CN106759339A - 免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法及其装置。推出免桩间土挖除的桩帽混凝土施工工艺，采用自制的桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置，开挖桩帽坑，切割电机带动切割刀对多余桩头进行环切，浇筑桩帽。装置包括挖掘机、桩帽坑旋挖装置、桩头旋切装置和桩帽定位模板。桩头旋切装置由连接法兰盘、定轴柱、转动电机、切割电机、活动轴筒、从动环齿、主动齿轮、切割架和切割刀所组成，本发明推出免桩间土挖除的桩帽混凝土施工工艺及配套装置，有能有效加快桩帽施工进度，节约施工成本，省时省力，施工成本低，施工质量好，安全性好和使用效果好的优点。

Description

免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法及其装置

技术领域

本发明属于一种免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法及其装置。

背景技术

螺杆灌注桩(简称螺杆桩)作为建筑物的地基桩或软基处理用的CFG桩，已广泛应用。通常，螺杆桩的桩径直杆段采用0.4m，螺纹段桩芯直径0.299m，直杆段不小于总桩长的三分之一且不小于5m，顶部为桩帽，桩帽为直径110cm的圆柱形，高30cm。如：新建通辽至新民北站客运专线TLSG-1标段，软基处理采用CFG桩和螺杆桩，其中CFG桩设计桩间距为160cm--200cm，下部桩径40cm的混凝土灌注桩，桩帽直径110cm，高30cm，全线共计有CFG桩73000根，合计72.7万延米。螺杆灌注桩桩径直杆段采用0.4m，螺纹段桩芯直径0.299m，直杆段不小于总桩长的三分之一且不小于5m，顶部为桩帽，桩帽为直径110cm的圆柱形，高30cm。

现螺杆桩或CFG桩的桩帽采用“后截法”的施工工艺，即在桩孔灌注过程中，桩孔内需超灌50cm的混凝土，在螺杆桩灌注完成后，清除各螺杆桩之间的中间土到桩帽底标高，然后用人工切除螺杆桩的多余桩头，安装组成桩帽的周边模板，浇筑桩帽混凝土与切除桩头的螺杆桩铸成一体结构，形成桩帽，等到桩帽混凝土达到设计强度后，回填各螺杆桩之间的中间土，碾压密实。该“后截法”的工艺需先将各螺杆桩之间的大量桩间土清除，然后再截除多余桩头，再安装组成桩帽的周边模板，施工浇筑桩帽混凝土桩帽后，经养生，再回填桩间土，存在桩间土先清除再回填的浪费工艺，费时费力，施工速度慢，人工切除桩头慢，截除桩头成本大，效率低。

该工艺存在桩间土先挖除再回填的施工，存在施工成本的浪费，同时由于桩间距为160cm～200cm，间距较小，大型碾压设备施工作业面不足，小型碾压设备碾压质量不能保证。

发明内容

本发明的目的是设计一种免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法及其装置，推出免桩间土挖除的桩帽混凝土施工工艺及配套装置，有能有效加快桩帽施工进度，节约施工成本，省时省力，施工成本低，施工质量好，安全性好和使用效果好的优点。

为此，本发明的免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法，包括如下步骤：

(1)制备桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置；

(2)按照设计标高对杆桩软基处理段落进行分段，按照设计要求对地基进行清表至设计高程；

(3)桩钻机就位，开钻，提钻，对钻孔内灌注混凝土，至钻孔内灌注的混凝土项面达到桩顶标高，满足设计要求；

(4)采用振捣棒插入桩孔内振捣灌注的混凝土，振捣棒应快插慢提，反复捣震，深入桩顶下2米的桩孔内，保证桩头混凝土质量；

(5)待杆桩的混凝土凝固期过后，进行桩帽施工，先将桩钻机在钻桩孔过程中周边遗留的弃土全部清理完毕，再采用平地机整平，并用18～20吨的压路机静压2遍；

(6)检测桩基，桩检合格后，采用全站仪结合挂线测量法放出每个桩位的中心位置，并用竹签做好标识；；

(7)按照设计桩帽尺寸开挖桩帽坑，用桩帽坑旋挖装置对准桩头的中心位置，启动桩帽坑旋挖装置开始下挖桩位周边的桩帽坑，至桩帽坑的设计标高，并将挖掘土运至弃渣场；

(8)人工清理桩帽坑内余下的渣土，采用激光投线仪和水准尺，判断桩帽坑底和顶标高是否满足设计要求，并人工修整至设计标高；

(9)对桩帽坑内的桩头依设计要求高度用桩头旋切装置开始切割，桩头实现环切后，采用手持电锤，将多余的桩头凿除；

(10)对桩帽坑内的桩帽进行混凝土浇筑，包括：

(a)为控制好桩帽的冒顶标高和外露面的线型，在桩帽冒顶向下5cm安装桩帽定位模板，桩帽定位模板直径40cm，采用1cm厚的钢板加工而成，并在桩帽定位模板的顶面焊接2道平行的呈间隔距离设置的铝合金板，并将两道铝合金板的中心线标识出，为模板定位用；

(b)采用十字线找出螺杆桩中心点，并标识出，然后将桩帽定位模板安装到已经开挖好的桩帽坑内上端；

(c)采用激光投线仪和水准尺调整桩帽定位模板的标高，通过锤球将定位模板调整到位，在通过铝合金板与木楔进行固定桩帽定位模板；

(d)在桩帽坑内浇筑混凝土直至桩帽定位模板，振捣棒振捣密实浇筑的混凝土，刮平收面；

(e)采用覆盖土工布洒水养生，最后拆除定位摸板。

所述的桩帽坑的直径与设计的桩帽坑直径相同。所述的步骤(5)中采用平地机整平，并用18～20吨的压路机静压2遍为对各螺杆桩周边的地基面平整和用18～20吨的压路机对各螺杆桩周边的地基面静压2遍。

所述的步骤(2)中按照设计要求对地基进行清表至设计高程包括平整和压实地面。

一种实现所述方法的装置，包括挖掘机、桩帽坑旋挖装置、桩头旋切装置和桩帽定位模板所组成，其中：

挖掘机，挖掘机用于转换和趋动桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置，挖掘机的伸展臂的前端通过轴柱轴接工位转换盘，工位转换盘的相邻两边设有呈90度角分布的挖掘固定法兰盘和切割固定法兰盘，桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置通过各自连接法兰盘分别固定在挖掘固定法兰盘和切割固定法兰盘上，工位转换盘的另外相邻两边上分别与上液压杆和下液压杆轴接，上液压缸体和下液压缸体分别固定在对应部的伸展臂上；

桩帽坑旋挖装置，用于旋挖桩帽坑，桩帽坑旋挖装置由连接法兰盘、护壳、趋动电机、旋挖桶和螺旋挖翅所组成，护壳的上端中部与连接法兰盘连为一体，桩帽坑旋挖装置通过连接法兰盘与工位转换盘上的挖掘固定法兰盘固定为一体，护壳内设有趋动电机，趋动电机轴穿过护壳与壳体下端的旋挖桶上端中心部连接，旋挖桶的外周壁上设有螺旋挖翅，螺旋挖翅由外周壁上的桶底螺旋至桶顶，旋挖桶的下端为开口端，旋挖桶的上端面中部设有与电机轴卡接的卡槽孔，卡槽孔周边的旋挖桶的上端面设有出渣孔；

桩头旋切装置，用于旋切位于桩帽坑内的多余桩头，由连接法兰盘、定轴柱、转动电机、切割电机、活动轴筒、从动环齿、主动齿轮、切割架和切割刀所组成，定轴柱的上端中部与连接法兰盘连为一体，桩头旋切装置通过连接法兰盘与工位转换盘上的切割固定法兰盘固定为一体，定轴柱的下部轴设有活动轴筒，活动轴筒的下端与切割架的上端中部连接，切割架的一端向下折弯且其下端设有定位轮，切割架的另一端与调距液压缸体固定，调距液压缸的液压杆与固定柱上部连接，固定柱的下部设有切割电机，切割电机轴上设有切割刀，活动轴筒的外周壁上固定有从动环齿，从动环齿与转动电机轴上的主动齿轮咬合，转动电机固定在对应处的定轴柱上。

桩帽定位模板，用于定位桩帽坑内浇筑混凝土的上端标高，桩帽定位模板为圆盘型，桩帽定位模板的直径40cm，采用1cm厚的钢板加工而成，桩帽定位模板的顶面焊接2道平行的呈间隔距离设置的铝合金板，两道铝合金板的中心线设有标识线，铝合金板上呈间隔距离设有固定孔。

所述的旋挖桶的开口端内径与螺杆桩上端面直径比为1.1～1.3∶1。

所述的旋挖桶直径及与位于直径线上的螺旋挖翅宽度之和等于桩帽上端面直径。所述的铝合金板上呈间隔距离设有固定钩。所述的桩帽定位模板的直径小于桩帽坑内直径。所述的切割刀上端的固定柱上设有喷水管。

上述方法和装置达到了本发明的目的。

本发明推出免桩间土挖除的桩帽混凝土施工工艺及配套装置，有能有效加快桩帽施工进度，节约施工成本，省时省力，施工成本低，施工质量好，安全性好和使用效果好的优点。

本发明去除了清除各螺杆桩之间的中间土到桩帽底标高的工序，安装组成桩帽的周边模板的工序，回填各螺杆桩之间的中间土到桩帽底标高的工序。

用本发明比用传统方法和结构施工时间缩矩60％，节省施工材料50％，施工成本降低60％；施工质量好，节能环保效果好。

附图说明

图1为本发明的桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置的示意图。

图2为本发明的旋挖桶的底部结构示意图。

图3为本发明的桩帽坑结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明包括螺杆桩或软基处理用的CFG桩的施工工艺，包括如下步骤：

(1)制备桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置，制备桩帽定位模板。

(2)按照设计标高对杆桩软基处理段落进行分段，按照设计要求对地基进行清表至设计高程，进行清表处理包括平整和初步压实地面等。

(3)桩钻机就位，开钻，提钻，对钻孔内灌注混凝土，至钻孔内灌注的混凝土项面达到桩顶标高，满足设计要求。

(4)采用振捣棒插入桩孔内振捣灌注的混凝土，振捣棒应快插慢提，反复捣震，深入桩顶下2米的桩孔内，保证桩头混凝土质量。

(5)待杆桩的混凝土凝固期过后，进行桩帽施工，先将桩钻机在钻桩孔过程中周边遗留的弃土全部清理完毕，再采用平地机整平，并用18～20吨的压路机静压2遍。

(6)检测桩基，桩检合格后，采用全站仪结合挂线测量法放出每个桩位的中心位置，并用竹签做好标识。

(7)按照设计桩帽尺寸开挖桩帽坑30，用桩帽坑旋挖装置对准桩头29的中心位置，启动桩帽坑旋挖装置开始下挖桩位周边的桩帽坑，至桩帽坑的设计标高，并将挖掘土运至弃渣场。

(8)人工清理桩帽坑内余下的渣土，采用激光投线仪和水准尺，判断桩帽坑底和顶标高是否满足设计要求，并人工修整至设计标高。

(9)对桩帽坑内的桩头依设计要求高度用桩头旋切装置开始切割，桩头实现环切后，采用手持电锤，将多余的桩头凿除。

(10)对桩帽坑内的桩帽进行混凝土浇筑，包括：

(a)为控制好桩帽的冒顶标高和外露面的线型，在桩帽冒顶向下5cm安装桩帽定位模板，桩帽定位模板直径40cm，采用1cm厚的钢板加工而成，并在桩帽定位模板的顶面焊接2道平行的呈间隔距离设置的铝合金板，并将两道铝合金板的中心线标识出，为模板定位用。

(b)采用十字线找出螺杆桩中心点，并标识出，然后将桩帽定位模板安装到已经开挖好的桩帽坑内上端。

(c)采用激光投线仪和水准尺调整桩帽定位模板的标高，通过锤球将定位模板调整到位，在通过铝合金板与木楔进行固定桩帽定位模板。

(d)在桩帽坑内浇筑混凝土直至桩帽定位模板，振捣棒振捣密实浇筑的混凝土，刮平收面。

(e)采用覆盖土工布洒水养生，最后拆除定位摸板。

所述的桩帽坑的直径与设计的桩帽坑直径相同。所述的步骤(5)中采用平地机整平，并用18～20吨的压路机静压2遍为对各螺杆桩周边的地基面平整和用18～20吨的压路机对各螺杆桩周边的地基面静压2遍。

所述的步骤(2)中按照设计要求对地基进行清表至设计高程包括平整和压实地面。

一种实现所述方法的装置，包括挖掘机、桩帽坑旋挖装置、桩头旋切装置和桩帽定位模板所组成，其中：

挖掘机，挖掘机用于转换和趋动桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置。挖掘机为传统的挖掘机，只需去掉伸展臂的前端的挖斗，安装工位转换盘。挖掘机的伸展臂26的前端通过轴柱11轴接工位转换盘12。工位转换盘的相邻两边设有呈90度角分布的挖掘固定法兰盘5和切割固定法兰盘13。桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置通过各自连接法兰盘分别固定在挖掘固定法兰盘和切割固定法兰盘上。工位转换盘的另外相邻两边上分别与上液压杆3和下液压杆4轴接，上液压缸体1和下液压缸体2分别固定在对应部的伸展臂上。各液压缸的液压油供给均由挖掘机完成。

桩帽坑旋挖装置，用于旋挖桩帽坑30。桩帽坑旋挖装置由连接法兰盘、护壳7、趋动电机8、旋挖桶9和螺旋挖翅10所组成。护壳的上端中部与连接法兰盘连为一体。桩帽坑旋挖装置通过连接法兰盘与工位转换盘上的挖掘固定法兰盘固定为一体，两者可通过螺栓固定为一体。护壳内设有趋动电机。趋动电机轴穿过护壳与壳体下端的旋挖桶上端中心部连接。旋挖桶的外周壁上设有螺旋挖翅，螺旋挖翅由外周壁上的桶底螺旋至桶顶。旋挖桶的下端为开口端，旋挖桶的上端面中部设有与电机轴卡接的卡槽孔28，趋动电机轴依次穿过护壳和卡孔槽后，用螺栓销与旋挖桶上端中心部连接固定。

卡槽孔周边的旋挖桶的上端面设有出渣孔27，以方便排出或清除旋挖桶内的挖渣。护壳的侧壁上设有通孔6，以方便连接导线，控制趋动电机转速和启闭的操作盘位于挖掘机驾驶室内。

所述的旋挖桶的开口端内径与螺杆桩(或CFG桩)29上端面直径比为1.1～1.3∶1。

所述的旋挖桶直径及与位于直径线上的螺旋挖翅宽度之和等于桩帽上端面直径。桩帽上端面直径与桩帽坑30的上端直径相同。

使用时，上、下液压缸体的上、下液压杆分别伸出或收缩使工位转换盘转动，转换桩帽坑旋挖装置或桩头旋切装置的工位。旋挖桶的上升或下降均由挖掘机的伸展臂完成，将旋挖桶的中心对准螺杆桩的桩头中心，启动趋动电机带动旋挖桶及螺旋挖翅开始下挖桩位周边的桩帽坑，至桩帽坑的设计标高后，上抬挖掘机的伸展臂，将桩帽坑内的土带出，并将挖掘土运至弃渣场。桩帽坑之间的中间土31则不清除。

桩头旋切装置，用于旋切位于桩帽坑内的多余桩头。由连接法兰盘、定轴柱21、转动电机14、切割电机25、活动轴筒22、从动环齿18、主动齿轮15、切割架16和切割刀20所组成。定轴柱的上端中部与连接法兰盘连为一体。桩头旋切装置通过连接法兰盘与工位转换盘上的切割固定法兰盘固定为一体。定轴柱的下部轴设有活动轴筒。活动轴筒的下端与切割架的上端中部连接。切割架的一端向下折弯且其下端设有定位轮17。

切割架的另一端与调距液压缸体19固定，调距液压缸的液压杆与固定柱24上部连接。固定柱的下部设有切割电机25，切割电机轴上设有切割刀。活动轴筒的外周壁上固定有从动环齿，从动环齿与转动电机轴上的主动齿轮咬合，转动电机固定在对应处的定轴柱上。

使用时，桩头旋切装置的上升或下降均由挖掘机的伸展臂完成，将活动轴筒的中心对准螺杆桩的桩头中心，即需切割的多余桩头位于切割架下端的定位轮与切割刀之间，收缩调距液压缸的液压杆使切割刀顶压桩头的外周壁，启动转动电机和切割电机，转动电机轴上的主动齿轮带动从动环齿使活动轴筒绕定轴柱缓慢转动，切割电机带动切割刀对多余桩头进行环切，切割刀对多余桩头进行环切一周后，停切割电机，上提桩头旋切装置，采用手持电锤，将多余的桩头凿除。

所述的切割刀上端的固定柱上设有喷水管23，以对切割刀降温。

桩帽定位模板，用于定位桩帽坑内浇筑混凝土的上端标高，桩帽定位模板为圆盘型，桩帽定位模板的直径40cm，采用1cm厚的钢板加工而成，桩帽定位模板的顶面焊接2道平行的呈间隔距离设置的铝合金板，两道铝合金板的中心线设有标识线，铝合金板上呈间隔距离设有固定孔。

所述的铝合金板上呈间隔距离设有固定钩。固定孔和固定钩的作用是方便固定桩帽定位模板。

所述的桩帽定位模板的直径小于桩帽坑内直径。

总之，本发明推出免桩间土挖除的桩帽混凝土施工工艺及配套装置，有能有效加快桩帽施工进度，节约施工成本，省时省力，施工成本低，施工质量好，安全性好和使用效果好的优点。

Claims (10)

1.一种免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法，其特征在于：免桩间土挖除的桩帽混凝土施工方法，包括如下步骤：

(1)制备桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置；

(2)按照设计标高对杆桩软基处理段落进行分段，按照设计要求对地基进行清表至设计高程；

(3)桩钻机就位，开钻，提钻，对钻孔内灌注混凝土，至钻孔内灌注的混凝土项面达到桩顶标高，满足设计要求；

(4)采用振捣棒插入桩孔内振捣灌注的混凝土，振捣棒应快插慢提，反复捣震，深入桩顶下2米的桩孔内，保证桩头混凝土质量；

(5)待杆桩的混凝土凝固期过后，进行桩帽施工，先将桩钻机在钻桩孔过程中周边遗留的弃土全部清理完毕，再采用平地机整平，并用18～20吨的压路机静压2遍；

(6)检测桩基，桩检合格后，采用全站仪结合挂线测量法放出每个桩位的中心位置，并用竹签做好标识；

(7)按照设计桩帽尺寸开挖桩帽坑，用桩帽坑旋挖装置对准桩头的中心位置，启动桩帽坑旋挖装置开始下挖桩位周边的桩帽坑，至桩帽坑的设计标高，并将挖掘土运至弃渣场；

(8)人工清理桩帽坑内余下的渣土，采用激光投线仪和水准尺，判断桩帽坑底和顶标高是否满足设计要求，并人工修整至设计标高；

(9)对桩帽坑内的桩头依设计要求高度用桩头旋切装置开始切割，桩头实现环切后，采用手持电锤，将多余的桩头凿除；

(10)对桩帽坑内的桩帽进行混凝土浇筑，包括：

(a)为控制好桩帽的冒顶标高和外露面的线型，在桩帽冒顶向下5cm安装桩帽定位模板，桩帽定位模板直径40cm，采用1cm厚的钢板加工而成，并在桩帽定位模板的顶面焊接2道平行的呈间隔距离设置的铝合金板，并将两道铝合金板的中心线标识出，为模板定位用；

(b)采用十字线找出螺杆桩中心点，并标识出，然后将桩帽定位模板安装到已经开挖好的桩帽坑内上端；

(c)采用激光投线仪和水准尺调整桩帽定位模板的标高，通过锤球将定位模板调整到位，在通过铝合金板与木楔进行固定桩帽定位模板；

(d)在桩帽坑内浇筑混凝土直至桩帽定位模板，振捣棒振捣密实浇筑的混凝土，刮平收面；

(e)采用覆盖土工布洒水养生，最后拆除定位摸板。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的桩帽坑的直径与设计的桩帽坑直径相同。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(5)中采用平地机整平，并用18～20吨的压路机静压2遍为对各螺杆桩周边的地基面平整和用18～20吨的压路机对各螺杆桩周边的地基面静压2遍。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中按照设计要求对地基进行清表至设计高程包括平整和压实地面。

5.一种实现权利要求1所述方法的装置，包括挖掘机、桩帽坑旋挖装置、桩头旋切装置和桩帽定位模板所组成，其中：

挖掘机，挖掘机用于转换和趋动桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置，挖掘机的伸展臂的前端通过轴柱轴接工位转换盘，工位转换盘的相邻两边设有呈90度角分布的挖掘固定法兰盘和切割固定法兰盘，桩帽坑旋挖装置和桩头旋切装置通过各自连接法兰盘分别固定在挖掘固定法兰盘和切割固定法兰盘上，工位转换盘的另外相邻两边上分别与上液压杆和下液压杆轴接，上液压缸体和下液压缸体分别固定在对应部的伸展臂上；

桩帽坑旋挖装置，用于旋挖桩帽坑，桩帽坑旋挖装置由连接法兰盘、护壳、趋动电机、旋挖桶和螺旋挖翅所组成，护壳的上端中部与连接法兰盘连为一体，桩帽坑旋挖装置通过连接法兰盘与工位转换盘上的挖掘固定法兰盘固定为一体，护壳内设有趋动电机，趋动电机轴穿过护壳与壳体下端的旋挖桶上端中心部连接，旋挖桶的外周壁上设有螺旋挖翅，螺旋挖翅由外周壁上的桶底螺旋至桶顶，旋挖桶的下端为开口端，旋挖桶的上端面中部设有与电机轴卡接的卡槽孔，卡槽孔周边的旋挖桶的上端面设有出渣孔；

桩头旋切装置，用于旋切位于桩帽坑内的多余桩头，由连接法兰盘、定轴柱、转动电机、切割电机、活动轴筒、从动环齿、主动齿轮、切割架和切割刀所组成，定轴柱的上端中部与连接法兰盘连为一体，桩头旋切装置通过连接法兰盘与工位转换盘上的切割固定法兰盘固定为一体，定轴柱的下部轴设有活动轴筒，活动轴筒的下端与切割架的上端中部连接，切割架的一端向下折弯且其下端设有定位轮，切割架的另一端与调距液压缸体固定，调距液压缸的液压杆与固定柱上部连接，固定柱的下部设有切割电机，切割电机轴上设有切割刀，活动轴筒的外周壁上固定有从动环齿，从动环齿与转动电机轴上的主动齿轮咬合，转动电机固定在对应处的定轴柱上。

桩帽定位模板，用于定位桩帽坑内浇筑混凝土的上端标高，桩帽定位模板为圆盘型，桩帽定位模板的直径40cm，采用1cm厚的钢板加工而成，桩帽定位模板的顶面焊接2道平行的呈间隔距离设置的铝合金板，两道铝合金板的中心线设有标识线，铝合金板上呈间隔距离设有固定孔。

6.按权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的旋挖桶的开口端内径与螺杆桩上端面直径比为1.1～1.3∶1。

7.按权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的旋挖桶直径及与位于直径线上的螺旋挖翅宽度之和等于桩帽上端面直径。

8.按权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的铝合金板上呈间隔距离设有固定钩。

9.按权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的桩帽定位模板的直径小于桩帽坑内直径。

10.按权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的切割刀上端的固定柱上设有喷水管。