CN108914931A - 一种装配式竖向盾构环型基桩与施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式竖向盾构环型基桩与施工方法,在施工前通过工厂预制桩底模块和标准模块,桩底模块带有包钢刃脚,标准模块是由内壁和外壁组成的双层箱形结构。本发明采用预制钢筋混凝土管片,桩身质量高,双层箱型结构的管片提供了工作空间同时兼做桩孔护壁。桩身管片设置弹性密封垫槽,采用橡胶压力防水条,减少大面积桩身防水施工,提高了施工质量并且增加了经济效益。本发明提出的该种装配式竖向盾构环型基桩的施工方法,解决了钢筋接头数量较多的问题,桩身连接部位均采用高强螺栓。采用本方法施工大直径空心桩基础,无需大直径钻机,提高施工过程安全性和提供足够的施工空间,同时达到缩短工期、提高施工质量和减小施工成本的效果。

Description

一种装配式竖向盾构环型基桩与施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于地下工程施工领域,主要应用于大型桥梁的桩基工程以及其他大型建 筑桩基础的施工。
背景技术
[0002] 长期以来,下部构造的桩基础多为实心结构。随着对基础支承能力需求的大幅增 长,多数情况下,采用增大截面的实心灌注桩是不合算的,大直径实心粧存在不能充分利用 桩心部分混凝土承载力的问题,造成材料的大量浪费。空心桩是指采用某种技术手段施工 的环形断面基础桩,其特点是将传统的实心断面改变成环形断面,从而达到节省混凝土,减 少粧的自重,增加桩身摩擦面积,提高桩身承载力的目的。目前,大直径桩基础工程正走向 大直径、轻型化和装配化,众所周知,桩径越大,空心桩的效益也越高。
[0003] 目前大直径空心桩的施工方法主要有两种:钻埋空心粧和人工挖孔空心桩。⑴钻 埋空心桩的桩壳是由预制空心桩底节,若千中节和顶节3部分组成,并由锥形螺纹筋和HZLM 锥形锚串联张拉连接而成。用涂抹环氧树脂水泥砂浆的钢筋混凝土平接头承压、粗钢筋预 应力承受拉力的连接方式处理节头的连接。施工时首先利用钻机成孔,钻孔达到设计标高 后,用钻机进行清渣与桩底抛石,在孔内沉放底节桩节,桩壳拼接,进行桩侧和桩底填石压 浆。(2)人工挖孔空心桩施工时,人工开挖一节桩孔,施工一节护壁。护壁可采用预制壳或现 场浇筑混凝土护壁。通过上下模护壁的竖向钢筋的有效连接来确保各节护壁能够连成一 体,防止出现护壁脱节现象。护壁工程完成后,粧身采用内滑法施工,滑动的内模一般钢板 做成两头封死的圆筒状。将内模放入井底,操作人员随内模提升完成筒壁钢筋笼的绑扎和 混凝土浇筑,每升高2.5m校正1次芯模筒身,依次循环上升到桩井口。
[0004] 上述两种施工方法均有各自技术上的不足:(1)钻埋空心桩的施工,对基本设备相 对要求较强,成孔需要大直径钻机,没有现成钻机时,需发明平新型钻机;桩节外表面涂抹 一层防水沥青,在沥青外面贴裹一层防水纤维布,防水措施费时费力;此外桩侧和桩底压浆 混凝土质量难以保证。(2)人工挖孔空心粧的施工,挖孔劳动强度较大,单粧施工速度较慢, 开挖过程易出现塌孔,安全性较差;钢筋接头数量较多,而使桩的整体性变差;此外需要不 时校正钢内模筒身。
发明内容
[0005] 本发明采用一种装配式竖向盾构环型基桩结构,在施工前通过工厂预制桩底模块 和标准模块,桩底模块带有包钢刃脚,标准模块是由内壁和外壁组成的双层箱形结构。主要 适用于大型桥梁的桩基工程以及其他大型建筑桩基础的施工,主要解决了以下技术问题: (1)本发明采用预制钢筋混凝土管片,桩身质量高,双层箱型结构的管片提供了工作空间同 时兼做粧孔护壁。粧身管片设置弹性密封垫槽,采用橡胶压力防水条,减少大面积桩身防水 施工,提高了施工质量并且增加了经济效益。(2)本发明提出的该种装配式竖向盾构环型基 粧的施工方法,解决了钢筋接头数量较多的问题,粧身连接部位均采用高强螺栓。施工无需 大直径钻机,在桩底节管片设置刃脚,依靠自重进行挖土下沉,桩身现场吊拼装配,施工速 度快。该装配式竖向盾构环型基桩的施工主要分为三个阶段,第一阶段进行桩底模块吊拼 安装,刃脚下沉;第二阶段逐节接高桩身,挖土下沉;第三阶段进行封底并浇筑桩身混凝土。 [0006]因此,采用本方法施工大直径空心桩基础,无需大直径钻机,可以提高施工过程安 全性和提供足够的施工空间,同时可以达到缩短工期、提高施工质量和减小施工成本的效 果。
[0007] 本发明所采用的技术方案是在装配式竖向盾构环型基桩施工过程中,依靠粧底模 块的刃脚,利用自重下沉粧身管片,分节装配施工。桩身管片(标准模块)是一种由内壁和外 壁组成的双层箱型结构,可以形成基桩的内壁和外壁,在内壁和外壁之间的环形区域吊入 钢筋笼,浇筑混凝土形成桩身。总结并提出了适用于大直径空心桩基础的施工方法。
[0008] 本发明的关键技术有以下两点。
[0009] 一种装配式竖向盾构环型基桩的构造。
[0010] 借鉴地铁盾构管片的结构,但与地铁盾构不同,该环型基桩为一种竖向盾构。所提 到的一种装配式竖向盾构环型基粧分为粧底模块10和标准模块12,粧底模块10的刃脚处设 置有包钢刃脚11,便于施工时进行切土下沉,包钢刃脚11通过承垫木或混凝土垫层9与砂垫 层8接触。桩底模块10和标准模块12均为预制钢筋混凝土管片1,预制钢筋混凝土管片1是一 种由内壁和外壁组成的双层箱型结构;为了方便施工吊装,粧底模块10和标准模块12均分 成六块独立的预制钢筋混凝土管片1,各个预制钢筋混凝土管片1之间通过环向管片连接直 螺栓2进行连接。粧底模块10上留有上部凹槽7,以便和粧底模块10上部的标准模块12拼装; 标准模块12上部留有上部凹槽7,下部有下部凸榫8,各个标准模块12之间通过榫卯配合顺 次拼接;标准模块12的上下外边口留有弹性密封垫槽5,以便做止水。环向六块预制钢筋混 凝土管片1上留有注浆孔,以便做注浆防水。预制钢筋混凝土管片1上下之间留有竖向螺栓 孔与手孔,上下环对接时,采用竖向管片连接弯螺栓3进行连接。预制钢筋混凝土管片1的断 面周向上设有横向布置的管片配筋4;
[0011] 包钢刃脚11的内侧设有桩壁凹槽15,钢筋混凝土底板16沿横向布设并与桩壁凹槽 15相配合;钢筋混凝土底板16的下部为锅底状井底13,锅底状井底13中填充有素混凝土封 底14;
[0012]钢筋笼17设置在双层箱型结构中间,并在双层箱型结构与钢筋笼17之间浇筑桩身 混凝土18;
[0013] 基于上述装配式竖向盾构环型基桩构造的施工工法。
[0014]该装配式竖向盾构环型基桩的施工主要分为三个阶段,第一阶段进行桩底模块吊 拼安装,刃脚下沉。第二阶段逐节接高桩身,挖土下沉。第三阶段进行封底并浇筑桩身混凝 土。
[0015] 第一阶段为桩底模块吊拼安装,刃脚下沉阶段。具体施工步骤是:先在地面上铺设 砂垫层(8),使桩底刃脚下的应力荷载得以分散。砂垫层上铺设承垫木或混凝土垫层(9),刃 脚处视情况支设垫架。吊装并组拼成粧底模块(1〇),在沉桩挖土之前,桩底模块的刃脚(11) 先采用人工全面同时分段掏挖,挖除的土方先集中在锅底中央,让桩底模块逐渐下沉部分, 使刃脚埋在土层中。
[0016] 第二阶段为接高粧节,挖土下沉阶段。基桩沿深度分成若干段,每段为一节,接高 一节,下沉一节,循环进行。具体施工步骤是:吊装组拼标准模块(12)形成粧节,为方便吊 装,标准模块由环向六个预制模块组成,六个模块之间采用螺栓连接。标准模块上下设置有 上部凹槽(7)和下部凸榫(8),两侧留有螺栓孔⑵和注浆孔,以便连接并做注浆防水。吊装 到位后由工人拧紧直螺栓,形成环向粧节。组拼好的环向桩节此时已卡入其下方粧节的预 制榫槽中,为保证其连接弯螺栓3拧紧上下桩节。
[0017]竖向的整体性,管片上下留有竖向螺栓孔与手孔,上下环对接时,采用竖向管片完 成接高桩节后,视地层情况选取排水下沉法或者不排水下沉法。采取排水下沉挖土法时,用 人工或小型挖掘机在井内开挖,在地面用抓斗挖土机分层开挖。采取不排水下沉挖土法时, 用吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土,使环型基桩底部形成锅底,然后刃脚切土下沉。再 从环型桩孔中继续抓土,使沉井均匀下沉。或者利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层,使 其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑,然后用水力吸泥机或空气吸泥机将泥浆吸出。
[0018] 桩身初期下沉过程中的挖土顺序为中间稍低于四周,桩内的挖土高差在1米以内; 桩身接到一定高度,此后的下沉过程应对称挖土,均匀下沉,先掏挖中央部位的土体,再掏 挖刃脚下土,且桩内土面高差不得大于1米;根据各个观测点的桩身下沉数据进行判断桩身 下沉是否发生倾斜;若发生倾斜,则采用纠偏措施;下沉稳定时应放慢取土速度和数量,按 照均匀对称的原则布置挖土范围。
[0019] 第三阶段为封底、浇筑桩身混凝土阶段。具体施工步骤是:沉井下沉至设计标高, 经观测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内,沉降下沉已经稳定时,进行 封底。视桩底作业环境选择排水封底或不排水封底。地下水位以下采用水下混凝土方法浇 筑,地下水位以上为常规干浇筑作业。
[0020] 在粧身稳定后,对粧底进行平整,刃脚四周经处理后,无渗漏和管涌现象,将新老 混凝土接触面清洗干净,并凿毛清洗,把桩底修正成锅底状(13),如遇渗水,采用排水沟引 流到集水井内抽除。
[0021] 封底混凝土的浇筑,先浇一层素混凝土封底(14),使地下水不致渗漏到桩身内部, 待强度达到50%后,在素混凝土封底(14)上绑扎钢筋,素混凝土封底(14)的两端伸入桩壁 凹槽(15)内,浇筑上层底板(16)。在整个区域内采用分层、对称均匀浇筑,同时不间断的进 行,由四周向中间推进。
[0022] 封底施工完成,桩身处于绝对稳定后,这时开始浇筑桩身混凝土。在桩身近旁预先 绑扎钢筋骨架或网片,桩身钢筋笼(17)用吊车垂直吊装就位,此后分段浇筑桩身混凝土 (18)形成环形基桩。
附图说明
[0023]图1装配式竖向盾构环型基桩俯视图。
[0024]图2环向管片连接处立体图。
[0025]图3钢筋混凝土管片外壁A-A剖面图。
[0026]图4施工第一阶段示意图。
[0027]图5施工第二阶段示意图。
[0028]图6施工第三阶段示意图。
[0029]图中:1 •预制钢筋混凝土管片2.环向管片连接直螺栓3.竖向管片连接弯螺栓4.管 斤配肋5.弹性岔封垫槽6.下部凸榫7 •上部凹槽8 •砂垫层9 •承垫木或混凝土垫层10.桩底模 块11.包钢刃脚12 •标准模块13.锅底状井底14 •素混凝土封底15.粧壁凹槽16.钢筋混凝土 底板17.钢筋笼18.粧身混凝土。
具体实施方式
[0030] 环向钢筋混凝土预制管片(1)之间通过高强直螺栓(2)连接,竖向钢筋混凝土预制 管片(1)通过高强弯螺栓(3)连接。标准模块(12)上下设置凸榫与凹槽,方便与其上部和下 部的预制混凝土管片拼装。桩底模块(10)下部为包角钢刃脚(11),方便切土下沉。桩底模块 有预制浇筑好的桩壁凹槽(15),钢筋混凝土底板(16)插入凹槽中,保证底板同粧身主体良 好结合。
[0031] 如图1所示为装配式竖向盾构环型基粧俯视图。
[0032] 如图2所示为环向管片连接处立体图。
[0033] 图3为钢筋混凝土管片外壁A-A剖面图。
[0034] 图4为施工第一阶段示意图。
[0035] 图5为施工第二阶段示意图。
[0036] 图6为施工第三阶段示意图。

Claims (2)

1. 一种装配式竖向盾构环型基桩,其特征在于:该基粧分为粧底模块a〇)和标准模块 (12),桩底模块(10)的刃脚处设置有包钢刃脚(11),便于施工时进行切土下沉,包钢刃脚 (11)通过承垫木或混凝土垫层(9)与砂垫层(8)接触;粧底模块(1〇)和标准模块(12)均为预 制钢筋混凝土管片a),预制钢筋混凝土管片a)是一种由内壁和外壁组成的双层箱型结 构;为了方便施工吊装,桩底模块(1〇)和标准模块(12)均分成六块独立的预制钢筋混凝土 管片(1),各个预制钢筋混凝土管片⑴之间通过环向管片连接直螺栓⑵进行连接;粧底模 块(10)上留有上部凹槽(7),以便和粧底模块(1〇)上部的标准模块(12)拼装;标准模块(12) 上部留有上部凹槽(7),下部有下部凸榫(8),各个标准模块(12)之间通过榫卯配合顺次拼 接;标准模块(12)的上下外边口留有弹性密封垫槽(5),以便做止水;环向六块预制钢筋混 凝土管片(1)上留有注浆孔,以便做注浆防水;预制钢筋混凝土管片(1)上下之间留有竖向 螺栓孔与手孔,上下环对接时,采用竖向管片连接弯螺栓(3)进行连接;预制钢筋混凝土管 片⑴的断面周向上设有横向布置的管片配筋⑷; 包钢刃脚(11)的内侧设有桩壁凹槽(15),钢筋混凝土底板(16)沿横向布设并与粧壁凹 槽(15)相配合;钢筋混凝土底板(16)的下部为锅底状井底(13),锅底状井底(13)中填充有 素混凝土封底(14); 钢筋笼(17)设置在双层箱型结构中间,并在双层箱型结构与钢筋笼(17)之间浇筑桩身 混凝土 (18)。
2. 利用权利要求1所述基桩进行的一种装配式竖向盾构环型基粧施工方法,其特征在 于: 该装配式竖向盾构环型基桩的施工主要分为三个阶段,第一阶段进行桩底模块吊拼安 装,刃脚下沉;第二阶段逐节接高粧身,挖土下沉;第三阶段进行封底并浇筑桩身混凝土; 第一阶段为粧底模块吊拼安装,刃脚下沉阶段;具体施工步骤是:先在地面上铺设砂垫 层⑻,使桩底刃脚下的应力荷载得以分散;砂垫层上铺设承垫木或混凝土垫层(9),刃脚处 视情况支设垫架;吊装并组拼成桩底模块(1〇),在沉桩挖土之前,桩底模块的刃脚(11)先采 用人工全面同时分段掏挖,挖除的土方先集中在锅底中央,让粧底模块逐渐下沉部分,使刃 脚埋在土层中; 第二阶段为接高桩节,挖土下沉阶段;基桩沿深度分成若干段,每段为一节,接高一节, 下沉一节,循环进行;具体施工步骤是:吊装组拼标准模块(12)形成桩节,为方便吊装,标准 模块由环向六个预制模块组成,六个模块之间采用螺栓连接;标准模块上下设置有上部凹 槽⑺和下部凸榫⑻,两侧留有螺栓孔⑵和注浆孔,以便连接并做注浆防水;吊装到位后 由工人拧紧直螺栓,形成环向桩节;组拼好的环向桩节此时己卡入其下方桩节的预制榫槽 中,为保证其竖向管片连接弯螺栓(3)拧紧上下桩节; 竖向的整体性,管片上下留有竖向螺栓孔与手孔,上下环对接时,采用竖向管片完成接 高桩节后,视地层情况选取排水下沉法或者不排水下沉法;采取排水下沉挖土法时,用人工 或小型挖掘机在井内开挖,在地面用抓斗挖土机分层开挖;采取不排水下沉挖土法时,用吊 车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土,使环型基桩底部形成锅底,然后刃脚切土下沉;再从环 型桩孔中继续抓土,使沉井均匀下沉;或者利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层,使其形 成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑,然后用水力吸泥机或空气吸泥机将泥浆吸出; 桩身初期下沉过程中的挖土顺序为中间稍低于四周,桩内的挖土高差在1米以内;桩身 接到一定高度,此后的下沉过程应对称挖土,均匀下沉,先掏挖中央部位的土体,再掏挖刃 脚下土,且桩内土面高差不大于1米;根据各个观测点的桩身下沉数据进行判断桩身下沉是 否发生倾斜;若发生倾斜,则采用纠偏措施;下沉稳定时应放慢取土速度和数量,按照均匀 对称的原则布置挖土范围; 第三阶段为封底、浇筑桩身混凝土阶段;具体施工步骤是:沉井下沉至设计标高,经观 测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内,沉降下沉已经稳定时,进行封底; 视桩底作业环境选择排水封底或不排水封底;地下水位以下采用水下混凝土方法浇筑,地 下水位以上为常规干浇筑作业; 在粧身稳定后,对桩底进行平整,刃脚四周经处理后,无渗漏和管涌现象,将新老混凝 土接触面清洗干净,并凿毛清洗,把桩底修正成锅底状(I3),如遇渗水,采用排水沟引流到 集水井内抽除; 封底混凝土的浇筑,先浇一层素混凝土封底(14),使地下水不致渗漏到桩身内部,待强 度达到50%后,在素混凝土封底(14)上绑扎钢筋,素混凝土封底(14)的两端伸入桩壁凹槽 (15)内,浇筑上层底板(16);在整个区域内采用分层、对称均匀浇筑,同时不间断的进行,由 四周向中间推进; 封底施工完成,桩身处于绝对稳定后,这时开始烧筑桩身混凝土;在桩身近旁预先绑扎 钢筋骨架或网片,桩身钢筋笼(17)用吊车垂直吊装就位,此后分段浇筑桩身混凝土(1S)形 成环形基桩。
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