中如万一活瓣受到一定的侧向外力（如遇石块等障碍物时）由于这根金属丝的牵制可以防止活瓣被关闭而防碍土体进入取土钢管内。当活瓣全开时（即外挡板的上侧面正好与定位板的下侧面相互抵顶时）活瓣的上沿与取土钢管的下沿正好相对抵触，这样，当取土钢管自上而下进入土层时，钢管通过其下沿与活瓣上沿的接触会将向下的力传递给活瓣、钢篮。

取土钢管的外壁沿纵长方向布置有一根通气管，其下端口与取土钢管的下沿壁面贯穿，上端口与地面大气相通，它的外形细长，攀附在取土钢管的外壁面上，二者之间可以直接焊接在一起。通气管的作用是为了克服在提升钢篮取出土柱时的真空吸力，这种吸力会造成提管困难。

以下结合附图和实施例作详细叙述：

图1是本发明的取土钢篮立体图。

图2是本发明取土钢管与取土钢管的组合图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4（a）是本发明施工方法的第一步骤。

图4（b）是本发明施工方法的第二步骤。

图4（c）是本发明施工方法的第三步骤。

从图1至图3所显示的是本发明的一个实施例，显示一套完整的钢篮取土装置。该钢篮（1）的圆柱形基架采用上下二只金属圈（7）、（6）在其间以若干根金属柱杆（8）连接成一只刚性的圆柱形中空基架。当然，中空圆柱形基架的圆柱面周壁可以不用柱杆（8）而是一个连续封闭的中空圆柱形周面，这样的改变仍然属于本发明的保护范围。但采用本实施例所述的结构，方便于取出进入钢篮（1）内的泥土。在基架的下圈（6）的内侧壁上有一铰接装置，它用于将活瓣（5）铰接在基架下圈（6）上，它包含有沿垂直方向被焊接在基架下圈（6）内侧壁上的支座板（9），在其间穿有一支水平设置的短销（10），在活瓣（5）内侧的凹弧面的对称线部位上焊有片形内挡板（11），在其上有二只孔，一只孔供短销（10）穿过，另一只孔（15）供提索（13）穿过，前者是为了在基架下圈（6）与活瓣（5）之间形成铰接，后者是为了活瓣（5）的关闭及整个钢篮（1）的上提。当各活瓣（5）被完全关闭时，所述的各内挡板（11）的内侧边相互抵触，起到限定活瓣（5）继续内转并使活瓣（5）正确关闭的定位作用。

活瓣（5）具有尖嘴的铲面形状，其外侧面为凸弧面而内侧面为凹弧面，其数目以3-6块为宜，本实施例为4块。4块活瓣（5）向内旋转合拢后形成一个临时的封闭底面。活瓣（5）的关闭是靠由地面操作纵的总索（3）的上提所致。在基架的上圈（7）焊接有朝内的提索导向环（14），其数目与活瓣（5）的数目相同，本实施例为4只，提索导向环（14）的中心线与内挡板（11）大体上处于同一铅垂面上。每根提索（13）穿过相应的内挡板（11）上的孔（15），并朝上通过相应的提索导向环（14），最后汇集于取土篮（1）的上方，使用时，再通过卸甲（19）（也可用其他方法）与总索（3）的下端连接。总索（3）的上端与地面上的装置相连。在将取土钢管（2）打压入土层的过程中，所述钢篮（1）的活瓣（5）必须持全开状态，也就是说，每一块活瓣（5）必须有一将其固定在某一开启角度的固定装置，这个装置包括有固定在取土钢管（2）下端外壁上的定位板（18），和固定在活瓣（5）外侧的凸弧面的对称线部位上的外挡板（12）。活瓣（5）的最大开启角正好对应于外挡板（12）的上侧面与定位板（18）的下侧面完全对合、相互抵触的位置。这二块板上分别有一孔，供金属丝（4）穿过并将二者系牢，图2所示的正是活瓣（5）维持在最大开启角度的状态，当取土钢管（2）被打压入土层的施工开始时，活瓣（5）必须维持在这样的临时状态。所述的将外挡板（12）和定位板（18）系缚牢的金属丝（4）的另外一个作用是，当取土钢管（2）在土层中下沉过程中万一活瓣（5）受到一定的侧向外力（如遇石块等障碍）而产生使活瓣（5）向关闭的趋势时，金属丝（4）的拉力可以克服这种趋势。

在所述取土钢管（2）的外壁上沿其纵长方向焊接一根细长的通气管（16），其上端口穿出地面（未显示）与大气相通，其下端口转弯，贯穿取土钢管（2）的下端管壁，这是为了克服在向上提升钢篮（1）取出土柱（17）时产生的真空吸力而设。

图4反映本发明的整个施工过程，a）是取土钢管（2）进入土层前的准备工作，在这一工序中要做的工作是：首先将总索（3）的下端，通过卸甲（19）与汇集于钢篮（1）的上方的提索（13）相连接，将整只钢篮（1）自下而上拉进套入取土钢管（2）的下端腔内，接着用金属丝（4）按图2所示那样将外挡板（12）和定位板（18）系缚牢，使整套装置组合成为如图2所示活瓣（5）被张开到最大角度的样子。b）整个装置（取土钢管（2）与钢篮（1））被打压入土层并且达到与桩长相应的深度，在这一工序中，泥土不断通过全开的活瓣（5）从钢篮（1）的下圈（6）进入到取土钢管（2）内腔，并形成土柱（17）。c）是取土工序，在此过程中从地面上提升总索（3），首先是活瓣（5）在地下被关闭，形成一只临时封闭的钢篮篮底，其后，随着总索（3）的不断上升，整只钢篮（1）连同其上方整个管腔内的土柱（17）整体向上移动，直到整只钢篮（1）从取土钢管（2）内抽出为止，这时进入取土钢管（2）腔内的土柱（17）就被全部取出到地面了。

在完成上述a）、b）、c）三个步骤后，再按灌注桩的传统施工工艺对埋入地下的空取土钢管（2）内进行混凝土的灌注和提管，完成整个成桩工序。

本发明的主要优点是：

（一）本发明解决了钢管挤土灌注桩所存在的，因土体受到严重挤压而扩张、隆起，导致桩体错位、断裂，并危害邻近建筑、构筑物等难以克服的问题。本发明还避免了湿式取土所必然存在的施工复杂、取土时间长、污染施工现场和周围环境，以及由于桩底虚土难以清除干净，桩周土结构遭到破坏和泥浆污染桩身配筋，而降低桩的承载力等一系列问题。

在灌注桩已得到广泛应用的情况下，上述问题的解决具有很大的现实意义。

（二）本发明取土量约为全桩体积的60%-70%左右，还有30%-40%左右的土被向四周挤开。由于土体受挤压时，首先是被挤密，然后才向四周挤推和隆起，因此，少量的土被挤压不但不致于造成桩体错位、断裂及危害邻近建筑物、构筑物等问题，还将使桩周土与桩壁之间因土体适量挤密而增加摩擦力。

（三）本发明成本低廉，操作简便，只要增添一个活瓣式取土钢篮，采用通常使用的普通打桩机就可胜任，因此适应性强。而且，在取土钢管的沉管过程中，所要取出的土已同时进入管内，而在提升取土钢篮的过程中又同时完成了排出管内土柱的工作，因此取土过程简便省时，效率高。

（四）由于钢管挤土灌注桩因为土体严重挤压而存在着桩体错位、断裂等问题，因此有的地方规定，对所有桩体都必须用桩架逐根“跑桩”，以检验桩的承载能力并压密裂缝。而本发明由于解决了上述问题，因此可免去跑桩工序，从而节省跑桩费用，缩短工期，提高经济效益。

（五）由于解决了取土问题，本发明还可用于大直径灌注桩，此时，可按垂直荷载和水平荷载来计算钢筋笼的配筋，以代替予制桩，而大大降低桩基础的造价并缩短工期，还可避免一般予制桩施工中所难以避免的因挤土而危害邻近建筑物、构筑物的问题。这就扩展了钢管成孔灌注桩的应用范围。

Claims (6)

1、一种灌注桩的干式钢篮取土方法，先将取土钢管(2)沉入地下与桩长相应的深度，然后取出进入钢管(2)内的土柱(17)，在地下形成一个桩孔，进而往埋在地下的这根空钢管(2)内进行混凝土灌注，其特征在于，取土过程是：从地面上用总索(3)将临时固定在钢管(2)底端内腔的钢篮(1)整体向上提升(而保持钢管(2)仍旧留在地下)，直至该钢篮(1)连同其上方的土柱(17)全部被从钢管(2)内拉出为止，其施工有以下三个工序：

a)在将钢管(2)连同钢篮(1)一起打压入土层之前，先将钢篮(1)与总索(3)连系好，然后通过抽动总索(3)让整只钢篮(1)进入到钢管(2)的底端内腔，并让钢篮(1)底端的活瓣(5)与钢管(2)外壁上的定位板(18)相对固定，保持使活瓣(5)的张角维持在最大开启角度的临时固定状态。

b)将按a步骤准备好的钢管(2)连同钢篮(1)打压入地下，并达与桩长相应的深度，在整个装置进入土层的过程中，泥土不断通过全开的活瓣(5)从钢篮(1)的底部进入到钢管(2)的内腔，并形成土柱(17)。

c)在完成上述a、b二道步骤之后，接着从地面上将总索(3)向上提升，首先是活瓣(5)在地下被关闭，形成一只临时封闭的钢篮篮底，其后，随着总索(3)的不断上升，整只钢篮(1)连同其上方整个管腔内的土柱(17)整体向上移动，直到整只钢篮(1)从取土钢管(2)内抽出为止，即完成取土工序。

2、一种灌注桩的干式钢篮取土装置，它包含有取土钢管（2），其特征在于，在钢管（2）内腔有一只对于钢管（2）可相对运动的钢篮（1），它包含有一只大体为中空圆柱形的基架，其外径略小于取土钢管（2）之内径;还包含有多只与所述基架的下端内壁保持铰接的活瓣（5）;在所述基架的上端固接有与所述活瓣（5）数目相等的提索导向环（14）;在所述钢管（2）下端外壁上设有活瓣定位板（18）。

3、如权利要求2所述的干式钢管取土装置，其特征是，所述的活瓣（5）具有带尖咀的铲面形状，其外侧面为外凸弧面，内侧面为内凹弧面，在其外侧的对称线部位固定有片形外挡板（12）;在其内侧的对称线部位固定有片形内挡板（11）。

4、如权利要求2所述的干式钢篮取土装置，其特征是，所述的活瓣（5）是通过一铰支机构被铰接到所述基架的下端内壁上，该铰支机构包含有固接在基架下端内壁上的支座板（9），所述的内挡板（11）设在其内，有一根水平设置的短销（10）将它们贯穿，形成一枢轴。

5、如权利要求2所述的干式钢篮取土装置，其特征是，所述的钢篮基架由上圈（7），下圈（6）和间于其间的若干根柱杆（8）三者固接而成为一个刚性的基架。

6、如权利要求2所述的干式钢篮取土装置，其特征是，所述的取土钢管（2）的外侧壁面上沿其纵长方向攀附有一根细长的通气管（16），其上端口穿出地面，与大气相通，其下端口转弯与取土钢管（2）的下端管壁贯通。

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