CN113338271A - 一种混凝土空心桩浇筑方法及浇筑装置 - Google Patents

一种混凝土空心桩浇筑方法及浇筑装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土空心桩的浇筑装置,包括桩筒,桩筒桩身开设有进料口,进料口靠近桩筒的一端部设置,桩筒设置为正六棱柱状,且桩筒的六个侧面为弧度相同弧面,每个弧面均背离桩筒的中心轴;还包括圆柱状的沉管,沉管设置于桩筒内,沉管与桩筒等高,且沉管与桩筒同轴设置,利用横截面异形效应和桩芯土对桩侧摩阻力的提高作用,有效的提高竖向承载力和水平向承载力。还公开了一种混凝土空心桩的浇筑方法,将沉管与桩筒通打桩机沉至地基的设计深度,并向桩筒内注入混凝土,待桩筒内的混凝土上表面至桩底不少于2m时,拔出桩筒及沉管,得到混凝土空心桩,提高了混凝土单位材料强度利用率,降低工程造价。

Description

一种混凝土空心桩浇筑方法及浇筑装置
技术领域
本发明属于浇筑装置技术领域,具体涉及一种混凝土空心桩的浇筑装置,还涉及一种混凝土空心桩的浇筑方法。
背景技术
桩的竖向承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成,在深厚软土地基中桩侧摩阻力的发挥显得尤为重要。在高速公路、高速铁路及高层建筑等软土地基处理工程领域中,刚性桩复合地基处理技术得到了广泛应用。其中如何提高单位材料强度利用率、在节省建筑材料用量的同时如何获得较大的桩基承载力,是研究人员长期关注的重要课题之一。
针对现有技术而言,中国专利“预制X形钢筋混凝土桩”(专利号:ZL01218447.0)和中国专利“现浇X形钢筋混凝土桩施工方法”(专利申请号:200710020306.3)公开了采用预制和现浇的方法形成桩身横截面形状类似X字母的异形桩,此种桩形通过改变横截面形状来提高桩侧比表面积,提高桩侧面与桩周土体之间的侧向摩阻力,从而提高单位混凝土单位强度利用率,提高等混凝土用量下的桩基承载力。但是目前由于该桩型的横截面等效桩径、桩间距相对较小,使得桩基施工时的挤土效应对周围相邻桩的成桩质量有较大的影响;X形开弧半径过小、开弧角度过大而导致打桩过程中桩周土扰动和拔管过程中凹弧处桩周土带出现象严重,从而影响实际使用效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土空心桩的浇筑装置,提高了单位混凝土材料利用率和单桩承载力。
本发明的另一个目的是提供一种混凝土空心桩的浇筑方法。
发明所采用的技术方案是,一种混凝土空心桩的浇筑装置,包括桩筒,桩筒桩身开设有进料口,进料口靠近桩筒的一端部设置,桩筒为设置为正六棱柱状,且桩筒的六个侧面为弧度相同弧面,每个弧面均背离桩筒的中心轴;
还包括圆柱状的沉管,沉管设置于桩筒内,沉管与桩筒等高,且沉管与桩筒同轴设置。
本发明的特征还在于,
桩筒的一条棱沿筒身方向均匀设置有刻度线。
桩筒横截面的外接圆直径为1.2-2m,沉管的横截面直径为0.4-0.86m。
本发明所采用的另一个技术方案是,一种混凝土空心桩的浇筑方法,具体按以下步骤实施:
步骤1,平整场地,放线并按照放线的点位布置桩位;
步骤2,将桩筒及沉管置于步骤1中桩位上,并和打桩机连接,启动打桩机将桩筒及沉管沉至地基的设计深度:
步骤3,通过桩筒的进料口,向其内部注入混凝土,通过观察刻度线,待桩筒内的混凝土上表面至桩底不少于2m时,打桩机开始将桩筒及沉管拔出,直至桩筒及沉管拔出地面,得到现浇混凝土空心桩;
步骤4,将步骤3得到的空心桩静置24h,挖开桩顶周围的土体,在桩顶浇筑一个尺寸与空心桩横截面直径相同的混凝土盖板,盖住空心桩的顶部。
本发明的特征还在于,
步骤2中的打桩机采用振动打桩机,将桩筒靠近进料口的端部与打桩机的振动头通过法兰盘固接,启动打桩机之前,在桩筒远离进料口的端部固接活瓣桩尖。
步骤3中打桩机将桩筒及沉管拔出的速率为0.55-1.5m/s,且拔出1m后留振1min,然后继续拔出,直至将桩筒及沉管拔出地面。
步骤4中的混凝土盖板厚度为0.25-0.5m。
本发明的有益效果是:
(1)使用本发明一种混凝土空心桩浇筑装置和浇筑方法得到的空心桩,利用横截面异形效应和桩芯土对桩侧摩阻力的提高作用,有效的提高竖向承载力和水平向承载力,并且可以提高混凝土单位材料强度利用率,降低工程造价;
(2)由于混凝土桩的特殊形状,与同面积的X形截面、X形空心截面和五星形空心截面桩相比具有更大的外周长,因此具有更高的外摩阻力,同时避免了在打桩过程中桩周土扰动和拔管过程中桩周土带出严重的现象;
(3)在进行质量检测时不但可以用传统的检测方法,而且还可以通过开挖桩芯土,将工人下放到桩芯内进行质量检测,是一种非隐蔽形的桩形。
附图说明
图1是本发明一种混凝土空心桩的浇筑装置结构示意图;
图2是本发明一种混凝土空心桩的浇筑装置的使用状态图;
图3是本发明一种混凝土空心桩的浇筑装置制得的空心桩的结构示意图。
图中,1.桩筒,2.沉管,3.刻度线,4.进料口,5.振动头,6.打桩机,7.活瓣桩尖,8.法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种混凝土空心桩的浇筑装置,如图1所示,包括桩筒1,桩筒1桩身开设有进料口4,进料口4靠近桩筒1的一端部设置,桩筒1设置为正六棱柱状,且桩筒1的六个侧面为弧度相同弧面,每个弧面均背离桩筒1的中心轴,桩筒1横截面的外接圆直径为1.2-2m;
还包括圆柱状的沉管2,沉管2设置于桩筒1内,沉管2与桩筒1等高,且沉管2与桩筒1同轴设置,沉管2的横截面直径为0.4-0.86m,桩筒1的一条棱沿筒身方向均匀设置有刻度线3。
本发明一种混凝土空心桩的浇筑方法,具体按以下步骤实施:
步骤1,平整场地,放线并按照放线的点位布置桩位;
步骤2,将桩筒1及沉管2置于步骤1中桩位上,并和打桩机6连接,启动打桩机6将桩筒1及沉管2沉至地基的设计深度,如图2所示,打桩机6为振动打桩机,将桩筒1靠近进料口4的端部与打桩机6的振动头5通过法兰盘8固接,启动打桩机6之前,在桩筒1远离进料口4的端部固接活瓣桩尖7,活瓣桩尖7与桩筒1连接的端部的形状与桩筒1的横截面形状相同,保证了活瓣桩尖7与桩筒2连接的稳固性。
步骤3,通过桩筒1的进料口4,向其内部注入混凝土,待桩筒1内的混凝土上表面至桩底不少于2m时,打桩机6开始将桩筒1及沉管2拔出,直至桩筒1及沉管2拔出地面,如图3所示,得到现浇混凝土空心桩,打桩机6将桩筒1及沉管2拔出的速率为0.55-1.5m/s,且拔出1m后留振1min,然后继续拔出,直至将桩筒1及沉管2拔出地面,当混凝土具有一定强度后再重新注入混凝土,保证桩基的强度。
步骤4,将步骤3得到的混凝土空心桩静置24h,挖开桩顶周围的土体,在桩顶浇筑一个尺寸不小于空心桩横截面直径的混凝土盖板,盖住空心桩的顶部,混凝土盖板厚度为0.25-0.5m。
本方案的混凝土空心桩的浇筑装置结构如图1所示,并采用本发明的浇筑方法,对于该空心桩,其地基的土层是灰色砂质粉土、灰色淤泥质粉质粘土、灰色砂质粉土和灰色粉质粘土,土层厚度l=8.5m~32.0m,桩身直径D=2m(按大直径灌注桩处理,故直径选择最大值),沉管的直径为d=0.86m,现浇混凝土空心桩的极限承载力可以用下式计算:
QukQsk+Qpk (1)
式中,Quk表示单桩竖向极限承载力标准值,Qsk表示单桩总极限侧阻力标准值,Qpk表示单桩总极限端阻力标准值;
其中,Qsk=ψsπ(D+d)lqsk
Figure BDA0003061886950000061
式中,qsk表示单桩极限侧阻力标准值,qpk表示桩端极限端阻力标准值,ψs、ψp分别表示大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数,D表示桩身直径,d表示沉管直径;
Figure BDA0003061886950000062
1.空心桩在灰色砂质粉土地基中,埋置深度为L=0~-8.5m,土层厚度l=8.5m,qsk=35kPa,qpk=750kPa。将数据代入公式3中,可以得出,
Figure BDA0003061886950000063
即Qsk=ψsπ(D+d)lqsk=2937kN,
Figure BDA0003061886950000064
进而得出空心桩在灰色砂质粉土地基中的竖向极限承载力为Quk=Qsk+Qpk=3798kN。
2.空心桩在灰色淤泥质粉质粘土地基中,埋置深度L=-8.5m~-27.6m,故土层厚度l=19.1m,qsk=30kPa,qpk=0(即忽略桩端的极限端阻力)。将数据代入公式3中,可以得出,
Figure BDA0003061886950000065
即可以计算出Qsk=ψsπ(D+d)lqsk=5656kN,进而得出该空心桩灰色砂质粉土地基中的竖向极限承载力为Quk=Qsk=5656kN。
3.空心桩在灰色粉质粘土地基中,埋置深度L=-27.6m~-32.0m,土层厚度l=4.4m,qsk=45kPa,qpk=450kPa。将数据代入公式3中,可以得出,
Figure BDA0003061886950000071
即可以计算出Qsk=ψsπ(D+d)lqsk=1954kN,
Figure BDA0003061886950000072
进而得出空心桩在灰色砂质粉土地基中的竖向极限承载力为Quk=Qsk+Qpk=2471kN。
综上所述,该实例中的混凝土空心桩的竖向极限承载力如表1所示。
表1
Figure BDA0003061886950000073
而对于桩身直径D=2m的普通现浇混凝土桩,不同埋置深度对应的土层厚度,其竖向极限承载力按公式1计算:
1.普通桩在灰色砂质粉土地基中,埋置深度为L=0~-8.5m,土层厚度l=8.5m,qsk=35kPa,qpk=750kPa。将数据代入公式3中,可以得出,
Figure BDA0003061886950000081
即可以计算出Qsk=ψsπDlqsk=2054kN,
Figure BDA0003061886950000082
故得出普通桩在灰色砂质粉土地基中的竖向极限承载力为Quk=Qsk+Qpk=4704kN。
2.普通桩在灰色淤泥质粉质粘土地基中,埋置深度L=-8.5m~-27.6m,故土层厚度l=19.1m,qsk=30kPa,qpk=0(即忽略桩端的极限端阻力)。将数据代入公式3中,可以得出,
Figure BDA0003061886950000083
即可以计算出Qsk=ψsπDlqsk=3955kN,进而得出该普通桩灰色砂质粉土地基中的竖向极限承载力为Quk=Qsk=3955kN。
3.普通桩在灰色粉质粘土地基中,埋置深度L=-27.6m~-32.0m,土层厚度l=4.4m,qsk=45kPa,qpk=450kPa。将数据代入公式3中,可以得出,
Figure BDA0003061886950000084
即可以计算出Qsk=ψsπDlqsk=1367kN,
Figure BDA0003061886950000085
进而得出普通桩在灰色砂质粉土地基中的竖向极限承载力为Quk=Qsk+Qpk=2957kN。
综上所述,普通混凝土桩的竖向极限承载力如表2所示。
表2
Figure BDA0003061886950000091
综上所述,在同一施工条件下,与普通混凝土浇筑桩相比,本发明中的现浇混凝土空心桩不仅能够节省材料,而且其竖向极限承载力超出普通混凝土浇筑桩2.7%左右。所以,本发明从技术经济层面看是合理的。
本发明一种混凝土空心桩浇筑方法及浇筑装置,将浇筑装置的侧面设置为六个弧度相同的侧面,避免了常规混凝土桩对周边土扰动过大的问题,空心桩的设置可以提高混凝土单位材料强度利用率,降低工程造价;由于混凝土桩的特殊形状,与同面积的X形截面、X形空心截面和五星形空心截面桩相比具有更大的外周长,因此具有更高的外摩阻力;利用横截面异形效应和桩芯土对桩侧摩阻力的提高作用,有效的提高竖向承载力和水平向承载力;在进行质量检测时不但可以用传统的检测方法,而且还可以通过开挖桩芯土,将工人下放到桩芯内进行质量检测,是一种非隐蔽形的桩形。

Claims (7)

1.一种混凝土空心桩的浇筑装置,其特征在于,包括桩筒(1),所述桩筒(1)桩身开设有进料口(4),所述进料口(4)靠近桩筒(1)的端部设置,所述桩筒(1)设置为正六棱柱状,且桩筒(1)的六个侧面设置为弧度相同弧面,每个所述弧面均背离桩筒(1)的中心轴;
还包括圆柱状的沉管(2),所述沉管(2)设置于桩筒(1)内,沉管(2)与桩筒(1)等高,且沉管(2)与桩筒(1)同轴设置。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土空心桩的浇筑装置,其特征在于,所述桩筒(1)的一条棱沿筒身的长度方向均匀设置有刻度线(3)。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土空心桩的浇筑装置,其特征在于,所述桩筒(1)横截面的外接圆直径为1.2-2m,所述沉管(2)的横截面直径为0.4-0.86m。
4.一种混凝土空心桩的浇筑方法,其特征在于,具体按以下步骤实施:
步骤1,平整场地,放线并按照放线的点位布置桩位;
步骤2,将桩筒(1)及沉管(2)置于步骤1中桩位上,并和打桩机(6)连接,启动打桩机(6)将桩筒(1)及沉管(2)沉至地基的设计深度;
步骤3,通过桩筒(1)的进料口(4),向其内部注入混凝土,通过观察刻度线(3),待桩筒(1)内的混凝土上表面至桩底不少于2m时,打桩机(6)开始将桩筒(1)及沉管(2)拔出,直至桩筒(1)及沉管(2)拔出地面,得到混凝土空心桩;
步骤4,将步骤3得到的混凝土空心桩静置24h,挖开桩顶周围的土体,在桩顶浇筑一个尺寸与空心桩横截面直径相同的混凝土盖板,盖住空心桩的顶部。
5.根据权利要求4所述的一种混凝土空心桩的浇筑方法,其特征在于,所述步骤2中的打桩机(6)采用振动打桩机,将桩筒(1)靠近进料口(4)的端部与打桩机(6)的振动头(5)通过法兰盘(8)固接,启动打桩机(6)之前,在桩筒(1)远离进料口(4)的端部固接活瓣桩尖(7)。
6.根据权利要求4所述的一种混凝土空心桩的浇筑方法,其特征在于,所述步骤3中打桩机(6)将桩筒(1)和沉管(2)拔出的速率为0.55-1.5m/s,且拔出1m后留振1min,然后继续拔出,直至将桩筒(1)和沉管(2)拔出地面。
7.根据权利要求4所述的一种混凝土空心桩的浇筑方法,其特征在于,所述步骤4中的混凝土盖板厚度为0.25-0.5m。
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