CN109914396A - 一种钻孔灌注桩钢筋笼构造设计及制作施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻孔灌注桩钢筋笼,包括主筋、箍筋、上部箍环、下部箍环、液压推杆和扇环状钢板；所述上部箍环和所述下部箍环外侧分别设置有主筋套环，所述上部箍环和所述下部箍环均固定于所述钻孔灌注桩钢筋笼底部内侧；至少一片所述扇环状钢板铰接于所述下部箍环内侧；所述液压推杆两端分别铰接于所述上部箍环和所述扇环状钢板上；所述钻孔灌注桩钢筋笼还设有液压管，所述液压管一端与所述液压推杆连接。采用本发明的钻孔灌注桩钢筋笼，能够减少或杜绝因桩端承载力不足造成的工程事故。本发明还提供制作所述钻孔灌注桩钢筋笼的方法和采用所述钻孔灌注桩钢筋笼的施工方法。

Description

一种钻孔灌注桩钢筋笼构造设计及制作施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程桩基技术领域，具体涉及一种大直径钻孔灌注桩底部沉渣加固处理技术。

背景技术

钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法，在土中形成一定直径的桩孔，达到设计标高后，将钢筋笼吊入桩孔中，灌注混凝土形成的桩基础。依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。根据地基土的性质，一般又可采用干作业成孔、泥浆护壁成孔等工艺。泥浆护壁钻孔灌注桩是通过桩机在泥浆护壁条件下慢速钻进，将钻渣利用泥浆带出，并保护孔壁不致坍塌，成孔后再使用水下混凝土浇筑的方法将泥浆置换出来而成的桩。泥浆主要为水和膨润土等其他外加剂的混合液，泥浆对槽壁的静压力和泥浆在槽壁上形成的泥皮，可以有效地防止槽、孔壁坍塌，并维持钻孔的形状不变。同时泥浆还具有携渣和冷却、润滑机具作用，具有一定粘度的泥浆可以携同泥渣一起排出。泥浆可以作机具的润滑和冷却剂，在冲洗机具的同时,也可以冷却机具。

虽然泥浆护壁是国内最为常用的成桩方法，广泛适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土，软质岩等土层。但此法成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制，特别是桩侧及桩端的泥浆难以清除干净，对桩基的侧阻及端阻产生不利影响。钻孔灌注桩受孔底沉渣的影响，桩端混凝土易出现离析并产生蜂窝，减小了桩端的有效截面积，此情况对桩端轴力大的钻孔灌注桩桩身承载力及端阻力发挥极为不利，同时由于桩端沉渣的压缩性较大，在桩基承担上部荷载的情况下，容易造成较大沉降。因此泥浆护壁桩端沉渣易导致桩端破坏，造成工程事故。目前应对桩端沉渣的工程措施一般有清孔、后注浆以及桩端扩径等措施。清孔指用抽浆法、换浆法、掏渣法等方法清楚孔底沉渣。后注浆就是利用钢筋笼底部和侧面预先埋设的注浆管，在成桩后2-30天内用高压泵进行高压注浆，浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力、减少沉降等效果。桩端扩径就是采用工程措施扩大桩基底部直径，以提高桩端承载面积，增大端阻力。上述方法使用具有局限性，钻孔灌注桩会因桩端沉渣清理不干净导致桩身承载力低，桩端阻力发挥不理想，导致桩端易破坏、桩基沉降量大，易造成工程事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻孔灌注桩钢筋笼及其制作和施工方法，解决现有技术中钻孔灌注桩因桩端沉渣清理不干净导致的桩身承载力低、桩端阻力发挥不理想、桩基沉降量大等工程事故的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种钻孔灌注桩钢筋笼，包括主筋和箍筋，所述钻孔灌注桩钢筋笼还包括上部箍环、下部箍环、液压推杆和扇环状钢板；所述上部箍环和所述下部箍环外侧分别设置有主筋套环，所述主筋套环套设于所述主筋上，所述上部箍环和所述下部箍环均固定于所述钻孔灌注桩钢筋笼底部内侧；至少一片所述扇环状钢板铰接于所述下部箍环内侧，所述扇环状钢板径向宽度不超过所述钻孔灌注桩钢筋笼半径；所述液压推杆两端分别铰接于所述上部箍环和所述扇环状钢板上；所述钻孔灌注桩钢筋笼还设有液压管，所述液压管一端与所述液压推杆连接。

优选的，所述扇环状钢板与所述下部箍环通过单向轴承支座铰接。

优选的，所述液压推杆两端分别与所述上部箍环和所述扇环状钢板铰接的位置、以及所述扇环状钢板与所述下部箍环通过单向轴承支座铰接的位置中至少一处具有橡胶贴合封蜡。

优选的，所述液压推杆被拉伸前，所述扇环状钢板处于打开状态，所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为20°～30°；所述液压推杆被最大拉伸时，所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为120°～135°。

本发明提供一种制作所述钻孔灌注桩钢筋笼的方法，包括以下步骤：

步骤1，制作所述扇环状钢板，所述扇环状钢板径向宽度不超过所述钻孔灌注桩钢筋笼半径；

步骤2，制作所述上部箍环和所述下部箍环，将所述主筋套环分别固定于所述上部箍环和所述下部箍环外侧，而后将所述主筋插入所述主筋套环，形成初步的钢筋笼结构；

步骤3，将所述扇环状钢板铰接安装于所述下部箍环上；

步骤4，使所述液压推杆处于压缩状态，将所述液压推杆一端铰接于所述上部箍环上，将所述液压推杆另一端铰接于所述扇环状钢板上，将所述主筋与所述主筋套环相互固定，而后在所述主筋外部制作箍筋，将所述液压管一端与所述液压推杆连接。

优选的，所述步骤3具体为，在所述下部箍环上安装所述单向轴承支座，而后将所述扇环状钢板安装于所述单向轴承支座上。

优选的，所述步骤4中，将所述主筋与所述主筋套环相互固定前，调节所述上部箍环和所述下部箍环间距使所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为20°～30°。

优选的，所述步骤4中，还包括在所述液压推杆两端分别与所述上部箍环和所述扇环状钢板铰接的位置、以及所述扇环状钢板与所述下部箍环通过单向轴承支座铰接的位置中至少一处使用橡胶贴合封蜡处理的步骤。

本发明提供一种采用所述钻孔灌注桩钢筋笼的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，埋设护筒，进行钻孔机的安装与定位，并制备泥浆；钻孔准备工作完成后，采用泥浆反循环工艺进行钻孔，钻孔完成后，经清孔后在桩孔中下放所述钻孔灌注桩钢筋笼，并在地面处将所述液压管与液压泵连通，再次清孔并下放混凝土导管；

步骤2，向所述桩孔中灌注混凝土，当所述钻孔内的混凝土超过所述上部箍环1米时，通过所述液压泵给所述液压推杆供油加载，使所述扇环状钢板由打开状态向下旋转，继续向所述桩孔中灌注混凝土直至灌注完成；

步骤3，待桩身混凝土强度达到终凝状态时，抽出连接所述液压推杆和所述液压泵的液压管中残留的液压油并灌入水泥浆。

优选的，所述步骤2中，通过所述液压泵给所述液压推杆供油加载，使所述扇环状钢板由打开状态向下旋转至所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为120°～135°。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：所述钢筋笼底端设置可旋转的扇环状钢板，其可以改善桩端混凝土截面的平整度，增大桩端的有效截面积，对桩端的混凝土起到挤压密实的作用，同时将桩端沉渣由桩端中心拨移到桩侧并对其进一步加固压缩。本发明弥补钻孔灌注桩受孔底沉渣的影响，从而提高钻孔灌注桩桩端部位桩身承载力及端阻力发挥值，尤其适用于大直径端承型钢筋混凝土灌注桩，能够减少或杜绝因桩端承载力不足造成的工程事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中钻孔灌注桩钢筋笼构造示意图；

图2为本发明实施例中钻孔灌注桩钢筋笼构造侧视图；

图3为本发明实施例中钻孔灌注桩钢筋笼构造俯视图；

图4为本发明实施例中钻孔灌注桩钢筋笼构造核心部件示意图；

图5为本发明实施例中钻孔灌注桩钢筋笼构造原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种钻孔灌注桩钢筋笼，如图1所示，包括纵向主筋2，箍筋3，上部箍环4，下部箍环5，液压管，液压推杆11和扇环状钢板13，所述液压管包括空心钢质油管8和橡胶油管9。

本发明中的主筋2和箍筋3为灌注桩的受力筋，主要依据桩基的承载力、变形以及相关规范的构造要求进行设计布置。本实例中钻孔灌注桩设计直径为3m，桩长20m。主筋直径为36mm，箍筋直径12mm。上部箍环3和下部箍环4设置于钢筋笼底部，且位于钢筋笼内部，上部箍环3和下部箍环4尺寸相同，外部直径2550mm，内部直径2450mm，厚度为20mm，可通过主筋套环6固定主筋以及通过上部铰座10，下部铰座12以及单向轴承支座14为液压推杆11和扇环状钢板13提供支撑。主筋套环6内径38mm，外径50mm，略大于主筋2的直径。本实例中主筋套环6数量是设计的主筋2数的2倍，并通过焊接的方式分别固定于上部箍环4和下部箍环5上。扇环状钢板13厚度为10mm，外部弧长1.5m，内部弧长0.5m；液压推杆11两端分别连接上部铰座10和下部铰座12，下部铰座12固定在扇环状钢板13上，上部铰座10固定在上部箍环4上，铰座10和12转动处采用橡胶贴合封蜡处理，防止钻孔内泥浆或混凝土侵入，影响转动性能。本实例中液压推杆11杆身最大直径为16cm，处于收缩状态时，杆长为1000m，处于最大伸长状态时，杆长1600m，液压推杆11的最大推力为30kN。液压推杆11通过空心钢质油管8和橡胶油管9与地面液压泵7相连接，空心钢制油管8内部直径30mm，地面液压泵7装有压力和液压油流量监测设备，监测液压推杆11中的油压以及通过液压油量变化推算底部扇环状钢板13的旋转位置。当液压泵7、空心钢质油管8和橡胶油管9给液压推杆11供油加载的情况下可推动扇环状钢板13绕单向轴承支座14旋转。单向轴承支座14是单向转动的，其只能沿着与液压推杆11伸长方向进行的转动，而不能反向转动。当钻孔灌注桩成孔和清孔工作完成后，下放按照本发明制作的钢筋笼，下放时，液压推杆11处于收缩状态，相应的扇环状钢板13处于打开状态，初始状态的扇环状钢板13平面与竖向主筋夹角宜控制在20°～30°之间，以减小下放钢筋笼的阻力。钢筋笼就位后，再进行一次清孔工作，随后进行水下混凝土1灌注工作。当底部混凝土1超过上部箍环4一米时，通过在地面上的液压泵7、空心钢质油管8和橡胶油管9对液压推杆11加载，本实例中共设置四个扇环状钢板13，加载时应同时加载。为提高加固效果，扇环状钢板13由打开状态旋转至水平后可继续旋转30°～45°。液压推杆11推动扇环状钢板13绕单向轴承支座14旋转，扇环状钢板13在旋转过程中对桩端的混凝土起到挤压密实的作用，同时将桩端沉渣由桩端中心拨移到桩侧并对其进一步加固压缩。扇环状钢板11由打开变成关闭状态也改善了桩端混凝土截面的平整度，增大桩端的有效截面积，减小了钻孔灌注桩孔底沉渣的影响，从而提高钻孔灌注桩桩端部位桩身承载力及端阻力发挥值。本发明尤其适用于大直径端承型钢筋混凝土灌注桩，能够减少或杜绝因桩端承载力不足造成的工程事故。

本发明实例提供了一种采用所述钢筋笼构造的大直径钻孔灌注桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，制作所述扇环状钢板13，所述扇环状钢板13厚度为10mm，外部弧长1.5m，内部弧长0.5m；并在扇环状钢板13上部安装铰座12，两端安装转轴14，本实例每个钢筋笼共有四个扇环状钢板13。

步骤2，制作上部箍环4和下部箍环5，外部直径2550mm，内部直径2450mm，厚度为20mm。同时将主筋套环6按主筋2布置焊接在上部和下部箍环上，主筋套环6内径38mm，略大于主筋2直径，外径50mm。随后将主筋2插入主筋套环6，形成初步的钢筋笼结构。

步骤3，在下部箍环5上安装单向轴承支座14，可采用焊接或采用高强螺栓连接方式安装，并组装扇环状钢板13，下部箍环上共安装4个扇环状钢板13。

步骤4，通过上部铰座10和下部铰座12，将处于收缩状态的液压推杆11一端连接扇环状钢板13，另一端连接上部箍环4，调整上部箍环4和下部箍环5至合适位置后将主筋2、主筋套环6和上部箍环4和下部箍环5焊接在一起，并在主筋2外部制作箍筋3。同时完成空心钢质油管8和橡胶油管9的安装。最后在上部铰座10、下部铰座12及单向轴承支座14转动处采用橡胶贴合封蜡处理，防止钻孔内泥浆或混凝土侵入，影响转动性能，由此完成本发明的钢筋笼制作。

步骤5，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒，并进行钻孔机的安装与定位。根据钻孔方法和地层情况来制备泥浆。钻孔准备工作完成后，采用泥浆反循环工艺进行钻孔，本实例的钻孔直径为3mm。钻孔完成后，经清孔后在桩孔中下放所述钢筋笼，并在地面处连通液压泵7与液压推杆11。再次清孔并下发混凝土导管，完成灌注桩浇筑混凝土的前期准备。

步骤6，自下而上灌注混凝土1，当钻孔内的混凝土超过上部箍环4一米左右时，通过液压泵7给底部液压推杆11供油加载，本实例采用电动液压泵同时给灌注桩底部四个液压推杆11施加荷载。液压推杆11推动扇环状钢板13绕单向轴承支座14旋转，扇环状钢板13在旋转过程中对桩端的混凝土起到挤压密实的作用，同时将桩端沉渣由桩端中心拨移到桩侧并对其进一步加固压缩。为提高加固效果，扇环状钢板13由打开状态旋转至水平后可继续旋转30°。扇环状钢板13在旋转工作时，混凝土浇筑速度可适当减慢但不得暂停，本实例中液压推杆11伸缩工作时间控制在了10分钟之内。

步骤7，所有扇环状钢板13都旋转至设计位置后，继续进行孔内混凝土1的灌注工作直至完成。待桩身混凝土1强度达到终凝状态时，抽出液压推杆11和液压泵7之间空心钢质油管8中残留的液压油并灌入水泥浆。

上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

虽然通过实施方式描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.钻孔灌注桩钢筋笼，包括主筋和箍筋，其特征在于，所述钻孔灌注桩钢筋笼还包括上部箍环、下部箍环、液压推杆和扇环状钢板；所述上部箍环和所述下部箍环外侧分别设置有主筋套环，所述主筋套环套设于所述主筋上，所述上部箍环和所述下部箍环均固定于所述钻孔灌注桩钢筋笼底部内侧；至少一片所述扇环状钢板铰接于所述下部箍环内侧，所述扇环状钢板径向宽度不超过所述钻孔灌注桩钢筋笼半径；所述液压推杆两端分别铰接于所述上部箍环和所述扇环状钢板上；所述钻孔灌注桩钢筋笼还设有液压管，所述液压管一端与所述液压推杆连接。

2.如权利要求1所述钻孔灌注桩钢筋笼，其特征在于，所述扇环状钢板与所述下部箍环通过单向轴承支座铰接。

3.如权利要求2所述钻孔灌注桩钢筋笼，其特征在于，所述液压推杆两端分别与所述上部箍环和所述扇环状钢板铰接的位置、以及所述扇环状钢板与所述下部箍环通过单向轴承支座铰接的位置中至少一处具有橡胶贴合封蜡。

4.如权利要求1所述钻孔灌注桩钢筋笼，其特征在于，所述液压推杆被拉伸前，所述扇环状钢板处于打开状态，所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为20°～30°；所述液压推杆被最大拉伸时，所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为120°～135°。

5.制作如权利要求1所述钻孔灌注桩钢筋笼的方法，包括以下步骤：

步骤1，制作所述扇环状钢板，所述扇环状钢板径向宽度不超过所述钻孔灌注桩钢筋笼半径；

步骤2，制作所述上部箍环和所述下部箍环，将所述主筋套环分别固定于所述上部箍环和所述下部箍环外侧，而后将所述主筋插入所述主筋套环，形成初步的钢筋笼结构；

步骤3，将所述扇环状钢板铰接安装于所述下部箍环上；

步骤4，使所述液压推杆处于压缩状态，将所述液压推杆一端铰接于所述上部箍环上，将所述液压推杆另一端铰接于所述扇环状钢板上，将所述主筋与所述主筋套环相互固定，而后在所述主筋外部制作箍筋，将所述液压管一端与所述液压推杆连接。

6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤3具体为，在所述下部箍环上安装所述单向轴承支座，而后将所述扇环状钢板安装于所述单向轴承支座上。

7.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤4中，将所述主筋与所述主筋套环相互固定前，调节所述上部箍环和所述下部箍环间距使所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为20°～30°。

8.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤4中，还包括在所述液压推杆两端分别与所述上部箍环和所述扇环状钢板铰接的位置、以及所述扇环状钢板与所述下部箍环通过单向轴承支座铰接的位置中至少一处使用橡胶贴合封蜡处理的步骤。

9.采用如权利要求1所述钻孔灌注桩钢筋笼的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，埋设护筒，进行钻孔机的安装与定位，并制备泥浆；钻孔准备工作完成后，采用泥浆反循环工艺进行钻孔，钻孔完成后，经清孔后在桩孔中下放所述钻孔灌注桩钢筋笼，并在地面处将所述液压管与液压泵连通，再次清孔并下放混凝土导管；

步骤2，向所述桩孔中灌注混凝土，当所述钻孔内的混凝土超过所述上部箍环1米时，通过所述液压泵给所述液压推杆供油加载，使所述扇环状钢板由打开状态向下旋转，继续向所述桩孔中灌注混凝土直至灌注完成；

步骤3，待桩身混凝土强度达到终凝状态时，抽出连接所述液压推杆和所述液压泵的液压管中残留的液压油并灌入水泥浆。

10.如权利要求9所述施工方法，其特征在于，所述步骤2中，通过所述液压泵给所述液压推杆供油加载，使所述扇环状钢板由打开状态向下旋转至所述扇环状钢板与所述扇环状钢板上部的所述主筋夹角为120°～135°。