CN105887812A - 一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法,采用静力压桩机和单护筒能制成载体桩；一次投放载体混凝土料，明显提高了施工速度，节能环保；其制成载体桩的抗拔力显著提高。包括以下步骤：（1）清理现场，测量放线，移静力压桩机到工位;（2）将带有锥形活瓣桩尖的钢护筒压至设计标高;（3）向钢护筒内一次投入载体需用量的混凝土；（4）将钢护筒上拔露出地面，投入的载体混凝土自动充填至因钢护筒上拔而形成的空间内;（5）合拢桩尖，下压钢护筒,使下压力及标高达到预定的数值，以压实载体混凝土形成扩大的载体；（6）自动解除合拢，灌注桩身混凝土或者先安放钢筋笼，然后灌注混凝土；（7）边振动边将钢护筒拔出至地面，成桩。

Description

一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法

技术领域

本发明涉及建筑地基施工领域，具体来说，是一种采用单根钢护筒的静压沉管载体灌注桩的成桩施工方法。

背景技术

我国各类建筑物、构筑物基础工程中，施工单位常用各式结构的桩进行地基处理加固，当前，载体桩是一种全新的施工技术，它改变了传统的地基基础处理观念，选择下部层位稳定、土性较好的土层作为被加固土层，以桩端土体为研究对象，普通桩的承载力主要来源于桩的侧摩阻力，而载体桩的承载力主要来自载体，因此，载体桩由于其承载力高、适应性广等优点而被广泛应用。

目前，我国施工界对载体桩的普遍施工方法是采用复合载体夯扩桩方法，也称传统载体桩施工工法，其主要做法是采用细长的重锤将护筒击沉至设计标高，并在护筒下沉的带动下夯击成孔，将细长锤击出护筒底至一定深度后，从护筒口向孔内投入填料和干硬性混凝土，利用细长锤自由下落的冲击力反复夯实、挤密，载体在桩端随之形成，应用此技术形成的桩承载力高，经济实用，造价较低。但由于在施工中，重锤的锤击作用产生较大的噪音和振动，声污染特别严重，在载体的形成过程中反复投料，成桩速度较慢，且受机架的限制，成桩桩长有较大的局限性。

建筑领域，工艺方法的优劣与工程机械与设备有着紧密的关系，静力压桩机是近些年新兴的一种液压设备，具有无震动、无噪声，无泥浆及弃土排放，环保效果好的优点，受到施工界的普遍欢迎和认可，具有传统复合夯扩桩设备无法比拟的技术优势。

但是，目前静力压桩机施工的应用的领域仅仅限于静压沉管复合扩底灌注桩预制管桩及常规的静压沉管灌注桩的成桩施工，从已知技术上来看，尚无对载体桩进行施工成桩的工艺方法。

目前，采用静力压桩机制做复合扩底灌注桩成桩时，要用内管、外管两根套管配合作业，才能完成成桩过程，其主要工艺步骤是：（1）在工地测量放线，静力压桩机就位；（2）压下内外管至设计标高。(3)提内管露出投料口，分批向外管内投入填充料，相应分批次压下内管，挤压填充料，直至终压力达到设计要求，形成填充料扩大头；(4)提内管露出投料口，分批向外管内投入干硬性混凝土或低塌落度混凝土，相应分批次压下内管，挤压混凝土，使其与填充料在桩端形成一个扩底头；(5)提升内管、放钢筋笼，灌注混凝土；(6)放内管至外管内，内管顶压混凝土；(7)拔起内外管，成桩完毕。

从以上可以得出，采用静力压桩机进行的成桩施工，存在的问题主要是：(1)仅能对复合扩底灌注桩、预制管桩及常规的静压沉管灌注桩进行施工，无法实现对载体桩有效的成桩施工，尤其是尚没有仅靠一根钢护筒对载体桩的成功施工。(2)该设备在制作复合扩底灌注桩过程中存在批次反复投料，多批次反复下压、施工速度慢、严重影响工程进度的问题。（3）采用该方法下放的钢筋笼无法进入扩大头内部，在作为抗拔桩使用时难以满足抗拔要求。

发明内容

本发明提供了一种全新的施工方法，解决的技术问题是：（1）本方法步骤中采用当前较先进的静力压桩机来和采用一根钢护筒制成载体桩——静压沉管载体灌注桩，成桩质量高；（2）在载体形成过程中采用一次投放载体混凝土料，避免了分批、反复投料，明显提高了施工速度，缩短了成桩工期；（3）钢筋笼根据需要进入载体内部，且进入长度可控，其抗拔力能得到显著提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法,包括步骤（1）清理施工现场，测量放线，移动静力压桩机到工位;

其特征在于：还包括以下步骤：（2）采用静力压桩机对一根下端带有锥形活瓣桩尖的钢护筒压至设计标高;

（3）向钢护筒内一次投入载体需用量的混凝土，载体混凝土的数量根据持力层土质及单桩承载力确定;

（4）采用静力压桩机将钢护筒上拔直至其下端的桩尖露出地面，投入的载体混凝土自动充填至因该钢护筒上拔而形成的空间内;

（5）合拢所述钢护筒下端的锥形活瓣桩尖，采用静力压桩机下压钢护筒,使下压力及标高达到预定的数值，以压实载体混凝土形成扩大的载体;

（6）自动解除对所述桩尖的合拢，向钢护筒内灌注桩身混凝土或者先安放钢筋笼至钢护筒内，然后向钢护筒内灌注桩身混凝土；

（7）采用静力压桩机边振动钢护筒边将钢护筒拔出至地面，完成一根桩的制作。

针对一些特殊的地质条件、设计要求，为更好地形成符合设计要求的载体，在步骤（5）的过程中，当所述标高达到设计标高时，所述下压力却达不到预定压力值，此时返回步骤（3），将步骤（3）—（5）重复一次之后，再进行步骤（5）之后各步骤。

为了能形成异型桩，提高桩的承载力，通过在所述钢护筒下端外壁上连接至少两个间隔距离的凸起的方法，以形成异型桩。

为了使桩身长度不受机架高度的限制，尤其在制作较长桩身时，本方法中的静力压桩机采用抱压式静力压桩机。

为了使抱压式静力压桩机在使用时，更安全可靠，且加快施工速度，本方法采用抱压式静力压桩机设有辅助架，辅助架上设有钢护筒辅助夹持机构，以配合其下部的主夹持机构，以实现对钢护筒的连续、安全、稳定的下压或上拔。

本发明积极效果是：

1、本方法克服了采用静力压桩机无法制成静压沉管载体灌注桩的成桩工艺的缺陷，且步骤简洁、容易操作；制成的静压沉管载体灌注桩较复合扩底灌注桩能较大提高桩的承载力，可相对缩短桩长、缩小桩径、减少桩数量，节约材料，尤其在较软弱地基中优势更加明显。

2、本方法在载体形成过程中采用一次性投放载体需用量的混凝土，克服了其它工法多次、反复投料，施工速度慢、效率低的弊端，在保证载体强度和成桩质量的前提下，能显著缩短工期，给后续工序节约了大量时间，加快了整体施工进度，且显著节省能源,明显减少了静力压桩机动力电的消耗，对于一个大型的施工项目而言，这是一笔较大的成本节约。

3、采用本方法制成的静压沉管载体灌注桩与传统的载体桩或静压沉管复合扩底桩相比，钢筋笼可根据需要进入载体内部，当钢筋笼长度满足设计锚固要求，在做抗拔桩使用时，其抗拔力有桩身与土体间的摩擦力、载体与土体间的摩擦力及载体上方土对载体的压力三部分组成，其它桩的抗拔力只有桩身与土体间的摩擦力组成。因此能较大地提高抗拔力，同时稳定性也更好。

4、本方法制成的桩的载体形成过程一次投料，且载体全部由与桩身同标号的混凝土组成，与传统的复合扩底桩的扩大头桩端相比，载体的强度更高。

5、可根据对钢护筒的下压力预判桩的承载力，通过对钢护筒下压力的控制使各单桩承载力基本一致，使建筑物沉降均匀。

6、此方法在灌注混凝土之前先安装钢筋笼，与先灌注混凝土后压钢筋笼工法相比，空桩部分不需过多超灌混凝土，节约材料。

7、此工法可穿过人工填土、粘性土、粉土、砂土等，持力层可选择在粉土、砂土、粘性土、砂卵土及全风化岩等土层。因此，此工法可广泛适用于工业与民用建筑中的桩基础及复合地基中的增加体，也可用于高速公路、铁路、港口、码头、机场等工程中的软基处理。尤其对于制作持力层埋深较浅的中短型桩优势更为明显。

8、采用本方法可制成桩径在300mm—700mm之间的静压沉管载体灌注桩，桩身长度不受机架高度影响；

9、此方法在施工过程中采用静压沉管技术，克服传统载体桩施工带来的噪音、振动等扰民问题，而且无泥浆及弃土排放，符合节能环保的要求，有利于施工现场的文明施工。

10、通过对钢护筒稍作改进，就可实现桩身异型，进一步提高桩的承载力。

11、本方法新颖、巧妙、安全、可靠，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明方法整体步骤流程图；

图2是本发明方法各步骤的示意图；

图3是本发明步骤（3）—（5）仅一次形成的静压沉管载体灌注桩结构示意图；

图4是本发明步骤（3）—（5）重复一次形成的静压沉管载体灌注桩结构示意图；

图5是钢护筒下端的锥形活瓣桩尖闭合状态示意图；

图6是钢护筒下端的锥形活瓣桩尖被箍圈箍紧时的示意图；

图7是箍圈自动脱落时的示意图；

图8是箍圈的仰视示意图；

图9是形成异形桩的钢护筒（锥形活瓣打开状态）的示意图；

图10是顶压式静力压桩机的示意图。

附图标记：1—辅助夹持机构 2—辅助架 3—夹桩箱 4—灌注桩桩身 5—载体6—挤密土体 7—影响土体 8—锥形活瓣桩尖 9—钢质箍圈 10—肋条11—凸起 12—机架13—压桩头 14—顶压式静压桩机的外管 15—顶压式静压桩机的内管 。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施对本发明做进一步详细的描述：

在下面的描述中，只通过说明的方式对本发明的某些示范实施例进行描述，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本工法的精神和范围的情况下，可以用各种不同方式对所述的实施例进行修正或等同替换，因此，附图和描述在本质上只是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

本发明方法的实施例优选采用抱压式静力压桩机，采用抱压式静力压桩机一个显著优点是：制作的桩身长度不受机架高度的限制。当制做中短型桩时，也可采用图10所示例的顶压式静力压桩机，顶压式静力压桩机采用安装在机架12上部的压桩头13，向下压其内管15、外管14，因此，桩身长度必然受到机架的高度限制，顶压式静力压桩机属现有技术。这里不再详述。

如图1所示，图1是静压沉管载体灌注桩的整体流程图；下面结合各步骤的示意图2详细说明其过程。

如图1、图2所示，在步骤（1）中，根据现场情况对场地进行平整、整理，依据设计图纸准确无误的定出各桩位，移动抱压式静力压桩机就位，通过桩机的纵向、横向移动或回转使钢护筒下端的锥形活瓣桩尖中心点与桩位中心对中，利用桩机自身装置，调整桩机水平，调直钢护筒垂直。

当需要制作的桩身较长（钢护筒长度较长）时，本方法优先采用如图2所示的设有立式辅助架的抱压式静力压桩机，同时该辅助架2上部设有一套用于夹持钢护筒的辅助夹持机构1，属现有技术。抱压式静力压桩机下部设有一可上行或下行一定行程、抱夹钢护筒的主夹持机构——夹桩箱3，辅助夹持机构1、夹桩箱3位于上、下方向同一竖直中心线上，夹桩箱3、辅助夹持机构1工作过程是：夹桩箱3下行下压时，辅助夹持机构1处于松开状态，当夹桩箱3夹钢护筒下行下压完成一个回次时，松钢护筒上行过程中，辅助夹持机构1处于夹钢护筒状态，当夹桩箱3需夹钢护筒下行下压时，辅助夹持机构1又处于松开状态。

另一方面，当夹桩箱3夹钢护筒上行提升时，辅助夹持机构1处于松开状态，当夹桩箱3夹钢护筒上行提升完成一个回次时，松钢护筒后夹桩箱3下行过程中，辅助夹持机构1处于夹钢护筒状态，当夹桩箱3需夹钢护筒上行提升时，辅助夹持机构1又处于松开状态，周而复始，夹桩箱3、辅助夹持装置1交替工作，一夹一松，一松一夹，可实现连续、稳定、安全的下压或上拔钢护筒。

如图1、图2所示，在步骤（2）中，按下列顺序进行：①夹钢护筒：通过夹桩箱3将钢护筒夹牢。②压钢护筒：通过夹桩箱3向施以向下的压力，将其下压一个行程。③松钢护筒：操作夹桩箱3将钢护筒松开，提升夹桩箱3，重复上述步骤将此一根钢护筒压入预定的深度—设计标高。

钢护筒的底端优先采用图2、图5、图6所示的锥形活瓣桩尖8，锥形活瓣桩尖8与地面土体接触并插入土体后，在土体的反力作用下，其活瓣钢板始终保持闭合状态，受到周围土体挤压越挤越紧，闭合严密，锥形活瓣桩尖8属现有技术，这里不再详述。

本步骤中，当钢护筒长度较长时，可优先采用前述安装有辅助夹持机构1的抱压式静力压桩机，可连续、安全将钢护筒压入预定深度。

如图1、图2所示，在步骤（3）中，开启吊车吊臂，吊臂将装有形成载体需用量混凝土的料斗吊装钢护筒管上方，打开阀门，载体需用量混凝土自动落入钢护筒。载体需用量混凝土值是根据持力层土质及单桩承载力确定，所属技术领域技术人员均知晓、均能实现，这里不再详述。

如图1、图2所示，在步骤（4）中，操作夹桩箱3将钢护筒夹牢，开启提升系统，将钢护筒下端的锥形桩尖露出地面，在提升（上拔）过程中，如图7所示，由于混凝土重力作用，使得锥形活瓣桩尖8的活瓣钢板自动张开，于是，载体的混凝土自动落入由于钢护筒的提升而形成的空间内。

如图1、图2所示，在步骤（5）中，载体混凝土全部落入空腔内，落入速度很快，一般5秒—1分钟，必要时，可启用振动器加速混凝土落入。

此时，若将带锥形活瓣桩尖8的钢护筒下压，在空腔内或遇到未压实的混凝土，锥形活瓣桩尖8的活瓣钢板会发生闭合不严，混凝土会进入钢护筒内，影响下一步的下压效果。因此，要采用措施合拢锥形活瓣桩尖8，如采用合拢装置，合拢装置可采用钢质箍圈9，钢质箍圈9的圆周方向均匀固定连接有四个肋条10，如图6、8所示，钢质箍圈9合拢桩尖过程是：将钢质箍圈9平稳的放在桩孔上面，使钢质箍圈9的中心与桩孔中心重合，下放钢护筒，使锥形活瓣桩尖8进入钢质箍圈9内，随着钢护筒的下放，在钢质箍圈9的约束下锥形活瓣桩尖将被自动合拢。采用静力压桩机下压外管连同内管,使下压力及标高达到预定值，通过观测仪表及测量就可得知下压力、标高是否达到预定值，预定值指工程设计值。以压实载体混凝土形成扩大的载体，同时形成的混凝土载体也会挤密载体周围的土体。

如图6、7、8所示，灌注完混凝土上拔钢护筒时，由于活瓣桩尖为锥形，上大下小，在上拔的过程中，钢质箍圈9会自动脱落，留在载体混凝土之中。

除此之外，合拢锥形活瓣桩尖、自动解除其合拢还可采用其它的措施、装置，所属技术领域技术人员知晓，这里不再详述。

如图1、图2所示，自动解除对所述桩尖的合拢之后，在步骤（6）中，从下面两个并列的子步骤选择其一：（1）若形成钢筋混凝土桩：如图1步骤（6—a）所示，首先用吊车吊起钢筋笼，平稳的放入钢护筒内，经测量使钢筋笼达到标高，做好记录，如图2步骤（6—b）所示，然后用吊车吊臂吊起装有桩身混凝土的料斗放至钢护筒上口，打开料斗阀门，一定量的桩身混凝土自动落入钢护筒内，桩身混凝土的灌注量达到设计要求即可，灌注量的计算所属技术领域技术人员均可实现；（2）若形成复合地基中的增强体：直接注入桩身混凝土：用吊车吊臂吊起装有混凝土的料斗至钢护筒上口，打开料斗阀门，一定量的桩身混凝土自动落入钢护筒内，桩身混凝土的灌注量达到设计要求即可，灌注量的计算所属技术领域技术人员均可实现。

在步骤（6）桩身混凝土灌注完毕，开始步骤（7）按照下列分步骤进行：①夹钢护筒：操作夹桩箱3将钢护筒夹牢。②拔钢护筒：启动液压油缸施以向上的推力，将钢护筒拔出一个行程。③松钢护筒：操作夹桩箱3将钢护筒松开，下落夹桩箱3。在②拔钢护筒之前，先开启振动器，开启振动器的振动时间30秒左右，而后边上拔边振动，重复上述步骤，将钢护筒拔出至地面，即钢护筒的下端桩尖完全露出地面，成桩，移机，准备施工下一根桩。

本步骤中，当钢护筒长度较长时，可优先采用上述安装有钢护筒辅助夹持机构1的抱压式静力压桩机，可实现连续、安全上拔钢护筒。

如图3所示，通过本发明方法制成的一次投料载体灌注桩的结构示意图：其中4是灌注桩桩身，5是载体，6是挤密土体 ，7是影响土体。

在实际应用中，还有一些很少的特殊情形，比如地质土层较软，或设计单桩承载力较高时，在步骤（5）过程中，当步骤（5）过程中所述标高达到设计标高时，所述实际下压力却一直达不到预定压力值，此时返回步骤（3），将步骤（3）—（5）重复一次之后，以形成符合要求的载体，然后进行步骤（6）—（7），如图4所示就是通过该方法制成的二次投料载体灌注桩的结构示意图：其中4是灌注桩桩身，5是载体，6是挤密土体，7是影响土体。

如图9所示，在钢护筒的下端外壁圆周面上焊接有4个等间隔的凸起11，凸起11为铁块，各所述凸起9也可为非等间隔的，凸起11可为一行，也可以是多行，凸起11数量至少为两个，各凸起11的高度可不一样，可根据需要调整。采用这种方法可制做异型桩，虽简易，但提高桩的承载力的效果甚好。

下面给出按本发明方法在不同地质条件的施工试验实例（保密试验状态）：

案例一：

某工地一：原设计桩径为500mm的复合扩底灌注桩，其桩长设计为20米，单桩承载力特征值1800KN，以第9层砂为持力层。抗拔桩桩径500mm,桩长12m,抗拔力450KN。经过方案优化，采用本发明方法制成的静压沉管载体灌注桩，以第6层砂为持力层，桩径500mm，桩长15米，试桩单桩承载力特征值2100KN，设计使用1800KN，抗拔桩桩长、桩径不变，试桩抗拔力为1000KN,设计使用850KN,施工完毕，经有资质的检测单位检测，两种桩全部满足设计要求，承载力特征值较复合扩底灌注桩有较大提高。总计1854根桩，用一台山河智能装备股份有限公司的ZYJ1000F静力沉管灌注桩机施工，平均每1.5小时施工一根桩，施工工期110日历天。如果用传统的静压沉管复合扩底灌注桩工法施工，施工一根桩约3小时左右，功效将降低50%，工期约200天左右，工人工资也将超支一倍。

案例二：

某工地二：原设计桩径为400mm的预制管桩，桩长设计为18米，单桩承载力特征值1000KN，以第6层砂为持力层。经过方案优化，采用静压沉管载体灌注桩，以第6层砂为持力层，桩径600mm，桩长18米，试桩单桩承载力特征值3000KN，承载力特征值较原预制管桩有显著提高，是原预制管桩的三倍，设计使用为2800KN。基础结构由筏板结构改为承台结构，节约投资50%左右。±0.000以下基础部分施工工期与原预制管桩桩基础施工工期基本一致，如果采用传统的载体桩工法或静压沉管扩底桩工法施工，±0.000以下基础部分施工工期将会延长30%左右。

上述表达的图形、说明，仅为本发明的几种较佳实施例而已，并非是对本发明的保护范围进行限制，对本领域技术人员而言，在不脱离本发明精神和保护范围的前提下，本发明很有可能会有变化和改进，这些变化和改进都应落入要求保护的本发明权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法,包括步骤:（1）清理施工现场，测量放线，移动静力压桩机到工位；

其特征在于：还包括以下步骤：（2）采用静力压桩机对一根下端带有锥形活瓣桩尖的钢护筒压至设计标高；

（3）向钢护筒内一次投入载体需用量的混凝土，载体混凝土的数量根据持力层土质及单桩承载力确定；

（4）采用静力压桩机将钢护筒上拔直至其下端的桩尖露出地面，投入的载体混凝土自动充填至因该钢护筒上拔而形成的空间内；

（5）合拢钢护筒下端的锥形活瓣桩尖，采用静力压桩机下压钢护筒,使下压力及标高达到预定的数值，以压实载体混凝土形成扩大的载体；

（6）自动解除对所述桩尖的合拢，向钢护筒内灌注桩身混凝土或者先安放钢筋笼至钢护筒内，然后向钢护筒内灌注桩身混凝土；

（7）采用静力压桩机边振动钢护筒边将钢护筒拔出至地面，完成一根桩的制作。

2.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法, 其特征在于：在步骤（5）的过程中，当所述标高达到设计标高时，所述下压力却达不到预定压力值，此时返回步骤（3），将步骤（3）—（5）重复一次之后，再进行步骤（5）之后各步骤。

3.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法, 其特征在于：通过在所述钢护筒下端外壁上连接至少两个间隔距离的凸起的方法，以形成异型桩。

4.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法, 其特征在于：本方法中所使用静力压桩机为抱压式静力压桩机。

5.根据权利要求4所述的一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法, 其特征在于：本方法采用的抱压式静力压桩机设有辅助架，辅助架上设有钢护筒辅助夹持机构，以配合其下部的主夹持机构，以实现对钢护筒连续、安全、稳定的下压或上拔。