CN110258504B - 一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，包括：测定具体桩位位置，并在相应桩位处放置底部带有桩尖的桩管；采用内置液压锤夯击桩管底部，桩尖受力下沉，进而带动桩管下沉；步骤三、桩管沉入设计深度后及时拔出；步骤四、桩管完全拔出后，向桩孔内投加一定高度的填料，然后利用液压锤夯实孔内填料，之后添加下一层填料并夯实，如此反复直至完成挤密桩成桩。本施工工艺可显著减小土体孔隙率、增大土体压缩模量，具有成孔深度深、成孔直径大、挤密效果好、施工噪音小、对填料要求低、能显著降低工程造价等优点，处理后的地基承载力高、沉降和差异沉降小。

Description

一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺

技术领域

本发明属于建筑施工领域，尤其涉及一种利用内置夯锤进行底部 夯击的沉管挤密桩施工工艺。

背景技术

湿陷性黄土，滨海平原、三角洲、湖盆地周围的软土，人工或自 然地质条件变化而成的欠固结土地基等在我国广泛分布。这些地基具 有孔隙率大、压缩性高、承载力低等特点，如果在该地区直接建造建 (构)筑物，地基会发生较大的整体沉降或差异沉降，影响正常使用。

另外，随着我国城市化进程的加速推进，人们对生活质量要求的 逐渐提高，越来越多的高层、超高层建筑等也随之出现，这对地基承 载力和沉降提出了更高的要求，地基处理有效加固深度也随之加深。 近年来，挤密法得到了广泛的应用，沉管挤密桩是将带有桩尖的钢管 压入或打入土中成孔并使土层挤密，然后往孔内投入灰土、砂石等填 料，再通过夯锤夯击填料以使得桩周土体被挤密、填料被压实后所成 的桩。

现有沉管挤密桩施工工艺主要存在如下缺陷：

1、施工工艺较为复杂，且遇到硬夹层时桩管难以沉入。

2、现有工艺普遍采用柴油驱动夯锤，驱动能力有限，存在夯锤 轻、处理深度浅、成孔直径小、桩数多等缺陷，进而导致对孔内调料 要求高、工程造价高、处理后沉降量大等问题。

3、目前工程领域的沉管挤密桩施工工艺由于夯锤夯击沉管顶部， 导致打桩机顶部重量大，重心高，容易发生打桩机倾翻等安全问题。

4、现有工艺的沉管挤密桩施工工艺普遍采用柴油驱动夯锤及夯 击沉管顶部，具有噪音大、空气污染严重等缺陷，不符合环保需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用内置夯锤进行 底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，解决了现有技术中所存在的工程造 价高、施工工艺复杂、夯锤重量受限、处理深度浅、成孔直径小等问 题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用内置夯锤 进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，所述内置夯锤为液压锤且位于 桩管内，所述施工工艺包括如下步骤：

步骤一、测定具体桩位位置，并在相应桩位处放置底部带有桩尖 的桩管；

步骤二、采用所述内置锤夯击桩管内侧底部，桩尖受力下沉，进 而带动桩管下沉；

步骤三、桩管沉入设计深度后及时拔出；

步骤四、桩管完全拔出后，向桩孔内投加一定高度的填料，然后 利用所述液压锤夯实孔内填料，直至填料达到所需压实系数且孔径达 到所需扩充程度，之后添加下一层填料并夯实，如此反复直至完成挤 密桩成桩。

作为进一步的优选实施方案，所述桩管内还设有替打结构，步骤 二中所述内置夯锤通过夯击该替打结构进而将夯击力传导至桩尖。

作为进一步的优选实施方案，所述液压锤的重量为4～20吨，所 述桩管的外径为400～800mm。

作为进一步的优选实施方案，所述挤密桩成桩直径为 600～1200mm，成桩长度为15～40m。

作为进一步的优选实施方案，步骤四中所述挤密桩成桩后桩体填 料平均压实系数不小于0.97，桩长范围内桩周土平均挤密系数不小于 0.93。

作为进一步的优选实施方案，步骤一中所使用测量工具为GPS 定位仪或全站仪，所放置桩管的中心轴线与桩位间的偏差不大于 50mm。

作为进一步的优选实施方案，所述桩尖开始入土时先对所述替打 结构进行低锤轻击或低提重打，待桩尖沉入土中1～2m后，再用预 定的速度、落距锤击替打结构至桩管达到设计入土深度。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤二中桩管下沉过程中实时 监测桩孔垂直度，若垂直度超过1％则需拔出桩管，填孔夯实后重打。

作为进一步的优选实施方案，步骤三中当拔管困难时，可采取加 大拔力或转动桩管等措施。

作为进一步的优选实施方案，步骤四中所述填料为素土、碎石土、 灰土、水泥土、无毒工业废渣或者建筑垃圾中的一种或多种。

本发明的积极效果：

1、本发明采用内置液压锤与独特替打结构相互组合的方式，一 方面提高了驱动能力，另一方面降低了沉管难度且提高了成孔过程的 稳定性(极大减小了成孔轴线过度偏离情况的发生)，两者结合，无 需现有技术中多次抽插内管等复杂工艺，在实现降低硬夹层沉入难度 的同时，还可以获得更深的沉孔深度及更大的沉孔直径，为后续填料 的低要求及最终的成桩性能提供了有利基础。

2、利用内置液压锤在沉管内侧底部进行夯击，使得整个沉管机 械重心下移，有利于整体机械稳定，避免了打桩机侧翻等事故的发生。

3、内置液压锤与替打结构的组合，使得施工过程中根据实际需 求选择不同重量的夯锤成为可能，实现了施工过程中的灵活可变，使 用范围更加广泛。

4、从成孔到填料完成基本机械化施工，人工干预少，从而加快 了施工速度，施工效率提高30％以上。

5、本发明夯锤锤击沉管底部的替打结构，使产生的噪音能够经 替打结构缓冲扩散且在地层内传播，大大降低了噪声在空气中的传播 分贝，且液压锤无现有技术中所产生的油烟污染，符合环保要求，避 免了扰民现象。

6、本发明对填料要求较低，可以为素土、碎石土、灰土、水泥 土、无毒工业废渣或者建筑垃圾等，而对废弃物的充分利用可有效减 少施工过程中弃土外运，降低工程造价。

7、本发明施工工艺获得的挤密桩间形成复合地基，有效降低了 待处理地区地基的孔隙率，增大了土体压缩模量，减少了地基沉降变 形，提高了地基承载能力，可使桩周土体挤密系数达到0.93以上， 桩体填料压实系数达到0.97以上。

8、本发明步骤简单、设计合理，易于作业自动化、规范化，操 作者和管理者易于掌握，保证了地基的强度和整体稳定性，确保了施 工质量。

附图说明

图1是本发明实施例1所述施工设备的结构示意图；

图2是本发明实施例2所述施工设备的结构示意图；

图3是图2中圆形区域的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。应当理解的 是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于 限制本发明。

在本发明中，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应广义理 解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体 地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上 述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中,在未作相反说明的情况下,实用的方位词如“上、下、 左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指 相对于各部件本身的轮廓的内、外。

实施例1

参照图1，本实施例1提供一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉 管挤密桩施工工艺，其利用施工设备进行施工，该施工设备包括桩管 1及其底部的桩尖2，还包括液压打桩机及桩管1内侧底部的替打结 构5，所述液压打桩机1为现有设备，其主要包括主机8、液压管路 7、支撑架6及处于桩管内的液压锤4，所述施工工艺包括如下步骤：

步骤一、测定具体桩位位置，并在相应桩位处放置底部带有桩尖 的桩管；

步骤二、采用所述内置锤夯击桩管内侧底部，桩尖受力下沉，进 而带动桩管下沉；

步骤三、桩管沉入设计深度后及时拔出；

步骤四、桩管完全拔出后，向桩孔内投加一定高度的填料，然后 利用液压锤夯实孔内填料，直至填料达到所需压实系数且孔径达到扩 充程度，之后添加下一层填料并夯实，如此反复直至完成挤密桩成桩。

其中，步骤二中所述内置夯锤即为所述液压锤4，所述替打结构 5为圆柱体状，其通过夯击桩管内的替打结构5进而将夯击力传导至 桩尖，所述液压锤的重量为4～20吨。

步骤一中所使用测量工具为GPS定位仪或全站仪，所放置桩管 的中心轴线与桩位间的偏差不大于50mm，所述桩管的外径为400～ 800mm。

所述步骤二中，所述桩尖开始入土时先对所述替打结构进行低锤 轻击或低提重打，待桩尖沉入土中1～2m后，再用预定的速度、落 距锤击替打结构至桩管达到设计入土深度。

进一步的，所诉步骤二中桩管下沉过程中实时监测桩孔垂直度， 若垂直度超过1％则需拔出桩管，填孔夯实后重打。

此外，步骤三中当拔管困难时，可采取加大拔力或转动桩管等措 施。

具体的，步骤四中所述填料为素土、碎石土、灰土、水泥土、无 毒工业废渣或者建筑垃圾中的一种或多种。

此外，所述桩管的底部外周侧还设有扩径板3，该扩径板3一方 面可以起到减小桩管与桩孔内壁间摩擦力进而便于拔管的作用，另一 方面还可便于夯击填料层时加大填料对桩周土体产生的侧向挤压力。

步骤四中所述挤密桩的成桩直径为600～1200mm，成桩长度为 15～40m。

本发明填料要求降低，填料可以为素土、碎石土、灰土、水泥土、 无毒工业废渣或者建筑垃圾等。可充分利用废弃物、有效减少场区内 弃土外运，降低工程造价。

通过内置夯锤锤击桩管底部，使机身重心下移，稳定性好，减少 安全事故的发生。

能有效使得挤密桩间土形成复合地基，降低待处理地区地基的孔 隙率，增大土体压缩模量，减少地基沉降变形，提高地基承载力，桩 周土体挤密系数达到0.93以上，桩体填料压实系数达到0.97以上。

总之，本施工工艺可显著减小土体孔隙率、增大土体压缩模量， 具有成孔深度深、成孔直径大、挤密效果好、施工噪音小、对填料要 求低、能显著降低工程造价等优点，处理后的地基承载力高、沉降和 差异沉降小。

实施例2

实施项目位置位于中西部某黄土地区，预建设的建筑物为30层 民用住宅建筑，自重湿陷性III级场地，湿陷性黄土层厚度为32m。

为消除地基内全部湿陷性，要求挤密桩长32m、成孔直径600mm， 成桩直径800mm，选用桩锤重12t。

参照图2及图3，本实施例2提供一种利用内置夯锤进行底部夯 击的湿陷性黄土地区超长、大直径沉管挤密桩施工工艺，其利用沉管 设备进行施工，该沉管设备与实施例1所不同的是，其替打结构包括 替打环9及替打钉10及钉帽11，所述桩尖顶部中间位置设有圆形凹 槽12，该圆形凹槽12底部设有贯穿所述桩尖的穿孔，所述替打钉的 底端穿过所述穿孔并延伸至桩尖外，所述钉帽11与圆形凹槽的底部 间设有压缩弹簧11，所述替打环9置于所述桩尖顶部且其内径等于 所述圆形凹槽12的直径，所述钉帽11的直径及厚度小于所述圆形凹 槽的直径和厚度，该替打结构的替打钉底端凸出所述桩尖底部的最大 距离为4～8cm，替打钉的直径为桩尖顶面直径的五分之一；所述施工 工艺包括如下步骤：

(1)依据本工程地勘报告和设计要求，确定本施工工艺的适宜 性。

(2)场地清理整平：根据设计要求及本工艺施工方案对施工场 地进行清理，同时清理施工场地高空、地面障碍物。

(3)测量放线：以GPS或全站仪等测量工具测量出具体桩位位 置，并在桩位误差满足前提条件下，打定位桩，然后在相应桩位处放 置底部带有桩尖及所述替打结构的桩管，所放置桩管的中心轴线与桩 位间的偏差不大于50mm；

(4)桩机就位：根据液压打桩机行走钢轨上标出的桩位标记， 移动桩机，使桩机对准打桩线；保证起重设备平稳，导向架与地面垂 直，垂直偏角不应大于1％。

(5)挤密成孔：采用内置液压锤夯击替打结构，即处于所述桩 管内部的液压锤先夯击钉帽，所述替打钉下沉一定距离后液压锤才接 触所述替打环并对其产生夯击，此时替打钉先行入土成孔，然后桩尖 经替打环传导受力下沉，进而带动桩管下沉；此过程中，液压锤先与 钉帽接触，替打钉先行受力产生垂直冲击，在遇到硬夹层时能预先破 孔，替打钉伸入相应距离后液压锤才与替打环接触，将大部分夯击力 对替打环进行夯击，替打环将力传导至桩尖后桩尖受力下沉，由于桩 尖下方事先已破土成孔，桩尖下沉阻力减小，同样下沉距离下所需冲 击能量减小，且桩尖不易产生倾斜，成孔稳定性提高；同时，替打环 及钉帽等受夯击时会震荡吸声，且会使得夯击产生的噪音一部分在桩 管内反射削减，另一部分在地层内传播，减小噪声污染。

所用桩管外径为600mm，桩尖开始入土时先进行低锤轻击或低 提重打，待桩尖沉入土中1～2m后，再用预定的速度、落距锤击替 打结构至桩管达到设计入土深度，同时在桩管下沉过程中实时监测桩 孔垂直度，若垂直度超过1％则需拔出桩管，填孔夯实后重打。

(6)拔管：桩管沉入设计深度后及时拔出，以免摩擦阻力增大 后拔管困难；出现拔管困难情况时，可采取加大拉拔力或设法转动桩 管等措施。

(7)挤密夯实成桩：按要求准备素土填料；桩管完全拔出后， 向桩孔内投加一定高度的填料，然后利用液压锤夯实孔内填料，直至 填料达到所需压实系数且孔径达到扩充程度，之后投加下一层填料并 夯实，如此反复直至完成挤密桩成桩，成桩直径达到800mm，成桩 长度32m，桩体填料平均压实系数达到0.97以上，桩长范围内桩周 土体平均挤密系数达到0.93以上，经检测满足设计要求。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限 定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修 改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于，所述内置夯锤为液压锤且位于桩管内，所述施工工艺包括如下步骤：

步骤一、测定具体桩位位置，并在相应桩位处放置底部带有桩尖的桩管；

步骤二、采用所述内置锤夯击桩管内侧底部，桩尖受力下沉，进而带动桩管下沉；

步骤三、桩管沉入设计深度后及时拔出；

步骤四、桩管完全拔出后，向桩孔内投加一定高度的填料，然后利用所述液压锤夯实孔内填料，直至填料达到所需压实系数且孔径达到所需扩充程度，之后添加下一层填料并夯实，如此反复直至完成挤密桩成桩；

所述桩管内还设有替打结构，步骤二中所述内置夯锤通过夯击该替打结构进而将夯击力传导至桩尖；其中，所述替打结构包括替打环及替打钉及钉帽，所述桩尖顶部中间位置设有圆形凹槽，该圆形凹槽底部设有贯穿所述桩尖的穿孔，所述替打钉的底端穿过所述穿孔并延伸至桩尖外，所述钉帽与圆形凹槽的底部间设有压缩弹簧，所述替打环置于所述桩尖顶部且其内径等于所述圆形凹槽的直径，所述钉帽的直径及厚度小于所述圆形凹槽的直径和厚度，该替打结构的替打钉底端凸出所述桩尖底部的最大距离为8cm，替打钉的直径为桩尖顶面直径的五分之一；

所述桩尖开始入土时先对所述替打结构进行低锤轻击或低提重打，待桩尖沉入土中1～2m后，再用预定的速度、落距锤击替打结构至桩管达到设计入土深度。

2.根据权利要求1所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：所述液压锤的重量为4~20吨，所述桩管的外径为400~800mm。

3.根据权利要求2所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：成桩直径为600~1200mm，成桩长度为15~40m。

4.根据权利要求3所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：步骤四中所述挤密桩成桩后桩体填料平均压实系数不小于0.97，桩长范围内桩周土平均挤密系数不小于0.93。

5.根据权利要求1所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：步骤一中所使用测量工具为GPS定位仪或全站仪，所放置桩管的中心轴线与桩位间的偏差不大于50mm。

6.根据权利要求1所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：所述步骤二中桩管下沉过程中实时监测桩孔垂直度，若垂直度超过1%则需拔出桩管，填孔夯实后重打。

7.根据权利要求1所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：步骤三中当拔管困难时，加大拔力或转动桩管。

8.根据权利要求1所述的一种利用内置夯锤进行底部夯击的沉管挤密桩施工工艺，其特征在于：步骤四中所述填料为素土、碎石土、灰土、水泥土、无毒工业废渣或者建筑垃圾中的一种或多种。

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