CN112012217A - 一种快速成桩装置及其成桩方法 - Google Patents

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周云东
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/02—Foundation pits
    • E02D17/04—Bordering surfacing or stiffening the sides of foundation pits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds

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Abstract

本发明属于涉及工程建设领域，尤其涉及一种快速成桩装置及其成桩方法，包括通气沉管，通气沉管壁上设置至少一个通气管，所述通气管一端与空气压缩机连接，所述通气管另一端设置出气口，所述出气口位于所述通气沉管内壁，所述通气沉管外壁连接动力装置。该快速成桩装置，主要通过压缩空气，再通过空气压将通气沉管内的土排出成孔，此快速成孔方式提高工作效率的同时，降低了桩基施工成本，利用排出的土与水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物浇灌成桩，提高了水泥等固化剂和土的搅拌均匀性和整个施工过程的施工效率，同时大大降低了整个施工成本，整体结构简单，操作方便。

Description

一种快速成桩装置及其成桩方法
技术领域
本发明属于工程建设领域，尤其涉及一种快速成桩装置及其成桩方法。
背景技术
目前，在工程建设领域，特别是在基坑支护领域，SMW工法桩应用特别广泛。SMW工法桩受到地层条件、设备状态和施工操作人员熟练程度等因素影响特别明显，很多工程存在很多问题，影响着工程建设的工期和建设成本。SMW工法桩的原理是使用专用设备将水泥等固化剂和土搅拌均匀呈具一定深度的圆柱状，在圆柱状中心插入一根型钢，水泥土凝固后和型钢组合成具有一定抗弯能力的组合桩，这种组合桩在基坑开挖过程起着巨大的挡土作用和抗渗水作用，保证基坑开挖和基础施工过程的安全。分析SMW工法桩的原理，为了确保SMW工法桩的质量，需要水泥等固化剂和土搅拌非常均匀后再插入型钢，常规的施工工艺，很难保证水泥等固化剂和土的搅拌均匀，很多情况在桩的垂直纵向上水泥和土的拌和分布很不均匀，很大程度影响水泥土和型钢之间的组合效用，大大减弱支护结构的抗变形和抗渗能力。
另外很多工程桩的施工都是先成孔，再向孔内灌注混凝土形成桩，通常的成孔方法有钻机钻孔、钢管带桩尖打入地下挤土成孔以及冲击锤循环往复冲击成孔等等，这些成孔方法效率都不高，造成施工成本很高，本技术快速成孔方式大大降低了桩基施工成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种快速成桩装置及其成桩方法，本技术的发明提高了水泥等固化剂和土的搅拌均匀性和整个施工过程的施工效率，从而降低了整个施工成本。同时现有成孔方法效率较低，造成施工成本很高，本技术快速成孔方式降低了桩基施工成本。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本实用发明的主要技术方案包括：
本发明提供了一种快速成桩装置，包括通气沉管，所述通气沉管壁上设置至少一个通风孔，所述通风孔上端与空气压缩机连接，所述通风孔下端设置出气口，所述出气口位于所述通气沉管内壁，所述通气沉管外壁连接动力装置。
优选的，所述出气口位于所述通气沉管底部内壁，所述通气口处设置单向阀。
优选的，所述动力装置为电机，所述电机下端连接传动装置，所述传动装置右端连接锁紧装置。
优选的，所述通风孔上端口与所述空气压缩机可由进气管连接，进气管上设置连接转换器。
优选的，所述空气沉管底部设置至少一个锥形销钉。
一种快速成桩方法，包括以下步骤：
①、启动动力装置，将通气沉管沉入地下一定深度；
②、启动空气压缩机，通过通气管向通气沉管内加注压力空气，管内出气口以上的土在空气压作用下向上运动排出管外；
③、根据通气沉管的长度，可反复重复步骤①和②直至通气沉管沉入深度满足设计桩长深度，将管内土排出管外；
④、准备搅拌好的混凝土，向通气沉管内灌注混凝土并根据需要向管内加钢筋笼；
⑤、启动动力装置，拔出通气沉管，完成成桩工作。
优选的，步骤④中搅拌好的混凝土可替换为从通气沉管内取出的土加水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物，将所述混合物加注到通气沉管内，并根据设计需要向通气沉管内插入型钢。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种快速成桩装置及其成桩方法，其有益效果为，
(1)通过压缩空气，再通过空气压将通气沉管内的土排出成孔，此快速成孔方式提高工作效率的同时，大大降低了桩基施工成本；
(2)利用排出的土与水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物浇灌成桩，提高了水泥等固化剂和土的搅拌均匀性和整个施工过程的施工效率，同时降低了整个施工成本和提高施工质量；
(3)出气口设置单向阀，通风孔内空气只能从出气口喷出，地下水以及细颗粒土不易通过出气口进入通风孔；
(4)动力装置为电机(或液压马达)、传动装置与锁紧装置组合，使通气沉管通过旋转沉入土中，工作效率提高，对周围环境影响小；
(5)空气沉管底部设置至少一个锥形销钉，锥形销钉可将较硬土质的土地转松，使通气沉管更好更快速的沉入土中，提高工作效率；
(6)装置整体结构简单，容易操作，成本低。
附图说明
图1为快速成桩装置的剖面结构图；
图2为快速成桩装置的通气沉管横截面图；
图3为快速成桩装置的动力装置结构图；
图4为通气管平行固定于通气沉管内壁结构图；
图5为通气管平行固定于通气沉管外壁结构图；
图6为通气管平行固定于通气沉管中心结构图。
【附图标记说明】
1：通气沉管；2：动力装置；201：电机；202：传动装置；203：锁紧装置；3：通气管；4：进气管；5：空气压缩机；6：出气口；7：单向阀；8：锥形销钉；9：连接转换器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参见图1-图3所示，本实施例提供了一种快速成桩装置，包括通气沉管1，通气沉管1壁上设置从上而下的通气管3，通气管3上端口与空气压缩机5通过进气管4连接，进气管4上设置连接转换器9，通气管3下端口设置出气口6，出气口6处设置单向阀7，出气口6位于通气沉管1内壁，通气沉管1外壁连接动力装置2，动力装置2包括电机(或液压马达)201，电机(或液压马达)201连接传动装置202，传动装置202连接缩紧装置203，通气沉管1底部设置至少一个锥形销钉8。
实施例1：
具体的，通气管3平行内置于通气沉管1管壁内，空气压缩机的高压气流通过空气管3导入通气沉管1底部内壁，在内壁的出气口6处释放。当快速成桩装置工作时，动力装置2启动，动力装置2带动通气沉管1旋转，通气沉管1下表面设置若干个锥形销钉8，当通气沉管1下降过程中，遇到较坚硬的石块或较硬土质时，锥形销钉8跟随通气沉管1旋转，可将较坚硬的石块或较硬土质打碎或打松，使通气沉管1更容易的沉入土中，将通气沉管1沉入地下一定深度时，启动空气压缩机5，压缩后的空气通过进气管4经过连接转换器9向通气管3内加注压力空气，通气管3内出气口6以上的土在高压空气流作用下，通气沉管1内空气压强乘通气沉管1截面积为管内土托举力，托举力大于上部土重量和土与管壁摩擦力之和，管内土就会向上运动直至排出管外，由于出气口6处设置单向阀7，空气压缩机5压缩后的高压气流只能从出气口6喷出；根据通气沉管1的长度，可反复重复以上步骤直至通气沉管1沉入深度满足设计桩长深度，将管内土排出；通气沉管1沉入设计桩长深度时，准备搅拌好的混凝土，向通气沉管1内灌注混凝土并根据需要在灌注混凝土前先向管内加钢筋笼(或其他金属结构物)；最后启动动力装置2拔出通气沉管1，完成成桩工作。
实施例2：
具体的，通气管3平行内置于通气沉管1管壁内，空气压缩机的高压气流通过空气管3导入通气沉管1底部内壁，在内壁的出气口6处释放。当快速成桩装置工作时，动力装置2启动，动力装置2带动通气沉管1旋转，通气沉管1下表面设置若干个锥形销钉8，当通气沉管1下降过程中，遇到较坚硬的石块或较硬土质时，锥形销钉8跟随通气沉管1旋转，可将较坚硬的石块或较硬土质打碎或打松，使通气沉管1更容易的沉入土中，将通气沉管1沉入地下一定深度时，启动空气压缩机5，压缩后的空气通过进气管4经过连接转换器9向通气管3内加注压力空气，通气管3内出气口6以上的土在高压空气流作用下，通气沉管1内空气压强乘通气沉管1截面积为管内土托举力，托举力大于上部土重量和土与管壁摩擦力之和，管内土就会向上运动直至排出管外，由于出气口6处设置单向阀7，空气压缩机5压缩后的高压气流只能从出气口6喷出；根据通气沉管1的长度，可反复重复以上步骤直至通气沉管1沉入深度满足设计桩长深度，将管内土排出；通气沉管1沉入设计桩长深度时，将从通气沉管1内取出的土加水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物，将混合物加注到通气沉管1内，并根据设计需要可以向通气沉管1内插入型钢；最后启动动力装置2拔出通气沉管1，完成成桩工作。
实施例3：
参见图4-图6所示，通气管3可用小直径钢管平行固定在通气沉管1内壁、外壁和通气沉管1中部方式来解决。若通气管3设置于通气沉管1中部时，纵向上间隔布置连接块将通气管3和通气沉管1内壁固定。当快速成桩装置工作时，动力装置2启动，动力装置2带动通气沉管1旋转，通气沉管1下表面设置若干个锥形销钉8，当通气沉管1下降过程中，遇到较坚硬的石块或较硬土质时，锥形销钉8跟随通气沉管1旋转，可将较坚硬的石块或较硬土质打碎或打松，使通气沉管1更容易的沉入土中，将通气沉管1沉入地下一定深度时，启动空气压缩机5，压缩后的空气通过进气管4经过连接转换器9向通气管3内加注高压空气，通气管3内出气口6以上的土在高压空气流作用下，通气沉管1内空气压强乘通气沉管1截面积为管内土托举力，托举力大于上部土重量和土与管壁摩擦力之和，管内土就会向上运动直至排出管外，由于出气口6处设置单向阀7，空气压缩机5压缩后的高压气流只能从出气口6喷出；根据通气沉管1的长度，可反复重复以上步骤直至通气沉管1沉入深度满足设计桩长深度，将管内土排出；通气沉管1沉入设计桩长深度时，将从通气沉管1内取出的土加水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物，将混合物加注到通气沉管1内，并根据设计需要可以向通气沉管1内插入型钢；最后启动动力装置2拔出通气沉管1，完成成桩工作。
此装置通过压缩空气，再通过空气压将通气沉管1内的土排出成孔，此快速成孔方式提高工作效率的同时，降低了桩基施工成本；利用排出的土与水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物浇灌成桩，提高了水泥等固化剂和土的搅拌均匀性和整个施工过程的施工效率，同时降低了整个施工成本；出气口设置单向阀7，通气管3内空气只能从出气口6喷出，地下水以及细颗粒土不易通过出气口6进入通气管3；动力装置2包括电机与齿轮箱，使通气沉管1通过旋转沉入土中，工作效率提高；空气沉管1底部设置至少一个锥形销钉8，锥形销钉8可将较硬土质的土地转松，使通气沉管1更好的更快速的沉入土中，提高工作效率；装置整体结构简单，容易操作，成本低。
以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种快速成桩装置，包括通气沉管(1)，其特征在于，所述通气沉管(1)壁上设置至少一个通气管(3)，所述通气管(3)上端与空气压缩机(5)连接，所述通气管(3)下端设置出气口(6)，所述出气口(6)位于所述通气沉管(1)内壁，所述通气沉管(1)外壁连接动力装置(2)。
2.根据权利要求1所述的一种快速成桩装置，其特征在于，所述出气口(6)位于所述通气沉管(1)底部内壁，所述出气口(6)处设置单向阀(7)。
3.根据权利要求1所述的一种快速成桩装置，其特征在于，所述动力装置(2)用电机(201)为动力，所述电机(201)连接传动装置(202)，所述传动装置(202)连接锁紧装置(203)。
4.根据权利要求1所述的一种快速成桩装置，其特征在于，所述通气管(3)上端口与所述空气压缩机(5)由进气管连接(4)，进气管(4)上设置连接转换器(9)。
5.根据权利要求1所述的一种快速成桩装置，其特征在于，所述通气沉管(1)底部设置至少一个锥形销钉(8)。
6.一种快速成桩方法，其特征在于，包括以下步骤：
①、启动动力装置(2)，将通气沉管(1)沉入地下一定深度；
②、启动空气压缩机(5)，通过通气管(3)向通气沉管(1)内加注压力空气，管内出气口(6)以上的土在空气压作用下向上运动排出管外；
③、根据通气沉管(1)的长度，可反复重复步骤①和②直至通气沉管(1)沉入深度满足设计桩长深度，将管内土排出管外；
④、准备搅拌好的混凝土，向通气沉管(1)内灌注混凝土并根据需要向管内加钢筋笼；
⑤、启动动力装置，拔出通气沉管(1)，完成成桩工作。
7.根据权利要求6所述的一种快速成桩方法，其特征在于，步骤④中搅拌好的混凝土替换为从通气沉管(1)内取出的土加水泥等固化剂和水等材料拌和呈流态混合物，将所述混合物加注到通气沉管(1)内，并根据设计需要向通气沉管(1)内插入型钢。
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