CN105926594A - 一种静压沉管载体灌注桩的双管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种静压沉管载体灌注桩的双管施工方法，采用静力压桩机和内、外管来制成载体桩；一次投放载体混凝土料，缩短成桩工期，节能环保；其制成桩抗拔力显著提高。包括以下步骤：（1）清理现场，测量放线，移桩机到工位;（2）将内外管压至设计标高;（3）向内管中一次投入载体需用量的混凝土；（4）将内管、外管一起上拔至设定高度，载体混凝土会自动充填至内、外管上拔而形成的空间内；（5）下放内管，让内管底端伸出外管底端，将内管外管下压，使下压力及标高达到预定数值，形成扩大载体；（6）从外管中提出内管；（7）向外管内灌注混凝土或者先安放钢筋笼，然后灌注桩身混凝土；（8）将内管放入外管，边振动边上拔外管，成桩。

Description

一种静压沉管载体灌注桩的双管施工方法

技术领域

本发明涉及建筑地基施工领域，具体来说，是一种静压沉管载体灌注桩并采用内管、外管的成桩施工方法。

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施工方法，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，且受机架和动力的限制，成桩桩长有一定的局限性。

建筑领域，工艺方法的优劣与工程机械设备有着紧密的关系，静力压桩机是近年里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对静压沉管复合扩底灌注桩的主要施工工艺如下：(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）上提内管露出投料口，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，填充料是碎石、碎砖等；（4）上提内管露出投料口，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，采用静力压桩机来施工存在的问题主要是：（1）仅能对静压沉管复合扩底灌注桩、常规的静压沉管灌注桩及预制管桩进行施工，无法实现对载体桩有效施工。（2）该设备在制作静压沉管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）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）本方法采用当前较先进的静力压桩机来制成载体桩——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的缺点，明显提高了施工速度，显著缩短了工期。（3）钢筋笼可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双管施工方法,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；（2）采用静力压桩机将内管、外管一起压至设计标高；

其特征在于：还包括以下步骤：（3）向内管中一次投入载体需用量的混凝土，混凝土的数量根据持力层土质及单桩承载力设计指标确定；

（4）采用静力压桩机将内管、外管一起上拔至设定高度，在上拔的过程中，内、外管的下封门在混凝土的压力作用下会自动打开，载体混凝土会自动充填至因内、外管上拔而形成的空间内；

（5）打开内管、外管间的连接装置，下放内管，让内管底端伸出外管底端，然后锁牢内管、外管间的连接装置，采用静力压桩机再将内管外管同时下压，使下压力及标高达到预定的数值，以压实混凝土形成扩大的载体；

（6）打开内管、外管间的连接装置，从外管中提出内管；

（7）直接向外管内灌注桩身用混凝土或者先安放钢筋笼至外管内，然后向外管内灌注桩身用混凝土；

（8）将内管缓缓放入外管，采用静力压桩机边振动外管边将外管上拔，直至将外管拔出地面，完成一根桩的施工。

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。

为了进一步提高桩的承载力，通过在外管下端外壁上连接至少两个凸起的方法，以形成异型桩。

为了使桩长不受机架高度的限制，尤其在制作较长桩身时，本方法中采用的静力压桩机是抱压式静力压桩机。

为了使抱压式静力压桩机在使用时，更安全可靠，且施工速度加快，本方法采用抱压式静力压桩机设有辅助架，辅助架上设有上套管辅助夹持机构，以配合其下部的主夹持机构，实现对内管、外管的连续下压或上拔及下压或上拔内管、外管时的安全性和稳定性。

本发明积极效果是：

1、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。制成的静压沉管载体灌注桩能较大的提高桩的承载力，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所需量的混凝土，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、载体形成过程一次投料，且载体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、可根根据对对内外管的下压力预判桩的承载力，可通过对内外管下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。尤其对于制做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、通过对外管稍作改进，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是内管下压状态其底端封门受压封实的结构示意图；

图6是内管提升（上拔）状态其底端封门自动打开的结构示意图；

图7是形成异形桩的外管（活瓣桩尖打开时）的示意图；

图8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—封门 9—凸起 10—活瓣桩尖 11—机架 12—压桩头 13—顶压式静压桩机的外管 14—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：建造的桩长不受机架高度的限制。当制做中短型桩时，也可采用图8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11上部的压桩头12，向下压顶压式静力压桩机的内管14、外管13，因此，桩身长度必然受到机架11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放出各桩位，移动抱压式静力压桩机就位，通过桩机的纵向、横向移动或回转使外管中心点与桩位中心对中，利用桩机自身装置，调整桩机水平，调直套管垂直度。内管优先采用的结构是：其上端口径大于外管口径，防止其完全落入外管内；外管上端、内管上端均设有销孔，采用锁销锁牢，从而将内管、外管连接成一整体，也可采用其他的连接装置，外管的底端采用图2、图7所示的活瓣桩尖10，活瓣桩尖10属现有技术，这里不再详述。

当需要建造的桩身较长（内管、外管较长）时，本方法优先采用设有立式辅助架的抱压式静力压桩机，同时该辅助架2上部设有一用于夹持套管的辅助夹持机构1，属现有技术。抱压式静力压桩机的下部设有一可上行或下行一定行程、抱夹套管的主夹持机构——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夹管下行下压完成一个回次时，松管上行过程中，辅助夹持机构1处于夹管状态，当夹桩箱3需夹管下行下压时，辅助夹持机构1又处于松开状态。

另一方面，当夹桩箱3夹管上行提升时，辅助夹持机构1处于松开状态，当夹桩箱3夹管上行提升完成一个回次时，松管后夹桩箱3下行过程中，辅助夹持机构1处于夹管状态，当夹桩箱3需夹管上行提升时，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、安全的下压或上拔内管、外管。

如图1、图2所示，在步骤（2）中，按下列顺序进行：①夹管：通过夹桩箱3将外管连同内管夹牢。②压管：通过相应夹桩箱3对外管连同内管施以向下的压力，将其下压一个行程。③松管：操作夹桩箱3将外管连同内管松开，提升夹桩箱3。重复上述步骤将内管、外管压入预定的深度。其中，活瓣桩尖10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，以保障将两管压入预定深度—设计标高。

本步骤中，当内管、外管长度较长时，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、稳定将内管、外管压入预定深度。

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至内管上方，打开阀门，载体混凝土自动落入内管。载体混凝土的需用量是根据持力层土质及单桩承载力确定，所属领域技术人员均知晓、可实现，这里不再详述。

如图1、图2所示，在步骤（4）中，操作夹桩箱3将外管连同内管夹牢，开启反推油缸提升外管连同内管上拔到一个设定的高度，此高度根据桩身桩径、形成载体的混凝土的量值来换算确定，所述领域技术人员知晓，这里不再详述。在提升（上拔）过程中，外管的下方土层形成了空腔，在提升（上拔）的内管、外管过程中，如图6所示，内管的下封门8全自动返转打开，不受压能自动打开、受压能封闭的封门8的结构属现有技术，如图5所示，这里不再详述。如图7所示，外管下端的活瓣桩尖10在混凝土重力作用下，其活瓣会自动开启，于是，载体的混凝土自动充填至因内管、外管上拔而形成的空间内。

如图1、图2所示，在步骤（5）中，待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，然后停止上拔外管、内管，此时，拔出安装在内管上端、外管上端销孔内的连接锁销，使内管、外管分离，用桩机自身吊车吊住内管下放，让内管底端伸出外管底端，一般伸出量为2—10cm，然后，在内管上端、外管上端的销孔内插入锁销，用锁销锁牢，使内管、外管连接为一整体，内管稍伸出外管一定长度的目的是起到一定封闭作用，防止下压时混凝土被挤入外管内。

然后，操作夹桩箱3继续下压外管连同内管，当内管接触混凝土时，如图5所示，其下端封门8会因下面混凝土的顶力而自动封实，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数值，通过观测仪表及测量就可得知下压力、标高是否达到预定数值，预定数值指工程设计值。以压实混凝土形成扩大的载体，同时形成的载体会挤密载体周围的土体。

如图1、图2所示，在步骤（6）中，先拔出安装在内管上端、外管上端销孔内的连接锁销，即为打开内管、外管之间的连接装置，然后利用自身吊车将内管从外管内逐渐提出，放在安全、可靠的位置。

如图1、图2所示，在步骤（7）中，分并列的两个子步骤，可选其一：（一）若形成钢筋混凝土桩：如图1步骤（7—a）所示，用吊车吊起钢筋笼，平稳的向下放入外管内，经测量使钢筋笼达到标高，做好记录，如图2步骤（7—b）所示，然后用吊车吊臂吊起装有桩身用混凝土的料斗至外管上口，打开料斗阀门，一定量的混凝土自动落入外管内，这里的桩身混凝土的灌注量达到设计要求即可，所属技术领域技术人员均能实现；（二）若形成复合地基的增强体，直接注入混凝土，用吊车吊臂吊起装有桩身用混凝土的料斗至外管上口，打开料斗阀门，一定量的桩身混凝土自动落入外管内，这里的桩身混凝土的灌注量达到设计要求即可，所属技术领域技术人员均能实现。

如图1、图2所示，在步骤（8）中，吊车吊臂向外管内缓缓吊入内管，使其稍顶住下面的混凝土，然后：按①夹管：操作夹桩箱3将外管夹牢。②拔管：启动反推油缸施以向上的推力，夹桩箱3夹住外管向上提升，将外管拔出一个行程。③松管：操作夹桩箱3将外管松开，下落夹桩箱3。在②拔外管之前，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，直到将外管拔出地面即外管的下端完全露出地面，完成一根桩的成桩施工，移机，准备施工下一个桩位。

本步骤中，当套管（外管、内管）长度较长时，可优先采用上述安装有套管辅助夹持机构1的抱压式静力压桩机，可实现连续、安全、稳定的上拔外管。

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，当所述标高达到设计标高时，所述下压力却一直达不到预定的压力值，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）—（8），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7所示，在外管的下端外壁圆周面上焊接有4个等间隔的凸起9，凸起9为铁块，各所述凸起9也可为非等间隔的，所述凸起9可为一行，也可为多行，凸起9数量至少为两个，各凸起9的高度可不一样，可根据需要调整。采用这种在外管上焊接凸起9的方法可制做异型桩，提高桩的承载力，虽简易，但效果甚好。

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：原设计为桩径600mm的复合扩底桩灌注桩长25m，单桩承载力特征值2500KN，以第8层砂为持力层。抗拔桩桩径600mm,桩长12m,抗拔力600KN。经过方案优化，采用本发明方法制做的静压沉管载体灌注桩，以第6层砂为持力层，桩径600mm，桩长19m，试桩单桩承载力特征值2900KN，设计使用2500KN，抗拔桩桩长、桩径不变，试桩抗拔力为1200KN,设计使用1000KN,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。承载力指标较复合扩底桩较大提高，桩身长有明显缩短，节省建材。总计848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52日历天。如果用传统复合扩底桩工法施工，施工一根桩约3小时左右，功效将降低50%，工期约100天左右，工人工资也将超支一倍。桩工阶段节约投资45%左右。

案例二

某工地二：原设计的桩径400mm的CFG桩，桩长14米，单桩承载力特征值500KN，以第5层粉质粘土为持力层。经过方案优化，采用本方法制做的静压沉管载体灌注桩，以第5层粉质粘土为持力层，桩径500mm，桩长14米，试桩单桩承载力特征值2100KN，设计使用1900KN，承载力指标较CFG显著提高。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CFG桩基础施工工期缩短10%左右，如果采用传统的复合载体夯扩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内。

Claims (5)

1.一种静压沉管载体灌注桩的双管施工方法,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；（2）采用静力压桩机将内管、外管一起压至设计标高；

其特征在于：还包括以下步骤：（3）向内管中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设计指标确定；

（4）采用静力压桩机将内管、外管一起上拔至设定高度，在上拔的过程中，内、外管的下封门在混凝土的压力作用下会自动打开，载体混凝土会自动充填至因内、外管上拔而形成的空间内；

（5）打开内管、外管间的连接装置，下放内管，让内管底端伸出外管底端，然后锁牢内管、外管间的连接装置，采用静力压桩机将内管外管同时下压，使下压力及标高达到预定的数值，以压实混凝土形成扩大的载体；

（6）打开内管、外管间的连接装置，从外管中提出内管；

（7）直接向外管内灌注桩身用混凝土或者先安放钢筋笼至外管内，然后向外管内灌注桩身用混凝土；

（8）将内管缓缓放入外管，采用静力压桩机边振动外管边将外管上拔，直至将外管拔出地面，完成一根桩的施工。

2.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注桩的双管施工方法, 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双管施工方法, 其特征在于：通过在外管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双管施工方法, 其特征在于：本方法中所采用的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双管施工方法, 其特征在于：本方法采用的抱压式静力压桩机设有辅助架，所述辅助架上设有套管辅助夹持机构，以配合其下部的主夹持机构，实现对内管、外管的连续下压或上拔及下压或上拔内管、外管时的安全性和稳定性。