CN113373913B - 一种灌注桩沉管及灌桩施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种灌注桩沉管及灌桩施工方法，属于土木工程技术领域。灌注桩沉管包括桩尖、内管和外管，内管和外管的下端均连接桩尖，内管上开设有若干通料孔，外管为具有气密性的、在维持气密性的情况下发生形变的软管；灌桩施工方法包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；向内管内充入高压气体，外管外扩形变而挤压外管外侧土体，在外管之外的土体上压出不规则凹坑；下放钢筋骨架至内管内；向内管内注入混凝土，振动钢筋骨架使混凝土充入外管与内管之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管外侧具有与不规则凹坑对应的凸起的扩径灌注桩。本发明具有桩体抗沉降能力强等优点。

Description

一种灌注桩沉管及灌桩施工方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种灌注桩沉管及灌桩施工方法。
背景技术
沉管灌注桩是土木建筑工程中常用的一种桩基技术，一种情况是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备将带有预制钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中，形成桩孔，然后放入钢筋骨架，并浇筑混凝土，边振动边拔管边灌注混凝土，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩；另一种情况是先利用打桩头打孔，然后下放沉管，达到护孔、防渗水等目的，最后放入钢筋骨架并注入混凝土形成灌注桩。
土体支撑灌注桩以承受灌注桩上方的建筑物对桩体产生的纵向力，灌注桩直径越大、埋入越深，承重能力越强，为了在同等条件下提高承重能力，部分情况下需要在桩的下端扩径形成与桩孔底面较大的接触面，以减小桩体与桩孔底部的压强，提高桩体下沉的承重极限；软土灌注桩时，桩体外侧的土体并不密实，使桩体外壁(即沉管外壁)与其外侧的土体之间的压力较小，这种灌注桩的承重能力相对较弱，一般需要延长桩体的长度，使其下探至硬质土层才能够满足要求，因此，需要一种能够在软土灌注桩时提高土体与沉管外壁挤压力、增大灌注桩抗下沉能力的施工工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种灌注桩沉管，本发明所要解决的技术问题是如何提高灌注桩的抗沉降能力。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种灌注桩沉管，其特征在于，包括桩尖、内管和外管，所述内管和外管的下端均连接桩尖，所述内管上开设有若干通料孔，所述外管为具有气密性的、在维持气密性的情况下发生形变的软管。
一种灌桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；向内管内充入高压气体，外管外扩形变而挤压外管外侧土体，在外管之外的土体上压出不规则凹坑；下放钢筋骨架至内管内；向内管内注入混凝土，振动钢筋骨架使混凝土充入外管与内管之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管外侧具有与不规则凹坑对应的凸起的扩径灌注桩。
进一步的，所述沉管的上端具有一密封头，所述密封头包括压板和位于压板下端的保型套，所述保型套套设在外管上端之外。
压头上具有进气孔，通过气泵向进气孔内充入高压气体时，随着高压气体压力的增大，外管缓慢形变，并压紧外管外侧的土体，土质较软的土体受到外管的压力后被压实，而外管在该部位则形变。
保型套外侧的、位于地面之上的外管则不会发生形变，确保仅地下部分的外管受气压作用而外扩形变，进而挤压外侧土体至密实。
作为另一种方式，一种灌桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；下放钢筋骨架至内管内；向内管内注入混凝土，振动钢筋骨架使混凝土充入外管与内管之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管外侧具有不规则凸起的扩径灌注桩。
进一步的，所述内管由多个管节拼接而成，所述管节的上端具有外导向接头，所述管节的下段具有内导向接头；相邻管节的连接方式为：位于上方的管节的内导向接头插入并滑动连接在位于下放的管节的外导向接头内，内导向接头与外导向接头之间连接由缓冲弹簧。
进一步的，基于上述沉管结构，灌桩施工方法包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；下放钢筋骨架至内管内；向内管内注入混凝土，振动内管的上端使混凝土充入外管与内管之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管外侧具有不规则凸起的扩径灌注桩。
进一步的，所述外管为塑胶材质制成的、具有弹性的软管。
进一步的，所述外管为具有延展性能的薄壁金属管。
进一步的，所述外管外涂有耐磨胶层。
本施工方法中，是否充入高压气体迫使外管外扩压实其外侧的土层是可选的，根据土质结构而定，如图土质结构为一致性较好的土体，则不需要充入高压气体压实外管外侧的土层，直接利用灌入的混凝土挤压外管迫使外管形变，并达到压实外管外侧土层、形成不规则扩径桩的目的；如果土体物质不规则，如石块与泥土掺杂、穿越地下水层等，则可考虑通过充入高压气体的方式使外管挤压土层，以使外管在内高压作用下自动适应外侧土体，能够形成较小尺寸的凹坑，而直接灌入混凝土的方式则很难形成小尺寸的凹坑。
外管的材质以软质橡胶为宜，作为可能，其也可以是金属管，在较高强度下，金属的延展性能迫使其形变而不破损，采用金属管时，外壁最好涂覆耐磨层，使其具有一定的缓冲性能，降低被划破的可能性和耐磨强度。
内管通过多个管节拼接而成，现有技术中也大都是拼接而成，但是，拼接位置需要防水设置，否则很难在承受较大静压的情况下保证不漏水；本方案中，由于外管为软质的气密性管体，其为防水性良好的软管，无需考虑其承压强度，内管作为承重、保型、抗压件，外管仅需要防水性能即可，使本沉管整体生产难度降低，结构也不复杂。
在内管的相邻管节之间的缓冲弹簧，可使内管上端受到冲击力时整体产生振动，传统工艺中，需要边振动边拔管边灌注混凝土才能够确保混凝土填充密实，而本方案中，相邻管节之间设置具有活动间隙，通过缓冲弹簧相连，内管顶部受冲击而振动时，整个内管均可产生捣实混凝土的振动，而且可以确保外管不受较大的拉扯。
在下放沉管时，因缓冲弹簧的连接，外管的抗形变强度，使整个沉管的管节之间不会发生脱离，反而在下放过程中有一定的缓冲能力，桩尖的外径大于内管，而外管又有形变能力，在打入沉管时可减小外管与孔壁岩石之间的刚性磨损。
内管上的通料孔不仅用于内冲气施工时的通气孔，也是混凝土能够进入内管和外管之间的必要条件，在确保内管强度的前提下，通料孔的尺寸尽可能大些，使混凝土更容易进入内管和外管之间，也使外管能够更好的承受内管内的混凝土的挤压力。
本工艺的适用非常广泛，对沙土土质、松软土质的地基处理有广阔的应用空间；对土体的要求更低，同等条件下，由于桩体外侧面不规则，形成与土体之间增大抗下沉阻力的凹凸不平状，使本灌注桩的抗下沉强度更高。
附图说明
图1是本灌注桩沉管在外管未形变时的结构示意图。
图2是本灌注桩沉管在外管发生形变后的结构示意图。
图3是图1中局部A的放大图。
图中，1、桩尖；2、内管；3、外管；4、通料孔；5、压板；6、保型套；7、管节；71、外导向接头；72、内导向接头；73、缓冲弹簧。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一：
沉管包括桩尖1、内管2和外管3，内管2和外管3的下端均连接桩尖1，内管2上开设有若干通料孔4，外管3为具有气密性的、在维持气密性的情况下发生形变的软管。
沉管的上端具有一密封头，密封头包括压板5和位于压板5下端的保型套6，保型套6套设在外管3上端之外。
压头上具有进气孔，通过气泵向进气孔内充入高压气体时，随着高压气体压力的增大，外管3缓慢形变，并压紧外管3外侧的土体，土质较软的土体受到外管3的压力后被压实，而外管3在该部位则形变。
保型套6外侧的、位于地面之上的外管3则不会发生形变，确保仅地下部分的外管3受气压作用而外扩形变，进而挤压外侧土体至密实。
灌桩施工方法包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；向内管2内充入高压气体，外管3外扩形变而挤压外管3外侧土体，在外管3之外的土体上压出不规则凹坑；下放钢筋骨架至内管2内；向内管2内注入混凝土，振动钢筋骨架使混凝土充入外管3与内管2之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管2外侧具有与不规则凹坑对应的凸起的扩径灌注桩。
实施例二(在实施例一中沉管的结构的基础上)：
灌桩施工方法包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；下放钢筋骨架至内管2内；向内管2内注入混凝土，振动钢筋骨架使混凝土充入外管3与内管2之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管2外侧具有不规则凸起的扩径灌注桩。
实施例三(在实施例一中沉管的结构的基础上)：
内管2由多个管节7拼接而成，管节7的上端具有外导向接头71，管节7的下段具有内导向接头72；相邻管节7的连接方式为：位于上方的管节7的内导向接头72插入并滑动连接在位于下放的管节7的外导向接头71内，内导向接头72与外导向接头71之间连接由缓冲弹簧73。
基于上述沉管结构，灌桩施工方法包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；下放钢筋骨架至内管2内；向内管2内注入混凝土，振动内管2的上端使混凝土充入外管3与内管2之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管2外侧具有不规则凸起的扩径灌注桩。
实施例四(在实施例三中沉管的结构的基础上)：
灌桩施工方法包括如下步骤：在既有的桩孔内下放上述沉管或直接在指定位置打入上述沉管；向内管2内充入高压气体，外管3外扩形变而挤压外管3外侧土体，在外管3之外的土体上压出不规则凹坑；下放钢筋骨架至内管2内；向内管2内注入混凝土，振动内管2的上端使混凝土充入外管3与内管2之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管2外侧具有与不规则凹坑对应的凸起的扩径灌注桩。
实施例一至实施例四中，外管均可采用如下结构：外管3为塑胶材质制成的、具有弹性的软管。
实施例一至实施例四中，外管均可采用如下结构：外管3为具有延展性能的薄壁金属管；外管3外涂有耐磨胶层。
本施工方法中，是否充入高压气体迫使外管3外扩压实其外侧的土层是可选的，根据土质结构而定，如图土质结构为一致性较好的土体，则不需要充入高压气体压实外管3外侧的土层，直接利用灌入的混凝土挤压外管3迫使外管3形变，并达到压实外管3外侧土层、形成不规则扩径桩的目的；如果土体物质不规则，如石块与泥土掺杂、穿越地下水层等，则可考虑通过充入高压气体的方式使外管3挤压土层，以使外管3在内高压作用下自动适应外侧土体，能够形成较小尺寸的凹坑，而直接灌入混凝土的方式则很难形成小尺寸的凹坑。
外管3的材质以软质橡胶为宜，作为可能，其也可以是金属管，在较高强度下，金属的延展性能迫使其形变而不破损，采用金属管时，外壁最好涂覆耐磨层，使其具有一定的缓冲性能，降低被划破的可能性和耐磨强度。
内管2通过多个管节7拼接而成，现有技术中也大都是拼接而成，但是，拼接位置需要防水设置，否则很难在承受较大静压的情况下保证不漏水；本方案中，由于外管3为软质的气密性管体，其为防水性良好的软管，无需考虑其承压强度，内管2作为承重、保型、抗压件，外管3仅需要防水性能即可，使本沉管整体生产难度降低，结构也不复杂。
在内管2的相邻管节7之间的缓冲弹簧73，可使内管2上端受到冲击力时整体产生振动，传统工艺中，需要边振动边拔管边灌注混凝土才能够确保混凝土填充密实，而本方案中，相邻管节7之间设置具有活动间隙，通过缓冲弹簧73相连，内管2顶部受冲击而振动时，整个内管2均可产生捣实混凝土的振动，而且可以确保外管3不受较大的拉扯。
在下放沉管时，因缓冲弹簧73的连接，外管3的抗形变强度，使整个沉管的管节7之间不会发生脱离，反而在下放过程中有一定的缓冲能力，桩尖1的外径大于内管2，而外管3又有形变能力，在打入沉管时可减小外管3与孔壁岩石之间的刚性磨损。
内管2上的通料孔4不仅用于内冲气施工时的通气孔，也是混凝土能够进入内管2和外管3之间的必要条件，在确保内管2强度的前提下，通料孔4的尺寸尽可能大些，使混凝土更容易进入内管2和外管3之间，也使外管3能够更好的承受内管2内的混凝土的挤压力。
本工艺的适用非常广泛，对沙土土质、松软土质的地基处理有广阔的应用空间；对土体的要求更低，同等条件下，由于桩体外侧面不规则，形成与土体之间增大抗下沉阻力的凹凸不平状，使本灌注桩的抗下沉强度更高。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种灌桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在既有的桩孔内下放沉管或直接在指定位置打入沉管，所述沉管包括桩尖(1)、内管(2)和外管(3)，所述内管(2)和外管(3)的下端均连接桩尖(1)，所述内管(2)上开设有若干通料孔(4)，所述外管(3)为具有气密性的、在维持气密性的情况下发生形变的软管；步骤二、下放钢筋骨架至内管(2)内；步骤三、向内管(2)内注入混凝土，采用振动的方式使混凝土充入外管(3)与内管(2)之间并捣实，待混凝土固化后形成在内管(2)外侧具有不规则凸起的扩径灌注桩；
所述沉管还包括一密封头，所述密封头包括压板(5)和位于压板(5)下端的保型套(6)，所述保型套(6)套设在外管(3)上端之外；
在步骤一之后、步骤二之前采取如下操作：向内管(2)内充入高压气体，外管(3)外扩形变而挤压外管(3)外侧土体，在外管(3)之外的土体上压出不规则凹坑。
2.根据权利要求1所述一种灌桩施工方法，其特征在于，所述内管(2)由多个管节(7)拼接而成，所述管节(7)的上端具有外导向接头(71)，所述管节(7)的下段具有内导向接头(72)；相邻管节(7)的连接方式为：位于上方的管节(7)的内导向接头(72)插入并滑动连接在位于下放的管节(7)的外导向接头(71)内，内导向接头(72)与外导向接头(71)之间连接由缓冲弹簧(73)。
3.根据权利要求2所述一种灌桩施工方法，其特征在于，步骤三中采用的振动方式为：振动内管(2)的上端使混凝土充入外管(3)与内管(2)之间并捣实。
4.根据权利要求1所述一种灌桩施工方法，其特征在于，所述外管(3)为橡胶材质制成的、具有弹性的软管。
5.根据权利要求1所述一种灌桩施工方法，其特征在于，所述外管(3)为具有延展性能的薄壁金属管。
6.根据权利要求5所述一种灌桩施工方法，其特征在于，所述外管(3)外涂有耐磨胶层。
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