CN110714464A - 一种管桩在密实砂层中的施工设备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管桩在密实砂层中的施工设备及施工方法，其包括第一粘土层、砂土层、第二粘土层，第一黏土层上方设置有施工平台，施工平台上端设置有静压桩机，静压桩机与管桩相联动，第一粘性土上端放置有水箱，水箱外侧固定连接有水泵，水泵连通有输水管，输水管远离水箱的一端连通有射水管。本发明在施工的时候，将管桩与静压桩机相固定，启动静压桩机，当静压桩机联动管桩，使管桩的下端位于砂土层的上端时，将射水管放置到管桩的空腔中，启动水泵，使水泵联动输水管，射水管开始向砂土层内喷水，砂土层内的含水量增加之后，砂土层会出现液化的现象，沉桩时的阻力会减小甚至消失，从而保证管桩在砂土层中能够顺利的沉桩。

Description

一种管桩在密实砂层中的施工设备及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑桩基施工的技术领域，特别涉及一种管桩在密实砂层中的施工设备及施工方法。

背景技术

预制管桩在高层建筑的桩基础中得到广泛应用，目前管桩施工一般采用静压法施工，即利用桩机自身重量和配重克服沉桩阻力使得管桩沉入设计标高。

管桩沉桩时的阻力为桩侧阻力与桩端阻力之和，在砂土层中施工管桩时，其沉桩阻力主要由桩端阻力产生，特别是遇有较密实的砂土层时，桩端阻力急剧增加，管桩无法继续下沉，容易出现桩身裂缝，桩头爆裂，桩机上抬等安全风险。

为了在砂土层内顺利沉桩，通常采用先引孔的措施来降低沉桩阻力。（引孔施工：即在桩位处采用比桩径小50~100mm直径的长螺旋钻杆钻入土层，再把钻松的土层提取出来形成一个钻孔，然后静压桩机在该引孔处压入管桩）引孔施工的缺点：1、一般砂土层均为含水层，在砂土层内引孔时，当孔内土取出后在砂土层容易塌孔，把引好的孔又埋掉，造成沉桩困难，土层扰动；2、引孔机钻杆直径较小，当引孔深度过深时，钻孔容易弯曲和倾斜，而引孔减小了沉桩阻力，造成静压沉桩时管桩容易沿钻孔弯曲和倾斜形成质量风险。

发明内容

本发明是提供一种管桩在密实砂层中的施工设备及施工方法，其针对砂土在振动状态下容易液化的特性，减小管桩沉桩时的桩端阻力，使得静压管桩能在砂土层顺利沉桩。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种管桩在密实砂层中的施工设备，包括第一粘土层、砂土层、第二粘土层，所述第一黏土层上方设置有施工平台，所述施工平台上端设置有静压桩机，所述静压桩机与管桩相联动，所述第一粘性土上端放置有水箱，所述水箱外侧固定连接有水泵，所述水泵连通有输水管，所述输水管远离水箱的一端连通有射水管。

通过采用上述技术方案，在施工的时候，将管桩与静压桩机相固定，启动静压桩机，当静压桩机联动管桩，使管桩的下端位于砂土层的上端时，将射水管放置到管桩的空腔中，启动水泵，使水泵联动输水管，射水管开始向砂土层内喷水，砂土层内的含水量增加之后，砂土层会出现液化的现象，沉桩时的阻力会减小甚至消失，从而保证管桩在砂土层中能够顺利的沉桩。

本发明进一步设置为：所述射水管的外侧固定连接有微型高频振动器。

通过采用上述技术方案，在射水管射水的同时启动微型高频振动器，微型高频振动器能够发生振动，在发生振动的时候会增加桩端砂土内的水压，当桩端水压力大于砂土自重时，桩端砂土会进行液化，砂土对桩端的阻力急剧下降，从而能够进行顺利的沉桩作业。

本发明进一步设置为：所述第一粘土层上端设置有与射水管相联动的支撑机构，所述支撑机构包括设置在第一粘土层上端的支撑架、与支撑架上端铰接的油缸、与支撑架活动连接的支撑臂、与支撑臂连接的钢丝绳，所述支撑臂包括与支撑架转动连接的转动盘、与转动盘铰接的悬臂，所述油缸的活塞杆与悬臂相铰接。

通过采用上述技术方案，在需要将射水管放置到管桩内部的时候，使转动盘带动悬臂转动至管桩的上方，可以启动油缸调节悬臂的角度，在悬臂转动到合适的角度之后，将射水管与钢丝绳连接在一起，并且利用钢丝绳将射水管放置到管桩内部，从而可以顺利的将射水管放置到管桩内，实现射水管对砂土层的喷水。

本发明进一步设置为：所述悬臂上设置有与钢丝绳相联动的卷绕组件，所述卷绕组件包括与悬臂固定连接的第一电机、与第一电机输出端固定连接的卷绕辊、与悬臂固定连接的固定环，所述钢丝绳的一端与卷绕辊固定连接，另一端穿过固定环并且延伸至悬臂的下方。

通过采用上述技术方案，在收卷钢丝绳的时候可以启动第一电机，第一电机能够带动卷绕辊转动，在卷绕辊转动的时候钢丝绳能够进行收卷，从而能够使射水管的放置更加的便利，在钢丝绳位移的时候，固定环能够对钢丝绳进行限位，使钢丝绳的移动更加的平稳。

本发明进一步设置为：所述钢丝绳远离卷绕辊的一端设置有固定组件，所述固定组件包括与钢丝绳固定连接的固定块、开设在固定块上的固定孔、固定连接在固定孔内壁中的第一固定板，所述射水管的外侧壁固定连接有第二固定板，所述第二固定板为钢板，所述第一固定板的上端固定连接有磁板。

通过采用上述技术方案，射水管可以与固定块上的固定孔相插接配合，射水管外侧的第二固定板能够放置在第一固定板上端，同时磁板能够与钢板相互吸引，射水管放置在固定块内的时候更加的平稳和牢固，从而钢丝绳和固定块能够带动射水管平稳的下移，保证射水管能够顺利的进行喷水。

本发明进一步设置为：所述悬臂上设置有限位组件，所述限位组件包括与悬臂固定连接的支撑杆、与支撑杆固定连接的限位板、开设在限位板上的限位孔，所述钢丝绳从限位孔中穿过。

通过采用上述技术方案，限位板上的限位孔能够对钢丝绳起到限位的作用，在钢丝绳进行收卷的时候能够保证钢丝绳更加平稳的移动。

一种管桩在密实砂层中的施工方法，包括权利要求1-6任意一项所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，包括以下步骤：

S1:将管桩吊到桩位，启动静压桩机，使静压桩机带动管桩下压到第一粘土层中；

S2：管桩沉入砂土层顶面处，沉桩阻力急剧升高，停止沉桩，沿管桩中空部位吊入带射水管的微型高频振动器到管桩桩端处，即砂土层的顶面处；

S3：启动微型高频振动器和水泵，使射水管开始射水，微型高频振动器在砂土层的高频振动增加砂土层中的水压，砂土层产生液化现象后，沉桩阻力消失，继续静压沉桩；

S4: 在砂土层中继续采用高频振动射水法沉桩到砂层底面处；

S5：当沉桩阻力增加时，即表示桩端位于第二粘土层顶端，停止沉桩，沿管桩中空部位提出射水管和微型高频振动器，按常规静压法继续沉桩到设计标高。

通过采用上述技术方案，在管桩受到砂土层的阻力无法下移的时候，利用钢丝绳将射水管放置到管桩的内腔中，启动水泵和微型高频振动器，使射水管对砂土层进行喷水，喷水后的桩端砂土含水量提高，密实度降低，高频振动时更容易使砂土液化，减小桩端沉桩阻力，射水的目的是降低砂土的密实度而使得密实的砂土层更容易出现液化现象，继续静压沉桩，能够顺利的实现管桩在密实砂土层中的沉桩。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、在施工的时候，将管桩与静压桩机相固定，启动静压桩机，当静压桩机联动管桩，使管桩的下端位于砂土层的上端时，将射水管放置到管桩的空腔中，启动水泵，使水泵联动输水管，射水管开始向砂土层内喷水，砂土层内的含水量增加之后，砂土层会出现液化的现象，沉桩时的阻力会减小甚至消失，从而保证管桩在砂土层中能够顺利的沉桩；

2、微型高频振动器能够发生振动，在发生振动的时候会增加桩端砂土内的水压，当桩端水压力大于砂土自重时，桩端砂土会进行液化，砂土对桩端的阻力急剧下降；

3、钢丝绳能够带动射水管更加平稳的进入到管桩的内腔中，在射水沉桩的时候更加的平稳，使管桩顺利的沉桩。

附图说明

图1是用于体现管桩施工设备与土层的整体结构示意图；

图2是用于体现水箱与支撑机构的具体结构示意图；

图3是用于体现卷绕组件的具体结构示意图；

图4是用于体现固定组件的具体结构示意图。

图中，1、第一粘土层；2、砂土层；3、第二粘土层；4、施工平台；5、静压桩机；6、水箱；7、水泵；8、输水管；9、射水管；10、微型高频振动器；11、支撑机构；111、支撑架；112、油缸；113、支撑臂；1131、转动盘；1132、悬臂；1133、第二电机；114、钢丝绳；12、卷绕组件；121、第一电机；122、卷绕辊；123、固定环；13、固定组件；131、固定块；132、固定孔；133、第一固定板；14、第二固定板；15、磁板；16、限位组件；161、支撑杆；162、限位板；163、限位孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种管桩在密实砂层中的施工设备，如图1所示，包括第一粘土层1、砂土层2、第二粘土层3，第一黏土层上方设置有施工平台4，施工平台4上端设置有静压桩机5，静压桩机5与管桩相联动，在沉桩的时候，将管桩与静压桩机5联动，启动静压桩机5，使静压桩机5带动管桩进行下沉，管桩可以顺利的下沉到第一粘土层1中。

如图2所示，施工平台4的一侧设置有水箱6和支撑机构11，水箱6上端固定连接有水泵7，水泵7联动有输水管8，输水管8的一端延伸至水箱6的中，另一端连通有射水管9，射水管9延伸至管桩内。

如图2所示，支撑机构11包括设置在第一粘土层1上端的支撑架111、设置在支撑架111上方的油缸112、与支撑架111活动连接的支撑臂113、与支撑臂113连接的钢丝绳114，射水管9与钢丝绳114远离支撑臂113的一端连接。

如图2所示，支撑臂113包括与支撑架111转动连接的转动盘1131、与转动盘1131铰接的悬臂1132，支撑架111下端固定连接有第二电机1133，第二电机1133与转动盘1131相联动，在操作支撑臂113的时候，可以启动第二电机1133，使第二电机1133带动转动盘1131转动，能够调节悬臂1132的位置，油缸112的下端与转动盘1131相铰接，油缸112的活塞杆与悬臂1132相铰接，启动油缸112能够调节悬臂1132的角度，悬臂1132上设置有与钢丝绳114相联动的卷绕组件12。

如图3所示，卷绕组件12包括与悬臂1132固定连接的第一电机121、与第一电机121输出端固定连接的卷绕辊122、与悬臂1132固定连接的固定环123，钢丝绳114的一端与卷绕辊122固定连接，另一端穿过固定环123并且延伸至悬臂1132的下方，启动第一电机121，第一电机121可以带动卷绕辊122转动，在卷绕辊122转动的时候能够带动钢丝绳114进行收卷和放卷，实现射水管9的放下和提升。

如图3所示，悬臂1132上设置有限位组件16，限位组件16包括与悬臂1132固定连接的支撑杆161、与支撑杆161固定连接的限位板162、开设在限位板162上的限位孔163，钢丝绳114从限位孔163中穿过，钢丝绳114在收卷和放卷的时候能够更加的平稳。

如图4所示，射水管9的外侧固定连接有微型高频振动器10，需要继续沉桩的时候，利用支撑机构11将射水管9放置到管桩的内腔中，启动水泵7，使射水管9开始喷水，启动微型高频振动器10，使射水管9发生振动，在射水管9振动的时候，能够增加射水管9喷水时的水压，能够使水更快的与砂土层2相结合，使沉桩的速度更快。

如图4所示，钢丝绳114远离卷绕辊122的一端设置有固定组件13，固定组件13包括与钢丝绳114固定连接的固定块131、开设在固定块131上的固定孔132、固定连接在固定孔132内壁中的第一固定板133，射水管9的外侧壁固定连接有第二固定板14，在放置射水管9的时候，将射水管9插接到固定孔132内，使第二固定板14搭放在第一固定板133上端。

如图4所示，第二固定板14为钢板，第一固定板133的上端固定连接有磁板15，钢板与磁板15相吸，使射水管9放置在固定块131内更加的稳定，能够顺利的实现沉桩。

一种管桩在密实砂层中的施工方法，包括以下步骤：

S1:将管桩吊到桩位，启动静压桩机5，使静压桩机5带动管桩下压到第一粘土层1中；

S2：管桩沉入砂土层2顶面处，沉桩阻力急剧升高，停止沉桩，沿管桩中空部位吊入带射水管9的微型高频振动器10到管桩桩端处，即砂土层2的顶面处；

S3：启动微型高频振动器10和水泵7，使射水管9开始射水，微型高频振动器10在砂土层2的高频振动增加砂土层2中的水压，砂土层2产生液化现象后，沉桩阻力消失，继续静压沉桩；

S4: 在砂土层2中继续采用高频振动射水法沉桩到砂层底面处；

S5：当沉桩阻力增加时，即表示桩端位于第二粘土层3顶端，停止沉桩，沿管桩中空部位提出射水管9和微型高频振动器10，按常规静压法继续沉桩到设计标高。

在吊入射水管9的时候，将射水管9放置到固定块131上开设的固定孔132内，并且使第二固定板14与第一固定板133相贴合，同时启动第一电机121，使第一电机121带动卷绕辊122转动，卷绕辊122在转动的时候能够带动钢丝绳114放卷，使钢丝绳114带动射水管9平稳的进入管桩内。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种管桩在密实砂层中的施工设备，包括第一粘土层(1)、砂土层(2)、第二粘土层(3)，所述第一黏土层上方设置有施工平台(4)，所述施工平台(4)上端设置有静压桩机(5)，所述静压桩机(5)与管桩相联动，其特征在于：所述第一粘性土上端放置有水箱(6)，所述水箱(6)外侧固定连接有水泵(7)，所述水泵(7)连通有输水管(8)，所述输水管(8)远离水箱(6)的一端连通有射水管(9)。

2.根据权利要求1所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，其特征在于：所述射水管(9)的外侧固定连接有微型高频振动器(10)。

3.根据权利要求2所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，其特征在于：所述第一粘土层(1)上端设置有与射水管(9)相联动的支撑机构(11)，所述支撑机构(11)包括设置在第一粘土层(1)上端的支撑架(111)、与支撑架(111)上端铰接的油缸(112)、与支撑架(111)活动连接的支撑臂(113)、与支撑臂(113)连接的钢丝绳(114)，所述支撑臂(113)包括与支撑架(111)转动连接的转动盘(1131)、与转动盘(1131)铰接的悬臂(1132)，所述油缸(112)的活塞杆与悬臂(1132)相铰接。

4.根据权利要求3所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，其特征在于：所述悬臂(1132)上设置有与钢丝绳(114)相联动的卷绕组件(12)，所述卷绕组件(12)包括与悬臂(1132)固定连接的第一电机(121)、与第一电机(121)输出端固定连接的卷绕辊(122)、与悬臂(1132)固定连接的固定环(123)，所述钢丝绳(114)的一端与卷绕辊(122)固定连接，另一端穿过固定环(123)并且延伸至悬臂(1132)的下方。

5.根据权利要求4所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，其特征在于：所述钢丝绳(114)远离卷绕辊(122)的一端设置有固定组件(13)，所述固定组件(13)包括与钢丝绳(114)固定连接的固定块(131)、开设在固定块(131)上的固定孔(132)、固定连接在固定孔(132)内壁中的第一固定板(133)，所述射水管(9)的外侧壁固定连接有第二固定板(14)，所述第二固定板(14)为钢板，所述第一固定板(133)的上端固定连接有磁板(15)。

6.根据权利要求5所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，其特征在于：所述悬臂(1132)上设置有限位组件(16)，所述限位组件(16)包括与悬臂(1132)固定连接的支撑杆(161)、与支撑杆(161)固定连接的限位板(162)、开设在限位板(162)上的限位孔(163)，所述钢丝绳(114)从限位孔(163)中穿过。

7.一种管桩在密实砂层中的施工方法，其特征在于：包括权利要求1-6任意一项所述的一种管桩在密实砂层中的施工设备，包括以下步骤：

S1:将管桩吊到桩位，启动静压桩机(5)，使静压桩机(5)带动管桩下压到第一粘土层(1)中；

S2：管桩沉入砂土层(2)顶面处，沉桩阻力急剧升高，停止沉桩，沿管桩中空部位吊入带射水管(9)的微型高频振动器(10)到管桩桩端处，即砂土层(2)的顶面处；

S3：启动微型高频振动器(10)和水泵(7)，使射水管(9)开始射水，微型高频振动器(10)在砂土层(2)的高频振动增加砂土层(2)中的水压，砂土层(2)产生液化现象后，沉桩阻力消失，继续静压沉桩；

S4: 在砂土层(2)中继续采用高频振动射水法沉桩到砂层底面处；

S5：当沉桩阻力增加时，即表示桩端位于第二粘土层(3)顶端，停止沉桩，沿管桩中空部位提出射水管(9)和微型高频振动器(10)，按常规静压法继续沉桩到设计标高。

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