CN105908744A - 孔压反力施工方法及其施工装置与清土装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程与地下工程领域中的孔压反力施工方法及施工装置与清土装置，该孔压反力施工方法主要是在施工过程中制作流体储存腔(9)，通过向流体储存腔(9)内注入气体或液体，增加流体储存腔(9)内气体或液体的压强，用利用流体储存腔(9)内流体压强进行止水、封堵孔隙或作为拔桩力的一部分进行施工，可方便、快速、低造价地达到止水、封堵孔隙、解决拔桩带土难题、提供拔桩反力、提高成桩质量等目的，设备小，造价低，施工质量好，环境效益显著。

Description

孔压反力施工方法及其施工装置与清土装置

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中的基坑、桩基、降水、桩基测试与地下工程中的加固与隔水挡土工程领域。

背景技术

钢管桩的拔出是岩土工程领域的基坑与桩基工程领域中的关键技术之一，钢管桩的拔出施工可实现钢管桩的回收再利用，对节约工程成本、减少建筑材料的消耗具备十分重要的工程价值。目前常用的钢管桩拔出方法主要包括静力拔桩法与振动拔桩法，该两种方法拔桩成本高且伴随拔桩带土，对周边环境有一定的影响。另外，目前的钢管桩的竖向抗拔承载力试验主要采用静载荷试验方法或平衡法进行拔桩，试验成本高。对于大型钢管桩及海洋工程中使用的钢管桩，试验成本更是十分昂贵。对于利用钢管桩护壁的工程桩施工往往在钢管桩拔出时伴随有缩径、断桩等问题，且桩土间的相互作用力较低，单桩承载力较低，未能充分挖掘地基土潜力，对于其它形式的灌注桩也存在上述问题。目前，降水管井的施工通常先钻孔，向钻孔内放置降水井管，在井管外侧回填中粗砂、碎石、粘土等管井滤料，然后通过繁琐的洗井工艺清出管井滤料中的泥浆。该施工工艺效率低、速度慢、成本高，且往往需要排放泥浆，对周边环境有一定污染。在地下工程特别是深层地下空间建造与加固领域中，由于地下水压力大，在地下空间建造及加固过程中，阻隔地下水流动，避免流砂、涌上等地质灾害的难度大，目前尚缺乏快速有效的技术措施。在降水工程领域中，目前常用的真空管井降水一般采用封堵井口或用粘土封堵管井的方法在降水井管内形成密闭空间，现有方法施工速度慢，造价高，密封性不好。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供第一种孔压反力施工方法，该孔压反力施工方法能充分调动桩内土体在拔桩过程中提供反力作用，且可解决拔桩带土问题，对周边环境影响小，所用机械小，拔桩成本低，主要适用于管桩拔出工程领域。

该第一种孔压反力施工方法包括以下步骤：

a)定位待拔钢管桩，并完成钢管桩上的密封桩塞的安装；

b)利用钢管桩的侧壁、密封桩塞、钢管桩内或钢管桩底部的土体，在钢管桩内形成流体储存腔；

c)向流体储存腔内注入气体、液体中的一种或两种组合；

d)通过向流体储存腔内持续注入气体或液体，增加流体储存腔内气体或液体的压强；

e)使钢管桩内土体的孔隙水压力或孔隙气压力增加；

f)利用注入流体储存腔内的气体或液体，将钢管桩内土体的孔隙水压力或孔隙气压力传递至位于钢管桩上的密封桩塞或钢管桩上；

g)利用作用于密封桩塞或钢管桩上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行钢管桩拔出施工。

在上述的孔压反力施工方法中，在上述的步骤g)中，可在钢管桩顶部安装振动锤，通过振动锤的振动减小拔桩阻力。

在上述的孔压反力施工方法中，在上述的步骤g)中，可在钢管桩上施加上拔作用力协助拔桩施工。

在上述的孔压反力施工方法中，在上述的步骤g)中，可在拔桩的同时，利用钢管桩外围地基土提供反力协助拔桩施工，同时减小钢管桩外侧拔桩带土。

在上述的孔压反力施工方法中，在上述的步骤f)中，可将流体储存腔内的气体或液体的压强提高至可在钢管桩侧壁与土体之间形成薄层气膜或水膜，减小钢管桩的拔桩力及拔桩带土影响。

本发明的第二个目的在于提供第二种孔压反力施工方法，该施工方法可以测量钢管桩的极限抗拔承载力，较传统的抗拔桩承载力试验方法，试验成本得到大幅度降低，主要适用于桩基测试工程领域。

该第二种孔压反力施工方法包括以下步骤：

a)定位待拔钢管桩，并完成钢管桩上的密封桩塞的安装；

b)利用钢管桩的侧壁、密封桩塞、钢管桩内或钢管桩底部的土体，在钢管桩内形成流体储存腔；

c)向流体储存腔内注入气体、液体中的一种或两种组合；

d)通过向流体储存腔内持续注入气体或液体，增加流体储存腔内气体或液体的压强；

e)使钢管桩内或钢管桩底部的土体的孔隙水压力或孔隙气压力增加；

f)利用注入流体储存腔内的气体或液体，将钢管桩内或钢管桩底部的土体的孔隙水压力或孔隙气压力传递至位于钢管桩上的密封桩塞或钢管桩上；

g)利用作用于密封桩塞或钢管桩上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行拔桩，同时测量流体储存腔内的气体或液体的压强，并测量钢管桩的上拔位移量；

h)重复步骤g)，直至钢管桩达到上拔破坏；

i)记录整理步骤g)中记录的数据，根据压强换算拔桩力；

j)根据拔桩力与钢管桩上拔位移量的关系，计算单桩抗拔极限承载力。

在上述的第二种孔压反力施工方法中，在上述步骤j)中，可结合抗拔桩极限平衡方程，根据拔桩过程中的气体或液体压强计算钢管桩在拔桩过程中的径向变形，对单桩极限抗拔承载力进行修正。

在上述的第二种孔压反力施工方法中，在上述步骤j)中，可依据总的拔桩力减去钢管桩内侧摩阻力计算单桩抗拔极限承载力。

在上述的第二种孔压反力施工方法中，在上述步骤j)中，在计算钢管桩内侧土体摩阻力时，可忽略钢管桩内土体孔隙水压力或孔隙气压力的增加对侧摩阻力的影响。

本发明的第三个目的在于提供第二种孔压反力施工方法所用的施工装置，该施工装置可顺利实施第二种孔压反力施工方法，且可测量单桩抗拔极限承载力，成本低，速度快，主要适用于桩基测试工程领域。

该施工装置包括密封桩塞、钢管桩、钢管桩内或钢管桩底部的土体、流体储存腔、流体输送管道、流体注入器、压强测量仪、桩顶位移测量仪八部分，其中密封桩塞为与钢管桩牢固连接且可封堵钢管桩内空腔的结构，钢管桩为位于岩土体中的中空管状结构，流体储存腔为由密封桩塞、钢管桩的侧壁、钢管桩内或钢管桩底部的土体围合而成的空间，流体输送管道为将气体或液体注入流体储存腔的管状结构，流体注入器为将流体加压后通过流体输送管道注入流体储存腔的器具，桩顶位移测量仪为测量在拔桩过程中钢管桩桩顶位移变化的仪器，压强测量仪为测量流体储存腔内流体压强的仪器。

本发明的第四个目的在于提供第三种孔压反力施工方法，该孔压反力施工方法能充分调动钢管内未凝固的混凝土、降水管井材料或钢管桩内充填料在拔桩过程中提供反力作用，可避免拔桩时未凝固的混凝土或钢管桩内充填料或降水管井材料出现缩径、断桩问题，而且可在拔桩过程中通过对未凝固的混凝土或钢管桩内充填料的挤压大幅度提高钢管桩拔出后钢管桩内混凝土桩或其他材料桩的端阻力、侧阻力及桩身材料密实度，所用机械小，成本低，施工完成后可形成钢管护壁灌注挤压桩。如钢管桩充填降水管井材料，则施工完成后可形成无需洗井的高质量钢管护壁降水管井。主要适用于桩基与降水工程领域。

该第三种孔压反力施工方法包括以下步骤：

a)定位待施工的桩位；

b)在待施工的桩位处插入钢管桩，清出钢管桩内的土体，并向钢管桩内放置钢管桩内充填料，钢管桩内充填料为桩身材料、降水管井材料、土体中的一种或几种组合；

c)完成钢管桩上的密封桩塞的安装；

d)利用钢管桩的侧壁、密封桩塞、钢管桩内充填料，在钢管桩内形成流体储存腔；

e)向流体储存腔内注入气体、液体中的一种或两种组合；

f)通过向流体储存腔内持续注入气体或液体，增加流体储存腔内气体或液体的压强；

g)利用作用于钢管桩或密封桩塞上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行钢管桩拔出施工。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在钢管桩插入施工完成后，利用钻孔的方法中的一种或几种组合将钢管桩内的土体清出。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在钢管桩插入施工时或施工前或施工后，在钢管桩的内侧放置外径略小于钢管桩内径的取土管，在施工完成后，将取土管连同进入其内的土体一同取出，完成钢管内土体的清出。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，上述的降水管井材料包括降水井管、安装于降水井管上的滤网、位于降水井管与钢管桩侧壁之间的降水井填充料三部分。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在钢管桩插入施工时，将钢管桩底部安装桩尖，在钢管桩插入施工过程中阻止土体进入钢管桩。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在钢管桩内置入钢筋笼并灌注混凝土，也可以向钢管桩内灌注CFG桩、碎石桩或其他桩身材料。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在钢管桩内或钢管桩外侧安装混凝土泵管，在钢管桩插入施工完成后，通过混凝土泵管将桩身混凝土材料泵送至钢管桩底部并通过挤压清出钢管桩内的土体。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可通过振动钢管桩以减小钢管桩内的土体清出阻力。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在混凝土灌注后，将钢筋笼以振动的方式插入混凝土中。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述的步骤b)中，可在混凝土泵管的下端安装单向阀。

在上述的第三种孔压反力施工方法中，在上述步骤d)中，可在上述的钢管桩的侧壁、钢管桩内的桩身材料或土体围成的空间内放置可伸缩的囊状结构作为流体储存腔。

本发明的第五个目的在于提供一种孔压反力施工方法所用的施工装置，该施工装置可快速顺利实施第一种与第三种孔压反力施工方法，且可解决拔桩带土问题，对周边环境影响小，所用机械小，拔桩成本低。当用于第三种孔压反力施工方法时，在钢管桩拔出过程中，可确保钢管桩内灌注的桩身材料不出现断桩、缩径等问题，并通过挤压提高桩身材料与土体间的相互作用力，可在钢管桩拔出后形成高承载力的钢管护壁灌注挤压桩，主要适用于管桩拔出与桩基工程领域。

该拔桩装置包括密封桩塞、钢管桩、钢管桩内充填料、流体储存腔、流体输送管道、流体注入器六部分，其中，密封桩塞为与钢管桩牢固连接且可封堵钢管桩内空腔的结构，钢管桩为位于岩土体中的中空的管状结构，流体储存腔为由密封桩塞、钢管桩的侧壁、钢管桩内充填料围合而成的空间或放置于钢管桩内可伸缩的囊状结构，流体输送管道为将气体或液体注入流体储存腔的管状结构，流体注入器为将流体加压后通过流体输送管道注入流体储存腔的器具，钢管桩内充填料是桩身材料、土体、降水管井材料中的一种或几种组合。

在上述的施工装置中，上述的流体注入器可以是空气压缩机、水泵、油泵中的一种或几种组合。

在上述的施工装置中，可增加能够提供上拔力的机械设备辅助拔桩。

在上述的施工装置中，可在钢管桩上安装振动锤，以减小拔桩阻力。

在上述的施工装置中，上述的密封桩塞由挡板、盖板、软垫三部分组成。

在上述的施工装置中，可在钢管桩的侧壁开孔安装用于提高密封桩塞承载能力的加强栓。

在上述的施工装置中，可在挡板与盖板之间用连接螺栓连接。

在上述的施工装置中，可在钢管桩外侧或内侧安装底部有或没有单向阀的混凝土泵管。

在上述的施工装置中，钢管桩可以是由内管与外管组成的双筒钢管桩。

本发明的第六个目的在于提供第三种孔压反力施工方法所用的清土装置，该清土装置施工速度快，成本低。

该清土装置包括钢管桩、混凝土泵管、混凝土泵三部分，其中，钢管桩为沉入土体中的中空管状结构，混凝土泵管为将未凝固的混凝土或砂浆等桩身材料输送至钢管桩底部的管状结构，混凝土泵为将未凝固的混凝土或砂浆等桩身材料加压使其流动进入混凝土泵管的装置，混凝土泵管与钢管桩连接，混凝土泵与混凝土泵管连接。主要适用于桩基工程领域。

在上述的清土装置中，上述的钢管桩可以是包含内管与外管的双套管结构。

在上述的清土装置中，可在上述的钢管桩上安装振动锤。

在上述的清土装置中，可在混凝土泵管的底部安装可阻止土体进入的单向阀。

在上述的清土装置中，可在混凝土泵管内安装管状止土塞或袋状止土塞。

本发明的第七个目的是提供第四种孔压反力施工方法，该第四种孔压反力施工方法可以利用流体压力平衡土体中的水压力，可避免施工过程中地下水导致的灾害，施工工艺简单、快速，造价低。主要适用于地下工程中的挡土隔水与加固、改扩建等工程领域

该第四种孔压反力施工方法包括以下步骤：

a)建造地下工程施工所需的操作面；

b)定位待施工的位于岩土中的施工构件；

c)在操作面上，在施工构件位置的外围安装密封袋；

d)利用施工构件的侧壁、密封袋，在施工构件外围形成流体储存腔；

e)向流体储存腔内注入气体、液体中的一种或两种组合，增加流体储存腔内气体或液体的压强，并在操作面上开孔，利用流体储存腔隔水；

f)将施工构件置入土体，并利用密封袋将施工构件进行转换、分段、加长或施工完成后的操作面孔口密封；

g)重复步骤b)至步骤f)，完成施工。

在上述的第四种孔压反力施工方法中，上述的施工构件可以是在岩土中施工的器具或结构中的一种或两种组合。

在上述的第四种孔压反力施工方法中，上述的施工构件可以是在岩土体中施工的桩、墙、管棚、锚杆、挡土止水结构或连续桩或墙中的一种或几种组合。

在上述的第四种孔压反力施工方法中，上述的密封袋为柔性的具备一定强度的一个或多个袋状或管状结构。

本发明的第八个目的是提供第四种孔压反力施工方法所用的施工装置，该施工装置可顺利实现上述的第四种孔压反力施工方法，构造简单、造价低、速度快。

该施工装置包括施工构件、密封袋、操作面、流体储存腔与密封连接五部分，其中的施工构件为在岩土中施工的器具或结构中的一种或两种组合，密封袋为位于施工构件外围且与施工构件及操作面紧密连接的柔性袋状结构，操作面为位于地下水位以下可挡土止水的结构面，流体储存腔是由施工构件与密封袋围合而成的空间，密封连接为将密封袋与施工构件、密封袋与操作面之间紧密连接的装置。

本发明的第九个目的在于提供第五种孔压反力施工方法，该第五种孔压反力施工方法可以利用流体储存腔密封孔洞或缝隙，可在降水管井内快速形成密闭空间，大大提高了真空管井降水的效果，施工速度快，造价低。主要适用于降水工程领域。

该第五种孔压反力施工方法包括以下步骤：

a)在岩土体中施工降水管井；

b)将密封袋与抽气管、抽水管中的一种或两种组合置入降水管井内，并用密封袋将抽气管与抽水管中的一种或两种组合包裹；

c)向密封袋内充入液体或气体，用密封袋将抽气管与抽水管中的一种或两种组合与降水管井井壁间的孔隙封堵；

d)抽出降水管井内的空气，降低降水管井密封段的气压，进行真空降水。

本发明的第十个目的在于提供第五种孔压反力施工方法所用的施工装置，该施工装置可顺利实现本发明的第五种孔压反力施工方法，构造简单，施工速度快，造价低，主要适用于降水工程领域。

该施工装置包括降水管井、抽水管与抽气管中的一种或两种组合、密封袋三部分，其中的降水管井为施工于岩土体中的降水井，抽气管为插入降水管井内能抽出降水管井内空气的管状结构，抽水管为能抽出降水管井内水的管状结构，密封袋为通过充装气体或液体将抽水管与抽气管中的一种或两种组合与降水管井之间的孔隙封堵的袋状结构。

本发明的孔压反力施工方法及其施工装置，能充分调动钢管桩内流体压力作用提供拔桩反力或用于平衡地下水压力、封堵孔隙，施工设备小，造价低，可解决拔桩带土对周边环境影响的难题；对于第三种孔压反力施工方法，可在拔桩后完成钢管护壁灌注挤压桩施工，当钢管桩内填充的是降水管井材料时，可在拔桩后完成无需清洗且质量可靠的钢管护壁降水管井，工程质量可靠，施工速度快，造价低；对于第四种孔压反力施工方法，可用流体储存腔内的液体压力平衡土体中的水压力，可避免流土、渗水、流砂等灾害的发生，特别适合于地下空间的建造、加固与改扩建，以快速简便的方法解决了深层地下空间建造与改扩建中地下水处理难题，本发明的第五种孔压反力施工方法与施工装置大幅度降低了真空管井的造价，提高了施工效率与质量。

附图说明

图1为本发明的第一个实施例、第二个实施例及第三个实施例所用的孔压反力施工方法所用的拔桩装置剖面构造示意图；

图2为本发明的第一个实施例、第二个实施例及第三个实施例所用的孔压反力施工方法所用钢管桩横截面示意图；

图3为本发明的第一个实施例、第二个实施例及第三个实施例所用的一种密封桩塞结构构造示意图。

图4为本发明的第三个实施例所用的内外双管钢管桩插入土体状态剖面示意图；

图5为本发明的第三个实施例所用的取土管取土状态剖面示意图；

图6为本发明的第三个实施例所用的钢筋笼放置状态剖面示意图；

图7为本发明的第三个实施例所用的混凝土灌注状态剖面示意图；

图8为本发明的第三个实施例所用的孔压反力钢管桩拔桩状态剖面示意图；

图9为本发明的第三个实施例所用的钢管桩拔出后形成的钢管护壁灌注挤压桩剖面示意图；

图10为本发明的第三个实施例所用的利用可伸缩的囊状结构作为流体储存腔时孔压反力钢管桩拔桩状态剖面示意图；

图11为本发明的第四个实施例所用的中心泵管混凝土压灌去土法钢管桩插入状态剖面示意图；

图12为本发明的第四个实施例所用的中心泵管混凝土压灌去土法混凝土压灌去土状态剖面示意图；

图13为本发明的第四个实施例所用的内侧泵管混凝土压灌去土法钢管桩插入状态剖面示意图；

图14为本发明的第四个实施例所用的内侧泵管混凝土压灌去土法混凝土压灌去土状态剖面示意图；

图15为本发明的第四个实施例所用的混凝土压灌去土法土体去除且混凝土灌注完成状态剖面示意图；

图16为本发明的第四个实施例所用的混凝土压灌去土法钢筋笼插入状态剖面示意图；

图17为本发明的第四个实施例所用的混凝土压灌去土法钢管桩拔桩状态剖面示意图；

图18为本发明的第四个实施例所用的混凝土压灌去土法钢管桩拔出后形成的钢管护壁灌注挤压桩剖面示意图；

图19为本发明的第四个实施例所用的外侧泵管混凝土压灌去土法钢管桩插入状态剖面示意图；

图20为本发明的第四个实施例所用的外侧泵管混凝土压灌去土法混凝土压灌去土状态剖面示意图；

图21为本发明的第四个实施例所用的外侧泵管混凝土压灌去土法所用钢管桩及混凝土泵管横截面构造示意图；

图22为本发明的第四个实施例所用的外侧泵管混凝土压灌去土法所用钢管桩底部的钢管桩及混凝土泵管在混凝土灌注口位置横截面示意图；

图23为本发明的第四个实施例所用的中心泵管混凝土压灌去土法所用钢管桩及混凝土泵管横截面构造示意图；

图24为本发明的第四个实施例所用的中心泵管混凝土压灌去土法所用双套管钢管桩及混凝土泵管横截面构造示意图；

图25为本发明的第五个实施例所用的挤土沉管灌注法钢管桩插入状态剖面示意图；

图26为本发明的第五个实施例所用的挤土沉管灌注法钢筋笼放置状态剖面示意图；

图27为本发明的第五个实施例所用的挤土沉管灌注法混凝土灌注状态剖面示意图；

图28为本发明的第五个实施例所用的挤土沉管灌注法钢管桩拔桩状态剖面示意图；

图29为本发明的第五个实施例所用的挤土沉管灌注法钢管桩拔出后形成的钢管护壁灌注挤压桩剖面示意图；

图30为本发明的第六个实施例所用的矩形截面钢管护壁灌注挤压桩横截面示意图；

图31为本发明的第六个实施例所用的三角形截面钢管护壁灌注挤压桩横截面示意图；

图32为本发明的第六个实施例所用的工字形截面钢管护壁灌注挤压桩横截面示意图；

图33为本发明的第六个实施例所用的环形截面钢管护壁灌注挤压桩横截面示意图；

图34为本发明的第七个实施例所用的降水井管安装状态剖面示意图；

图35为本发明的第七个实施例所用的降水井填充料施工完成状态剖面示意图；

图36为本发明的第七个实施例所用的孔压反力钢管桩拔桩状态剖面示意图；

图37为本发明的第七个实施例所用的拔桩完成后形成的钢管护壁降水管井剖面示意图。

图38为本发明的第八个实施例所用的第三步与第四步工况示意图；

图39为本发明的第八个实施例所用的第五步工况示意图；

图40为本发明的第八个实施例所用的第六步工况中将施工构件置入土体状态示意图；

图41为本发明的第八个实施例所用的第六步工况中将施工构件分段加长前将密封袋分段密封状态示意图；

图42为本发明的第八个实施例所用的第六步工况中将施工构件分段加长前将后段密封袋打开并保持前段密封袋密封状态示意图；

图43为本发明的第八个实施例所用的第六步工况中将施工构件分段加长连接状态示意图；

图44为本发明的第八个实施例所用的第六步工况中将施工构件分段加长连接完成状态示意图；

图45为本发明的第九个实施例所用的一种深层地下空间建造过程中挡土止水帷幕剖面示意图；

图46为本发明的第九个实施例所用的一种深层地下空间建造完成后剖面示意图；

图47为本发明的第十个实施例所用的一种真空降水管井构造示意图；

图48为本发明的第十个实施例所用的一种真空降水管井运行状态示意图。

具体实施方式

作为本发明的如图1与图2所示的一个实施例，主要目的在于介绍第一种孔压反力施工方法及其所用的拔桩装置的工作原理与实施方法。首先，结合图1与图2介绍本发明的孔压反力拔桩装置的结构构造与工作原理。该拔桩装置将钢管桩(1)作为拔桩装置的重要组成部分之一。在钢管桩(1)插入土体的过程中，会有部分土体进入钢管桩(1)内，形成如图1所示的钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)，如在拔桩前，钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)较少，可先回填补充足够，再行拔桩。钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)也可以是可流动的泥浆。可在钢管桩(1)的顶部设置密封桩塞(3)，密封桩塞(3)可以是焊接或通过螺栓连接于钢管桩(1)顶部的钢板，还可以在钢板上焊接加劲板以提高密封桩塞(3)的承载能力。密封桩塞(3)还可以这样制作：先在钢管桩(1)内侧一周牢固连接(如焊接)一定宽度的钢板作为挡板(4)，将略小于钢管桩(1)截面的盖板(5)放置于挡板(4)下方或上方，使盖板(5)与挡板(4)紧密连接，还可在盖板(5)与挡板(4)之间安装软垫(6)以提高盖板(5)与挡板(4)接缝处的密封能力，可采用橡胶垫、塑料垫等材料作为软垫(6)，由挡板(4)、软垫(6)与盖板(5)共同组成密封桩塞(3)，为了提高挡板(4)与盖板(5)的连接强度，可在挡板(4)盖板(5)之间设置连接螺栓(7)，通过连接螺栓(7)将挡板(4)与盖板(5)牢固连接，拔桩完成后，可通过连接螺栓(7)将盖板(5)与挡板(4)分离。其中的软垫(6)与盖板(5)、连接螺栓(7)可以重复使用。还可以通过在钢管桩(1)的侧壁上穿孔，在密封桩塞(3)上方设置穿越穿孔的加强栓(8)或在钢管桩(1)的侧壁焊接加劲板提高密封桩塞(3)与钢管桩(1)之间的连接强度。由钢管桩(1)、钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)、密封桩塞(3)共同围合形成的空间即为流体储存腔(9)。可在密封桩塞(3)或钢管桩(1)的侧壁上开孔安装流体输送管道(12)，流体输送管道(12)可以是与空气压缩机连接的通气管，也可以是与水泵或油泵连接的水管或油管，流体输送管道(12)需要有一定的承受压应力能力，一般情况下达到0.5～10MPa的承压能力即可。流体注入器(11)为将流体加压后通过流体输送管道(12)注入流体储存腔(9)的器具。流体注入器(11)可以是空气压缩机、水泵、油泵中的一种或几种组合，当拔桩力较大时，可采用高压水泵或高压油泵作为流体注入器(11)。本实施例的以下部分，结合图1与图2，介绍孔压反力施工方法及上述拔桩装置的工作原理。该孔压反力施工方法可以按照以下步骤完成：第一步，定位待拔钢管桩(1)，找到待拔的钢管桩(1)，检查钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)充填情况，若土体较少，可适量回填土体，检查钢管桩(1)上密封桩塞(3)的情况，若没有密封桩塞(3)需重新安装，则可根据本实施例的前部分的方法安装密封桩塞(3)。若在此之前，钢管桩(1)插入施工时，已部分完成密封桩塞(3)的安装施工，则进行密封桩塞(3)剩余部分的安装施工。若在此之前，密封桩塞(3)已施工完成，则可直接利用即可。完成第一步，进入第二步。在第二步骤中，利用钢管桩(1)的侧壁、密封桩塞(3)、钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)，在钢管桩(1)内形成流体储存腔(9)。可以在钢管桩(1)的侧壁或密封桩塞(3)上开孔安装流体输送管道(12)。完成第二步，进入第三步。在第三步中，通过流体输送管道(12)向流体储存腔(9)内注入气体、液体中的一种或两种组合，其中的气体可以是通过空气压缩机注入的空气，也可以是通过水泵注入的水，还可以是通过泥浆泵注入的泥浆等，还可以是通过油泵注入的油类流体。完成第三步，进入第四步。在本步骤中，通过向流体储存腔(9)内持续注入气体或液体，增加流体储存腔(9)内气体或液体的压强。在本步骤中，在流体储存腔(9)内注入的气体或液体充满后，随着气体或液体注入量的增加，流体储存腔(9)内气体或液体压强将快速增加。完成第四步，进入第五步。在本步骤中，随着流体储存腔(9)内气体或液体的注入，钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)的孔隙水压力或孔隙气压力将增加，因时间相对较短，加之气体或液体的持续注入，钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)增加的孔隙水压力或孔隙气压力可以积聚。完成第五步，进入第六步。在本步骤中，将流体储存腔(9)内的液体或气体注满，则可利用注入流体储存腔(9)内的气体或液体作为传力介质，将钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)孔隙水压力或孔隙气压力传递至位于钢管桩(1)上部的密封桩塞(3)。当钢管桩(1)的上部是弯曲的或密封桩塞(3)安装于钢管桩(1)的侧壁时，则孔隙水压力或孔隙气压力可传递至钢管(1)的侧壁或顶部产生拔桩力。完成第六步，进入第七步。在本步骤中，因密封桩塞(3)有一定面积，与作用于密封桩塞(3)上的压强的乘积即为作用于密封桩塞(3)上的力。该力的方向与钢管桩(1)的拔出方向为同一方向，故可利用作用于密封桩塞(3)上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行钢管桩(1)拔出施工。钢管桩(1)直径越大，孔压反力越大。如钢管桩(1)上部是弯曲的结构，流体储存腔(9)内的流体压力可传递至钢管桩(1)并产生垂直向上的拔桩力。在本步骤中，可在钢管桩(1)顶部安装振动锤(14)，通过振动锤(14)的振动减小拔桩阻力。在安装振动锤(14)的情况下，采用气体加压较为合适。因气体的可压缩性较好，振动锤(14)振动的能量能较高效率地用于拔桩。在本步骤中，也可在钢管桩(1)上施加上拔作用力协助拔桩施工，如布设吊车(13)，一方面可在拔桩过程中提供部分拔桩力，另一方面在钢管桩(1)拔出后保持钢管桩(1)的稳定性并可将钢管桩(1)及时妥善放置或外运。在本步骤中，可在拔桩的同时，利用钢管桩(1)外围地面提供反力协助拔桩施工，同时减小钢管桩(1)外侧拔桩带土。在本发明中，采用钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)孔隙水压力或孔隙气压力所产生的反力作为拔桩力的最大优点是，在拔桩过程中，钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)与钢管桩(1)侧壁的摩擦力基本不增加，虽然钢管桩(1)的侧壁的压应力增加，但主要是水压力或气压力等流体压力，因流体的抗剪强度为零，故积聚的流体压力不会增加钢管桩内土体(2)与钢管桩(1)侧壁的摩阻力。另外，在钢管桩(1)的侧壁与土体接触面为土体强度薄弱环节，在流体储存腔(9)内气压或液体压力达到一定程度后，会有部分气体或液体沿着钢管桩(1)的侧壁溢出，在这一情况下，土体与钢管桩(1)的侧壁之间将存在水膜或气垫层，可以达到润滑剂的效果，同时可形成流体压应力平衡桩周土压力，使得钢管桩(1)与土体的摩擦力大幅度降低，减小拔桩难度，且可大幅度减小钢管桩拔桩带土对周边环境的影响。另一方面，由于在拔桩过程中，在钢管桩(1)内存在流体压力，钢管桩(1)在拔桩过程中出现径向扩张，使得钢管桩内土体(2)对钢管桩(1)的摩阻力降低。在本实施例中所述的钢管桩(1)是具有封闭横截面且可以形成流体储存腔(9)的结构，包括钢管桩、钢管桩连续墙中包含钢管桩连接的结构，及其他在钢管桩(1)上安装附属构件的结构。

作为本发明的第二个实施例，主要目的在于结合图1～图3，介绍第二种孔压反力施工方法及其所用的拔桩装置的工作原理与实施方法。本实施例与第一个实施例很相似，不同点在于增加了在拔桩过程中测量流体储存腔(9)内的流体压强(即气体或液体压强)与钢管桩(1)桩顶位移的内容及利用这些数据计算单桩抗拔极限承载力的方法。根据流体压强的特征，可通过测量流体输送管道(12)内流体压强推算流体储存腔(9)内的流体压强，即可在流体输送管道(12)上安装压强测量仪(15)测算流体储存腔(9)内的压强。也可以直接测量流体储存腔(9)内的流体压强。钢管桩(1)的桩顶位移可用百分表、位移传感器或水准仪等桩顶位移测量仪(16)测量。可根据现行相关桩基的规范要求确定加荷分级与时间进行单桩抗拔承载力试验，再按现行规范方法，根据拔桩过程中的拔桩力、桩顶位移与时间的相关关系，确定极限拔桩力。根据本方法拔桩过程中钢管桩(1)的内外侧摩阻力的比例，扣除钢管桩(1)内侧土摩阻力，计算钢管桩(1)外侧摩阻力，即为单桩抗拔极限承载力。还可以利用抗拔桩极限平衡方程计算分析桩长、桩径、壁厚等因素对单桩抗拔极限承载力的影响，并予以修正。

作为本发明的第三个实施例，主要目的在于结合图4～图10，介绍第三种孔压反力施工方法及其所用的拔桩装置的工作原理与第一种实施方法。本实施例与第一个实施例很相似，与第一个实施例的区别主要在于步骤b)，第三个实施例在拔桩之前将钢管桩内土体清出并置换成为桩身材料。桩材料可以是钢筋混凝土，也可以是CFG桩材料，还可以是碎石或其他的材料，在施工完成后可形成钢管护壁灌注挤压桩(Pile Pressed by Steel PipePile，简称PSP桩)。可采用多种方法实现钢管桩内土体(2)置换。比如，钢管插入土体后即为钢管桩(1)，可在钢管桩(1)内冲孔、钻孔(如采用长螺旋钻、水冲钻、旋挖钻等工艺)将钢管桩内土体(2)清出。可先钻孔，再沉入钢管桩(1)，例如采用种桩工艺；也可以边钻孔边沉入钢管桩(1)，例如钢管护壁钻孔灌注桩工艺；还可以在钢管桩(1)沉入土体后，再清出钢管桩(1)内的土体。本实施例以下部分重点介绍内外双管取土灌注施工方法。如图4所示，可以在钢管桩(1)插入土体前，在钢管桩(1)内安装一外径略小于钢管桩(1)内径的取土管(17)，使取土管(17)与钢管桩(1)同步插入土体。这样，插入施工完成后，钢管桩内土体(2)直接进入取土管(17)内。然后将取土管(17)连同钢管桩内土体(2)拔出，即清出了钢管桩内土体(2)，如图5所示。也可以在钢管桩(1)插入土体后，再将取土管(17)插入钢管桩(1)内一定深度，然后将取土管(17)连同进入其内的土体一同拔出，这样的操作可一次完成，也可以根据地层条件及取土深度分批次完成取土。还可以先用取土管(17)取土，再插入钢管桩(1)，或者边用取土管(17)取土，边逐步插入钢管桩(1)。当钢管桩内土体(2)清出后，可在钢管桩(1)内放置钢筋笼(18)，如图6所示。然后向钢管桩(1)内灌注混凝土(19)，如图7所示。因在混凝土灌注前，钢管桩(1)内无固体障碍物，故可直接将混凝土(19)用混凝泵泵送至钢管桩(1)内。然后，用密封桩塞(3)将钢管桩(1)封闭，形成由密封桩塞(3)、钢管桩(1)侧壁、混凝土(19)围合而成的流体储存腔(9)，采用如本发明第一个实施例相似的方法进行拔桩，如图8所示。流体储存腔(9)还可以是放置于钢管桩(1)侧壁、混凝土(19)围合而成的空间内的可伸缩的囊状结构(29)，如图10所示。图10所示的囊状结构(29)为折叠收起后放置于钢管桩(1)内的袋状结构，囊状结构(29)的上部可设置反力板(30)，反力板(30)可为10～40mm厚的钢板，并在钢管桩(1)上设置阻挡板(31)，阻挡板(31)可为环状结构，可直接焊接在钢管桩(1)上，可通过设置加劲板(32)提高阻挡板(31)与钢管桩(1)之间的连接强度。反力板(30)设置于阻挡板(31)的下部，在囊状结构(29)充气或充水后，可将压力通过反力板(30)传递至阻挡板(31)及钢管桩(1)上，形成拔桩力。考虑到密封桩塞(3)在钢管桩(1)拔出施工过程中需要承担较大压力，可在钢管桩(1)的外侧焊接筒状螺帽(21)，利用螺栓(20)将密封桩塞(3)与钢管桩(1)牢固连接，如图8所示。采用如本发明的第一个实施例所述的孔压反力拔桩施工方法将钢管桩(1)拔出后，可在土体中形成如图9所示的钢管护壁灌注挤压桩(22)。因在钢管桩(1)拔出过程中，未凝固混凝土(19)在钢管桩(1)拔出过程中承受较大的压力，因而不会出现断桩、缩径等问题，而且在拔桩全过程中，通过挤压未凝固的混凝土(19)，可在底部与侧壁形成可控制的扩径，如图9所示。混凝土(19)中的水泥浆在压力作用下会较匀称地全表面地注入周边土体中，因而可大幅度提高单桩承载力。沉桩速度快，质量可靠，无泥浆污染，且不挤土，环保效益突出。在本实施例中，可用砂浆、碎石或CFG桩材料等代替混凝土(19)完成上述施工，并在钢管桩拔出施工完成后形成不同桩身材料的钢管护壁挤压桩。

作为本发明的第四个实施例，主要目的在于结合图11～图24，介绍第三种孔压反力施工方法及其所用的拔桩装置的工作原理与第二种实施方法。本实施例与第三个实施例相似，与第三个实施例的不同点在于在步骤b)中，钢管桩内土体(2)去除及桩身材料的置入方式不同。在本实施例中，可以在钢管桩(1)插入土体前，将混凝土泵管(23)与钢管桩(1)相对固定。混凝土泵管(23)与钢管桩(1)的设置方式可取以下几种方式之一。第一种设置方式可以是这样的，将混凝土泵管(23)与取土管(17)牢固焊接，并将混凝土泵管(23)置于取土管(17)的中心位置，通过径向加劲板(28)将混凝土泵管(23)与取土管(17)牢固焊接。径向加劲板(28)可沿桩长连续设置，也可以沿桩长方向分段设置，如图11、12与图24所示。采用与第一个实施例相同的方法在钢管桩(1)插入土体施工的同时将取土管(17)及混凝土泵管(23)置入土体中。第二种设置方式可以是这样的，将混凝土泵管(23)直接牢固连接于钢管桩(1)的侧壁上。可以放在钢管桩(1)的外侧，如图19、图20、图21、图22所示；也可以放在钢管桩(1)的内侧，如图13、图14所示。若混凝土泵管(23)设置于钢管桩(1)的外侧，可在钢管桩(1)的底部位置开口，使得混凝土泵管(23)与钢管桩(1)底部相通，如图22所示。将混凝土泵管(23)设置于钢管桩(1)外侧的主要目的是有利于钢管桩(1)内钢筋笼(18)的放置，可以设置一根或多根混凝土泵管(23)。第三种设置方式可以将混凝土泵管(23)通过径向加劲板(28)与钢管桩(1)牢固连接，如图23所示。在混凝土泵管(23)的底部可设置单向阀，在钢管桩(1)插入时，单向阀关闭，阻止土体进入混凝土泵管(23)。在达到插入深度后，单向阀可以在混凝土泵管(23)内混凝土压力的作用下打开。也可以采用如图21～图24所示的方法阻止混凝土泵管(23)在插入的过程土体塞入，即在混凝土泵管(23)内置放管状止土塞(26)或袋状止土塞(25)，如采用袋状止土塞(25)，则在混凝土泵管(23)插入土体时将袋状止土塞(25)充满气体或液体封堵混凝土泵管(23)内的孔隙，在灌注混凝土前将袋状止土塞(25)取出即可；若采用管状止土塞(26)，则可在混凝土泵管(23)插入土体后且混凝土灌注前，将管状止土塞(26)取出即可。此后，可将混凝土泵(24)与混凝土泵管(23)连接，如图12所示。在混凝土泵(24)所提供的泵送压力作用下，混凝土通过混凝土泵管(23)从钢管桩(1)的底部灌入钢管桩(1)，并将钢管桩内土体(2)向上逐步挤出。在清出钢管桩内土体(2)的同时，向钢管桩(1)内灌注混凝土(19)，如图15所示。如采用钢筋混凝土桩身，可在混凝土灌注完成后以振动的方式将钢筋笼(18)插入混凝土(19)，如图16所示。在图16中，将钢筋笼(18)的底部绑扎成锥形，将导入管(33)置入钢筋笼(18)的底部，通过振动锤(14)振动导入管(33)即可将钢筋笼(18)插入混凝土(19)内。导入管(33)可采用钢管制作。在桩身材料灌注完成后，采用类似于第一个实施例的方法将钢管桩(1)拔出再利用，如图17所示。与第一个实施例的区别仅在于钢管桩(1)内为未凝结的桩身材料而不是土体。在钢管桩(1)拔出后，灌入钢管桩(1)内的桩身材料在挤压、凝固后即形成如图18所示的钢管护壁灌注挤压桩(22)，为本发明的第三种孔压反力拔桩施工方法的施工主要目的。因在钢管桩(1)拔出过程中，钢管桩(1)内的桩身材料受到持续挤压并提供拔桩动力，护壁的钢管桩(1)易于拔出，且拔出过程中土体不会涌入钢管桩(1)保护的空间，成桩质量高。且在拔桩过程中，桩身材料通过对桩底与桩侧土体的挤压可提高土体对挤压桩的支承力，同时这种挤压是小变形的、可控的，因此对周边环境影响小，属于非挤土桩。特别是对桩底、桩侧土的挤压力是通过挤压桩的桩身材料传递的，因此是均匀的、全表面的。钢管桩(1)拔出的同时，可将未凝固的混凝土向桩底、桩侧土体压密注入，大幅度提高了挤压桩的承载力。

作为本发明的第五个实施例，主要结合图25～图29，介绍一种挤土沉管灌注法，该方法为本发明的第三种孔压反力钢管桩拔出施工方法的一种实施方法。本实施例与第三个实施例相似，主要区别是在步骤b)中，在钢管桩(1)沉入土体前，在钢管桩(1)底部安装桩尖(27)阻止土体在钢管桩(1)插入土体过程中进入钢管桩(1)内部，如图25所示，桩尖(27)与钢管桩(1)可在拔桩过程中脱离。当然，钢管桩(1)的施工方式可以是静压、锤击或振动插入。在钢管桩(1)沉桩完成后，向钢管桩(1)内置入桩身材料。如为钢筋混凝土桩，可先向钢管桩(1)内置入钢筋笼(18)，如图26所示；然后向钢管桩(1)内灌注混凝土(19)，如图27所示。可直接将混凝土泵送至钢管桩(1)内。然后采用与本发明的第三个实施例相似的方法将钢管桩(1)拔出，桩尖(27)留于土体中，如图28所示。钢管桩(1)拔出后可形成如图29所示的钢管护壁灌注挤压桩(22)。

作为本发明的第六个实施例，主要结合图30～图33介绍采用不同横截面的钢管桩(1)在拔桩施工完成后在土体中施工的不同截面形状的钢管护壁灌注挤压桩。在本实施例中，可通过设置钢管桩(1)的截面形状，如长方形、三角形、空心工字形等措施完成异形截面的钢管护壁灌注挤压桩，如图30～图32所示。在本实施例中，钢管桩(1)可以是由内管与外管组成的双筒钢管桩，且内管与外管之间保持一定距离，在钢管桩(1)打入土体并清出内管与外管之间的土体后，在内管与外管之间填筑混凝土等桩身材料，钢管桩(1)的内管与外管拔出后，可在土体中形成空心管桩，如图33所示。在这一情况下，流体储存腔(9)可以是由钢管桩(1)的内管与外管、密封桩塞(3)、钢管桩(1)的内管、外管之间的桩身材料或土体围合而成。

作为本发明的第七个实施例，主要结合图34～图37，进一步介绍本发明的第三种孔压反力施工方法的一种实施方法，该实施方法与第三个实施例相似，与第三个实施例的不同点在于在步骤b)中，在钢管桩内土体(2)清出后，向钢管桩(1)内回填的不是混凝土或其它桩身材料，而是降水管井材料。降水管井材料包括降水井管(34)、安装于降水井管上的滤网与位于降水井管(34)与钢管桩(1)侧壁之间的降水井填充料(35)三部分。可以在钢管桩(1)内的土体清出完毕后，先在钢管桩(1)内放置安装有滤网的降水井管(34)，如图34所示。然后在降水井管(34)与钢管桩(1)之间的空隙中填入降水井填充料(35)，如图35所示。降水井填充料(35)可以是中粗砂、碎石、粘土、水泥土中的一种或几种组合。再采用与本发明第三个实施例相似的方法，利用第三种孔压反力施工方法将钢管桩(1)拔出，如图36所示。在钢管桩(1)拔出过程中，可在降水井管(34)内充填水，以利于降水井管(34)内外压力平衡。钢管桩(1)拔出后，可在土体中形成如图37所示的钢管护壁降水管井。相比传统的降水井施工方法，本方法成井后无需洗井，施工质量可靠，降水井降水效果好，施工速度快，造价低。

作为本发明的第八个实施例，主要结合图38～图44介绍本发明的第四种孔压反力施工方法及所用的施工装置的结构构造与工作原理。首先介绍本发明的第四种孔压反力施工方法，在本实施例的第一步为建造地下结构施工所需的操作面(36)，在本实施例中，操作面(36)是指为了地下工程的进一步施工而在岩土体中施工完成的可以挡土止水的结构。可根据不同的地下工程类型与特征，建造不同的结构作为操作面(36)。如，对于基坑围护工程，可以利用在先施工的围护桩或墙作为在后施工的锚杆的操作面(36)，对于已建隧道的加固工程，可以利用已建隧道作为加固桩或锚杆施工的操作面(36)，对新建隧道工程，可以利用在先施工的出入井壁作为隧道施工的操作面(36)。对于隧道掘进过程中的管棚或超前支护或止水工程，可利用在掌子面处的加固体作为操作面(36)，对于地下空间建造中的穿越工程，可利用穿越位置两侧建造的地下工程作为操作面(36)。总之，由操作面(36)围成施工构件(37)施工所需的空间。从而完成本实施例的第一步，进入第二步。在本步骤中，定位待施工的位于岩土中的施工构件(37)。施工构件(37)可以是在岩土中施工的器具或结构中的一种或两种组合。例如，在已建隧道加固工程中，施工构件(37)可以是加固桩或锚杆，也可以是施工桩或锚杆的器具，如开孔设备、锚杆钻机的钻杆等。在新建地下工程中，施工构件(37)可以是超前施工的挡土止水结构或施工这些挡土止水结构所需的器具，如管棚、连续桩墙、水泥土搅拌墙等中的一种或几种组合。从而完成本实施例的第二步，进入第三步。本步骤中，在操作面(36)上，在施工构件(37)位置的外围安装密封袋(38)，在本实施例中，密封袋(38)为柔性的具备一定强度的一个或多个袋状或管状结构，可以采用囊状结构(29)作为密封袋(38)，也可采用其他类型袋状或管状结构。安装密封袋(38)的方法可以是这样的，将密封袋(38)做成两端开口的管状结构，并将其中一端的开口紧密且牢固地与操作面(36)连接，另一端的开口与施工构件(37)的侧面紧密且牢固地连接。紧密且牢固连接的方法可选择多种，例如，利用的粘结力较强的结构胶粘结，也可利用垫片将密封袋(38)紧密地压在操作面(36)或施工构件(37)上，还可以绳索或紧固件将密封袋(38)紧密地与操作面(36)或施工构件(37)连接。从而完成本实施例的第三步，进入第四步。在第三步完成后，利用施工构件(37)的侧壁与密封袋(38)，在施工构件(37)外围形成流体储存腔(9)，如图38所示，从而完成本实施例的第四步，进入第五步。在本步骤中，向流体储存腔(9)内注入气体、液体中的一种或两种组合，通过向流体储存腔(9)内注入气体或液体，增加流体储存腔(9)内气体或液体的压强，并在操作面(36)上开孔，利用流体储存腔(9)阻止操作面(36)外的水土进入操作面(36)内。在本步骤中，可采用如图1所示的流体注入器(11)向流体储存腔(9)内注入气体或液体，也可以通过打开操作面(36)让操作面(36)外部的地下水流入流体储存腔(9)。因流体储存腔(9)较小，也不会导致大量的水土流失。从而完成如图39所示的第五步，进入第六步。本步骤主要是将施工构件(37)置入土体，并利用密封袋(38)将施工构件(37)进行转换、分段、加长或施工完成后的操作面(36)的孔口密封。具体的实施方法可以是这样的，先将施工构件(37)置入土体，如图40所示，将施工构件(37)置入土体时，因密封袋(38)为柔性材料制作，密封袋(38)跟随施工构件(37)的插入而产生如图40所示的形变，但可保持密封袋(38)内的流体压强与操作面(36)外侧的地下水压力平衡。以避免产生流砂、管涌等地质灾害。当施工构件(37)需分段加长时，可按照以下方法实现，且可避免分段连接及加长时出现流砂或管涌等地质灾害。先将密封袋(38)的前段与施工构件(37)的后段位置紧密且牢固连接，连接方法可参照本实施例第三步进行，将密封袋(38)分成前段与后段两部分，将流体储存腔(9)分割成前段与后段两部分，且流体储存腔(9)的前段与后段均为各自独立的密闭空间，如图41所示。然后将后段密封袋打开并保持前段密封袋处于密封状态，如图42所示。再将施工构件(37)分段加长，加长后将密封袋(38)与加长后的施工构件(37)的后段紧密且牢固连接，形成新的流体储存腔(9)，如图43所示。将新的流体储存腔(9)内注入液体或气体，并将密封袋(38)前部的与施工构件(37)的前段紧密牢固连接打开，使两段流体储存腔(9)连通为一整体，如图44所示，即完成了施工构件(37)的加长施工。当施工构件(37)施工完毕后，可向密封袋(38)内注入水泥、聚氨酯等材料将操作面(36)上的开孔封堵。如需在施工过程中将施工构件(37)进行转换，例如，先钻孔施工，然后再插入桩体或锚杆等，可先按照上述将密封袋(38)分段密封的方法将施工构件(37)逐段拔出，然后再将转换后的施工构件(37)逐段插入土体中。从而完成本实施例的第六步，进入第七步。重复第二步至第六步，完成地下结构的施工。本实施例的以下部分，主要介绍本发明的第四种孔压反力施工方法所用的施工装置的结构构造与工作原理。该施工装置包括施工构件(37)、密封袋(38)、操作面(36)、流体储存腔(9)与密封连接(39)五部分，其中的施工构件(37)为在土中施工的器具或结构中的一种或两种组合，密封袋(38)为位于施工构件(37)外围且与施工构件(37)及操作面(36)紧密连接的柔性袋状结构，操作面(36)为位于地下水位以下可挡土止水的结构面，流体储存腔(9)是由施工构件(37)与密封袋(38)围合而成的空间，密封连接(39)为将密封袋(38)与施工构件(37)、密封袋(38)与操作面(36)之间紧密连接的装置。其中的密封袋(38)可与施工构件(37)进行分段密封形成多个流体储存腔(9)，如图38～图44所示。可利用该装置，可通过前述方法分段密封实现施工构件(37)的在岩土体中插入、转换、加长、施工完成后的操作面(36)的开孔封堵等操作，且可避免施工过程中的流砂、管涌等地质灾害。

作为本发明的第九个实施例，主要是结合图45、图46，介绍利用本发明的第四种孔压反力施工方法建造地下空间的方法。如图45所示，在进行地下空间开发时，遇有隧道(40)，将隧道(40)两侧的明挖基坑阻断，可采用本发明的第四种孔压反力施工方法完成隧道(40)的下穿越工程。先进行隧道(40)两侧的明挖基坑支护，并在近隧道(40)的两侧设置基坑围护桩或墙作为施工操作面(36)。开挖隧道(40)两侧的基坑，然后在隧道(40)下穿越处的四周逐根施工连续桩墙作为施工构件(37)，如图45所示。由施工构件(37)将穿越处外侧的地下水隔断，并由施工构件(37)兼作临时挡土结构。在施工构件(37)的超前支护下，可将穿越处的土体进行暗挖清除，并施工完成穿越处永久性支护结构(41)，完成隧道(40)处的地下工程穿越施工，如图46所示。

作为本发明的第十个实施例，主要结合图47、图48，介绍本发明的第五种孔压反力施工方法及所用的施工装置。在本实施例的第一步，在岩土体中施工降水管井，降水管井的施工方法可参照本发明的第七个实施例进行，也可采用现有技术完成降水管井的施工。完成第一步，进入第二步。在本步骤中，将密封袋(38)与抽气管(43)、抽水管(44)中的一种或两种组合置入降水井管(34)内，并用密封袋(38)将抽气管(43)与抽水管(44)中的一种或两种组合包裹，一般情况下，抽水管(44)应设在井底附近，抽气管(43)可放置在密封袋(38)的下面。为了便于密封袋(38)封堵降水井管(34)，可在密封袋(38)的下部安装一个托板(42)。可在密封袋(38)上安装一根流体输送管道(12)，如图47所示。完成本实施例的第二步，进入第三步。在本步骤中，向密封袋(38)内充入液体或气体，充入流体后的密封袋(38)体积膨胀，可用密封袋(38)将抽气管(43)与抽水管(44)中的一种或两种组合与降水井管(34)间的孔隙封堵。完成本实施例的第三步，进入第四步。在本步骤中，抽出降水管井内的空气，降低降水管井密封段的气压，进行真空降水，从而完成本实施例的第五种孔压反力施工方法。本实施例的以下部分主要介绍本发明的第五中孔压反力施工方法所用的施工装置，该施工装置包括降水管井、抽水管(44)与抽气管(43)中的一种或两种组合、密封袋(38)三部分，其中的降水管井为施工于岩土体中的降水井，抽气管(43)为插入降水管井内能抽出降水管井内空气的管状结构，抽水管(44)为能抽出降水管井内水的管状结构，密封袋(38)为通过充装气体或液体将抽水管(44)与抽气管(43)中的一种或两种组合与降水管井之间的孔隙封堵的袋状结构。在真空降水过程中，可将真空泵接入抽气管(43)以抽出降水井管(34)内的空气，形成真空。可以在抽水管(44)的上部安装真空泵抽水，也可以在抽水管(44)的下部安装潜水泵抽水。

本专利包括但不限于本领域内专业人士可替代使用的其他施工方法。

Claims (27)

1.一种孔压反力施工方法，包括以下步骤：

a)定位待拔钢管桩(1)，并完成钢管桩(1)上的密封桩塞(3)的安装；

b)利用钢管桩(1)的侧壁、密封桩塞(3)、钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)，在钢管桩(1)内形成流体储存腔(9)；

c)向流体储存腔(9)内注入气体、液体中的一种或两种组合；

d)通过向流体储存腔(9)内持续注入气体或液体，增加流体储存腔(9)内气体或液体的压强；

e)使钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)的孔隙水压力或孔隙气压力增加；

f)利用注入流体储存腔(9)内的气体或液体，将钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)的孔隙水压力或孔隙气压力传递至位于钢管桩(1)上的密封桩塞(3)或钢管桩(1)；

g)利用作用于密封桩塞(3)或钢管桩(1)上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行钢管桩(1)拔出施工。

2.根据权利要求1所述的孔压反力施工方法，其特征是在上述的步骤g)中，在钢管桩(1)顶部安装振动锤(14)，通过振动锤(14)的振动减小拔桩阻力。

3.根据权利要求1所述的孔压反力施工方法，其特征是在上述的步骤g)中，在拔桩的同时，利用钢管桩(1)外围地面提供反力协助拔桩施工，同时减小钢管桩(1)外侧拔桩带土。

4.根据权利要求1所述的孔压反力施工方法，其特征是在上述的步骤f)中，将流体储存腔(9)内的气体或液体的压强提高至在钢管桩(1)侧壁与土体之间形成薄层气膜或水膜，减小钢管桩(1)的拔桩力及拔桩带土影响。

5.一种孔压反力施工方法，包括以下步骤：

a)定位待拔钢管桩(1)，并完成钢管桩(1)上的密封桩塞(3)的安装；

b)利用钢管桩(1)的侧壁、密封桩塞(3)、钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)，在钢管桩(1)内形成流体储存腔(9)；

c)向流体储存腔(9)内注入气体、液体中的一种或两种组合；

d)通过向流体储存腔(9)内持续注入气体或液体，增加流体储存腔(9)内气体或液体的压强；

e)使钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)的孔隙水压力或孔隙气压力增加；

f)利用注入流体储存腔(9)内的气体或液体，将钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)的孔隙水压力或孔隙气压力传递至位于钢管桩(1)上的密封桩塞(3)或钢管桩(1)；

g)利用作用于密封桩塞(3)或钢管桩(1)上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行拔桩，同时测量流体储存腔(9)内的气体或液体的压强，并测量钢管桩(1)的上拔位移量；

h)重复步骤g)，直至钢管桩(1)达到上拔破坏；

i)记录整理步骤g)中记录的数据，根据压强换算拔桩力；

j)根据拔桩力与钢管桩(1)上拔位移量的关系，计算单桩抗拔极限承载力。

6.一种如权利要求5所述的孔压反力施工方法所用的施工装置，其特征是包括密封桩塞(3)、钢管桩(1)、钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)、流体储存腔(9)、流体输送管道(12)、流体注入器(11)、压强测量仪(15)、桩顶位移测量仪(16)八部分，其中密封桩塞(3)为与钢管桩(1)的侧壁牢固连接且可封堵钢管桩(1)内空腔的结构，钢管桩(1)为位于岩土体中的中空管状结构，流体储存腔(9)为由密封桩塞(3)、钢管桩(1)的侧壁、钢管桩内或钢管桩底部的土体(2)围合而成的空间，流体输送管道(12)为将气体或液体注入流体储存腔(9)的管状结构，流体注入器(11)为将流体加压后通过流体输送管道(12)注入流体储存腔(9)的器具，桩顶位移测量仪(16)为测量在拔桩过程中钢管桩(1)桩顶位移变化的仪器，压强测量仪(15)为测量流体储存腔(9)内流体压强的仪器。

7.一种孔压反力施工方法，包括以下步骤：

a)定位待施工的桩位；

b)在待施工的桩位处插入钢管桩(1)，清出钢管桩(1)内的土体，并向钢管桩(1)内放置钢管桩内充填料，钢管桩内充填料为桩身材料、降水管井材料、土体中的一种或几种组合；

c)完成钢管桩(1)上的密封桩塞(3)的安装；

d)利用钢管桩(1)的侧壁、密封桩塞(3)、钢管桩内充填料，在钢管桩(1)内形成流体储存腔(9)；

e)向流体储存腔(9)内注入气体、液体中的一种或两种组合；

f)通过向流体储存腔(9)内持续注入气体或液体，增加流体储存腔内(9)的气体或液体的压强；

g)利用作用于钢管桩(1)或密封桩塞(3)上的气体或液体压力作为拔桩力或作为拔桩力的一部分进行钢管桩(1)拔出施工。

8.根据权利要求7所述的孔压反力施工方法，其特征是在上述的步骤b)中，在钢管桩(1)插入施工时或施工前或施工后，在钢管桩(1)的内侧放置外径略小于钢管桩(1)内径的取土管(17)，在钢管桩(1)插入施工完成后，将取土管(17)连同进入其内的土体一同取出，完成钢管(1)内土体的清出。

9.根据权利要求7所述的孔压反力施工方法，其特征是在上述的步骤b)中，在钢管桩(1)内或钢管桩(1)外侧安装混凝土泵管(23)，在钢管桩(1)插入施工完成后，通过混凝土泵管(23)将桩身混凝土材料泵送至钢管桩(1)底部并通过挤压清出钢管桩(1)内的土体。

10.根据权利要求7所述的孔压反力施工方法，其特征是在上述的步骤b)中，通过振动钢管桩(1)减小钢管桩(1)内的土体清出阻力。

11.一种如权利要求1或权利要求7所述的孔压反力施工方法所用的施工装置，其特征是包括密封桩塞(3)、钢管桩(1)、钢管桩内充填料、流体储存腔(9)、流体输送管道(12)、流体注入器(11)六部分，其中，密封桩塞(3)为与钢管桩(1)牢固连接且可封堵钢管桩(1)内空腔的结构，钢管桩(1)为位于岩土体中的中空的管状结构，流体储存腔(9)为由 密封桩塞(3)、钢管桩(1)的侧壁、钢管桩内充填料围合而成的空间或放置于钢管桩(1)内可伸缩的囊状结构(29)，流体输送管道(12)为将气体或液体注入流体储存腔(9)的管状结构，流体注入器(11)为将流体加压后通过流体输送管道(12)注入流体储存腔(9)的器具，钢管桩内充填料为桩身材料、降水管井材料、土体中的一种或几种组合。

12.根据权利要求11所述的施工装置，其特征是上述的流体注入器(11)是空气压缩机、水泵、油泵中的一种或几种组合。

13.根据权利要求11所述的施工装置，其特征是上述的密封桩塞(3)由挡板(4)、盖板(5)、软垫(6)三部分组成。

14.根据权利要求11所述的施工装置，其特征是在钢管桩(1)的内侧或外侧安装混凝土泵管(23)。

15.根据权利要求11所述的施工装置，其特征是钢管桩(1)是由内管与外管组成的双筒钢管桩。

16.一种如权利要求7所述的孔压反力施工方法所用的土体清出装置，该土体清出装置包括钢管桩(1)、混凝土泵管(23)、混凝土泵(24)三部分，其中，钢管桩(1)为沉入土体中的中空管状结构，混凝土泵管(23)为将未凝固的混凝土或砂浆等桩身材料输送至钢管桩(1)底部的管状结构，混凝土泵(24)为将未凝固的混凝土或砂浆等桩身材料加压使其流动进入混凝土泵管(23)的装置，混凝土泵管(23)与钢管桩(1)连接，混凝土泵(24)与混凝土泵管(23)连接。

17.根据权利要求16所述的土体清出装置，其特征是上述的钢管桩(1)为包含内管与外管的双套管结构。

18.根据权利要求16所述的土体清出装置，其特征是在上述的钢管桩(1)上安装振动锤(14)。

19.根据权利要求16所述的土体清出装置，其特征是在上述的混凝土泵管(23)的底部安装可阻止土体进入的单向阀。

20.根据权利要求16所述的土体清出装置，其特征是在上述的混凝土泵管(23)内安装管状止土塞(26)或袋状止土塞(25)。

21.一种孔压反力施工方法，包括以下步骤：

a)建造地下工程施工所需的操作面(36)；

b)定位待施工的位于岩土中的施工构件(37)；

c)在操作面上，在施工构件(37)位置的外围安装密封袋(38)；

d)利用施工构件(37)的侧壁、密封袋(38)，在施工构件(37)外围形成流体储存腔(9)；

e)向流体储存腔(9)内注入气体、液体中的一种或两种组合，增加流体储存腔(9)内气体或液体的压强，并在操作面(36)上开孔，利用流体储存腔(9)隔水；

f)将施工构件(37)置入土体，并利用密封袋(38)将施工构件(37)进行转换、分段、加长或将操作面(36)上的孔口密封；

g)重复步骤b)至步骤f)，完成施工。

22.根据权利要求21所述的孔压反力施工方法，其特征是上述的施工构件(37)是在岩土中施工的器具或结构中的一种或两种组合。

23.根据权利要求21所述的孔压反力施工方法，其特征是上述的施工构件(37)是在岩土体中施工的桩、墙、管棚、锚杆、挡土止水结构或连续桩或墙中的一种或几种组合。

24.根据权利要求21所述的孔压反力施工方法，其特征是上述的密封袋(38)为柔性的具备一定强度的一个或多个袋状或管状结构。

25.一种如权利要求21所述的孔压反力施工方法所用的施工装置，其特征是包括施工构件(37)、密封袋(38)、操作面(36)、流体储存腔(9)与密封连接(39)五部分，其中的施工构件(37)为在岩土中施工的器具或结构中的一种或两种组合，密封袋(38)为位于施工构件(37)外围且与施工构件(37)及操作面(36)紧密连接的柔性袋状结构，操作面(36)为位于地下水位以下可挡土止水的结构面，流体储存腔(9)是由施工构件(37)与密封袋(38)围合而成的空间，密封连接(39)为将密封袋(38)与施工构件(37)、密封袋(38)与操作面(36)之间紧密连接的装置。

26.一种孔压反力施工方法，包括以下步骤：

a)在岩土体中施工降水管井；

b)将密封袋(38)与抽气管(43)、抽水管(44)中的一种或两种组合置入降水管井内，并用密封袋(38)将抽气管(43)与抽水管(44)中的一种或两种组合包裹；

c)向密封袋(38)内充入液体或气体，用密封袋(38)将抽气管(43)与抽水管(44)中的一种或两种组合与降水管井井壁间的孔隙封堵；

d)抽出降水管井内的空气，降低降水管井密封段的气压，进行真空降水。

27.一种如权利要求26所述的孔压反力施工方法所用的施工装置，其特征是包括降水管井、抽水管(44)与抽气管(43)中的一种或两种组合、密封袋(38)三部分，其中的降水管井为施工于岩土体中的降水井，抽气管(43)为插入降水管井内能抽出降水管井内空气的管状结构，抽水管(44)为能抽出降水管井内水的管状结构，密封袋(38)为通过充装气体或液体将抽水管(44)与抽气管(43)中的一种或两种组合与降水管井之间的孔隙封堵的袋状结构。