CN114775671A - 一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，包括以下步骤：S1、试沉桩，并对试沉桩的参数数据进行模拟试验，得到计划施工方案；S2、确定预制管桩的打桩位置；S3、进行引孔；S4、取桩并使焊接有桩尖的第一根预制管桩垂直沉入孔内；S5、取桩第二根预制管桩，并使第二根预制管桩与第一根预制管桩进行同轴接桩；接桩后再次使用打桩机竖直锤击；依次完成所有预制管桩的沉桩过程；S6、在所有预制管桩沉桩完成后的预设时间内进行静载实验，获取静载实验数据，并模拟桩梁一体化架桥机各工况下预制管桩的承载力情况。本发明的复杂地质下大直径预制管桩施工方法可以为后续预制拼装桥梁大直径管桩基础施工提供参考依据。
Description
技术领域
本发明涉及管桩施工技术领域，具体涉及一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法。
背景技术
目前国内很多特大桥均采用预制管桩施工，管桩直径大、数量多、精度要求高，且地质环境复杂：存在厚度不均卵石层，且大部分管桩还需进入强风化岩层。管桩打设设备选型、施工质量控制、管桩施工线路长，数量多，施工设备功效分析及资源配置，确保施工进度均是重要挑战。
可能存在的问题如下：国内大直径管桩施工相应研究资料极少，且本项目地质复杂，有不同厚度的砂砾层、且需进入强风化岩层，对大直径管桩施工工艺的掌握存在较大挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法。
本发明所解决的技术问题为：在预制管桩需要打穿过卵石层和进入强风化岩层的条件下，如何迅速完成预制管桩桩基施工同时确保施工质量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，包括以下步骤：
S1、在施工现场进行试沉桩，并对试沉桩过程中的参数数据进行模拟试验，得到计划施工方案；
S2、按照所述计划施工方案在施工现场搭建管桩施工平台，利用所述管桩施工平台对桩位进行测量定位，确定预制管桩的打桩位置；
S3、在所述打桩位置的中心点进行引孔；
S4、取桩并使焊接有桩尖的第一根预制管桩垂直沉入孔内，使用打桩机竖直锤击所述第一根预制管桩，使所述第一根预制管桩完全沉入孔内；
S5、取第二根预制管桩，并使第二根预制管桩与第一根预制管桩进行同轴接桩；接桩后再次使用打桩机竖直锤击所述第二根预制管桩；依次完成所有预制管桩的沉桩过程；
S6、在所有预制管桩沉桩完成后的预设时间内进行静载实验，获取静载实验数据，并模拟桩梁一体化架桥机各工况下预制管桩的承载力情况。
作为本发明进一步的方案：步骤S1具体过程包括：由施工现场的全站仪定位出管桩位置，在每个桩位的中心点打入一个带红绳的铁钉；在桩位周围设置不少于2个水准点，供施工过程中检查所述桩位的偏差和桩的入土深度。
作为本发明进一步的方案：步骤S2具体过程包括：利用北斗-GNSS定位系统对桩位进行复核；复核无误后，采用长螺旋钻机引孔至设计标高以上一米，引孔直径为60cm。
作为本发明进一步的方案：所述桩尖为十字闭口型桩尖。
作为本发明进一步的方案：取桩时，若预制管桩叠层堆放不超过2层，利用桩机拖拉取桩，上层桩取桩时，桩的拖地端设置弹性材料；若预制管桩叠层堆放超过2层时，利用吊机取桩。
作为本发明进一步的方案：在预制管桩使用前需采用高应变动测法对预制管桩进行竖向承载力检测，在同一条件下检测桩数不应少于总桩数的10％，且不应少于10根。
作为本发明进一步的方案：步骤S4中，接桩时，上下节桩段应保持顺直，错位不超过2mm；接桩时上、下节桩接头端板坡口应洁净、干燥、且焊接处应打磨至露出金属光泽，采用机器人自动焊接工艺。
作为本发明进一步的方案：所述预制管桩的桩身上设置有以1.0米为间隔标注尺寸，用于观察预制管桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。
作为本发明进一步的方案：所述打桩机的机架上设置有水平监控系统和提锤高度监控系统；所述水平监控系统用于监控调整机架底座水平，保障打桩机机架的垂直度，进而保障打桩锤夹持管桩的垂直度；所述提锤高度监控系统用于监控记录打桩信息。
本发明的有益效果：本发明的复杂地质下大直径预制管桩施工方法对复杂地质大直径管桩引孔及沉桩施工、施工精度控制及垂直度控制、大直径预制管桩施工功效研究、资源配置、不同地质管桩施打设备选型研究、改进、创新。通过对预应力管桩多次试桩及首件工作总结，得出适用于复杂地质下的大直径管桩施工工艺。复杂地质条件下，对大直径管桩引孔及沉桩施工技术研究，满足工程施工条件下的各项性能指标要求。对测量定位设备进行研究，确保大直径预制管桩基础施工过程中精度控制及垂直度控制满足要求。针对不同地质环境，管桩施工设备选型的可行性研究、论证。可以为后续预制拼装桥梁大直径管桩基础施工提供参考依据，不仅能为交通事业做出贡献，而且会对预制拼装桥梁大直径预制管桩基础在复杂地质下施工提供强有力的工艺借鉴及经验总结。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明复杂地质下大直径预制管桩施工方法的流程图；
图2是本发明中预制管桩桩头处理的其中一种试图；
图3是本发明中预制管桩桩头处理的另一种试图；
图4是本发明中水平监控系统的原理图。
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所示，本发明为一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，包括以下步骤：
S1、在施工现场进行试沉桩，并对试沉桩过程中的参数数据进行模拟试验，得到计划施工方案；
S2、按照所述计划施工方案在施工现场搭建管桩施工平台，利用所述管桩施工平台对桩位进行测量定位，确定预制管桩的打桩位置；
S3、在所述打桩位置的中心点进行引孔；需要说明的是，当预制管桩为D600管桩时，不需要引孔，采用直打方法。当预制管桩为D1000管桩时，采用0.6m钻杆引孔，根据附近地质勘探资料引穿至设计标高以上一米再采用锤机施打。
S4、取桩并使焊接有桩尖的第一根预制管桩垂直沉入孔内，使用打桩机竖直锤击所述第一根预制管桩，使所述第一根预制管桩完全沉入孔内；φ1000预制管桩的提锤高度定为60cm，φ600预制管桩的提锤高度为35cm。
S5、取第二根预制管桩，并使第二根预制管桩与第一根预制管桩进行同轴接桩；接桩后再次使用打桩机竖直锤击所述第二根预制管桩；依次完成所有预制管桩的沉桩过程；
S6、在所有预制管桩沉桩完成后的预设时间内进行静载实验，获取静载实验数据，并模拟桩梁一体化架桥机各工况下预制管桩的承载力情况。
在本发明的一个实施例中，试沉桩时充分验证对比各个沉桩方案以及机械应对不同地质的工效和可靠性。同时对于施工适应性需要进一步研究，补充改进，保证施工精度，摸索出一套成熟的施工工艺工法，确保预制管桩桩基施工按计划稳步推进。
试沉桩过程中，在设计受力、施工控制、管桩生产以及管桩检测等方面都进行了设定，加入了对各项环节过程数据的采集与分析，包括了管桩内部应变片埋设，采集管桩施工、承载力检测阶段摩阻系数、对管桩施工定位、垂直度等方面控制措施有效性、准确性进行验证，同时对管桩各受力阶段进行模拟试验。通过预制管桩试桩总结，得到计划施工方案。
在本发明的一个实施例中，步骤S1具体过程包括：由施工现场的全站仪定位出管桩位置，在每个桩位的中心点打入一个带红绳的铁钉；在桩位周围设置不少于2个水准点，供施工过程中检查所述桩位的偏差和桩的入土深度。
在本发明的一个实施例中，在施工现场还设置有两个经纬仪，通过从东西方向和南北方向观察桩基垂直度。
在本发明的一个实施例中，步骤S2具体过程包括：利用北斗-GNSS定位系统对桩位进行复核；复核无误后，采用长螺旋钻机引孔至设计标高以上一米，引孔直径为60cm。北斗-GNSS定位系统安装在打桩机上，实时监察桩位偏位情况，尤其是还具备调节条件的首节管桩。另外，通过实时定位，可修正同桩号两相邻桩的相对位置，减少相邻两桩的相对位置偏差。
需要注意的是，引孔作业和沉桩作业应连续进行，间隔时间不宜大于12h。
在本发明的一个实施例中，取桩时，若预制管桩叠层堆放不超过2层，利用桩机拖拉取桩，上层桩取桩时，桩的拖地端设置弹性材料；若预制管桩叠层堆放超过2层时，利用吊机取桩。
需要注意的是，管桩沉桩时，一般采用一个吊点吊桩，吊点应设在距桩上端0.3倍桩长处。也可采用两个吊点吊桩，吊点应设在距上端0.25倍及0.5倍桩长处，吊运时应防止冲撞和发生附加弯矩。
在本发明的其中一个实施例中，根据设计的有效桩长进行配桩，预制管桩的桩身上设置有以1.0米为间隔标注尺寸，用于观察预制管桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。打桩前在每节单桩桩身上划出以米为单位的长度标记，最后三米管桩划出以十公分为一道的长度标记，以便观察桩的入土深度及记录对应锤击落距。
采用单点起吊时，桩机吊绳绑住桩身上的吊点，起吊至桩身基本坚直，桩套入桩帽，将桩尖十字中心点与放点位重合，首节桩的定位和垂直度对桩的最终定位和垂直度影响重大，因此应严格对位。桩尖对准测量桩位，垂直度采用两个吊锤于两个正交方向进行校正，电经纬仪(全站仪)进行监测。桩帽、桩锤的中心线应在同一线上。当桩就位后，用锤和桩帽的自重将其压一下，重新检测桩位，合乎要求后再施打。
需要注意的是，整个打桩过程中，要对每一节桩和每一根桩的施工情况作出如实的记录，对每一节桩的编号，桩的偏差和打桩的锤数作好记录，要求记录下每一根桩的施打日期，对桩长和桩的贯入度要记录清楚，在施工过程中应设专人负责记录。
在本发明的其中一个实施例中，所述桩尖为十字闭口型桩尖。
本发明的其中一个实施例中，在预制管桩使用前需采用高应变动测法对预制管桩进行竖向承载力检测，在同一条件下检测桩数不应少于总桩数的10％，且不应少于10根。对PHC管桩完整性的抽检数量不应少于总桩数的30％，且不得少于20根；锤击法沉桩的管桩，锤击总数超过2000击的，应全数检测。
在本发明的其中一个实施例中，步骤S4中，接桩时，上下节桩段应保持顺直，错位不超过2mm；接桩时上、下节桩接头端板坡口应洁净、干燥、且焊接处应打磨至露出金属光泽，采用机器人自动焊接工艺。焊接完成等待时间为：焊完一道等待3-6分钟，再进入下一道作业。焊接采用自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，通过安装环形轨道，采用机器人激光扫描定位同时焊接施工，降低了人工焊接质量的不稳定性。
需要注意的是，请结合图2和图3，在桩头处理时：凿去桩顶浮浆、松散或破损部分，露出坚硬的混凝土表面，使桩顶表面平整干净且无水。桩顶的材质、强度、截面尺寸应与原桩身基本相同。妨碍正常测试操作的桩顶外露钢筋应割掉。桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。检测点不平整可用砂轮机磨平。
在本发明的其中一个实施例中，由于桥位区桩长形式不一，配桩时无法考虑每根桩都能按设计桩长配桩，所以在成桩后有小部分桩头会高于设计桩顶标高，即现场会出现截桩的可能，本发明截桩采用环切法半自动截桩器。
在本发明的其中一个实施例中，所述打桩机的机架上设置有水平监控系统和提锤高度监控系统。
请结合图4，所述水平监控系统利用双轴倾角技术，观察锤机桩架四周的水平参考值，能够有效对锤机桩机桩架的实时姿态进行分析，可以有效预防因操作不规范的行为，并作出预警，减少不必要损耗，能够监控调整机架底座水平，保障打桩机机架的垂直度，进而保障打桩锤夹持管桩的垂直度。
所述提锤高度监控系统用于监控记录打桩信息。提锤高度监控系统包括多部多部雷达测距仪和数字仪器，雷达测距仪监测管桩垂直度，数字仪器，监控记录打桩信息，例如提锤高度、管桩偏位信息、100击贯入度、锤击数等。
在本发明的其中一个实施例中，在预制管桩施打完成后进行浇筑封底混凝土，防止水进入管桩内，继而可能桩底影响承载力。
本发明的复杂地质下大直径预制管桩施工方法对复杂地质大直径管桩引孔及沉桩施工、施工精度控制及垂直度控制、大直径预制管桩施工功效研究、资源配置、不同地质管桩施打设备选型研究、改进、创新。通过对预应力管桩多次试桩及首件工作总结，得出适用于复杂地质下的大直径管桩施工工艺。复杂地质条件下，对大直径管桩引孔及沉桩施工技术研究，满足工程施工条件下的各项性能指标要求。对测量定位设备进行研究，确保大直径预制管桩基础施工过程中精度控制及垂直度控制满足要求。针对不同地质环境，管桩施工设备选型的可行性研究、论证。可以为后续预制拼装桥梁大直径管桩基础施工提供参考依据，不仅能为交通事业做出贡献，而且会对预制拼装桥梁大直径预制管桩基础在复杂地质下施工提供强有力的工艺借鉴及经验总结。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在施工现场进行试沉桩，并对试沉桩过程中的参数数据进行模拟试验，得到计划施工方案；
S2、按照所述计划施工方案在施工现场搭建管桩施工平台，利用所述管桩施工平台对桩位进行测量定位，确定预制管桩的打桩位置；
S3、在所述打桩位置的中心点进行引孔；
S4、取桩并使焊接有桩尖的第一根预制管桩垂直沉入孔内，使用打桩机竖直锤击所述第一根预制管桩，使所述第一根预制管桩完全沉入孔内；
S5、取第二根预制管桩，并使第二根预制管桩与第一根预制管桩进行同轴接桩；接桩后再次使用打桩机竖直锤击所述第二根预制管桩；依次完成所有预制管桩的沉桩过程；
S6、在所有预制管桩沉桩完成后的预设时间内进行静载实验，获取静载实验数据，并模拟桩梁一体化架桥机各工况下预制管桩的承载力情况。
2.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，步骤S2具体过程包括：由所述管桩施工平台中的全站仪定位出管桩位置，在每个桩位的中心点打入一个带红绳的铁钉；在桩位周围设置不少于2个水准点，供施工过程中检查所述桩位的偏差和桩的入土深度。
3.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，步骤S3具体过程包括：利用所述管桩施工平台中的北斗-GNSS定位系统对桩位进行复核；复核无误后，采用长螺旋钻机引孔至设计标高以上一米，引孔直径为60cm。
4.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，所述桩尖为十字闭口型桩尖。
5.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，取桩时，若预制管桩叠层堆放不超过2层，利用桩机拖拉取桩，上层桩取桩时，桩的拖地端设置弹性材料；若预制管桩叠层堆放超过2层时，利用吊机取桩。
6.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，在预制管桩使用前需采用高应变动测法对预制管桩进行竖向承载力检测，在同一条件下检测桩数不应少于总桩数的10％，且不应少于10根。
7.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，步骤S4中，接桩时，上下节桩段应保持顺直，错位不超过2mm；接桩时上、下节桩接头端板坡口应洁净、干燥且焊接处应打磨至露出金属光泽，采用机器人自动焊接工艺。
8.根据权利要求1所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，所述预制管桩的桩身上设置有以1.0米为间隔的标注尺寸，用于观察预制管桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种复杂地质下大直径预制管桩施工方法，其特征在于，所述打桩机的机架上设置有水平监控系统和提锤高度监控系统；所述水平监控系统用于监控调整机架底座水平，保障打桩机机架的垂直度，进而保障打桩锤夹持管桩的垂直度；所述提锤高度监控系统用于监控记录打桩信息。
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