CN113774911A - 一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了建筑用施工技术领域的一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，包括由外部动力装置驱动转动的钻杆，钻杆下端同轴固接有安装杆，安装杆下端设有螺旋叶片，螺旋叶片由驱动单元驱动其沿安装杆径向伸缩，实现钻孔孔径调节，钻杆下端外壁上设有与其内部连通的通槽，钻杆内设有灌水单元及排浆单元，灌水单元用于将水灌入钻孔内，排浆单元用于将钻孔内的泥浆排出。本发明的有益效果是：能实现引孔和压桩同步进行，且使管桩的挤土效应可控，具有成桩后承载能力可靠等特点，能完成软土层、硬层土、软硬互层地区的静压或锤击管桩需要变直径引孔的施工，与传统工法相比，具有施工效率高，使管桩的挤土效应可控，成桩后承载能力可靠等特点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体为一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备及其方法。
背景技术
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体细长混凝土预制构件。1987年，我国交通部第三航务工程局从日本引进全套预应力高强混凝土管桩生产线。20世纪80年代后期,中国宁波浙东水泥制品有限公司在有关科研院所的合作下,针对我国沿海地区淤泥软土层较多的特点,通过对管桩的改造,开发了先张法预应力混凝土薄壁管桩。管桩以其承载力高、施工质量容易控制、施工周期短、造价低等特点，在工程中广泛应用。
管桩的施工方法主要有静压法和锤击法，但在管桩施工过程中，当遇到深厚黏土层、中间夹硬土层等地质情况时，可能出现压力值达到终压值但桩端未达持力层或有效桩长未达到要求设计标高。为解决这种问题，现多采用长螺旋钻机与静力压桩机配合工作，先引孔后沉桩的施工方法，其流程为：测量定位→长螺旋钻机就位→钻孔→停钻→读钻孔深度→提升钻杆并带出孔内土体→钻机移位→静力压桩机就位→吊桩→调直桩身→压柱→接桩→再压桩→送桩→终止压桩。虽然可以解决管桩穿越深厚黏土层、中间夹硬土层的问题，但此方法存在工艺流程多、工序衔接技术要求高，人工、机械、时间成本均较高；两种机械二次就位移机，极易产生塌孔或斜孔；两种机械二次就位标高控制混乱，易出现“超引”桩端空洞或者“欠引”桩端无法压入等诸多问题。
因此，目前国内亟需一种新型的管桩施工技术来填补当前工程上的空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备及其方法，将引孔与沉桩相结合同步进行，引孔的直径可变，是一种能够实现适用于软硬互层地区的高效率管桩施工设备设计与作业方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，包括由外部动力装置驱动转动的钻杆，所述钻杆下端同轴固接有安装杆，所述安装杆下端设有螺旋叶片，所述螺旋叶片由驱动单元驱动其沿安装杆径向伸缩，实现钻孔孔径调节，所述钻杆下端外壁上设有与其内部连通的通槽，所述钻杆内设有灌水单元及排浆单元，所述灌水单元用于将水灌入钻孔内，所述排浆单元用于将钻孔内的泥浆排出。
优选地，所述驱动单元包括一楔块，所述安装杆底端同轴设有供楔块卡合的卡槽，所述安装杆外壁上开设有多个与卡槽连通的条形缺口，所述条形缺口贯穿螺旋叶片，使多个所述螺旋叶片被隔成多个部分，所述安装杆上同轴穿设有连接杆，所述安装杆上竖直安装有液压缸，所述液压缸与连接杆驱动连接，所述液压缸驱动楔块上移时，驱动所述楔块在卡槽内滑动，且使所述安装杆产生弹性撑开的形变，进而使所述螺旋叶片能够伸长。
优选地，所述灌水单元包括延伸至钻杆内的喷水管，所述喷水管穿出钻杆的一端连接有高压水泵。
优选地，所述排浆单元包括延伸至钻杆内的吸泥管，所述吸泥管穿出钻杆的一端连通有排渣池。
一种管桩变直径引孔与压桩同步施工方法，包括如下步骤：
步骤1、测量放线：施工前，按图纸放设基准点、控制轴线、轴线、桩位，并用长钢筋系上红线打进土里作为桩位标识；
步骤2、静力压桩机就位：将静力压桩机移至桩位置，将静力压桩机调平，使夹持器的中心对正桩位中心；
步骤3、吊装管桩：可直接用静力压桩机上的工作吊机自行吊装管桩，也可以配备专门吊机进行吊装；
步骤4、桩身对中调直：当管桩被吊入夹桩钳口，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面20-30cm为止，然后夹紧桩身，微调压桩机使桩尖对桩位标识；
步骤5、同步施工设备安装：同步施工设备初始安装时，从管桩桩顶放入，直至触底，同步施工设备的外围固定支腿固定，就位时钻杆中轴线要对准引孔孔位、垂直、稳定；
步骤6、变直径引孔施工：同步施工设备的钻杆在钻进过程中，不宜反转或提升钻杆，钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业，根据不同土层情况对比地质资料，随时调整液压缸驱动楔块上下移动，当钻进软土层时，应使驱动楔块下移，收缩螺旋叶片，即形成的引孔直径较小，当钻进硬土层时，应使驱动楔块上移，伸出螺旋叶片，即可形成较大直径的引孔；
步骤7、循环泥浆携渣成孔：通过钻杆引入的喷水管喷水与螺旋叶片切削下的土体混合成泥浆，吸泥管抽取泥浆后成孔；
步骤8、压桩：静力压桩时，压桩力根据拟建工程场地的地质条件和引孔直径情况，估算并评估沉桩阻力；压桩的顺序可按设计标高先深后浅，压桩入土速率均匀，并注意压桩过程中，桩身是否发生位移和倾斜，若有不正常应及时纠正；
步骤9、步骤7、8反复同时或循环交替进行；
步骤10、收回同步施工设备：停止同步施工设备工作并将液压缸驱动楔块下移，使螺旋叶片收缩，从管桩中竖向提出同步施工设备。
进一步地，喷水管再完成喷水工作后还可用于注入水泥浆使用，具体为：当桩位到达预定标高后，喷水管暂停工作，吸泥管吸除下部所有泥浆，随后在喷水管中注入水泥浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能实现引孔和压桩同步进行，且使管桩的挤土效应可控，具有成桩后承载能力可靠等特点，能完成软土层、硬层土、软硬互层地区的静压或锤击管桩需要变直径引孔的施工，与传统工法相比，具有施工效率高，使管桩的挤土效应可控，成桩后承载能力可靠等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备的总装结构示意图；
图2为图1中结构的局部剖视示意图；
图3为本发明中一种管桩变直径引孔与压桩同步施工方法的方法流程示意图。
图4为本发明中一种管桩变直径引孔与压桩同步施工方法变径引孔施工后的桩孔的侧视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-排渣池，2-高压水泵，3-喷水管，4-吸泥管，5-通槽，6-液压缸，7- 钻杆，8-安装杆，9-连接杆，10-螺旋叶片，11-卡槽，12-楔块，13-条形缺口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，包括由外部动力装置驱动转动的钻杆7，钻杆7下端同轴固接有安装杆8，安装杆8下端设有螺旋叶片10，螺旋叶片10由驱动单元驱动其沿安装杆8径向伸缩，实现钻孔孔径调节，驱动单元包括一楔块12，安装杆8 底端同轴设有供楔块12卡合的卡槽11，安装杆8外壁上开设有多个与卡槽 11连通的条形缺口13，条形缺口13贯穿螺旋叶片10，使多个螺旋叶片10被隔成多个部分，安装杆8上同轴穿设有连接杆9，安装杆8上竖直安装有液压缸6，液压缸6与连接杆9驱动连接，液压缸6驱动楔块12上移时，驱动楔块12在卡槽11内滑动，且使安装杆8产生弹性撑开的形变，进而使螺旋叶片10能够伸长，钻杆7下端外壁上设有与其内部连通的通槽5，钻杆7内设有灌水单元及排浆单元，灌水单元用于将水灌入钻孔内，灌水单元包括延伸至钻杆7内的喷水管3，喷水管3穿出钻杆7的一端连接有高压水泵2，高压水进入钻孔内后，对钻孔内的土产生冲击，排浆单元用于将钻孔内的泥浆排出，排浆单元包括延伸至钻杆7内的吸泥管4，吸泥管4穿出钻杆7的一端连通有排渣池1，吸泥管4将钻孔内泥浆进行排出，并且通过排渣池1能够对吸出来的泥浆进行沉积。通槽5用于走水和泥浆，避免将吸泥孔设置在最前端，从而避免了未成浆的泥土堵塞了吸泥孔。液压缸6的的油管延伸至地面，分别与进油口、出油口相连，便于在地面实现对液压缸6的控制。
请参阅图3，本实施例还公开了一种管桩变直径引孔与压桩同步施工方法，包括如下步骤：
步骤1、测量放线：施工前，按图纸放设基准点、控制轴线、轴线、桩位，并用长钢筋系上红线打进土里作为桩位标识；
步骤2、静力压桩机就位：将静力压桩机移至桩位置，将静力压桩机调平，使夹持器的中心对正桩位中心；
步骤3、吊装管桩：可直接用静力压桩机上的工作吊机自行吊装管桩，也可以配备专门吊机进行吊装；
步骤4、桩身对中调直：当管桩被吊入夹桩钳口，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面30cm为止，然后夹紧桩身，微调压桩机使桩尖对桩位标识；
步骤5、同步施工设备安装：同步施工设备初始安装时，从管桩桩顶放入，直至触底，同步施工设备的外围固定支腿固定，就位时钻杆中轴线要对准引孔孔位、垂直、稳定；
步骤6、变直径引孔施工：同步施工设备的钻杆在钻进过程中，不宜反转或提升钻杆，钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业，根据不同土层情况对比地质资料，随时调整液压缸驱动楔块上下移动，当钻进软土层时，应使驱动楔块下移，收缩螺旋叶片，即形成的引孔直径较小，当钻进硬土层时，应使驱动楔块上移，伸出螺旋叶片，即可形成较大直径的引孔，如图4；
步骤7、循环泥浆携渣成孔：通过钻杆引入的喷水管喷水与螺旋叶片切削下的土体混合成泥浆，吸泥管抽取泥浆后成孔；
步骤8、压桩：静力压桩时，压桩力根据拟建工程场地的地质条件和引孔直径情况，估算并评估沉桩阻力；压桩的顺序可按设计标高先深后浅，压桩入土速率均匀，并注意压桩过程中，桩身是否发生位移和倾斜，若有不正常应及时纠正；
步骤9、步骤7、8反复同时或循环交替进行；
步骤10、收回同步施工设备：停止同步施工设备工作并将液压缸驱动楔块下移，使螺旋叶片收缩，从管桩中竖向提出同步施工设备。
进一步地，喷水管再完成喷水工作后还可用于注入水泥浆使用，具体为：当桩位到达预定标高后，喷水管暂停工作，吸泥管吸除下部所有泥浆，随后在喷水管中注入水泥浆。
社会效益
由于采用预引孔压桩的施工方法，大大减小了沉桩区及其附近土体变形和孔隙水压力，从而避免了桩基施工时对周围建筑物的影响，而且由于预引孔压桩有效减小了桩对土的挤压力，因此可以避免管桩上浮出现吊脚桩的情况，从而确保了桩基础施工质量。
工艺简单，施工速度快，使工期容易得到确保。
经济效益
变直径引孔更适用于软硬互层场地的引孔施工，根据土质的软硬确定引孔直径的大小，使成桩后侧摩阻力及承载力有较高可靠性。
因为预引孔压桩可以穿透地基中的硬夹层，使管桩可以置于可靠的持力层中，预应力管桩的桩端承载力可以得到充分发挥，从而提高了单桩的极限承载力，这样就可以减少桩数，施工成本会有所降低，具有很高的经济效益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，其特征在于，包括由外部动力装置驱动转动的钻杆(7)，所述钻杆(7)下端同轴固接有安装杆(8)，所述安装杆(8)下端设有螺旋叶片(10)，所述螺旋叶片(10)由驱动单元驱动其沿安装杆(8)径向伸缩，实现钻孔孔径调节，所述钻杆(7)下端外壁上设有与其内部连通的通槽(5)，所述钻杆(7)内设有灌水单元及排浆单元，所述灌水单元用于将水灌入钻孔内，所述排浆单元用于将钻孔内的泥浆排出。
2.根据权利要求1所述的一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，其特征在于，所述驱动单元包括一楔块(12)，所述安装杆(8)底端同轴设有供楔块(12)卡合的卡槽(11)，所述安装杆(8)外壁上开设有多个与卡槽(11)连通的条形缺口(13)，所述条形缺口(13)贯穿螺旋叶片(10)，使多个所述螺旋叶片(10)被隔成多个部分，所述安装杆(8)上同轴穿设有连接杆(9)，所述安装杆(8)上竖直安装有液压缸(6)，所述液压缸(6)与连接杆(9)驱动连接，所述液压缸(6)驱动楔块(12)上移时，驱动所述楔块(12)在卡槽(11)内滑动，且使所述安装杆(8)产生弹性撑开的形变，进而使所述螺旋叶片(10)能够伸长。
3.根据权利要求1所述的一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，其特征在于，所述灌水单元包括延伸至钻杆(7)内的喷水管(3)，所述喷水管(3)穿出钻杆(7)的一端连接有高压水泵(2)。
4.根据权利要求1所述的一种管桩变直径引孔与压桩同步施工设备，其特征在于，所述排浆单元包括延伸至钻杆(7)内的吸泥管(4)，所述吸泥管(4)穿出钻杆(7)的一端连通有排渣池(1)。
5.一种管桩变直径引孔与压桩同步施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、测量放线：施工前，按图纸放设基准点、控制轴线、轴线、桩位，并用长钢筋系上红线打进土里作为桩位标识；
步骤2、静力压桩机就位：将静力压桩机移至桩位置，将静力压桩机调平，使夹持器的中心对正桩位中心；
步骤3、吊装管桩：可直接用静力压桩机上的工作吊机自行吊装管桩，也可以配备专门吊机进行吊装；
步骤4、桩身对中调直：当管桩被吊入夹桩钳口，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面20-30cm为止，然后夹紧桩身，微调静力压桩机使桩尖对桩位标识；
步骤5、同步施工设备安装：同步施工设备初始安装时，从管桩桩顶放入，直至触底，同步施工设备的外围固定支腿固定，就位时钻杆中轴线要对准引孔孔位、垂直、稳定；
步骤6、变直径引孔施工：同步施工设备的钻杆在钻进过程中，不宜反转或提升钻杆，钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业，根据不同土层情况对比地质资料，随时调整液压缸驱动楔块上下移动，当钻进软土层时，应使驱动楔块下移，收缩螺旋叶片，即形成的引孔直径较小，当钻进硬土层时，应使驱动楔块上移，伸出螺旋叶片，即可形成较大直径的引孔；
步骤7、循环泥浆携渣成孔：通过钻杆引入的喷水管喷水与螺旋叶片切削下的土体混合成泥浆，吸泥管抽取泥浆后成孔；
步骤8、压桩：静力压桩时，压桩力根据拟建工程场地的地质条件和引孔直径情况，估算并评估沉桩阻力；压桩的顺序可按设计标高先深后浅，压桩入土速率均匀，并注意压桩过程中，桩身是否发生位移和倾斜，若有不正常应及时纠正；
步骤9、步骤7、8反复同时或循环交替进行；
步骤10、收回同步施工设备：停止同步施工设备工作并将液压缸驱动楔块下移，使螺旋叶片收缩，从管桩中竖向提出同步施工设备。
6.根据权利要求5所述的一种管桩变直径引孔与压桩同步施工方法，其特征在于，所述喷水管再完成喷水工作后还可用于注入水泥浆使用，具体为：当桩位到达预定标高后，喷水管暂停工作，吸泥管吸除下部所有泥浆，随后在喷水管中注入水泥浆。
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