CN114482071A - 一种提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程基坑支护与施工技术领域，涉及一种提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，定位套管通过固定钢筋绑扎固定在钢筋笼内侧壁上，定位套管内搭接微型钢管桩，压重工字钢的一侧翼缘端面与钢筋笼顶部接触，锚固角钢、连接环、钢丝绳和连接板组成地面锚定构件，压重工字钢的两端均设有地面锚定构件，微型钢管桩桩身内部注有水泥砂浆，微型钢管桩嵌岩部分通过水泥砂浆与成孔岩石紧密粘结，微型钢管桩搭接定位套管内壁部分通过水泥砂浆粘结；定位套管外壁与大直径灌注桩浇筑为一体；其结构简单，操作方便安全，能实现对岩石地层的精准钻孔和沉桩，保证嵌入深度，并在压力注浆过程防止钢筋笼上浮，施工便捷，节约成本。

Description

一种提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置

技术领域

本发明属于岩土工程基坑支护与施工技术领域，涉及一种提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，在硬岩地层施工大直径灌注桩时，有效提高灌注桩嵌岩深度。

背景技术

近几年，超前微型钢管桩因场地适应性好、质量轻、承载力高、穿透性好、桩位布置灵活、施工机械小、对加固地层扰动小、施工振动小、穿透性强、施工速度快、基坑支护深度较大，相比灌注桩、传统钢管桩经济效益优势明显。大直径灌注桩由于具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，大直径灌注桩在施工中得到较为广泛的应用。

排桩支护有支护结构刚度大、施工速度快、平面布置灵活等优势，可布置一排或双排，结合微型钢管桩与预应力锚杆(锚索)、土钉结合形成的复合支护结构，提高了整体支护体系的侧向刚度，微型钢管桩作为主要受力构件，既可以起抗弯作用又可以改善土体应力场、位移场、限制基坑变形，增加基坑的整体稳定性，此类新型支挡结构在边坡加固、基坑支护等方面逐渐推广应用。

根据国家现行《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)要求，嵌岩灌注桩嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m；倾斜度大于30％的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；嵌入平整、完整的坚硬和较坚硬岩的深度不宜小于0.2d且不小于0.2m。根据国家现行《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)规定，悬臂式支挡结构的嵌固深度、锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构的嵌固深度均应满足嵌固稳定性的要求，对悬臂式结构嵌固深度，不宜小于0.8h；对单支点支挡式结构，不宜小于0.3h；对多支点支挡式结构，不宜小于0.2h，h为基坑深度。此外在桩底3d范围内应无软弱夹层，断裂带，洞穴和空隙分布，尤其是荷载很大的单桩更为如此。

青岛、武汉、大连、深圳等地区的上部第四系强度较低、下部基岩强度较高，属于典型的土岩复合地基；广西地区红黏土分布广泛，主要特性表现为上硬下软，在土岩交界处存在一层软流塑土。针对上述土岩复合地区的基坑支护采用排桩支挡结构时，排桩应穿过土岩交界面，嵌固于稳定岩层，保证排桩埋深远大于基坑开挖深度，防止“吊脚桩”出现。但上述地区实际施工进程中，上部土层冲击成孔较快，但下部入岩冲击成孔较慢，加上场地岩石强烈发育，多遇半边岩，频频纠偏，导致成孔效率极低，施工困难，进度严重滞后，施工难度大。

CN109914395A公开了一种大直径嵌岩桩快速施工方法及其结构解决了硬岩大直径嵌岩桩的施工问题；CN111455985A公开了一种钢管复合嵌岩桩基础结构及筑设方法，降低了嵌岩桩的施工难度，并缩短了施工周期；但是上述技术均未能解决嵌岩桩的精确定位、桩身偏移问题，以及对灌注桩进行压力注浆时钢筋笼上浮等问题。因此,亟需一种新型的提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置和方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求一种针对含土岩结合地层提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，上覆土层部分采用大直径灌注桩，利用人工或机械成孔，下放已安装定位套管的钢筋笼，嵌岩部分通过固定的定位套管进行精准定位钻孔、下放微型钢管桩，并在大直径灌注桩内的钢筋笼顶部连结压重工字钢，将压重工字钢通过地面锚定构件锚固于外围土层一定深度，用于解决大直径灌注桩入岩困难、定位偏差、压力注浆过程钢筋笼上浮等问题，实现大直径灌注桩精准定位，保证嵌岩深度，降低对上覆土层周围建筑的扰动，施工便捷，节约成本的目标。

为实现上述发明目的，本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置包括大直径灌注桩、钢筋笼、定位套管、固定钢筋、绑扎固定点、微型钢管桩、压重工字钢、锚固角钢、连接环、钢丝绳、连接板、注浆孔、商品混凝土和水泥砂浆；大直径灌注桩的内侧壁上安装有钢筋笼，定位套管通过固定钢筋绑扎固定在钢筋笼内侧壁上，定位套管与固定钢筋的直接接触点为绑扎固定点，定位套管内搭接微型钢管桩，微型钢管桩底部设有若干注浆孔，压重工字钢的一侧翼缘端面与钢筋笼顶部直接接触，锚固角钢、连接环、钢丝绳和连接板组成地面锚定构件，压重工字钢的两端均设有地面锚定构件，连接板的一面与锚固角钢一侧端面满焊连接，另一面对称焊接有两个连接环，钢丝绳穿过两个连接环与压重工字钢进行绑扎固定；微型钢管桩桩身内部注有水泥砂浆，微型钢管桩嵌岩部分通过水泥砂浆与成孔岩石紧密粘结，微型钢管桩搭接定位套管内壁部分通过水泥砂浆粘结；定位套管外壁通过商品混凝土与大直径灌注桩浇筑为一体。

进一步的，所述大直径灌注桩的成孔方式为人工挖孔或机械成孔，成孔孔径须略大于大直径灌注桩的设计桩径，大直径灌注桩的桩长、桩径根据地层条件、支护要求进行设计。

进一步的，所述定位套管采用工程中常用的市售钢管，其内径大于微型钢管桩桩身外径，其长度不小于大直径灌注桩桩身长度，定位套管优选直径168mm，壁厚4mm的薄壁钢管。

进一步的，所述固定钢筋焊接在大直径灌注桩钢筋笼对应位置的箍筋上，每个定位套管使用的固定钢筋不少于两个，每个定位套管上的绑扎固定点不少于两个，相邻绑扎固定点的间距不大于1.5m。

进一步的，所述微型钢管桩采用工程中常用的市售钢管，优选直径108mm，壁厚8mm的薄壁钢管；微型钢管桩的桩身长度满足现行规范要求的嵌岩深度，微型钢管桩与定位套管内壁搭接的长度不小于大直径灌注桩直径的3倍；微型钢管桩桩尖所至深度大于基坑开挖深度至少1.0m。

进一步的，所述钢筋笼根据大直径灌注桩1的设计桩径与多个定位套管进行绑扎固定，大直径灌注桩设计桩径为800mm时，布置三个定位套管；设计桩径为1200～1400mm时，布置四个定位套管；设置桩径大于1400mm时，布置五个或六个定位套管，每个定位套管内搭接一根微型钢管桩，固定位置根据微型钢管桩设计内嵌位置进行安装，沿大直径灌注桩钢筋笼内壁均匀布置。

进一步的，所述微型钢管桩嵌入岩层的成孔方式采用潜孔钻机成孔。

进一步的，所述压重工字钢为工程中常用的市售普通工字钢，优选规格(腰高×腿宽×腰厚)为12#(120×80×5.5mm)或14#(140×80×5.5mm)，压重工字钢的长度为大直径灌注桩桩径的3倍。

进一步的，所述锚固角钢、连接环、钢丝绳、连接板均为工程中常用的市售产品；锚固角钢选用规格(边宽×边厚)为20×4mm，长度需要根据大直径灌注桩的桩长选取，长度不小于3m；连接板为方形厚壁钢板，边长不小于30mm，壁厚不小于15mm，其边长大于锚固角钢边宽，连接环孔径大于钢丝绳直径；连接环为圆环或半圆环，满足受力强度要求。

本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便安全，能防止“吊脚桩”出现，可解决大直径灌注桩入岩困难的问题，而且能实现对岩石地层的精准钻孔和沉桩，保证嵌入深度，并在压力注浆过程防止钢筋笼上浮，对上部土层采用人工挖孔，降低对上部土层周围临近建筑的扰动，施工便捷，节约成本。

附图说明

图1为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置主体结构示意图。

图2为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置俯视图。

图3为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置正立面图。

图4为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置侧立面图。

图5为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置连接板结构示意图。

图6为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置桩身1-1剖面图。

图7为本发明所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置桩身2-2剖面图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

本实施例所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置包括大直径灌注桩1、钢筋笼2、定位套管3、固定钢筋4、绑扎固定点5、微型钢管桩6、压重工字钢7、锚固角钢8、连接环9、钢丝绳10、连接板11、注浆孔12、商品混凝土13和水泥砂浆14；大直径灌注桩1的内侧壁上安装有钢筋笼2，定位套管3通过固定钢筋4绑扎固定在钢筋笼2内侧壁上，定位套管3与固定钢筋4的直接接触点为绑扎固定点5，定位套管3内搭接微型钢管桩6，微型钢管桩6底部设有若干注浆孔12，压重工字钢7的一侧翼缘端面与钢筋笼2顶部直接接触，锚固角钢8、连接环9、钢丝绳10和连接板11组成地面锚定构件，压重工字钢7的两端均设有地面锚定构件，连接板11的一面与锚固角钢8一侧端面满焊连接，另一面对称焊接有两个连接环9，钢丝绳10穿过两个连接环9与压重工字钢7进行绑扎固定；微型钢管桩6桩身内部注有水泥砂浆14，微型钢管桩6嵌岩部分通过水泥砂浆14与成孔岩石紧密粘结，微型钢管桩6搭接定位套管3内壁部分通过水泥砂浆14粘结；定位套管3外壁通过商品混凝土13与大直径灌注桩1浇筑为一体。

具体的，所述大直径灌注桩1的成孔方式为人工挖孔或机械成孔，成孔孔径须略大于大直径灌注桩1的设计桩径，大直径灌注桩1的桩长、桩径根据地层条件、支护要求进行设计；所述定位套管3采用工程中常用的市售钢管，其内径大于微型钢管桩6桩身外径，其长度不小于大直径灌注桩1桩身长度，定位套管3优选直径168mm，壁厚4mm的薄壁钢管；所述固定钢筋4焊接在大直径灌注桩钢筋笼2对应位置的箍筋上，每个定位套管3使用的固定钢筋4不少于两个，每个定位套管3上的绑扎固定点5不少于两个，相邻绑扎固定点5的间距不大于1.5m；所述微型钢管桩6采用工程中常用的市售钢管，优选直径108mm，壁厚8mm的薄壁钢管；微型钢管桩6的桩身长度满足现行规范要求的嵌岩深度，微型钢管桩6与定位套管3内壁搭接的长度不小于大直径灌注桩1直径的3倍；微型钢管桩6桩尖所至深度大于基坑开挖深度至少1.0m；所述钢筋笼2根据大直径灌注桩1的设计桩径与多个定位套管3进行绑扎固定，大直径灌注桩1设计桩径为800mm时，布置三个定位套管3；设计桩径为1200～1400mm时，布置四个定位套管3；设置桩径大于1400mm时，布置五个或六个定位套管3，每个定位套管3内搭接一根微型钢管桩6，固定位置根据微型钢管桩6设计内嵌位置进行安装，沿大直径灌注桩钢筋笼2内壁均匀布置；所述微型钢管桩6嵌入岩层的成孔方式采用潜孔钻机成孔；所述压重工字钢7为工程中常用的市售普通工字钢，优选规格(腰高×腿宽×腰厚)为12#(120×80×5.5mm)或14#(140×80×5.5mm)，压重工字钢7的长度为大直径灌注桩1桩径的3倍；所述锚固角钢8、连接环9、钢丝绳10、连接板11均为工程中常用的市售产品；锚固角钢8选用规格(边宽×边厚)为20×4mm，长度需要根据大直径灌注桩1的桩长选取，长度不小于3m；连接板11为方形厚壁钢板，边长不小于30mm，壁厚不小于15mm，其边长大于锚固角钢8边宽，连接环9孔径大于钢丝绳10直径；连接环9为圆环或半圆环，满足受力强度要求。

本实施例提高大直径灌注桩嵌岩深度的具体过程为：

(1)根据设计图纸的要求确定大直径灌注桩1、微型钢管桩6相关参数，相关参数包括土层、岩层成孔直径等；

(2)将施工地场平后，先定位大直径灌注桩1的桩位，上覆土层采用人工挖孔，开挖至土岩结合层标高处；若地质状况不佳，则采用机械成孔；

(3)根据微型钢管桩6的直径和长度，确定定位套管3的直径、壁厚以及微型钢管桩6与定位套管3的内搭接长度，本实施例中微型钢管桩6选用直径108mm、壁厚8mm的薄壁钢管，定位套管3选用直径168mm、壁厚4mm的薄壁钢管；微型钢管桩6与定位套管3的内搭接长度为大直径灌注桩1设计桩径的三倍；定位套管3内径必须大于微型钢管桩6的外径以及所使用的潜孔钻机钻头直径，长度不小于大直径灌注桩1的桩长，合理选取，便于潜孔钻机下探钻头进行作业、微型钢管桩6吊装下放；

(4)根据大直径灌注桩1的设计长度和桩径绑扎好钢筋笼2，将定位套管3与钢筋笼2内壁底部预设位置竖向对齐后，用不少于两根固定钢筋4将定位套管3绑扎至大直径灌注桩钢筋笼2上，然后将固定钢筋4焊接在对应位置的箍筋上，固定钢筋4与定位套管3直接紧密接触，固定钢筋4与钢筋笼2箍筋焊接，定位套管3与固定钢筋4接触点为绑扎固定点5，相邻绑扎固定点5间距不大于1.5m；定位套管3的个数根据大直径灌注桩1设计桩径调整，大直径灌注桩1设计桩径为800mm时，布置3个定位套管3；设计桩径为1200～1400mm，布置4个定位套管3；设置桩径大于1400mm时，布置5-6个定位套管3；每个定位套管3内搭接一根微型钢管桩6；定位套管3的内嵌位置沿钢筋笼2内壁均匀布置；

(5)完成上述步骤，下放步骤(4)中已安装定位套管3的钢筋笼2，下放时，保证施工要求的垂直度；

(6)对下部岩层采用潜孔钻机冲击成孔，潜孔钻机钻头伸入定位套管3，从土岩结合面进行竖向精准下探钻孔，钻至微型钢管桩6桩尖嵌岩设计标高，嵌岩设计标高满足现行规范要求，并满足微型钢管桩6与定位套管3的内搭接长度；钻孔孔径小于定位套管3内径，大于微型钢管桩6的外径，以便于施工；施工完成后利用潜孔钻机产生的高压风吹出钻孔成孔中的岩石碎屑；

(7)将微型钢管桩6从定位套管3顶部伸入，直至微型钢管桩6桩尖嵌入岩层设计标高，微型钢管桩6嵌入岩石的深度至少为为微型钢管桩6直径的0.2倍，微型钢管桩6的桩尖所至深度大于基坑开挖深度至少1m，上述具体参数需要根据工程实际情况参照现行规范；确保微型钢管桩6和定位套管3部分满足内搭接长度；

(8)微型钢管桩6下放完毕后，组装大直径灌注桩1两侧的地面锚定构件，地面锚定构件由锚固角钢8、连接环9、钢丝绳10、连接板11组装形成；锚固角钢8的边宽×边厚为20×4mm，连接板11的一面与锚固角钢8一端满焊连接，锚固角钢8的长度根据土层条件、大直径灌注桩1相关参数确定，不小于3m；将锚固角钢8的非焊端通过连接板11非焊面用过机械静压或锤击挤入大直径灌注桩1外围一定距离的土层，每一个大直径灌注桩1两侧压入一个地面锚定构件；连接板11为方形厚壁钢板，其一面焊接锚固角钢8，另一面设有两个连接环9，通常设为半圆环，连接环9与连接板11紧密焊接，满足受力强度要求，连接环9孔径大于钢丝绳10的直径；连接板11的边长、厚度要便于机械静压或锤击，边长不小于30mm，厚度不小于15mm；

(9)将压重工字钢7放置于大直径灌注桩钢筋笼2上方，其规格(腰高×腿宽×腰厚)为12#(120×80×5.5mm)或14#(140×80×5.5mm)，长度为大直径灌注桩1桩径的三倍，其一侧翼缘端面与大直径灌注桩钢筋笼2的顶部直接接触，两端对齐锚固角钢8的锚定位置，再将钢丝绳10两端穿入连接板11上的两个连接环9，将压重工字钢7与地面锚定构件绑扎牢固，压重工字钢7两端均与地面锚定构件进行绑扎；压重工字钢7配合地面锚定构件获得抗拔力以保证大直径灌注桩钢筋笼2、定位套管3在后续压力注浆过程中不上浮；

(10)微型钢管桩6底部预留若干注浆孔12，先泵送商品混凝土13至大直径灌注桩1桩内完成浇筑，再将注浆管伸入微型钢管桩6底部进行压力注浆，直至完成所有微型钢管桩6和定位套管3的内部注浆，压力注浆过程确保大直径灌注桩钢筋笼2、定位套管3不上浮；

(11)完成上述步骤后，用机械拔出地面锚定构件，包括压重工字钢7、锚固角钢8、连接环9、钢丝绳10、连接板11，以便进行重复使用，即完成单个大直径灌注桩1提高嵌岩深度的施工过程。

本实施例中未经描述的部分按国家现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)进行参照，未经描述的施工步骤按现行施工方法择优。

Claims (8)

1.一种提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，包括大直径灌注桩、钢筋笼、定位套管、固定钢筋、绑扎固定点、微型钢管桩、压重工字钢、锚固角钢、连接环、钢丝绳、连接板、注浆孔、商品混凝土和水泥砂浆；大直径灌注桩的内侧壁上安装有钢筋笼，定位套管通过固定钢筋绑扎固定在钢筋笼内侧壁上，定位套管与固定钢筋的直接接触点为绑扎固定点，定位套管内搭接微型钢管桩，微型钢管桩底部设有若干注浆孔，压重工字钢的一侧翼缘端面与钢筋笼顶部直接接触，锚固角钢、连接环、钢丝绳和连接板组成地面锚定构件，压重工字钢的两端均设有地面锚定构件，连接板的一面与锚固角钢一侧端面满焊连接，另一面对称焊接有两个连接环，钢丝绳穿过两个连接环与压重工字钢进行绑扎固定；微型钢管桩桩身内部注有水泥砂浆，微型钢管桩嵌岩部分通过水泥砂浆与成孔岩石紧密粘结，微型钢管桩搭接定位套管内壁部分通过水泥砂浆粘结；定位套管外壁通过商品混凝土与大直径灌注桩浇筑为一体。

2.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述大直径灌注桩的成孔成孔孔径大于大直径灌注桩的设计桩径，大直径灌注桩的桩长、桩径根据地层条件和支护要求进行设计。

3.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述定位套管的内径大于微型钢管桩桩身外径，长度不小于大直径灌注桩桩身长度。

4.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述固定钢筋焊接在大直径灌注桩钢筋笼对应位置的箍筋上，每个定位套管使用的固定钢筋不少于两个，每个定位套管上的绑扎固定点不少于两个，相邻绑扎固定点的间距不大于1.5m。

5.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述微型钢管桩与定位套管内壁搭接的长度不小于大直径灌注桩直径的3倍；微型钢管桩桩尖所至深度大于基坑开挖深度至少1.0m。

6.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述钢筋笼根据大直径灌注桩1的设计桩径与多个定位套管进行绑扎固定，大直径灌注桩设计桩径为800mm时，布置三个定位套管；设计桩径为1200～1400mm时，布置四个定位套管；设置桩径大于1400mm时，布置五个或六个定位套管，每个定位套管内搭接一根微型钢管桩，固定位置根据微型钢管桩设计内嵌位置进行安装，沿大直径灌注桩钢筋笼内壁均匀布置。

7.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述压重工字钢的长度为大直径灌注桩桩径的3倍。

8.根据权利要求1所述提高大直径灌注桩嵌岩深度的装置，其特征在于，所述锚固角钢的边宽×边厚为20×4mm，长度不小于3m；连接板为方形厚壁钢板，边长不小于30mm，壁厚不小于15mm，其边长大于锚固角钢边宽；连接环的孔径大于钢丝绳直径。

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