CN114592517B - 带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺。本发明利用预应力管桩自身的重力，通过上提预应力管桩再使其自由下落，进而对扩大桩靴带来将其打入土层的冲击力；而且扩大桩靴在下沉过程中，利用其扩大桩径的作用形成桩侧空隙通道，减少沉桩过程中预应力管桩桩身受到桩周成层土的阻力。本发明的预应力管桩桩端进入地表后，管桩冲击过程发生在地面以下，施工噪声可以得到很好的控制，其在超长管桩施工过程中的优势更为明显。而且本发明的管桩提升高度可以调节，即落桩行程可根据当前沉桩深度的地质条件进行修正，使沉桩效率更高。

Description

带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺

技术领域

本发明属于施工方法领域，具体涉及一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺。

背景技术

桩基工程在近些年得到了很大的发展，在其发展过程中，预应力管桩由于其施工速度快、功效高、工期短，成桩后单桩承载力高且质量可靠等优点，在建筑施工中采用得越来越多。但是由于在沉桩过程中仍存在施工场地限制、挤土效应明显、施工噪音过大、设备要求过高等施工工艺难点，这就需要对其沉桩施工工艺进行重点关注。

目前，我国国内主要预应力管桩施工工艺包括：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法等，其中以柴油锤锤击沉桩的应用最为广泛。近年来，随着人们对于生活环境的要求越来越高，锤击法造成的施工噪声污染已经难以适应市区施工的需要，与此同时，越来越多的大吨位静力压桩机被用以开展静压法施工，但静压法施工局限性较高，易造成桩身损坏，锤击法及静压法挤土效应都非常明显，对周边建筑与管道有不利影响，同时其对设备平台的承载力要求较高，需要对软弱地基进行设备平台区域的预处理，并且其对机械的要求较高。因此，一种高效、环境友好、实用的沉桩施工工艺越来越被社会所迫切需要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，能够较好解决施工挤土、现场噪声、场地下穿及设备地基要求过高等问题。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其包括：

S1、将导向桩架放置于目标桩位处，利用起吊设备起吊预应力管桩，使其垂直穿过导向桩架就位；

S2、将扩大桩靴安装在预应力管桩的底部桩端上，且扩大桩靴与预应力管桩的桩底端面之间设有用于缓冲的桩垫；所述扩大桩靴中开设有用于对预应力管桩和桩周成层土之间的桩侧通道进行注浆的预埋管道；在预应力管桩中插入中空注浆导杆，中空注浆导杆的底部出口与预埋管道的入口连接；

S3、通过起吊设备上提预应力管桩，使其相对于扩大桩靴提升但不完全脱离扩大桩靴，然后使预应力管桩自由下落作用于桩垫上，从而通过冲击作用将扩大桩靴打入土层，预应力管桩同步下沉；扩大桩靴在下沉过程中，利用其扩大桩径的作用形成桩侧通道，减少沉桩过程中预应力管桩桩身受到桩周成层土的阻力；在锤击作用同时，通过中空注浆导杆向桩侧通道中注入水泥浆液，水泥浆液从桩端向桩侧扩散填充桩侧通道；

S4、不断重复S3进行沉桩施工从而将预应力管桩逐步打入土层中，当预应力管桩的桩身沉入土体时，暂停打桩及注浆；通过起吊设备将下一段预应力管桩吊至桩位上方并将其与沉入土体的预应力管桩桩尾进行固定连接，并延长中空注浆导杆至新的预应力管桩的桩顶，然后继续沉桩施工；

S6、当所有待沉桩的预应力管桩打入至设计深度后，完成沉桩施工。

作为优选，所述扩大桩靴包括靴尖、中心固定柱和外周固定环，所述靴尖的尖端置于地基上，所述中心固定柱和外周固定环同轴固定于靴尖的顶部平面上，所述中心固定柱位于靴尖的顶部平面中心，用于配合插入预应力管桩的桩底开口中；所述外周固定环环绕于靴尖的顶部平面外周，用于配合套住预应力管桩的桩身侧壁底部；所述靴尖的顶部平面在中心固定柱和外周固定环之间形成的一个圆环面，所述桩垫平铺于所述圆环面上，用于支撑所述预应力管桩的桩底端面。

作为优选，所述预埋管道的入口开设于所述中心固定柱的顶面上，所述预埋管道的出口有多个，均匀分布于所述外周固定环的顶面上。

作为优选，所述预应力管桩与中心固定柱和外周固定环构成间隙配合。

作为优选，所述中空注浆导杆由多段导杆段通过螺纹连接而成，且连接位置保持密闭不漏浆。

作为优选，起吊设备包含桩顶连接件、卷扬机和提引器，所述桩顶连接件固定安装于预应力管桩的桩顶，所述提引器中穿有起吊绳，起吊绳一端连接所述桩顶连接件，另一端连接所述卷扬机。

作为优选，所述起吊设备上提预应力管桩时，需根据当前沉桩深度的地质条件控制单次上提高度，通过调整落桩行程控制冲击力大小满足该地质条件下沉桩所需的冲击力。

作为优选，所述中空注浆导杆上安装有测斜传感器，用于在沉桩过程中控制预应力管桩的垂直度。

作为优选，所述完成沉桩施工后，拆卸提引器和中空注浆导杆，实现设备回收。

作为优选，两节预应力管桩之间通过焊接进行固定连接。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明依靠桩身自重进行沉桩，对于施工场地的要求大大降低，不易发生打桩机陷地、场地狭小打桩机无法进入等问题；同时，不需使用落锤锤击，可以较大程度保护桩身，防止在打桩时造成桩身缺陷；

2)本发明的打桩导向由桩架控制，若同步在中空导杆内设置侧斜传感器，则可以很好的对成桩垂直度进行控制；

3)本发明在打桩过程中产生的超静孔压能过通过桩侧通道及时释放，有利于加快桩侧土的固结，提供更好的地基承载力；

4)本发明的预应力管桩桩端进入地表后，管桩冲击过程发生在地面以下，施工噪声可以得到很好的控制，其在超长管桩施工过程中的优势更为明显；

5)本发明的提引器高度可以调节，即落桩行程可根据当前沉桩深度的地质条件进行修正，使沉桩效率更高；

6)本发明的施工方法对机械的要求不高，卷扬机仅需能提拉起管桩即可，对于卷扬机功率要求有所降低。

附图说明

图1为一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工示意图。

图中附图标记为：预应力管桩1、桩顶连接件2、桩垫3、预埋管道4、扩大桩靴5、桩侧通道6、桩周成层土7、卷扬机8、导向桩架9、提引器10、中空注浆导杆11。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其中待进行沉桩的管桩预先分为多段，逐段拼接进行沉桩施工，整个施工工艺在施工状态的示意图如图1所示。该施工工艺中，所采用的设备包括扩大桩靴、中空注浆导杆11、导向桩架9以及桩身自重沉桩动力系统。

其中扩大桩靴5的结构可以分为靴尖、中心固定柱和外周固定环三部分，但是考虑实际制造工艺，整个扩大桩靴5是一体化成型的，并不需要分开加工再组装。靴尖是一个底部呈倒圆锥状的尖形结构，其顶面是一个平整的圆形平面。靴尖的尖端用于贯入土体，而顶部平面则用于承载中心固定柱和外周固定环。中心固定柱和外周固定环同轴固定于靴尖的顶部平面上，其中：中心固定柱位于靴尖的顶部平面中心，是一条圆柱形的结构，用于配合插入预应力管桩1的桩底开口中；外周固定环环绕于靴尖的顶部平面外周，是一个具有一定厚度的中空圆柱，用于配合套住预应力管桩1的桩身侧壁底部。靴尖的顶部平面在中心固定柱和外周固定环之间夹持形成一个圆环面，而前述的桩垫3平铺于该圆环面上，用于支撑预应力管桩1的桩底端面。该扩大桩靴5在使用时，可以套在预应力管桩1的桩底端部，桩身的底部开口正对中心固定柱卡入，而卡入后桩底部外壁被外周固定环刚好环绕箍住，从而使预应力管桩1整体支撑在扩大桩靴5上。但是需要注意的是，预应力管桩1与扩大桩靴5之间的安装时一种可脱离的形式，并非紧密的固定，也就是说预应力管桩1在受到提升力时能够脱离扩大桩靴5。

另外，在本发明中，由于扩大桩靴5中外周固定环的外径要大于预应力管桩1的外径，因此当预应力管桩1随着扩大桩靴5下沉至土体中时，预应力管桩1和桩周成层土7之间会形成一定厚度的间隙，即桩侧通道6。桩侧通道6的出现时为了降低预应力管桩1的桩身与桩周成层土7之间的摩擦力，提高沉桩效率。同时，通过对该桩侧通道6进行注浆填充，还可以进一步在沉桩时减小桩侧摩阻力，而待打桩完成浆液凝固又可增大桩基承载力。因此，为了方便对桩侧通道6进行注浆，本发明中需要在扩大桩靴5中开设有用于对预应力管桩1和桩周成层土7之间的桩侧通道6进行注浆的预埋管道4，其中预埋管道4具有一个入口和多个出口，预埋管道4的入口开设于中心固定柱的顶面上，预埋管道4的多个出口均匀分布于外周固定环的顶面上。在锤击作用同时，还可由中空注浆导杆11注入水泥浆液，从预埋管道4的入口注入的浆液可以从不同的出口中溢出，从桩端向桩侧扩散并填充满桩侧通道6，从而使预应力管桩1与桩周成层土7能够紧密结合，减少使用过程中桩身出现的下沉。

另外，由于预应力管桩1在受到外部起吊装置施加的提升力时会向上抬升一段距离，以便于在下落过程中产生足够的动能使扩大桩靴5被打入土体中，因此预应力管桩1与扩大桩靴5之间会产生一定的脱离。为了避免预应力管桩1完全脱离扩大桩靴5，需要调整外周固定环和中心固定柱的高度，特别是中心固定柱的高度，使得预应力管桩1在满足所需的提升高度时不会脱离扩大桩靴5。同时，外周固定环的厚度会直接影响预应力管桩1桩身与外周土体之间的间隙大小，该间隙过小会导致对桩身产生较大的侧摩阻力，会阻碍预应力管桩1的上下移动。在本发明中，外周固定环的厚度优选设置为不小于5厘米，高度不小于50厘米。同时，中心固定柱的半径优选设置为不小于5厘米，高度不小于80厘米，以保证施工时管桩不完全脱离桩靴范围，保证落桩垂直度、落桩力均满足沉桩要求。

另外，预应力管桩1与中心固定柱和外周固定环之间的间隙也不宜过大，以能够满足两者之间的自由上下移动为准，在本发明中优选控制预应力管桩1与中心固定柱和外周固定环之间构成间隙配合。这种做法下，预应力管桩1下落与桩靴撞击时有处于相对密闭空间中的部分空气作为缓冲，使得施工噪声可以得到很好的控制，同时减少对桩身结构的损伤。

另外，本发明的桩身自重沉桩动力系统采用的是起吊设备，起吊设备包括桩顶连接件2、卷扬机8和提引器10，其中桩顶连接件2固定安装于预应力管桩1的桩顶，提引器10中穿有起吊绳，起吊绳一端连接桩顶连接件2，另一端连接卷扬机8。桩顶连接件12形式不限，可以采用可拆卸式的卡箍或其他紧固装置来实现。起吊绳可以采用任意满足强度要求的绳索，优选采用钢绞线。当然，本发明的起吊设备中除了采用上述卷扬机的形式，也可以采用其他的汽车吊、塔吊等提升设备。

另外，本发明的导向桩架9中具有供预应力管桩1穿入的导向通道，用于架设在地面上对预应力管桩1垂直下沉过程中进行导向。在本实施例中，导向桩架9为一个顶部为内径略大于管桩外径且具有一定高度的套筒，下部由三脚架等支承结构实现站立的结构。

另外，本发明中的预埋管道4可采用不锈钢波纹管，使之具有较好的工程抗震性能及气密性，保证打桩过程中的排水顺畅。

另外，在使用时，扩大桩靴5中预埋管道4的入口连接内置于预应力管桩1内腔中的中空注浆导杆11，中空注浆导杆11顶部伸出预应力管桩1顶端。中空注浆导杆11优选采用组装式结构，由多条中空杆段逐节同螺纹逐节拼接而成，可根据沉桩的深度逐节添加中空杆段，以满足施工的需要。中空注浆导杆11的材质应该能够承受注浆过程产生的压力，同时各中空杆段之间的连接位置需要具有良好的水密性，防止出现溢浆现象。中空注浆导杆11伸出桩顶的一端可连接外部注浆设备。

基于上述扩大桩靴5、中空注浆导杆11、导向桩架9以及桩身自重沉桩动力系统，下面进一步详细描述带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺的实现流程，其具体包括以下步骤：

S1、将导向桩架9放置于目标桩位处，利用起吊设备起吊预应力管桩1，使其垂直穿过导向桩架9就位。本实施例中的起吊设备包含桩顶连接件2、卷扬机8和提引器10，因此，在吊装作业前，需要先将桩顶连接件2固定安装于预应力管桩1的桩顶，然后提引器10中穿有起吊绳，起吊绳一端连接桩顶连接件2，另一端连接卷扬机8。启动卷扬机8，即可实现预应力管桩1的起吊作业，其起吊高度也可通过控制卷扬机8来实现。

S2、将扩大桩靴5安装在预应力管桩1的底部桩端上，且扩大桩靴5与预应力管桩1的桩底端面之间设有用于缓冲的桩垫3。桩垫3可同于预先粘贴在扩大桩靴5的桩底端面上，由预应力管桩1带入扩大桩靴5中。扩大桩靴5的具体结构如前所述；在预应力管桩1中插入中空注浆导杆11，中空注浆导杆11的底部出口与预埋管道4的入口连接，中空注浆导杆11可多段组装而成，其顶部应当伸出预应力管桩1的桩顶，并连接外部注浆设备。

S3、通过起吊设备上提预应力管桩1，使其相对于扩大桩靴5提升一定距离但不完全脱离扩大桩靴5，然后使预应力管桩1自由下落作用于桩垫3上，从而通过冲击作用将扩大桩靴5打入土层，预应力管桩1同步下沉；由于扩大桩靴5的最大外径大于预应力管桩1的桩身外径，因此其具有扩大桩径的作用，因此扩大桩靴5在下沉过程中，利用其扩大桩径的作用形成桩侧通道6，减少沉桩过程中预应力管桩1桩身受到桩周成层土7的阻力。另外，在锤击作用同时，通过中空注浆导杆11向桩侧通道6中注入水泥浆液，水泥浆液从桩端向桩侧扩散填充桩侧通道6。

S4、不断重复S3进行沉桩施工从而将预应力管桩1逐步打入土层中，当预应力管桩1的桩身沉入土体时，暂停打桩及注浆；通过起吊设备将下一段预应力管桩1吊至桩位上方并将其与沉入土体的预应力管桩1桩尾进行固定连接，并延长中空注浆导杆11至新的预应力管桩1的桩顶，然后继续沉桩施工。

而且，需要注意的是，由于不同土层的地质条件不同，可能需要不同的冲击力才能够顺利实现沉桩。因此，预应力管桩1在沉桩过程中，起吊设备上提预应力管桩1前，需根据当前沉桩深度的地质条件控制单次上提高度，通过调整落桩行程控制冲击力大小满足该地质条件下沉桩所需的冲击力，提高施工效率。

S6、当所有待沉桩的预应力管桩1桩段打入至设计深度后，完成沉桩施工。当完成沉桩施工后，可以拆卸提引器10和中空注浆导杆11，实现设备回收。

另外，在沉桩过程中，还可以在中空注浆导杆2上安装测斜传感器，以便于在沉桩过程中实时控制预应力管桩1的垂直度。

另外，两节预应力管桩1之间的固定连接方式可根据设计要求进行选择，可以通过焊接进行固定连接，也可以通过其他连接组件进行可靠地连接。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，包括：

S1、将导向桩架（9）放置于目标桩位处，利用起吊设备起吊预应力管桩（1），使其垂直穿过导向桩架（9）就位；

S2、将扩大桩靴（5）安装在预应力管桩（1）的底部桩端上，且扩大桩靴（5）与预应力管桩（1）的桩底端面之间设有用于缓冲的桩垫（3）；所述扩大桩靴（5）中开设有用于对预应力管桩和桩周成层土（7）之间的桩侧通道（6）进行注浆的预埋管道（4）；在预应力管桩（1）中插入中空注浆导杆（11），中空注浆导杆（11）的底部出口与预埋管道（4）的入口连接；

S3、通过起吊设备上提预应力管桩（1），使其相对于扩大桩靴（5）提升但不完全脱离扩大桩靴（5），然后使预应力管桩（1）自由下落作用于桩垫（3）上，从而通过冲击作用将扩大桩靴（5）打入土层，预应力管桩（1）同步下沉；扩大桩靴（5）在下沉过程中，利用其扩大桩径的作用形成桩侧通道（6），减少沉桩过程中预应力管桩（1）桩身受到桩周成层土（7）的阻力；在锤击作用同时，通过中空注浆导杆（11）向桩侧通道（6）中注入水泥浆液，水泥浆液从桩端向桩侧扩散填充桩侧通道（6）；

S4、不断重复S3进行沉桩施工从而将预应力管桩（1）逐步打入土层中，当预应力管桩（1）的桩身沉入土体时，暂停打桩及注浆；通过起吊设备将下一段预应力管桩（1）吊至桩位上方并将其与沉入土体的预应力管桩（1）桩尾进行固定连接，并延长中空注浆导杆（11）至新的预应力管桩（1）的桩顶，然后继续沉桩施工；

S6、当所有待沉桩的预应力管桩（1）打入至设计深度后，完成沉桩施工；

所述扩大桩靴（5）包括靴尖、中心固定柱和外周固定环，所述靴尖的尖端置于地基上，所述中心固定柱和外周固定环同轴固定于靴尖的顶部平面上，所述中心固定柱位于靴尖的顶部平面中心，用于配合插入预应力管桩（1）的桩底开口中；所述外周固定环环绕于靴尖的顶部平面外周，用于配合套住预应力管桩（1）的桩身侧壁底部；所述靴尖的顶部平面在中心固定柱和外周固定环之间形成的一个圆环面，所述桩垫（3）平铺于所述圆环面上，用于支撑所述预应力管桩（1）的桩底端面。

2.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，所述预埋管道（4）的入口开设于所述中心固定柱的顶面上，所述预埋管道（4）的出口有多个，均匀分布于所述外周固定环的顶面上。

3.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，所述预应力管桩（1）与中心固定柱和外周固定环构成间隙配合。

4.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，所述中空注浆导杆（11）由多段导杆段通过螺纹连接而成，且连接位置保持密闭不漏浆。

5.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，起吊设备包含桩顶连接件（2）、卷扬机（8）和提引器（10），所述桩顶连接件（2）固定安装于预应力管桩（1）的桩顶，所述提引器（10）中穿有起吊绳，起吊绳一端连接所述桩顶连接件（2），另一端连接所述卷扬机（8）。

6.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，所述起吊设备上提预应力管桩（1）时，需根据当前沉桩深度的地质条件控制单次上提高度，通过调整落桩行程控制冲击力大小满足该地质条件下沉桩所需的冲击力。

7.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，所述中空注浆导杆（11）上安装有测斜传感器，用于在沉桩过程中控制预应力管桩（1）的垂直度。

8.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，所述完成沉桩施工后，拆卸提引器（10）和中空注浆导杆（11），实现设备回收。

9.如权利要求1所述的带扩大桩靴桩身自重锤击施工工艺，其特征在于，两节预应力管桩（1）之间通过焊接进行固定连接。

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