CN109853565A - 沉管桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉管桩的施工方法，包括设备沉管系统就位、沉管、浇筑、拔管步骤，沉管方法包括单顶压沉管法、单抱压沉管法、双抱压沉管法、双抱压沉管沉管锤法、单抱压单顶压沉管沉管锤法、双抱压单顶压沉管沉管锤法、抱压內夯交互沉管沉管锤法、抱压內夯击交互沉管沉管锤法、抱压內夯双击交互沉管沉管锤法、抱压外势能沉管沉管锤法、抱压内势能沉管沉管锤法、势能外管內夯管锤沉管沉管锤法、势能沉管系统沉管沉管锤法。本发明改进和丰富了现有的沉管方法，抱压、双抱压、顶压、內夯、內夯击、內夯双击等交互沉管，软硬土质均可。本发明施工质量好、施工方便、施工效率高、效果好。

Description

沉管桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种沉管桩的施工方法。

背景技术

现有的静压沉管扩底桩施工方法，主要有下列几种：

1）柴油锤锤击内外双套管沉管扩底桩（简称夯扩桩）；

2）电动锤锤击内外双套管沉管扩底桩（简称全夯桩，ZL99101432.4），虽然消除了一些传统方法的通病，但也有诸多缺点：遇中间硬夹层或承压水时成桩困难；施工过程中有一定的噪音和振动，对周边建筑物和地下管线有挤土效应，在施工时需要采用消声设施及设防震沟等相应措施。

3）锤击跟管（通过柱锤夯击成孔；反压护筒，将护筒沉到设计标高）复合载体夯扩桩，是由载体和混凝土桩身构成的桩，早期其沉桩拔管困难。

4）內夯式沉管灌注夯扩桩（ZL200610039707.9），采用自落锤、振动锤、双锤单管装置，內夯交互沉管工艺，內夯锤反复夯击外管内的混凝土填充料形成扩大头。施工过程对周边建筑物和地下管道有一定的挤土效应；地下水位较高时，尤其是有承压水地区，成桩有一定困难。

5）顶压式内外双套管沉管扩底桩（简称静压扩底桩ZL200620040782.2），顶压式静力压桩和顶压内管头将内外双套管同时压入到设计深度后，提出内管，分批将填充料和干硬性混凝土或低塌落度混凝土投入外管内，再用内管分批将填充料和干硬性混凝土或低塌落度混凝土反复压实，在桩端形成符合扩大头。其缺点是：桩机体积大，结构复杂，造价较高；由于桩机自重较大，还需配重，在较软的地面施工时发生陷机而挤扁邻桩；应采取硬化地面措施。

6）非取土复合扩底桩（简称复合扩底桩ZL201010130246.2），在水泥土中打沉管扩底桩，有相对于传统技术的诸多优点；

7）抱压式内外管沉管扩底桩（简称静压复合扩底桩ZL201510331164.7），虽然有很大优点，但桩机体积大，自重配重较大，卡管问题、流程、质量可控等方面还存在欠缺，需要进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种施工质量好、施工方便的沉管桩的施工方法。

本发明的技术解决方案是：

一种沉管桩的施工方法，包括设备沉管系统就位、沉管、浇筑、拔管步骤，其特征是：所述沉管系统包括外管，外管内设置內夯管锤；所述內夯管锤包括直径为D3的下部内夯锤、直径为D2的上部內夯管，内夯锤与內夯管连接成一体，內夯管顶部设有直径为D1的上夯击盘，内夯锤下部设有直径为D4的下夯击盘；D1≥D2，D2≤D3；

內夯锤上部设有连接钢丝绳的挂钩；

沉管是至少采用下列方法之一：

（1）单顶压沉管法：静压设备机架上的液压顶压油缸，顶住沉管系统的内夯管锤头，顶压下沉，沉管至设定深度；

（2）单抱压沉管法：静压设备机架上的液压抱压油缸，抱住沉管系统的外管，抱压下沉，沉管至设定深度；

（3）双抱压沉管法：静压设备机架上垂直设置上下两套的液压抱压油缸，抱住沉管系统的外管，抱压下沉，沉管至设定深度；

（4）双抱压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的上下两套液压抱压油缸，分别抱住外管及伸出外管上端的內夯管锤，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（5）单抱压单顶压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的上下两套液压抱压油缸，可分别抱住外管及顶住伸出外管上端的內夯管锤；下方的一套液压油缸为液压抱压油缸，上方的一套液压油缸为液压顶压油缸；先由下方的一套液压抱压油缸抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该液压抱压油缸，沿导轨向上回归；然后，上方的一套液压顶压油缸顶住內夯管锤，液压顶压油缸沿导轨向下顶住內夯管锤，顶压下沉至一个设定深度；重复进行上述上下两套液压油缸向下沉外管、沉內夯管锤，直至沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（6）双抱压单顶压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套液压抱压油缸及上一套液压顶压油缸；先由下方的二套液压抱压油缸抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；然后，上方的一套液压顶压油缸顶住內夯管锤，液压顶压油缸沿导轨向下顶住內夯管锤，顶压下沉至一个设定深度；重复进行上述下两套的液压抱压油缸及上一套液压顶压油缸向下沉外管、沉內夯管锤，直至沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（7）抱压內夯交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤自由落体，內夯冲剪外管下的土体形成剪切口；重复上述抱压外管、內夯管锤內夯土体，抱压內夯交互沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（8）抱压內夯击交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤内腔内的自落锤自由落体夯击下夯击盘，冲剪外管下的土体形成剪切口；重复上述抱压外管、自落锤內夯，抱压、內夯交互沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（9）抱压內夯双击交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤内腔设有內夯自落锤，形成母子锤；母子锤自由落体，內夯管锤先內夯冲剪外管下的土体形成剪切口，然后自落锤夯击下夯击盘，夯击冲剪外管下的土体形成剪切口；再由上夯击盘带动外管冲剪外管下的土体形成剪切口；反复上述抱压外管、母子锤內夯双击內夯管锤，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（10）抱压外势能沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；松开的时候势能（外部的自落锤、柴油锤、液压锤、振动锤、自重力）外作用于内夯管锤，使內夯管锤下沉至一定深度；反复上述抱压、势能作用，沉管沉管锤至设定深度；

（11）抱压内势能沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；松开的时候，（进入內夯管锤内的钻杆系统潜孔冲击、切割、搅拌、冲剪）势能内作用于外管下的土体，反复上述抱压、势能作用，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（12）势能外管內夯管锤沉管沉管锤法：势能直接作用于外管，带动內夯管锤一起沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（13）势能沉管系统沉管沉管锤法：势能直接作用于沉管系统外管，带动內夯管锤一起沉管沉管锤至设定深度；势能直接作用于內夯管锤，带动外管一起沉管沉管锤至设定深度；交互上述势能作用于沉管系统外管、內夯管锤，沉管沉管锤至设定深度。

上夯击盘、内夯管、内夯锤连接成一体，下夯击盘与内夯锤呈可分可合、上下可相对移动的形式。

通过调整夯实系数D∈（D₁、D₂、D₃、D₄…D_n，V）来调整土体的挤密程度；D₁、D₂、D₃、D₄…D_n为夯击填充料时，在相应冲击能量的一次、二次、三次…n次下沉量；V是填充料的体积。

通过调整形态系数α∈（H，h，C,E，V）来调整扩大头的大小、形状；H为投料的高度；h包括h_上、h_下，分别为外管上拔高度和外管下插深度；C为夯扩完成时外管底距桩底的距离，E为夯扩完成时內夯管锤底距外管底的距离，V为填充料的体积。

通过调整承载力系数m=R_k/Y来调整土体的压实程度，预测预测扩大头的竖向极限承载力，Y为扩大头终止压桩力。

调整填充料的材质来调整扩大头的层数，形成单层材料扩大头或多层材料扩大头；填充料为不同材质散粒体非固结材料、不同材质混合体胶固结材料；投料、通料采用：外管及內夯管锤口、侧壁口投料、压灌投料。

本发明改进和丰富了现有的沉管方法，抱压、双抱压、顶压、內夯、內夯击、內夯双击等交互沉管，软硬土质均可。本发明施工质量好、施工方便、施工效率高、效果好。本发明可适用于扩底或不扩底或封底桩或隔底桩中。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

一种沉管桩的施工方法，包括设备沉管系统就位、沉管、浇筑、拔管步骤，所述沉管系统包括外管，外管内设置內夯管锤；所述內夯管锤包括直径为D3的下部内夯锤、直径为D2的上部內夯管，内夯锤与內夯管连接成一体，內夯管顶部设有直径为D1的上夯击盘，内夯锤下部设有直径为D4的下夯击盘；D1≥D2，D2≤D3；

內夯锤上部设有连接钢丝绳的挂钩；

沉管是至少采用下列方法之一：

（1）单顶压沉管法：静压设备机架上的液压顶压油缸，顶住沉管系统的内夯管锤头，顶压下沉，沉管至设定深度；

（2）单抱压沉管法：静压设备机架上的液压抱压油缸，抱住沉管系统的外管，抱压下沉，沉管至设定深度；

（3）双抱压沉管法：静压设备机架上垂直设置上下两套的液压抱压油缸，抱住沉管系统的外管，抱压下沉，沉管至设定深度；

（4）双抱压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的上下两套液压抱压油缸，分别抱住外管及伸出外管上端的內夯管锤，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（5）单抱压单顶压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的上下两套液压抱压油缸，可分别抱住外管及顶住伸出外管上端的內夯管锤；下方的一套液压油缸为液压抱压油缸，上方的一套液压油缸为液压顶压油缸；先由下方的一套液压抱压油缸抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该液压抱压油缸，沿导轨向上回归；然后，上方的一套液压顶压油缸顶住內夯管锤，液压顶压油缸沿导轨向下顶住內夯管锤，顶压下沉至一个设定深度；重复进行上述上下两套液压油缸向下沉外管、沉內夯管锤，直至沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（6）双抱压单顶压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套液压抱压油缸及上一套液压顶压油缸；先由下方的二套液压抱压油缸抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；然后，上方的一套液压顶压油缸顶住內夯管锤，液压顶压油缸沿导轨向下顶住內夯管锤，顶压下沉至一个设定深度；重复进行上述下两套的液压抱压油缸及上一套液压顶压油缸向下沉外管、沉內夯管锤，直至沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（7）抱压內夯交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤自由落体，內夯冲剪外管下的土体形成剪切口；重复上述抱压外管、內夯管锤內夯土体，抱压內夯交互沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（8）抱压內夯击交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤内腔内的自落锤自由落体夯击下夯击盘，冲剪外管下的土体形成剪切口；重复上述抱压外管、自落锤內夯，抱压、內夯交互沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（9）抱压內夯双击交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤内腔设有內夯自落锤，形成母子锤；母子锤自由落体，內夯管锤先內夯冲剪外管下的土体形成剪切口，然后自落锤夯击下夯击盘，夯击冲剪外管下的土体形成剪切口；再由上夯击盘带动外管冲剪外管下的土体形成剪切口；反复上述抱压外管、母子锤內夯双击內夯管锤，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（10）抱压外势能沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；松开的时候势能（外部的自落锤、柴油锤、液压锤、振动锤、自重力）外作用于内夯管锤，使內夯管锤下沉至一定深度；反复上述抱压、势能作用，沉管沉管锤至设定深度；

（11）抱压内势能沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；松开的时候，（进入內夯管锤内的钻杆系统潜孔冲击、切割、搅拌、冲剪）势能内作用于外管下的土体，反复上述抱压、势能作用，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（12）势能外管內夯管锤沉管沉管锤法：势能直接作用于外管，带动內夯管锤一起沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（13）势能沉管系统沉管沉管锤法：势能直接作用于沉管系统外管，带动內夯管锤一起沉管沉管锤至设定深度；势能直接作用于內夯管锤，带动外管一起沉管沉管锤至设定深度；交互上述势能作用于沉管系统外管、內夯管锤，沉管沉管锤至设定深度。

上夯击盘、内夯管、内夯锤连接成一体，下夯击盘与内夯锤呈可分可合、上下可相对移动的形式。

通过调整夯实系数D∈（D₁、D₂、D₃、D₄…D_n，V）来调整土体的挤密程度；D₁、D₂、D₃、D₄…D_n为夯击填充料时，在相应冲击能量的一次、二次、三次…n次下沉量；V是填充料的体积。

通过调整形态系数α∈（H，h，C,E，V）来调整扩大头的大小、形状；H为投料的高度；h包括h_上、h_下，分别为外管上拔高度和外管下插深度；C为夯扩完成时外管底距桩底的距离，E为夯扩完成时內夯管锤底距外管底的距离，V为填充料的体积。

通过调整承载力系数m=R_k/Y来调整土体的压实程度，预测预测扩大头的竖向极限承载力，Y为扩大头终止压桩力。

调整填充料的材质来调整扩大头的层数，形成单层材料扩大头或多层材料扩大头；填充料为不同材质散粒体非固结材料、不同材质混合体胶固结材料；投料、通料采用：外管及內夯管锤口、侧壁口投料、压灌投料。

Claims (6)

1.一种沉管桩的施工方法，包括设备沉管系统就位、沉管、浇筑、拔管步骤，其特征是：所述沉管系统包括外管，外管内设置內夯管锤；所述內夯管锤包括直径为D3的下部内夯锤、直径为D2的上部內夯管，内夯锤与內夯管连接成一体，內夯管顶部设有直径为D1的上夯击盘，内夯锤下部设有直径为D4的下夯击盘；D1≥D2，D2≤D3；

內夯锤上部设有连接钢丝绳的挂钩；

沉管是至少采用下列方法之一：

（1）单顶压沉管法：静压设备机架上的液压顶压油缸，顶住沉管系统的内夯管锤头，顶压下沉，沉管至设定深度；

（2）单抱压沉管法：静压设备机架上的液压抱压油缸，抱住沉管系统的外管，抱压下沉，沉管至设定深度；

（3）双抱压沉管法：静压设备机架上垂直设置上下两套的液压抱压油缸，抱住沉管系统的外管，抱压下沉，沉管至设定深度；

（4）双抱压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的上下两套液压抱压油缸，分别抱住外管及伸出外管上端的內夯管锤，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（5）单抱压单顶压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的上下两套液压抱压油缸，可分别抱住外管及顶住伸出外管上端的內夯管锤；下方的一套液压油缸为液压抱压油缸，上方的一套液压油缸为液压顶压油缸；先由下方的一套液压抱压油缸抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该液压抱压油缸，沿导轨向上回归；然后，上方的一套液压顶压油缸顶住內夯管锤，液压顶压油缸沿导轨向下顶住內夯管锤，顶压下沉至一个设定深度；重复进行上述上下两套液压油缸向下沉外管、沉內夯管锤，直至沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（6）双抱压单顶压沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套液压抱压油缸及上一套液压顶压油缸；先由下方的二套液压抱压油缸抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；然后，上方的一套液压顶压油缸顶住內夯管锤，液压顶压油缸沿导轨向下顶住內夯管锤，顶压下沉至一个设定深度；重复进行上述下两套的液压抱压油缸及上一套液压顶压油缸向下沉外管、沉內夯管锤，直至沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（7）抱压內夯交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤自由落体，內夯冲剪外管下的土体形成剪切口；重复上述抱压外管、內夯管锤內夯土体，抱压內夯交互沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（8）抱压內夯击交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤内腔内的自落锤自由落体夯击下夯击盘，冲剪外管下的土体形成剪切口；重复上述抱压外管、自落锤內夯，抱压、內夯交互沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（9）抱压內夯双击交互沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；內夯管锤内腔设有內夯自落锤，形成母子锤；母子锤自由落体，內夯管锤先內夯冲剪外管下的土体形成剪切口，然后自落锤夯击下夯击盘，夯击冲剪外管下的土体形成剪切口；再由上夯击盘带动外管冲剪外管下的土体形成剪切口；反复上述抱压外管、母子锤內夯双击內夯管锤，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（10）抱压外势能沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；松开的时候势能外作用于内夯管锤，使內夯管锤下沉至一定深度；反复上述抱压、势能作用，沉管沉管锤至设定深度；

（11）抱压内势能沉管沉管锤法：静压设备机架上垂直设置的下两套的液压抱压油缸，抱住外管沿导轨抱压下沉至一个设定深度，然后松开该二套液压抱压油缸，沿导轨向上回归；松开的时候，势能内作用于外管下的土体，反复上述抱压、势能作用，沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（12）势能外管內夯管锤沉管沉管锤法：势能直接作用于外管，带动內夯管锤一起沉外管、沉內夯管锤至设定深度；

（13）势能沉管系统沉管沉管锤法：势能直接作用于沉管系统外管，带动內夯管锤一起沉管沉管锤至设定深度；势能直接作用于內夯管锤，带动外管一起沉管沉管锤至设定深度；交互上述势能作用于沉管系统外管、內夯管锤，沉管沉管锤至设定深度。

2.根据权利要求1所述的沉管桩的施工方法，其特征是：上夯击盘、内夯管、内夯锤连接成一体，下夯击盘与内夯锤呈可分可合、上下可相对移动的形式。

3.根据权利要求1所述的沉管桩的施工方法，其特征是：通过调整夯实系数D∈（D₁、D₂、D₃、D₄…D_n，V）来调整土体的挤密程度；D₁、D₂、D₃、D₄…D_n为夯击填充料时，在相应冲击能量的一次、二次、三次…n次下沉量；V是填充料的体积。

4.根据权利要求1、2或3所述的沉管桩的施工方法，其特征是：通过调整形态系数α∈（H，h，C,E，V）来调整扩大头的大小、形状；H为投料的高度；h包括h_上、h_下，分别为外管上拔高度和外管下插深度；C为夯扩完成时外管底距桩底的距离，E为夯扩完成时內夯管锤底距外管底的距离，V为填充料的体积。

5.根据权利要求1、2或3所述的沉管桩的施工方法，其特征是：通过调整承载力系数m=R_k/Y来调整土体的压实程度，预测预测扩大头的竖向极限承载力，Y为扩大头终止压桩力。

6.根据权利要求1、2或3所述的沉管桩的施工方法，其特征是：调整填充料的材质来调整扩大头的层数，形成单层材料扩大头或多层材料扩大头；填充料为不同材质散粒体非固结材料、不同材质混合体胶固结材料；投料、通料采用：外管及內夯管锤口、侧壁口投料、压灌投料。