CN109024592A - 一种用于振动成孔的施工工具及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于振动成孔的施工工具及施工方法，该施工工具包括振动锤和由钢材制成的敞口出土器，所述敞口出土器设有中心通孔，所述敞口出土器的下部为筒状结构，所述敞口出土器的上部为半壳体结构，所述振动锤的动力输出端与所述敞口出土器的上部连接，所述敞口出土器的下部的筒状结构的长度大于0.8m。通过制造该施工工具，将钢管桩沉入砂土后，起吊所述敞口出土器，用所述振动锤振动所述敞口出土器下沉入土中，使其通孔灌满砂土后，垂直起吊所述敞口出土器至所述钢管桩外，通过振动将位于所述敞口出土器的通孔内的土卸出，解决了现有的因施工场地狭窄、钻孔机在厚砂层难以穿透等因素而带来的施工效率低、成孔困难的问题。

Description

一种用于振动成孔的施工工具及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是一种用于振动成孔的施工工具及施工方法。

背景技术

随着桩基础技术的发展，目前有多种灌注桩的成孔方法，施工人员可根据不同的施工情况采用不同的方法工艺。

桩可根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)，按桩径(设计直径d)大小分为：小直径桩(d≦250mm)、中等直径桩(250mm﹤d﹤800mm)和大直径桩(d≧800mm)。

在桥梁的桩基施工过程中，当遇到施工靠近河涌边，场地狭窄，土层为厚砂层，且桩径小于800mm，桩的数量较少的情况时，采用人工挖孔灌注桩的方法(即采用人工挖土成孔，然后安放钢筋笼，灌注混凝土成桩)，施工工人的劳动强度大，且具有一定的危险性。采用钻孔灌注桩的方法(即在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土)，使用大型施工机械引孔，施工费用高昂、不经济。因厚砂层不易被穿透而费工费时，若采用泥浆循环的施工方法(即在钻孔灌注桩的成桩过程中，用冲击式装置或卷扬机提升钻头，冲击成孔，由泥浆悬浮钻渣，使钻头每次都能冲击到孔底新土层，泥浆池与钻孔形成液循环系统。)而且采取钻孔灌注桩的方法须建立泥浆池，进行泥浆循环工序，由于工地靠近河涌边，在泥浆循环的过程中，泥渣很有可能会污染水源。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于振动成孔的施工工具及施工方法，施工工具结构简单，施工方法可操作性强，运用该施工方法，成孔速度快，解决了现有的因施工场地狭窄、钻孔机在厚砂层难以穿透等因素而带来的施工效率低、成孔困难的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于振动成孔的施工工具，包括振动锤和由钢材制成的敞口出土器，所述敞口出土器设有中心通孔，所述敞口出土器的下部为筒状结构，所述敞口出土器的上部为半壳体结构，所述振动锤的动力输出端与所述敞口出土器的上部连接，所述敞口出土器的下部的筒状结构的长度大于0.8m。

作为优选方案，所述敞口出土器由相对扣合的第一槽型钢板和第二槽型钢板组成，所述第一槽型钢板的长度大于所述第二槽型钢板的长度，且所述第一槽型钢板和所述第二槽型钢板的底部平齐。

作为优选方案，所述第一槽型钢板和所述第二槽型钢板的材质是槽钢或钢板桩。

作为优选方案，当所述第一槽型钢板和所述第二槽型钢板的材质是钢板桩时，所述第一槽型钢板的锁口和所述第二槽型钢板的锁口通过焊接相连。

作为优选方案，所述敞口出土器的下部的筒状结构的长度小于1.0m。

作为优选方案，所述振动锤为液压振动锤。

为了解决相同的问题，本发明实施例还提供一种利用上述方案描述的振动成孔的施工工具所进行的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：准备施工材料，包括钢管桩、所述振动锤和用于制造所述敞口出土器的钢材，制造所述施工工具；

步骤2：校正所述钢管桩的垂直度，使所述钢管桩的垂直度的最大偏差值不超过其长度的1/150，用所述振动锤空振所述钢管桩，使之沉入土中1～2m，再次校正所述钢管桩的垂直度，振动所述钢管桩，当所述振动锤振动1分钟后，所述钢管桩的贯入度小于8mm，激振10分钟，所述钢管桩的贯入度小于3cm时，则停止振动，按设计桩顶标高画切割线并切割所述钢管桩，切割机械偏差为±l0mm。

步骤3：起吊所述敞口出土器，使其轴线与所述钢管桩的中心线重合，用所述振动锤振动所述敞口出土器下沉入土中，所述振动锤的振动频率范围为25-60HZ，振幅范围为3-8mm，将所述敞口出土器的下部完全没入土中后，停止振动；

步骤4：上提所述敞口出土器至所述钢管桩外，通过振动将位于所述敞口出土器的通孔内的土卸出；

步骤5：重复上述步骤3至4，直至将位于所述钢管桩内的土全部卸出；

步骤6：终孔前进行孔深复测，将所述钢管桩的底部清理干净，并进行二次测量孔深；

步骤7：进行混凝土浇注工艺。

作为优选方案，在步骤1中，选取两端无裂痕、无凹凸变形的所述第一槽型钢板和第二槽型钢板，对所述第二槽型钢板进行切割，切割机械偏差为±l0mm，将所述第一槽型钢板的锁口和第二槽型钢板的锁口焊接在一起，使所述第一槽型钢板和第二槽型钢板中间形成通孔。

作为优选方案，在步骤2中，采用氧气乙炔切割工艺切割所述钢管桩。

作为优选方案，在步骤4中，采用液压振动打桩机振动或人工用钢棒敲击的振动方法将位于所述敞口出土器通孔内的土卸出。

作为优选方案，步骤6具体包括：

步骤6.1，在确保孔深后，用水枪冲洗所述钢管桩管壁的余土；

步骤6.2，用水泵抽出所述钢管桩内的水土混合物。

综上，本发明所提供的一种用于振动成孔的施工工具及施工方法，通过制造结构简易的用于振动成孔的工具，并利用振动锤将敞口出土器该振动下沉入土中，通过敞口出土器的中心通孔搬运砂土，施工步骤简单，使用便捷，有效解决了地下水位以上厚砂层地质条件下，中小型钢管桩的成孔施工难度大，使用大型机械成孔不经济的问题，该施工方法速度快，安全性高，施工成本低，避免了使用泥浆池，杜绝了泥浆进入河道或运输遗撒问题，符合国家节能环保要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于振动成孔的施工工具的侧视图；

图2是本发明实施例提供的敞口出土器的俯视图。

附图标记：

1、振动锤，2、敞口出土器，21、第一槽型钢板，22、第二槽型钢板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明提供一种用于振动成孔的施工工具，其包括振动锤1和由钢材制成的敞口出土器2，敞口出土器2设有中心通孔，敞口出土器2的下部为筒状结构，敞口出土器2的上部为半壳体结构，振动锤1的动力输出端与敞口出土器2的上部连接，敞口出土器2的下部的筒状结构的长度大于0.8m。

基于上述技术方案，在振动成孔前，先利用振动锤1的钢板夹具功能，夹紧敞口出土器2的上部，将敞口出土器2起吊至需要打孔的位置，微调敞口出土器2的位置和垂直度后，用振动锤1将敞口出土器2的下部通过振动下沉入砂土中，直至砂土完全没过敞口出土器2的下部。此时通孔内嵌满砂土，停止振动，用振动锤1缓慢垂直上提敞口出土器2，由于该施工工具主要用于旱地或少水且较密实的粘质地层，被挤入通孔内的砂土具有一定的粘附力及挤压力，砂土会附着在通孔内，不易掉出。将敞口出土器2移至指定位置，用振动锤1振动敞口出土器2，使敞口出土器2卸出通孔内的砂土。敞口出土器2的下部的筒状结构的长度大于0.8m，若其长度过短，则导致施工工具的掏土量太少，影响施工进程。本发明实施例提供的用于振动成孔的施工工具，利用敞口出土器的简单结构，配合振动锤1使用，可以反复搬运砂土。即使在厚砂层，通过振动锤1的振动也能引孔，提高了地下水位以上砂土层中小型桩径成孔的工作效率，而且成孔质量高。

其中，敞口出土器2由相对扣合的第一槽型钢板21和第二槽型钢板22组成，第一槽型钢板21的长度大于第二槽型钢板22的长度，且第一槽型钢板21和第二槽型钢板22的底部平齐。本发明实施例就地取材，利用施工工地常见的槽型钢板制成敞口出土器2，制作简单、节约成本。敞口出土器2为一长一短的结构，能减轻振动锤1的负重，若两个槽型钢板等长，敞口出土器2会因其通孔过长，导致砂土不易从孔内卸出。第一槽型钢板21和第二槽型钢板22的底部平齐有利于敞口出土器2的振动下沉，使其在下沉的过程中保持一定的垂直度，不会发生偏侧。

第一槽型钢板21和第二槽型钢板22的材质是槽钢或钢板桩，具有一定强度和硬度，结构刚度大，不易出现折弯变形或折断的情况。在本实施例中，第一槽型钢板21和第二槽型钢板22的材质优选为拉森钢板桩，其具有高强度、低重量、隔水性良好的优点，抗弯性能和支护强度均优胜于槽钢。拉森钢板桩自带有锁口结构，可以自由组合，形成一种连续紧密的挡土的钢结构体。两根拉森钢板桩的锁口位置对称焊接在一起，密封性好，有防水挡土的作用。进一步的，第一钢材1和第二钢材2均采用NS-SP-IIIA型钢板桩，其宽度为400mm，高度为150mm，厚度为13.1mm。其中，第二槽型钢板22由拉森钢板桩切割而成，第一槽型钢板21为标准长度为12米的拉森钢板桩。第一槽型钢板21和第二槽型钢板22的长度均根据引孔深度而决定。在实际施工时，第一槽型钢板21和第二槽型钢板22可以通过切割和焊接接长，其尺寸规格不限于本实施例。

当第一槽型钢板21和第二槽型钢板22的材质是钢板桩时，第一槽型钢板21的锁口和第二槽型钢板22的锁口通过焊接相连，中间形成横截面形状为六边形的通孔。焊接连接性能好，焊接接头强度大，致密性好。焊接后，钢板桩整体性好，具有良好的气密性及水密性。

考虑摩擦系数等因素，敞口出土器2的下部的筒状结构的长度小于1.0m。若敞口出土器2的下部长度超过1.0m，受砂土的粘附力影响，在振动卸土时，砂土不易从通孔中卸出，影响施工进度。

此外，振动锤1为液压振动锤，液压振动锤与电动锤、柴油锤相比，施工时振感小、噪音小，不扰民，其施工效率是普通桩工机械的十倍，振动沉桩速度一般在4—7米/分种，在非於泥地质最快速度达到12米/分钟。高频液压振动锤能够穿透卵石层、沙层、建筑垃圾等地质层的能力很强。

为了解决相同的问题，本发明实还提供一种利用该用于振动成孔的施工工具所进行的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：准备施工材料，包括钢管桩、振动锤1和用于制造敞口出土器2的钢材，制造施工工具；

步骤2：校正钢管桩的垂直度，使钢管桩的垂直度的最大偏差值不超过其长度的1/150，用振动锤1空振钢管桩，使之沉入土中1～2m，再次校正钢管桩的垂直度，振动钢管桩，当振动锤1振动1分钟后，钢管桩的贯入度小于8mm，激振10分钟，钢管桩的贯入度小于3cm时，则停止振动，按设计桩顶标高画切割线并切割钢管桩，切割机械偏差为±l0mm。

步骤3：起吊敞口出土器2，使其轴线与钢管桩的中心线重合，用振动锤1振动敞口出土器2下沉入土中，振动锤1的振动频率范围为25-60HZ，振幅范围为3-8mm，将敞口出土器2的下部完全没入土中后，停止振动；

步骤4：缓慢上提敞口出土器2至钢管桩外，通过振动将位于敞口出土器2的通孔内的土卸出；

步骤5：重复上述步骤3至4，直至将位于钢管桩内的土全部卸出；

步骤6：终孔前进行孔深复测，将钢管桩的底部清理干净，并进行二次测量孔深；

步骤7：进行混凝土浇注工艺。

其中，步骤1中的准备施工材料包括存放和检查施工材料。存储钢材的地方应平整、坚实、排水通畅，堆放高度不得超过1.5m。施工前，应在待引孔的中心位置用石灰撒圈，标出钢管桩的桩径大小和位置，检查钢管桩端部是否有浮锈和油污，若有，必须清除，保持钢管桩干燥。检查钢管桩桩身有无裂纹或损伤，若有损伤在进行合理的处理前不得进行沉管施工。在本实施例中，钢管桩采用Q235B钢材。Q235B有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接。本工程采用26根桩基为Φ60cm的钢管桩，钢管桩入土深度为12米。具体的钢管桩材料、数量及入土深度根据实际的施工要求和环境而定，不限于此例。

由于钢管桩的垂直度直接关系到桩基的承载力，因此确保桩身成孔垂直精度是灌注桩顺利施工的一个重要条件。在步骤2中，具体地，先用两台经纬仪，架设在钢管桩的正面及侧面，校正桩的垂直度，校正钢管桩的垂直度可以避免桥梁出现缩颈、断桩等质量问题。若发现桩位不正或者倾斜，应调正后将钢管桩拔出重新插打。对钢管桩空振，能使砂土的内摩擦角减小、强度降低，便于将钢管桩沉入土中。

基于上述技术方案，通过制造用于振动成孔的工具，通过振动沉孔的方式，搬运出钢管桩内的砂土，不需要采用传统的人工挖孔灌注桩，也不需要准备泥浆池，解决了穿越厚砂层时，常规振动成孔工艺速度缓慢，下沉困难等难题。而且用于振动成孔的工具结构简单，可以就地取材，制造方便，成本较低，特别适用于在砂土类土层中小型钢管桩振动成孔的施工。

在步骤1中，选取两端无裂痕、无凹凸变形的第一槽型钢板21和第二槽型钢板22，对第二槽型钢板22进行切割，切割机械偏差为±l0mm，将第一槽型钢板21的锁口和第二槽型钢板22的锁口焊接在一起，使第一槽型钢板21和第二槽型钢板22中间形成通孔。选取外形完好的钢板可以保证敞口出土器在振动下沉的过程中不易发生形变。在对第二槽型钢板22进行切割时，若切口机械偏差过大，会导致材料耗量大，施工效率低，施工成本增加。因此，切口割缝要尽可能窄，且宽窄要一致。

在步骤2中，采用氧气乙炔切割工艺切割钢管桩，切割时不需要移动钢管桩，移动氧乙炔焰便能迅速切割，切割效率高，而且设备轻便、便于携带。切割钢管桩时，先按设计桩顶标高画出切割线，控制乙炔及氧气的压力，切口表面必须光滑整洁，而且粗细纹要一致。切口的钢板边缘棱角不允许有明显的融化。

在步骤4中，采用液压振动打桩机振动或人工用钢棒敲击的振动方法将位于敞口出土器2通孔内的土卸出。采用上述两种方法，通过振动将位于通孔中的砂土振散，减小砂土的粘附力及挤压力，以便卸出。

步骤6具体包括：

步骤6.1，在确保孔深后，用水枪冲洗钢管桩管壁的余土；

步骤6.2，用水泵抽出钢管桩内的水土混合物。

步骤6终孔前用测绳进行孔深复测。用水泵抽出钢管内土水混合物后，二次测量孔深，保证孔深到达设计要求，以便进行步骤7浇注混凝土。若清孔后未及时冲洗余土和抽出水土混合物，容易导致孔深过浅，使混凝土的浇筑量减少，影响桥梁的稳定性。

在本实施例中，使用C20素混凝土浇注。在进行步骤7，混凝土浇注时，需按图纸要求焊接在钢管桩内侧钢筋。使用直径为20cm的导管通至钢管桩底部以上300～500mm，按照敞口出土器基水下混凝土浇注工艺进行浇注。

综上，本发明所提供的一种用于振动成孔的施工工具及施工方法，通过制造结构简易的用于振动成孔的工具，并利用振动锤将敞口出土器该振动下沉入土中，通过敞口出土器的中心通孔搬运砂土，施工步骤简单，使用便捷，有效解决了地下水位以上厚砂层地质条件下，中小型钢管桩的成孔施工难度大，使用大型机械成孔不经济的问题，该施工方法速度快，安全性高，施工成本低，避免了使用泥浆池，杜绝了泥浆进入河道或运输遗撒问题，符合国家节能环保要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“纵向”、“上”、“下”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于振动成孔的施工工具，其特征在于：包括振动锤和由钢材制成的敞口出土器，所述敞口出土器设有中心通孔，所述敞口出土器的下部为筒状结构，所述敞口出土器的上部为半壳体结构，所述振动锤的动力输出端与所述敞口出土器的上部连接，所述敞口出土器的下部的筒状结构的长度大于0.8m。

2.根据权利要求1所述的用于振动成孔的施工工具，其特征在于：所述敞口出土器由相对扣合的第一槽型钢板和第二槽型钢板组成，所述第一槽型钢板的长度大于所述第二槽型钢板的长度，且所述第一槽型钢板和所述第二槽型钢板的底部平齐。

3.根据权利要求2所述的用于振动成孔的施工工具，其特征在于：所述第一槽型钢板和所述第二槽型钢板的材质是槽钢或钢板桩。

4.根据权利要求3所述的用于振动成孔的施工工具，其特征在于：当所述第一槽型钢板和所述第二槽型钢板的材质是钢板桩时，所述第一槽型钢板的锁口和所述第二槽型钢板的锁口通过焊接相连。

5.根据权利要求1所述的用于振动成孔的施工工具，其特征在于：所述敞口出土器的下部的筒状结构的长度小于1.0m。

6.根据权利要求1所述的用于振动成孔的施工工具，其特征在于：所述振动锤为液压振动锤。

7.一种利用权利要求1-6的振动成孔的施工工具所进行的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：准备施工材料，包括钢管桩、所述振动锤和用于制造所述敞口出土器的钢材，制造所述施工工具；

步骤2：校正所述钢管桩的垂直度，使所述钢管桩的垂直度的最大偏差值不超过其长度的1/150，用所述振动锤空振所述钢管桩，使之沉入土中1～2m，再次校正所述钢管桩的垂直度，振动所述钢管桩，当所述振动锤振动1分钟后，所述钢管桩的贯入度小于8mm，激振10分钟，所述钢管桩的贯入度小于3cm时，则停止振动，按设计桩顶标高画切割线并切割所述钢管桩，切割机械偏差为±l0mm。

步骤3：起吊所述敞口出土器，使其轴线与所述钢管桩的中心线重合，用所述振动锤振动所述敞口出土器下沉入土中，所述振动锤的振动频率范围为25-60HZ，振幅范围为3-8mm，将所述敞口出土器的下部完全没入土中后，停止振动；

步骤4：上提所述敞口出土器至所述钢管桩外，通过振动将位于所述敞口出土器的通孔内的土卸出；

步骤5：重复上述步骤3至4，直至将位于所述钢管桩内的土全部卸出；

步骤6：终孔前进行孔深复测，将所述钢管桩的底部清理干净，并进行二次测量孔深；

步骤7：进行混凝土浇注工艺。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：在步骤1中，选取两端无裂痕、无凹凸变形的所述第一槽型钢板和第二槽型钢板，对所述第二槽型钢板进行切割，切割机械偏差为±l0mm，将所述第一槽型钢板的锁口和第二槽型钢板的锁口焊接在一起，使所述第一槽型钢板和第二槽型钢板中间形成通孔。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：在步骤2中，采用氧气乙炔切割工艺切割所述钢管桩。

10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：在步骤4中，采用液压振动打桩机振动或人工用钢棒敲击的振动方法将位于所述敞口出土器通孔内的土卸出。

11.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：步骤6具体包括：

步骤6.1，在确保孔深后，用水枪冲洗所述钢管桩管壁的余土；

步骤6.2，用水泵抽出所述钢管桩内的水土混合物。