CN113502817B - 一种自动化施工预应力桩的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自动化施工预应力桩的方法，其包括以下步骤：S1.设备进场；S2.下沉预应力桩身，封堵预应力管桩下沉端后，将预应力管桩下沉至桩孔位设计标高持力层；S3.标定夯实位，下放夯锤至预应力管桩底部，标定为夯实位；S4.自动填料夯击，通过向预应力管桩中空部输送设定量的填料，下锤并检测下沉量；判定下沉量数值区间并控制填料动作及夯击动作；S5.三击贯入度检测；S6.夯击判定；S7.内桩成型，在预应力管桩中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土。本申请具有承载力高、预应力管桩的设计长度可控、施工效率高、施工成本低的效果。

Description

一种自动化施工预应力桩的方法

技术领域

本申请涉及桩基施工领域，尤其是涉及一种自动化施工预应力桩的方法。

背景技术

预应力混凝土管桩可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预应力构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。这种管桩在沉桩时一般采用以下几种方法：锤击法、静压桩法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压桩法用得最多。

一般在通过预应力管桩进行地基基础加固时，其桩身外径一般在300mm～1000mm之间，预应力管桩伸入地基的端部能提供的承载力往往较小，主要通过其桩身外壁与周围土体之间的静摩擦力来提供承载力，因而为实现桩身承载力达到设计载荷，会根据不同的地质条件设置不同长度的桩身。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：随着高层及超高层建筑的不断兴起，高层建筑对地基承载力的要求不断提高，尤其在一些地质松软或者岩层深度较深时，需要将预应力管桩长度设计在20m以上，不仅造成管桩运输困难，施工中可用的沉桩工艺受限，施工效率极其低下，给现场施工带来了极大不便，施工成本随之提升。

发明内容

为了改善高层建筑地基所需预应力管桩长度过大影响施工效率的问题，本申请提供一种自动化施工预应力桩的方法。

本申请提供的一种自动化施工预应力桩的方法采用如下的技术方案：

一种自动化施工预应力桩的方法，包括以下步骤：

S1.设备进场，在施工现场准备吊机、液压卷扬机、夯锤及中部贯通的预应力管桩，所述夯锤与所述预应力管桩的中空部适配，所述液压卷扬机上绕卷吊绳，并将所述夯锤安装于所述吊绳端部的吊钩上；

S2.下沉预应力桩身，准确设置桩孔位标记，将所述预应力管桩起吊至桩孔位标记处，封堵所述预应力管桩下沉端后，再将所述预应力管桩下沉至设计标高持力层；

S3.标定夯实位，所述液压卷扬机下放所述夯锤至所述预应力管桩底部，使所述夯锤下底面与所述预应力管桩下底面平齐，标定为夯实位；正式下锤时，将夯实位时所述夯锤所处的位置与夯击后检测的所述夯锤所处的位置取差值即可计算出所述夯锤的下沉量；

S4.自动填料夯击，采用输送装置向所述预应力管桩中空部输送设定量的填料，下锤并检测所述下沉量；若所述下沉量介于-10cm～10cm之间，则重复控制所述输送装置向所述预应力管桩底部输送设定量的填料并下锤检测所述下沉量；若所述下沉量小于-10cm，则自动控制所述夯锤连续下锤若干次；若所述下沉量大于10cm，则自动控制所述输送装置先向所述预应力管桩底部输送填料量大于设定量的填料再下锤夯击；

S5.三击贯入度检测；

S6.夯击判定，若步骤S5中三击贯入度合格，则跳过此步骤；若步骤S5中三击贯入度不合格，则重复步骤S4～步骤S6；

S7.内桩成型，在所述预应力管桩中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土。

作为优选，所述步骤S2中封堵所述预应力管桩采用与所述预应力管桩底部截面适配的封板进行封堵，所述封板与所述预应力管桩之间的连接为点焊、嵌设中的任意一种。

作为优选，所述封板与所述预应力管桩之间还设有用于密封所述封板和所述预应力管桩之间间隙的防水件。

作为优选，所述步骤S3中标定所述夯实位及测算所述下沉量时，通过测算用于起吊所述夯锤的所述吊绳的初始位置和实际行走量来进行确定。

作为优选，标定所述夯实位的方法为：设置固定的归零标记，将所述夯锤下放至所述预应力管桩底部，并收拢绷紧所述吊绳，将所述吊绳上与所述归零标记对准的点定为所述吊绳的归零位；

测算所述下沉量的方法为：下放所述夯锤后，收拢绷紧所述吊绳，此时所述吊绳的所述归零位越过所述归零标记的多余行走量即为所述下沉量，或者，所述吊绳的夯实位到达所述归零标记所需的行走量取负值即为所述下沉量。

作为优选，所述步骤S5中，初次三击贯入度检测后，更换所述夯锤为空心锤，并在所述预应力管桩中空部穿入抗拔筋，并重复步骤S4～步骤S5。

作为优选，所述步骤S2中，先在桩孔位标记处成孔，成孔方式为旋挖或者长螺旋引孔。

作为优选，所述步骤S2中，封堵所述预应力管桩下沉端后，下沉预应力桩身方式为静压桩法、锤击法或者振动锤法下沉预应力桩身。

作为优选，所述步骤S4中输送装置填料的设定量为0.01～0.3立方米。

作为优选，所述步骤S5中三击贯入度检测时，检测锤的最终下沉量测算与所述夯锤的所述下沉量测算方法相同。

综上所述，本申请的有益技术效果为：

1.预应力管桩沉放过程中，其下沉端被封堵，可有效避免预应力管桩下沉过程中桩孔位中的泥土嵌入其中空部、以及地下水渗入其中空部，从而在通过夯锤夯击填料的过程中，能尽可能确保填料的密实度，使得填料能在预应力管桩的下沉端形成扩大头，有效增加了预应力管桩下沉端与土体的接触面积，使得预应力管桩下沉端具有较高的承载力，从而可以有效缩短预应力管桩的设计长度，提高了施工效率；

2.填料在预应力管桩端部形成扩大头后，缩短了预应力管桩的设计长度，从而在下沉预应力桩身时可以继续采用多种下沉预应力桩身方式，无需受预应力管桩长度限制，并且施工设备的最大起吊高度得以下降，进一步控制了施工成本，也确保了施工安全；

3.在向预应力管桩中空部投入填料并夯击的过程中，通过标定初始状态下的夯实位，再测算每次填入相同料量的填料夯锤下锤后的下沉量，可自动控制输送装置的填料动作及夯锤的夯击动作，可以全程无人值守，降低了人工成本，并且自动化填料及夯击能有效控制人为因素对填料量和夯锤冲击能量的影响，确保了扩大头的夯实质量，进而确保了施工质量。

附图说明

图1是本申请实施例一的流程示意图。

图2是本申请实施例一下沉预应力管桩后的示意图。

图3是本申请实施例扩大头夯击完成后的示意图。

图4是本申请实施例一主要用于展示封板嵌设在预应力管桩上的结构示意图。

图5是本申请实施例三主要用于展示锥头的结构示意图。

附图标记：1、液压卷扬机；2、夯锤；3、预应力管桩；4、吊绳；5、夯实位；7、封板；8、防水件；9、套管；10、锥头。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

实施例一

本申请实施例公开一种自动化施工预应力桩的方法。参照图1和图2，自动化预应力桩身施工方法包括以下步骤：

S1.设备进场，在施工现场准备吊机、液压卷扬机1、夯锤2及中部贯通的预应力管桩3，预应力管桩3可以为方管、也可以为圆管，依实际施工需要即可，吊机选用履带吊且准备多台以用于起吊多个预应力管桩3；夯锤2与预应力管桩3的中空部适配，使得夯锤2可穿过预应力管桩3的中空部；液压卷扬机1上绕卷吊绳4，并将夯锤2安装于吊绳4端部的吊钩上；以上夯锤2、预应力管桩3、液压卷扬机1、吊机均可准备多套以在多个桩孔位进行同步轮流施工。

S2.下沉预应力桩身，准确设置桩孔位标记，将预应力管桩3起吊至桩孔位标记处，封堵预应力管桩3下沉端后，封堵时可以选择在预应力管桩3下沉端设置封板7，再将预应力管桩3下沉至设计标高持力层。

作为预应力管桩3下沉的一种实施方式，可以先在桩孔位标记处成孔，成孔方式为旋挖或者长螺旋引孔，再通过吊机将预应力管桩3直接吊装至桩孔中下沉。

作为预应力管桩3下沉的另一种实施方式，封堵所述预应力管桩3下沉端后，可以通过静压桩法、锤击法或者振动锤法下沉预应力桩身。

以上预应力管桩3下沉的实施方式中，预先成孔的的方式，施工效率最高，对预应力管桩3的完整度保存较好，故作为本申请实施例的优选。而预应力管桩3较长时，也可采用预先成孔和静压桩法的组合方法来进行下沉预应力桩身。

S3.标定夯实位5，预应力管桩3下沉完成后通过液压卷扬机1下放夯锤2至预应力管桩3底部，并使夯锤2下底面与预应力管桩3下底面平齐，具体的，将夯锤2下放至与封板7抵触即可，标定此时夯锤2所处的位置为夯实位5；正式下锤时，将夯实位5时夯锤2所处的位置与夯击后检测的夯锤2所处的位置取差值即可计算出夯锤2的下沉量。

S4.自动填料夯击，采用输送装置向预应力管桩3中空部输送设定量的填料，下锤并检测下沉量；若下沉量介于-10cm～10cm之间，则重复控制输送装置向预应力管桩3底部输送设定量的填料并下锤检测下沉量；若下沉量小于-10cm，则自动控制夯锤2连续下锤若干次；若下沉量大于10cm，则自动控制输送装置先向预应力管桩3底部输送填料量大于设定量的填料再下锤夯击。填料夯击时，填料的设定量根据预应力管桩3的中空部内径确定，一般为0.01～0.3立方米，并且填料可以选用干硬性混凝土、碎石或者碎混凝土等。

S5.三击贯入度检测。

S6.夯击判定，若步骤S5中三击贯入度合格，则跳过此步骤；若步骤S5中三击贯入度不合格，则重复步骤S4～步骤S6。

S7.内桩成型，在预应力管桩3中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土。

采用上述施工方法后，如图2和图3所示，第一方面，由于填料在夯锤2的不断夯击下，在预应力管桩3下沉端端部形成扩大头后，增大了预应力管桩3下沉端与下方土体的接触面积，使得预应力管桩3不仅仅依靠其周壁与土体的摩擦力来实现承载，更多的，扩大头能为预应力管桩3提供较大的承载，使得在标定的桩基承载力核算时，可以大幅缩短预应力管桩3的设计长度。不仅能降低预应力管桩3的选用成本、运输成本，并且在下沉预应力桩身时可以继续采用多种下沉预应力桩身方式，如静压桩法，排除了因预应力管桩3较长无法使用静压桩法的缺陷，无需受预应力管桩3长度限制，并且施工设备的最大起吊高度得以下降，进一步控制了施工成本，也确保了施工安全，施工效率也得到了极大的提升。

第二方面，在预应力管桩3沉放过程中，其下沉端被封板7封堵，可有效避免预应力管桩3下沉过程中桩孔位中的泥土嵌入其中空部、以及地下水渗入其中空部，尤其是采用静压桩法、振动锤法和锤击法下沉预应力桩身时，地基中泥土会直接挤入预应力管桩3中空部，对后续填料的夯击造成影响，安装封板7后，封板7被土体压紧在预应力管桩3端部，可对这些泥土进行有效阻隔。并且封板7封堵预应力管桩3的端部后，还能有效防止地下水渗入预应力管桩3中空部，以免夯击时地下水蓄积在填料中削弱夯锤2的冲击能量，导致夯击效果收到严重影响。从而在夯锤2夯击填料的过程中，能尽可能确保填料的密实度，使得填料能在预应力管桩3的下沉端形成密实度高的扩大头，有效增加了预应力管桩3下沉端与土体的接触面积，以满足标定承载要求。

第三方面，在向预应力管桩3中空部投入填料并夯击的过程中，通过标定初始状态下的夯实位5，再测算每次填入相同料量的填料夯锤2下锤后的下沉量，可自动控制输送装置的填料动作及夯锤2的夯击动作，可以全程无人值守，降低了人工成本；并且自动化填料及夯击能有效控制人为因素对填料量精准度和夯锤2冲击能量一致性的影响，确保了扩大头的夯实质量，进而确保了施工质量。

而为确保预应力管桩3下沉预应力桩身过程中封板7能始终紧密贴合在预应力管桩3的下沉端，如图2所示，封板7可以选用与预应力管桩3截面适配的形状，再通过点焊的方式将封板7与预应力管桩3中预埋钢筋焊接，点焊的形式既能确保预应力管桩3下沉过程中，封板7不会移位，且夯锤2夯击填料时的冲击力也能将点焊部位冲断，不会对扩大头的形成造成阻碍，此时封板7选用钢板制成。

同时，在另一个可行的实施方式中，如图4所示，封板7可以嵌设在预应力管桩3的下沉端，比如在封板7上固接套管9，该套管9能过盈插入预应力管桩3的中空部，从而将套管9插入预应力管桩3的中空部后，封板7依然能对预应力管桩3的下沉端进行封堵，并且，此时封板7和套管9可以采用塑料、玻璃钢等造价低廉的材质制成，进一步降低施工成本。

而为进一步提高封板7与预应力管桩3之间的防水性，如图2和图4所示，封板7与预应力管桩3之间还设有用于密封封板7和预应力管桩3之间间隙的防水件8，防水件8设置为橡胶圈或者橡胶套，当封板7焊接在预应力管桩3的下沉端时，防水件8设置为橡胶圈；当封板7嵌设在预应力管桩3的下沉端时，防水件8设置为橡胶套并粘附在套管9外壁，套管9通过防水件8实现与预应力管桩3中空部的过盈插接。

在进行自动填料夯击的过程中，如图2和图3所示，步骤S3中标定夯实位5及测算下沉量时，通过测算用于起吊夯锤2的吊绳4的初始位置和实际行走量来进行确定，具体的，标定夯实位5的方法为：设置固定的归零标记，将夯锤2下放至预应力管桩3底部，并收拢绷紧吊绳4，将吊绳4上与归零标记对准的点定为吊绳4的归零位。

测算下沉量的方法为：下放夯锤2后，收拢绷紧吊绳4，此时吊绳4的归零位越过归零标记的多余行走量即为下沉量，或者，吊绳4的夯实位5到达归零标记所需的行走量取负值即为下沉量。

实际实施时，在液压卷扬机1上安装计米器，使吊绳4抵触在计米器的计米轮上，通过液压卷扬机1将夯锤2抬升至设定的下锤高度，此时设定计米器归零，将夯锤2平稳下放至与封板7贴合时，此时计米器显示的数值为夯实位5时夯锤2的下落夯实距离，也即此时吊绳4的归零位于与固定的归零标记对准。

随后夯锤2每次夯击填料时，计米器测算出的下落距离大于上述下落夯实距离10cm以上时，夯锤2对填料的夯实度超过设定的夯实标准，即夯锤2下沉量大于10cm，需要向预应力管桩3底部输送填料量大于设定量的填料再下锤夯击；计米器测算出的下落距离为上述下落夯实距离±10cm时，视为填料夯实度达到设定夯实标准，可以重复正常输送设定量填料再下锤夯击；而若计米器测算出的下落距离小于上述下落夯实距离时，夯锤2对填料的夯实度没有达到设定的夯实标准，需要继续下锤夯击填料。

在此过程中，夯锤2每次下落夯击，计米器都会对夯锤2的下落距离进行检测并通过控制器与上述下落夯实距离进行对比，将控制连接电脑后，在电脑中写入上述程序，即可通过电脑和控制器控制液压卷扬机1的下锤动作以及调料装置的填料动作，实现了预应力管桩3中空部的自动填料夯击作业，无需施工人员长时间值守，降低了人力成本，并且电脑和控制器组成的控制系统对每次夯锤2的夯击作业进行实时检测，可以确保每个预应力管桩3扩大头施工的一致性，隔绝了人为因素的影响，施工质量得到了有效保证。

并且步骤S5中三击贯入度检测时，检测锤的最终下沉量测算与夯锤2的下沉量测算方法相同，也可以通过计米器来完成。具体进行三击贯入度检测时，在液压卷扬机1的吊绳4上更换夯锤2为检测锤，检测锤为锤底直径355mm、质量3.5t的圆柱状实心重锤，通过液压卷扬机1将检测锤吊离至距坑度6米的高度，再自由下放检测锤，连续下放三次检测锤后，再通过测算夯锤2下放时下沉深度的测算方法同样对检测锤的下沉量进行测算，也能提高施工效率及提高三击贯入度的检测精准度。

在其他可行的实施例中，还可以直接用夯锤2替代检测锤，但需根据在6米下放检测锤对坑底压强数值的基准上，同等计算达到该压强时夯锤2需要提升的高度，则无需进行更换夯锤2为检测锤的操作，进一步缩减了施工工序，提高了施工效率。

本申请实施例一种自动化施工预应力桩的方法的实施原理为：预应力管桩3沉放过程中，其下沉端被封板7封堵，可有效避免预应力管桩3下沉过程中桩孔位中的泥土嵌入其中空部、以及地下水渗入其中空部；随后向预应力管桩3中空部投入填料并夯击的过程中，通过标定初始状态下的夯实位5，再测算每次填入相同料量的填料夯锤2下锤后的下沉量，可自动控制输送装置的填料动作及夯锤2的夯击动作，可以全程无人值守，降低了人工成本，并且自动化填料及夯击能有效控制人为因素对填料量和夯锤2冲击能量的影响，确保了扩大头的夯实质量；本夯击后的填料在预应力管桩3的下沉端形成扩大头，有效增加了预应力管桩3下沉端与土体的接触面积，使得预应力管桩3下沉端具有较高的承载力，从而可以有效缩短预应力管桩3的设计长度，不仅提高了施工效率，还可以继续采用多种下沉预应力桩身方式，无需受预应力管桩3长度限制，并且施工设备的最大起吊高度得以下降，进一步控制了施工成本，也确保了施工安全。

实施例二

本申请实施例公开一种自动化施工预应力桩的方法。与实施例一的不同之处在于：步骤S5中，初次三击贯入度检测后，更换夯锤2为中部中空的空心锤，并在预应力管桩3中空部穿入抗拔筋，具体的，抗拔筋由多根主钢筋焊接而成，主钢筋伸入土体下端的端部一体折弯有爪钢筋，爪钢筋与主钢筋之间的夹角为85～95度。

夯击前将空心锤抬起后使得抗拔筋端部穿入空心锤的中空部，并重复步骤S4～步骤S5，通过填料将抗拔筋的下端夯入扩大头中。随后在步骤S7中浇筑混凝土时，抗拔筋能将扩大头与预应力管桩3连成整体，提高了本申请所得的预应力桩身的抗剪切性能和抗拔性能，进一步扩充了本申请的应用场景，提高了本申请的经济价值。

实施例三

本申请实施例公开一种自动化施工预应力桩的方法。参照图5，与实施例一或实施例二的不同之处在于：封板7远离预应力管桩3的一端设置有尖端背离预应力管桩3的锥头10，可以有效减少封板7随预应力管桩3下沉时的阻力，同时也可对封板7进行有效防护，以免预应力管桩3下沉过程中遇碎石造成封板7碎裂，确保了封板7对预应力管桩3下沉端的封闭效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.设备进场，在施工现场准备吊机、液压卷扬机（1）、夯锤（2）及中部贯通的预应力管桩（3），所述夯锤（2）与所述预应力管桩（3）的中空部适配，所述液压卷扬机（1）上绕卷吊绳（4），并将所述夯锤（2）安装于所述吊绳（4）端部的吊钩上；

S2.下沉预应力桩身，准确设置桩孔位标记，将所述预应力管桩（3）起吊至桩孔位标记处，封堵所述预应力管桩（3）下沉端后，再将所述预应力管桩（3）下沉至设计标高持力层；

S3.标定夯实位（5），所述液压卷扬机（1）下放所述夯锤（2）至所述预应力管桩（3）底部，使所述夯锤（2）下底面与所述预应力管桩（3）下底面平齐，标定为夯实位（5）；正式下锤时，将夯实位（5）时所述夯锤（2）所处的位置与夯击后检测的所述夯锤（2）所处的位置取差值即可计算出所述夯锤（2）的下沉量；

S4.自动填料夯击，采用输送装置向所述预应力管桩（3）中空部输送设定量的填料，下锤并检测所述下沉量；若所述下沉量介于-10cm～10cm之间，则重复控制所述输送装置向所述预应力管桩（3）底部输送设定量的填料并下锤检测所述下沉量；若所述下沉量小于-10cm，则自动控制所述夯锤（2）连续下锤若干次；若所述下沉量大于10cm，则自动控制所述输送装置先向所述预应力管桩（3）底部输送填料量大于设定量的填料再下锤夯击；

S5.三击贯入度检测；

S6.夯击判定，若步骤S5中三击贯入度合格，则跳过此步骤；若步骤S5中三击贯入度不合格，则重复步骤S4～步骤S6；

S7.内桩成型，在所述预应力管桩（3）中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S2中封堵所述预应力管桩（3）采用与所述预应力管桩（3）底部截面适配的封板（7）进行封堵，所述封板（7）与所述预应力管桩（3）之间的连接为点焊、嵌设中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述封板（7）与所述预应力管桩（3）之间还设有用于密封所述封板（7）和所述预应力管桩（3）之间间隙的防水件（8）。

4.根据权利要求1所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S3中标定所述夯实位（5）及测算所述下沉量时，通过测算用于起吊所述夯锤（2）的所述吊绳（4）的初始位置和实际行走量来进行确定。

5.根据权利要求4所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：标定所述夯实位（5）的方法为：设置固定的归零标记，将所述夯锤（2）下放至所述预应力管桩（3）底部，并收拢绷紧所述吊绳（4），将所述吊绳（4）上与所述归零标记对准的点定为所述吊绳（4）的归零位；

测算所述下沉量的方法为：下放所述夯锤（2）后，收拢绷紧所述吊绳（4），此时所述吊绳（4）的所述归零位越过所述归零标记的多余行走量即为所述下沉量，或者，所述吊绳（4）的夯实位（5）到达所述归零标记所需的行走量取负值即为所述下沉量。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S5中，初次三击贯入度检测后，更换所述夯锤（2）为空心锤，并在所述预应力管桩（3）中空部穿入抗拔筋，并重复步骤S4～步骤S5。

7.根据权利要求6所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S2中，先在桩孔位标记处成孔，成孔方式为旋挖或者长螺旋引孔。

8.根据权利要求6所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S2中，封堵所述预应力管桩（3）下沉端后，下沉预应力桩身方式为静压桩法、锤击法或者振动锤法下沉预应力桩身。

9.根据权利要求6所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S4中输送装置填料的设定量为0.01～0.3立方米。

10.根据权利要求6所述的一种自动化施工预应力桩的方法，其特征在于：所述步骤S5中三击贯入度检测时，检测锤的最终下沉量测算与所述夯锤（2）的所述下沉量测算方法相同。

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