CN114855784B - 一种预制桩身载体桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及载体桩领域，具体公开了一种预制桩身载体桩及其施工方法，其载体桩包括预应力空心桩和扩大头，所述预应力空心桩的空腔中浇筑有混凝土层，还包括：可挤爆的延长管，其在初始状态时连接在所述预应力空心桩端部并与其共轴线设置；夯爆头，位于所述扩大头和所述预应力空心桩之间，且由填充至所述延长管处的填料夯扩并挤爆所述延长管形成；所述夯爆头包裹挤爆后的所述延长管及所述扩大头上部。本申请不仅可以有效改善填料夯击过程中的爆桩现象，且成型后的载体桩兼具抗压、抗拔性能，经济性更高。

Description

一种预制桩身载体桩及其施工方法

技术领域

本申请涉及载体桩领域，尤其是涉及一种预制桩身载体桩及其施工方法。

背景技术

载体桩是由桩身、复合载体、影响土体三部分构成的可等效为扩展基础受力的一种桩型，因载体的受力面积较大，当抗压桩使用时具有明显的优势。其桩身一般为现浇混凝土结构或高强预应力预制桩，复合载体是位于桩身底部、经深层填充料夯实的复合体，利用重锤的自由落体运动对桩端深层土体进行反复地填充料夯实挤密操作，使桩端以下一定范围内的土体得到最为有效地加固挤密，形成“复合载体”，可以使桩端的应力逐层地进行扩散和降低，改变了传统的桩端与地基土体之间的作用关系，充分调动了桩端地基土体的承载力，使得桩的承载能力大大提高。

一般在进行载体桩的施工时，如公开号为CN112523215A的中国专利中，公开了一种载体桩多设备高效施工方法，其公开了在桩孔内下钢护筒，再填料并夯击填充料，直至满足三击贯入度；再在桩孔内安装预制桩作为桩身，可以缩减桩身成型时间以提高施工效率。

且在公开号为CN113502817A的中国专利中，公开了一种自动化施工预应力桩的方法，其先在桩孔内下方预应力管桩，随后在预应力管桩的中空部投放填料并夯击，检测三击贯入度合格后，再下放钢筋笼并浇筑混凝土。该方法采用先下预应力管桩再填料夯击的方式，相较于上一技术，既能提高施工效率，并且预应力管桩下管后能兼做护筒的作用，还能有效防止塌孔现象发生，对于施工效率和施工质量具有较大的促进意义。

发明人在施工中持续研究发现，在预应力空心桩内夯击填料时，夯击动能较大，若遇持力层为高密实度的土层时，以较大动能夯击填料时存在将预应力空心桩底端夯裂甚至夯爆的可能，将直接导致该桩位成为废桩，需要清桩后重新下桩或者报设计重新设计，极大增加了施工成本，影响施工效率；并且在预应力空心桩下部直接夯击填料形成扩大头后，虽然扩大头能在影响土体的作用下形成对预应力空心桩底端的反包裹，但是这样的成型桩并不具备一定的基础抗拔性能，较难适用于一些特殊建筑施工中的多重需求。

发明内容

为了改善预应力空心桩施作载体桩时出现爆桩且与扩大头连接紧密性不足以提供基础抗拔性能的问题，本申请提供一种预制桩身载体桩及其施工方法。

本申请第一方面提供的一种预制桩身载体桩采用如下的技术方案：

一种预制桩身载体桩，包括预应力空心桩和扩大头，所述预应力空心桩的空腔中浇筑有混凝土层，还包括：

可挤爆的延长管，其在初始状态时连接在所述预应力空心桩端部并与其共轴线设置；

夯爆头，位于所述扩大头和所述预应力空心桩之间，且由填充至所述延长管处的填料夯扩并挤爆所述延长管形成；所述夯爆头包裹挤爆后的所述延长管及所述扩大头上部。

通过采用上述技术方案，由于在预应力空心桩下端固接了延长管，使得在夯击填料形成扩大头的过程中，这部分填料的外扩力不会直接施加在预应力空心桩的底端，从而有效避免了在扩大头形成过程中的爆桩现象。并且当延长管被夯爆头挤爆后，爆裂的延长管基本围护在预应力空心桩底端呈喇叭状，一方面能对预应力空心桩底端起到一定的防护效果，从而在一定程度避免了夯爆头形成过程中预应力空心桩的爆桩现象；另一方面，夯爆头在成型过程中，填料在影响土体的作用下向上包裹预应力空心桩底端，同时也包裹了挤爆后的延长管，这样预应力空心桩下部的爆裂的延长管嵌于夯爆头中，夯爆头又包裹扩大头上部，最终使得预应力空心桩与夯爆头和扩大头组成的复合载体之间形成了极为紧密的连接，使得这样形成的载体桩不仅具有较强的抗压性能，还兼具一定的抗拔性能，极大扩大了本申请的应用场景。

由此在本申请的载体桩施工时的填料、夯击过程中，不仅预应力空心桩爆桩的几率大大降低，有效确保了施工质量及施工效率；并且成型后的载体桩兼具抗压、抗拔性能，经济性更高。

可选的，所述延长管上刻设有沿其轴向且用于便于所述延长管在外力下爆裂的割裂槽；

所述割裂槽不贯穿所述延长管壁厚；

所述割裂槽不延伸至所述延长管靠近所述预应力空心桩的一端。

通过采用上述技术方案，割裂槽的特殊设置可使在进行扩大头的成型施工过程中，延长管能尽可能保持原状，不会过早爆裂；而当扩大头成型后，再在延长管内填充填料并进行夯击时，填料一方面向下延伸包裹扩大头，另一部分沿延长管径向扩散，此时夯击动能较大的部分被转化冲击在延长管上，加之延长管上割裂槽的设置，此时延长管很容易沿隔离槽断开，从而延长管在填料的夯扩下向外弯曲直至均匀包裹在预应力空心桩的底端。使得延长管的设置一方面能避免扩大头成型过程中的预应力空心桩爆桩现象，另一方面也能避免夯爆头成型过程中的预应力空心桩爆桩现象。

可选的，所述预应力空心桩内设置有用于连接所述混凝土层、所述夯爆头和所述扩大头的抗拔筋，所述抗拔筋在所述扩大头中具有外扩部。

通过采用上述技术方案，桩身成型后能形成抗拔载体桩，不仅承载性能强，而且由于抗拔筋将扩大头与预应力空心桩之间固定连接，极大提高了抗拔载体桩整体的抗拔性能。

可选的，所述抗拔筋包括预应力钢筋和固接在所述预应力钢筋端部的第一垫板，所述第一垫板埋嵌于所述扩大头中。

通过采用上述技术方案，预应力钢筋是在植入混凝土结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使混凝土结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。因此将其应用至载体桩中用作抗拔筋时，能有效抵消本申请的抗拔载体桩在抗浮初期承受的拉应力，延缓混凝土层缝隙产生的时间，从而在一定程度上提高了本申请的载体桩的抗拔、抗浮性能。

同时基于成本核算考虑，抗拔筋使用预应力钢筋和实用普通的焊接钢筋相比，在满足相同的抗拔性能的前提下，预应力钢筋的钢筋用量减少2/3，虽然预应力钢筋单价相较于普通钢筋有所提高，但是预应力钢筋的使用总价依然缩减了1/2，极大降低了施工成本。并且在使用普通钢筋制作抗拔筋时还需要焊接主筋、箍筋，而预应力钢筋直接外购即可，也对施工效率的提高起到了促进作用。

可选的，所述预应力钢筋对应所述夯爆头的部位套设有第二垫板，所述预应力钢筋上固接有用于阻碍所述第二垫板朝靠近所述扩大头的方向移动的限位件。

通过采用上述技术方案，扩大头形成后，将预应力钢筋插入预应力空心桩中空部并使第一垫板与扩大头上部紧贴，随后加入填料进行夯击，埋嵌于扩大头中的第一垫板形成第一道抗拔部，能提高抗拔筋与扩大头的连接牢固性。

随即在夯爆头的成型过程中，当夯实的填料平齐限位件上沿时，在预应力钢筋上套设第二垫板，并将第二垫板下放至与限位件紧贴，随后继续填料夯击，直至夯爆头成型，此时第二垫板嵌于夯爆头中，从而也可以在夯爆头中形成第二道抗拔部，进一步提高了抗拔筋与夯爆头的连接牢固性。

从而抗拔筋下部借助第一道抗拔部和第二抗拔部能与扩大头和夯爆头之间的连接结构极为稳定，抗拔筋上部借助与后浇混凝土层形成牢固连接，从而可使预应力空心桩与复合载体连接强度更大，使得成型后的载体桩能够较为全面地发挥其抗拔性能。

可选的，所述预应力钢筋嵌于所述混凝土层中的部位周侧固设有用以增大所述预应力钢筋与所述混凝土层接触表面积的凸起。

通过采用上述技术方案，凸起的设置可使在后浇的混凝土凝固后，增强预应力钢筋与混凝土层之间的连接牢固性；更主要的是为预应力空心桩在承受土层浮力具有上浮趋势时，预应力钢筋上部的凸起可以起到对混凝土层即预应力空心桩上浮趋势的有效阻碍效果，也即进一步提高成型后载体桩的抗拔性能。

本申请第二方面提供的一种预制桩身载体桩施工方法采用如下的技术方案：

一种预制桩身载体桩施工方法，用于施工上述预制桩身载体桩，包括以下步骤：

S1.设备进场，在施工现场准备桩机、卷扬机、夯锤和所述预应力空心桩；

S2.下沉预应力桩身，在所述预应力空心桩端部固定所述延长管，封堵所述延长管，随后将所述预应力空心桩和所述延长管一并下沉至所述预应力空心桩底端达设计标高持力层；

S3.一阶夯击填料，向所述延长管中分批次投入定量的一阶填料，每批次投料不得越过所述预应力空心桩底端，将定量的所述一阶夯击填料至符合三击贯入度以使所述一阶填料形成所述扩大头；

S4.二阶夯击填料，向所述延长管中逐次输送定量的二阶填料落锤夯击，直至定量的所述二阶填料挤爆所述延长管且在原所述延长管部位形成所述夯爆头；

S5.内桩成型，在所述预应力空心桩中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土形成所述混凝土层。

通过采用上述技术方案，由于在进行一阶夯击填料时，每批次投料不得越过预应力空心桩底端，从而在夯击一阶填料形成扩大头的过程中，不会发生爆桩现象。反而在进行二阶填料时，填充二阶填料并挤爆延长管则可以使被挤爆后的延长管包裹于预应力空心桩底端，可以对预应力空心桩起到有效的防护效果；再者二阶填料在形成夯爆头的过程中，夯爆头对扩大头和挤爆后的延长管进行抱合包裹，增强了预应力空心桩与复合载体间的连接强度，以至于这样施作出的载体桩兼具极强的抗压性能和一定的抗拔性能，扩大了本申请的应用场景，经济性更高。

可选的，所述步骤S3和所述步骤S4中在填料后的前几次夯击中以低能量夯击为主，随后再恢复至标准夯击方式。

通过采用上述技术方案，低能量夯击主要将新投入的填料进行夯实，并降低其标高，以改善当初夯能量过大时，在一阶夯击填料中发生延长管提前爆管以及在二阶夯击填料中发生爆桩的情况。

可选的，所述步骤S3包括：

S31.一阶夯击准备，沿所述预应力空心桩中空部下放所述夯锤至其底面与所述延长管低端平齐，标定此时所述夯锤标高为一阶零点位标高；所述一阶零点位标高与后续下锤时所述夯锤标高取差值即为所述夯锤的一阶夯沉量；

S32.一阶夯击判定，所述夯锤夯击所述一阶填料后检测所述一阶夯沉量；

若所述一阶夯沉量大于50mm，则向所述延长管底部输送填料量大于单批次量的所述一阶填料再下锤夯击；

若所述一阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，则向所述预应力空心桩底部输送单批次量的所述一阶填料并下锤检测所述夯沉量；

若所述一阶夯沉量小于-100mm，则控制所述夯锤连续下锤若干次。

通过采用上述技术方案，设置一阶零点位对延长管底部进行标定和参照，可以形成每次夯击后一阶填料上表面距该点位间距的数据记录，以供施工人员判定当前批次一阶填料的夯实程度，并最终形成判定机制，实现填料夯击的高质量施工。

比如当一阶夯沉量大于50mm时，说明此时一阶填料料位低于一阶零点位，在上一次夯击后出现了虚土过夯现象，需要补入超过单批次量的一阶填料再行夯击，以对填料夯击循环进行修正，减少过夯的情况发生。而当一阶夯沉量介于-100mm～50mm之间时，表明每次投料后夯锤都能将一阶夯击填料至标准范围，表明一阶填料是在均匀夯击密实过程，可以进行下一填料夯击循环。而当一阶夯沉量小于-100mm，则说明此时一阶填料料位越过了预应力空心桩底部，需要连续夯击以降低料外，并降低爆桩现象出现的可能。

由此通过上述的夯击判定机制，一方面能确保一阶填料被逐层均匀夯击密实，另一方面也可规避爆桩以及延长管提前挤爆的风险。

可选的，所述步骤S4包括：

S41.二阶夯击准备，下放所述夯锤至其底面与所述预应力空心桩低端平齐，标定此时所述夯锤标高为二阶零点位标高，所述二阶零点位标高与后续下锤时所述夯锤标高取差值即为所述夯锤的二阶夯沉量；

S42.二阶夯击判定，所述夯锤夯击所述二阶填料后检测所述二阶夯沉量；

若所述二阶夯沉量大于50mm，则向所述延长管底部继续输送设恒定单次量的所述二阶填料再下锤夯击；

若所述二阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，则向所述预应力空心桩底部输送小于单次量的所述二阶填料再下锤夯击。

可选的，所述步骤S4中的停夯时机为连续至少五次测得的所述二阶夯沉量均介于-100mm～50mm之间，开始测量三击贯入度，若满足三击贯入度标准，则停夯。

通过采用上述技术方案，设置二阶零点位对预应力空心桩底端进行标定和参照，以判断在二阶夯击填料过程中二阶填料的密实程度，而由于二阶填料在被夯实的过程中主要需要克服延长管的阻力，比如在前期需要较大动能和料量将延长管挤爆，后期也需要一定的料量形成外扩包裹趋势。

因此在二阶夯击的判定中，每次夯击后均需填料，区别仅在于若二阶夯沉量大于50mm，说明此时因延长管外扩等现象形成了过夯，需要较多的二阶填料来补足；而若二阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，说明二阶填料的料量和夯击能量较为均衡，此时二阶填料处于均匀密实的过程中，因此在这种情况下，当检测到二阶填料形成的挤爆头满足三击贯入度标准时，表明此时的挤爆头也已经达到了承载力要求，可以停止夯击。

可选的，在测算所述步骤S32中所述一阶夯沉量和所述步骤S42中所述二阶夯沉量时，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。

通过采用上述技术方案，吊绳一般由钢丝绞合而成，笔挺度高且不容易发生拉伸形变，用于表征一阶夯沉量和二阶夯沉量能确保表征结果更加精准。

可选的，设置固定的归零标记；

测算所述一阶夯沉量的方法为：将所述夯锤处于所述一阶零点位时所述吊绳上与所述归零标记对应的点定为一阶归零点；所述夯锤夯击后收拢绷紧所述吊绳，此时所述归零标记的标高与所述一阶归零点的标高作差即为所述一阶夯沉量；

测算所述二阶夯沉量的方法为：将所述夯锤处于所述二阶零点位时所述吊绳上与所述归零标记对应的点定为二阶归零点；所述夯锤夯击后收拢绷紧所述吊绳，此时所述归零标记的标高与所述二阶归零点的标高作差即为所述二阶夯沉量。

通过采用上述技术方案，吊绳在起吊和下放夯锤的过程中，借助一阶归零点或二阶归零点越过归零标记的位置可以直接表征一阶夯沉量和二阶夯沉量，简单易行适于人工和自动化施作。

可选的，所述步骤S3和所述步骤S4中输送填料时以自动输料设备实现，所述一阶夯沉量和所述二阶夯沉量以自动测量设备测算；

所述自动输料设备和所述自动测量设备共同连接有微型电脑，用于收放卷所述吊绳的所述卷扬机也与所述微型电脑电连接。

通过采用上述技术方案，可以实现本申请在施作载体桩时的自动化施工，施工效率更高，成桩的载体桩性能一致性高，同时也极大降低了人力成本，对于现行的施工模式具有较大的促进意义。

可选的，所述步骤S2中使用桩尖对所述延长管底端进行封堵，所述桩尖包括相固接的锥部和用于嵌入所述延长管内的卡嵌部，所述锥部的锥底外径大于所述延长管外径。

通过采用上述技术方案，卡嵌部嵌于延长管中后，提高了预应力空心桩底端的防水性能，能有效改善预应力空心桩在下管过程中遇承压水侵蚀导致下管困难或者桩位报废的情况；锥部的设置使得预应力空心桩在下管过程中阻力更小，下管更加顺畅。并且，桩尖在进行填料夯击的过程中还可以作为填料使用，能在一定程度上提高复合载体的硬度。

可选的，若施作抗拔载体桩，则在所述步骤S3完成后：

在所述预应力空心桩中空部穿入抗拔筋，并使所述抗拔筋底端嵌入所述扩大头中，并且在所述步骤S4中还将所述夯锤替换为空心锤后再落锤填料夯击。

可选的，所述抗拔筋包括预应力钢筋、固接在所述预应力钢筋端部的第一垫板以及套设于所述预应力钢筋上的第二垫板，所述预应力钢筋上固接有与所述夯爆头位置对应的限位件；

所述步骤S4施工至夯实后的所述二阶填料与所述限位件上端平齐时，将所述第二垫板套在所述预应力钢筋上自由下落，随后继续填料夯击。

通过采用上述技术方案，延长管下端的扩大头夯击成型后，再插入预应力钢筋和第一垫板并继续填料夯击可使预应力钢筋能通过第一垫板与扩大头形成稳定连接，以使扩大头能为预应力空心桩提供有效的抗拔性能。而在夯爆头施作的过程中，当二阶填料夯实至与限位件平齐时，将第二垫板套在预应力钢筋上并下落至贴合在限位件上，随后继续填料夯击，可使第二垫板埋嵌于被夯击密实的夯爆头中；这样，当预应力钢筋承受向上的外部拉应力时，第二垫板可对限位件起到有效的阻拦效果，进而进一步提高了预应力空心桩的抗拔性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置延长管，使得扩大头在形成过程中，夯击能量对预应力空心桩底端的影响较小，有效避免了在扩大头形成过程中的爆桩现象。且当延长管被夯爆头挤爆后，爆裂的延长管基本围护在预应力空心桩底端呈喇叭状，一方面能对预应力空心桩底端起到一定的防护效果，在一定程度改善了夯爆头形成过程中预应力空心桩的爆桩现象；另一方面，夯爆头在成型过程中，填料在影响土体的作用下包裹挤爆后的延长管以及扩大头，使得预应力空心桩与夯爆头和扩大头组成的复合载体之间形成了极为紧密的连接，使得这样形成的载体桩不仅具有较强的抗压性能，还兼具一定的抗拔性能，极大扩大了本申请载体桩的应用场景。

2.在延长管上设置隔离槽，在尽可能避免延长管过早被夯爆的基础长，可使延长管能被较为均匀地被挤爆并包裹在预应力空心桩底端，确保了延长管在被挤爆后对预应力空心桩底端的防护效果以及与夯爆头的紧密结合效果。

3.通过将抗拔筋设置为预应力钢筋，并且设置第一垫板和第二垫板，一方面相较于常规的通过钢筋焊接抗拔筋，缩减了一半的施工成本，也提高了施工效率；另一方面第一垫埋嵌于扩大头中、第二垫板埋嵌于夯爆头中，可使预应力空心桩与复合载体间的连接更加紧密，使得成型后抗拔载体桩的抗拔性能更强。

4.在夯击填料的过程中，通过分别设置一阶零点位以及二阶零点位，再对夯锤夯击后的标高进行检测，分别测算处一阶夯沉量和二阶夯沉量，辅以夯击能量由填料初期的轻夯至后期的强夯控制，可以精准控制夯锤对每一批次填料的夯击效果，不仅能极大改善预应力空心桩在填料夯击时爆桩的现象，同时也能对夯击后是否继续填料还是继续夯击或是停夯进行直观判定，为实现载体桩的自动化施工提供了重要的核心参数。

附图说明

图1是本申请实施例1的预制桩身载体桩的结构剖视图。

图2是本申请实施例1中将延长管局部剖后主要用于展示割裂槽及桩尖的结构示意图。

图3是本申请实施例1的施工方法的过程示意图。

图4是本申请实施例1的施工方法的流程示意图。

图5是本申请实施例2中抗拔筋采用普通钢筋时的结构剖视图。

图6是本申请实施例2中抗拔筋采用预应力钢筋时的结构剖视图。

图7是本申请实施例3中预制桩身载体桩的结构剖视图。

图8是本申请实施例4中预制桩身载体桩的结构剖视图。

附图标记：1、预应力空心桩；2、扩大头；3、混凝土层；4、延长管；41、割裂槽；5、夯爆头；6、抗拔筋；61、预应力钢筋；62、第一垫板；63、第二垫板；64、限位件；65、凸起；7、桩尖；71、锥部；72、卡嵌部；8、挤密土体；9、影响土体。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例公开一种预制桩身载体桩。参照图1和图2，预制桩身载体桩包括预应力空心桩1和扩大头2，预应力空心桩1的空腔中浇筑有混凝土层3，预制桩身载体桩还包括：

可挤爆的延长管4，其在初始状态时连接在预应力空心桩1端部并与其共轴线设置；

夯爆头5，位于扩大头2和预应力空心桩1之间，且由填充至延长管4处的填料夯扩并挤爆延长管4形成；夯爆头5包裹挤爆后的延长管4及扩大头2上部。

其中，扩大头2和夯爆头5均由干硬性混凝土、三合土、水泥砂拌合物和灰土中的任意一种或几种组成的填料夯击密实形成。并且在地层中于夯爆头5外侧依次形成了挤密土体8和影响土体9。

需要进一步明确的是，延长管4为钢管且以焊接方式固定在预应力空心桩1的端板上，延长管4的内径不小于预应力空心桩1的内径，具体可以采取二者相等，也可以采取延长管4内径比预应力空心桩1内径大。上述所称的预应力空心桩1可以为圆桩也可以为方桩，且预应力空心桩1为方桩时延长管4可以为与预应力空心桩1适配的方管，也可以为半径不小于预应力空心桩1截面内轮廓正方形外接圆半径的圆管。

再者，参照图2，延长管4上刻设有沿其轴向且用于便于延长管4在外力下爆裂的割裂槽41，割裂槽41设有多个且以延长管4轴线呈等距设置，割裂槽41不贯穿延长管4壁厚，且割裂槽41不延伸至延长管4靠近预应力空心桩1的一端。其中，割裂槽41可以设置在延长管4外壁、也可以设置在内壁，本实施例中割裂槽41设在延长管4外壁。

如此，在夯击填料形成扩大头2的过程中，夯击能量不会直接施加在预应力空心桩1的底端，有效避免了在扩大头2形成过程中的爆桩现象。并且当延长管4被夯爆头5挤爆后，爆裂的延长管4基本围护在预应力空心桩1底端呈喇叭状，一方面能对预应力空心桩1底端起到一定的防护效果，也能有效改善夯爆头5形成过程中预应力空心桩1的爆桩现象；另一方面，成型后的夯爆头5不仅包裹预应力空心桩1底端，也包裹挤爆后的呈花瓣状的延长管4，并且还包裹扩大头2上部，这样使得夯爆头5和扩大头2组成的复合载体与预应力空心桩1之间形成了极为紧密的连接，使得这样形成的载体桩不仅具有较强的抗压性能，还兼具一定的抗拔性能，极大扩大了本申请的应用场景。

由此在本申请的载体桩施工时的填料、夯击过程中，不仅预应力空心桩1爆桩的几率大大降低，有效确保了施工质量及施工效率；并且成型后的载体桩兼具抗压、抗拔性能，经济性更高。

本申请实施例预制桩身载体桩的实施原理为：通过在预应力空心桩1底端的端板上焊接同轴的延长管4，可以使得在夯击填料形成扩大头2的过程中，极大改善预应力空心桩1的爆桩现象。并且在延长管4上设置等间距的割裂槽41，可使在夯击填料形成夯爆头5的过程中，延长管4逐步爆裂并上翘包裹在预应力空心桩1底部形成防护，也改善了在夯击形成夯爆头5的过程中预应力空心桩1的爆桩现象。

更具有促进意义的是，夯爆头5成型后不仅包裹预应力空心桩1底端，也包裹挤爆后的呈花瓣状的延长管4，并且还包裹扩大头2上部，使得夯爆头5和扩大头2组成的复合载体与预应力空心桩1之间形成了极为紧密的连接，使得这样形成的载体桩不仅具有较强的抗压性能，还兼具一定的抗拔性能，增加的成本较少，但是获得了极大的性能提升，能够满足目前单场景多需求的建筑施工要求。

本申请实施例还公开一种预制桩身载体桩施工方法，用以施工如上所述的一种预制桩身载体桩。参照图3和图4，预制桩身载体桩施工方法包括以下步骤：

S1.设备进场，在施工现场准备桩机、卷扬机、夯锤和预应力空心桩1。

S2.下沉预应力桩身，在预应力空心桩1端部固定延长管4，封堵延长管4，随后将预应力空心桩1和延长管4一并下沉至预应力空心桩1底端达设计标高持力层。如图3-a所示。

S3.一阶夯击填料，向延长管4中分批次投入定量的一阶填料，每批次投料不得越过预应力空心桩1底端，将定量的一阶夯击填料至符合三击贯入度以使一阶填料形成扩大头2。如图3-b所示。

S4.二阶夯击填料，向延长管4中逐次输送定量的二阶填料落锤夯击，直至定量的二阶填料挤爆延长管4且在原延长管4部位形成夯爆头5。如图3-c和图3-d所示。

S5.内桩成型，在预应力空心桩1中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土形成混凝土层3。如图3-e和图3-f所示。

上述所称填料为干硬性混凝土、三合土、水泥砂拌合物和灰土中的任意一种或几种组成。且夯爆头5形成后在地层中于夯爆头5外侧依次形成了挤密土体8和影响土体9

以上需要着重限定的是，步骤S3和步骤S4中在填料后的前几次夯击中以低能量夯击为主，随后再恢复至标准夯击方式，此处标准夯击方式指提升夯锤至至少6m以上落距的自由落体夯击。

这样，由于在进行一阶夯击填料时，每批次投料不得越过预应力空心桩1底端，并且先轻夯后强夯，从而在夯击一阶填料形成扩大头2的过程中，不会发生爆桩现象，延长管4也不会过早爆裂。反而在进行二阶填料时，填充二阶填料并挤爆延长管4则可以使被挤爆后的延长管4包裹于预应力空心桩1底端，可以对预应力空心桩1起到有效的防护效果。

再者，二阶填料在形成夯爆头5的过程中，也采取先轻夯后强夯，也能规避预应力空心桩1的包装问题，且成型的夯爆头5对扩大头2和挤爆后的延长管4进行抱合包裹，增强了预应力空心桩1与复合载体间的连接强度，以至于这样施作出的载体桩兼具极强的抗压性能和一定的抗拔性能，在施工过程中也不会出现爆桩现象，且对于施工工艺的复杂程度没有影响，施工成本上升微弱，但是获得了较大的性能提升，也扩大了本申请施作出的载体桩的应用场景，具有较高的经济促进意义。

并且，为了更加精确地对填料夯击过程进行质量控制和过程控制，参照图3，做出如下优化：

第一，步骤S3包括：

S31.一阶夯击准备，沿预应力空心桩1中空部下放夯锤至其底面与延长管4低端平齐，标定此时夯锤标高为一阶零点位标高；一阶零点位标高与后续下锤时夯锤标高取差值即为夯锤的一阶夯沉量；

S32.一阶夯击判定，夯锤夯击一阶填料后检测一阶夯沉量；

若一阶夯沉量大于50mm，则向延长管4底部输送填料量大于单批次量的一阶填料再下锤夯击；

若一阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，则向预应力空心桩1底部输送单批次量的一阶填料并下锤检测夯沉量；

若一阶夯沉量小于-100mm，则控制夯锤连续下锤若干次。

并且判断扩大头2成型的依据为在至少连续五次测得一阶夯沉量均介于-100mm～50mm之间后，进行三击贯入度检测，若满足三击贯入度标准，则判定扩大头2密实成型。

基于上述设定，可以明确的是：设置一阶零点位可以对延长管4底部进行标定和参照，可以形成每次夯击后一阶填料上表面距该点位间距的数据记录，以供施工人员判定当前批次一阶填料的夯实程度，并最终形成判定机制，实现填料夯击的高质量施工。总的来说，通过上述的夯击判定机制，一方面能确保一阶填料被逐层均匀夯击密实，另一方面也可规避爆桩以及延长管4提前挤爆的风险。

第二，步骤S4包括：

S41.二阶夯击准备，下放夯锤至其底面与预应力空心桩1低端平齐，标定此时夯锤标高为二阶零点位标高，二阶零点位标高与后续下锤时夯锤标高取差值即为夯锤的二阶夯沉量；

S42.二阶夯击判定，夯锤夯击二阶填料后检测二阶夯沉量；

若二阶夯沉量大于50mm，则向延长管4底部继续输送设恒定单次量的二阶填料再下锤夯击；

若二阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，则向预应力空心桩1底部输送小于单次量的二阶填料再下锤夯击。

其中，步骤S4中的停夯时机为连续至少五次测得的二阶夯沉量均介于-100mm～50mm之间，开始测量三击贯入度，若满足三击贯入度标准，则停夯。

同样基于上述设定，可以明确的是：设置二阶零点位可以对预应力空心桩1底端进行标定和参照，以判断在二阶夯击填料过程中二阶填料的密实程度，而由于二阶填料在被夯实的过程中主要需要克服延长管4的阻力，比如在前期需要较大动能和料量将延长管4挤爆，后期也需要一定的料量形成外扩包裹趋势。同样，在二阶夯击填料过程中，也能实现二阶填料的高质量夯击。

同时，为了更加规范施工过程，保障多桩位施工质量一致性，消除在传统施工过程中主要依赖人力或人为控制时的主观误差，在测算步骤S32中一阶夯沉量和步骤S42中二阶夯沉量时，通过测算用于起吊夯锤的吊绳的初始位置和实际行走量来进行确定。

具体测算时，先设置固定的归零标记，比如在地平面固定归零标记，或者在起吊设备上固定归零标记。

测算一阶夯沉量的方法为：将夯锤处于一阶零点位时吊绳上与归零标记对应的点定为一阶归零点；夯锤夯击后收拢绷紧吊绳，此时归零标记的标高与一阶归零点的标高作差即为一阶夯沉量。

测算二阶夯沉量的方法为：将夯锤处于二阶零点位时吊绳上与归零标记对应的点定为二阶归零点；夯锤夯击后收拢绷紧吊绳，此时归零标记的标高与二阶归零点的标高作差即为二阶夯沉量。

这样，不仅使得一阶夯沉量和二阶夯沉量的测算更为客观，同时在对二者进行表征时也更为简便，免去了繁琐的计算过程，能更贴合于数字化、自动化、智能化施工。

在一些实施方式中，上述测算过程中各数据的读取及计算可以由施工人员完成，并且在控制填料时也可以由人力控制，适合一些成本较低的小场地施工。

在另一些实施方式中，步骤S3和步骤S4中输送填料时以自动输料设备实现，一阶夯沉量和二阶夯沉量以自动测量设备测算；自动输料设备和自动测量设备共同连接有微型电脑，用于收放卷吊绳的卷扬机也与微型电脑电连接。

上述所称的自动输料设备一般指皮带输料机，通过控制皮带输料机的输料时长来控制输料量。

上述所称的自动测量设备一般指设在用于收放吊绳的卷扬机上的角度传感器或者计米器，若选为计米器，则将计米器的计米轮抵紧在吊绳上即可；若为角度传感器，则将角度传感器安装在卷扬机的辊轴处。

由此，基于上述设定，可以实现本申请在施作载体桩时的自动化施工，施工效率更高，成桩的载体桩性能一致性高，同时也极大降低了人力成本，对于现行的施工模式具有较大的促进意义。

另外，在前述的步骤S2中提及，在下管前需要先封堵延长管4底端；其主要考虑的是由于在某些地层中含有丰富的承压水，若在下管中这些承压水渗入至预应力空心桩1的内腔中，还会携带一定的泥沙，不仅会影响后续填料夯实后的密实度，且在夯锤夯击过程中还会极大削弱夯锤的夯击能量，同时夯锤的夯击能量也极易向周侧扩散，会更容易导致预应力空心桩1的爆桩现象发生，影响整体的施工进程。

有鉴于此，参照图2，可以使用桩尖7对延长管4底端进行封堵，桩尖7包括相固接的锥部71和用于嵌入延长管4内的卡嵌部72，锥部71的锥底外径大于延长管4外径，桩尖7可以由具有一定硬度的钢铁、工程塑料或者预制混凝土块制成，考虑到成本及便捷性因素，桩尖7由混凝土预制而成。

这样，卡嵌部72嵌于延长管4中后，提高了预应力空心桩1底端的防水性能，能有效改善预应力空心桩1在下管过程中遇承压水侵蚀导致下管困难或者桩位报废的情况；锥部71的设置使得预应力空心桩1在下管过程中阻力更小，下管更加顺畅。并且，混凝土材质的桩尖7在进行填料夯击的过程中还可以被夯碎，并作为填料使用，可以减少填料使用量。

实施例2：

本申请实施例公开一种预制桩身载体桩。参照图5和图6，与实施例1的不同之处在于：预应力空心桩1内设置有用于连接混凝土层3、夯爆头5和扩大头2的抗拔筋6，抗拔筋6在扩大头2中具有外扩部。这样桩身成型后能形成抗拔载体桩，不仅承载性能强，而且由于抗拔筋6将扩大头2与预应力空心桩1之间固定连接，极大提高了抗拔载体桩整体的抗拔性能。

在一个实施方式中，参照图5，抗拔筋6包括多根并拢且焊接固定的主筋，外扩部为多个主筋一端分别向外弯折而成，其弯折角度一般为85°～95°，以90°为最佳，多个主筋外部还焊接有多组箍筋以及螺旋副筋。

在另一个实施方式中，参照图6，抗拔筋6包括预应力钢筋61和固接在预应力钢筋61端部的第一垫板62，第一垫板62埋嵌于扩大头2中，第一垫板62通过两个螺纹连接在预应力钢筋61上的螺母锁紧固定。

相较于上一实施方式，第二种实施方式虽然采用了单价成本更高的预应力钢筋61，但是第二种实施方式中预应力钢筋61只需要一根，且在满足相同的抗拔性能的前提下，预应力钢筋61的总钢筋用量可以减少2/3，预应力钢筋61的使用总价缩减了1/2，极大降低了施工成本。并且在上一实施方式中使用普通钢筋制作抗拔筋6时还需要焊接主筋、箍筋，而预应力钢筋61直接外购即可，也对施工效率的提高起到了促进作用。

本申请实施例还公开一种预制桩身载体桩施工方法，与实施例1中的预制桩身载体桩施工方法的不同之处在于：在所述步骤S3完成后：

在预应力空心桩1中空部穿入加工完成的抗拔筋6，并使抗拔筋6底端嵌入扩大头2中，并且在步骤S4中还将夯锤替换为空心锤后再落锤填料夯击。

此处所称的空心锤是指中部贯通的长圆柱体，空心锤的内直径应至少大于抗拔筋6外扩部径向外圈尺寸的两倍，且应小于外扩部外圈尺寸。

实施例3：

本申请实施例公开一种预制桩身载体桩。参照图7，与实施例2的不同之处在于：预应力钢筋61对应夯爆头5的部位套设有第二垫板63，预应力钢筋61上固接有用于阻碍第二垫板63朝靠近扩大头2的方向移动的限位件64，限位件64可以是事先螺纹连接在预应力钢筋61上的螺母，且螺母至少设置两个以形成自锁；限位件64还可以是焊接在预应力钢筋61上的垫块。本实施例中限位件64设为与预应力钢筋61配套使用的螺母。

如此设置后，扩大头2形成后，埋嵌于扩大头2中的第一垫板62形成第一道抗拔部，能提高抗拔筋6与扩大头2的连接牢固性。随即在夯爆头5的成型过程中，第二垫板63也埋嵌于夯爆头5中，从而也可以在夯爆头5中形成第二道抗拔部，进一步提高了抗拔筋6与夯爆头5的连接牢固性。

从而抗拔筋6下部借助第一道抗拔部和第二抗拔部能与扩大头2和夯爆头5之间的连接结构极为稳定，抗拔筋6上部借助与后浇混凝土层3形成牢固连接，从而可使预应力空心桩1与复合载体连接强度更大，使得成型后的载体桩能够较为全面地发挥其抗拔性能。

本申请实施例还公开一种预制桩身载体桩施工方法，与实施例2中的预制桩身载体桩施工方法的不同之处在于：在准备抗拔筋6时，先在预应力钢筋61的端部通过螺母固定第一垫板62，随后在预应力钢筋61靠近第一垫板62的端部固接限位件64，限位件64选用与预应力钢筋61配合使用的螺母，限位件64的位置设置以第一垫板62嵌入扩大头2中后，限位件64位于夯爆头5的中部为宜。

并且，步骤S4施工至夯实后的二阶填料与限位件64上端平齐时，将第二垫板63套在预应力钢筋61上自由下落，随后继续填料夯击。

因此，延长管4下端的扩大头2夯击成型后，再插入预应力钢筋61和第一垫板62并继续填料夯击可使预应力钢筋61能通过第一垫板62与扩大头2形成稳定连接，以使扩大头2能为预应力空心桩1提供有效的抗拔性能。而在夯爆头5施作的过程中，当二阶填料夯实至与限位件64平齐时，将第二垫板63套在预应力钢筋61上并下落至贴合在限位件64上，随后继续填料夯击，可使第二垫板63埋嵌于被夯击密实的夯爆头5中；这样，当预应力钢筋61承受向上的外部拉应力时，第二垫板63可对限位件64起到有效的阻拦效果，进而进一步提高了预应力空心桩1的抗拔性能。

实施例4：

本申请实施例公开一种预制桩身载体桩，参照图8，与实施例2或实施例3的不同之处在于：预应力钢筋61嵌于混凝土层3中的部位周侧固设有用以增大预应力钢筋61与混凝土层3接触表面积的凸起65，该凸起65可以为多个与预应力钢筋61配合使用的螺母，也可以为焊接固定在预应力钢筋61周侧上的钢筋段，多个钢筋段沿预应力钢筋61径向延伸出的最大外圈尺寸小于用以夯击填料的空心锤的内径。

由此可知，凸起65的设置可使在后浇的混凝土凝固后，增强预应力钢筋61与混凝土层3之间的连接牢固性；更主要的是为预应力空心桩1在承受土层浮力具有上浮趋势时，预应力钢筋61上部的凸起65可以起到对混凝土层3即预应力空心桩1上浮趋势的有效阻碍效果，也即进一步提高成型后载体桩的抗拔性能。

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 (15)

1.一种预制桩身载体桩施工方法，预制桩身载体桩包括预应力空心桩（1）和扩大头（2），所述预应力空心桩（1）的空腔中浇筑有混凝土层（3），其特征在于：还包括：

可挤爆的延长管（4），其在初始状态时连接在所述预应力空心桩（1）端部并与其共轴线设置；

夯爆头（5），位于所述扩大头（2）和所述预应力空心桩（1）之间，且由填充至所述延长管（4）处的填料夯扩并挤爆所述延长管（4）形成；所述夯爆头（5）包裹挤爆后的所述延长管（4）及所述扩大头（2）上部；

所述延长管（4）上刻设有沿其轴向且用于便于所述延长管（4）在外力下爆裂的割裂槽（41）；

所述割裂槽（41）不贯穿所述延长管（4）壁厚；

所述割裂槽（41）不延伸至所述延长管（4）靠近所述预应力空心桩（1）的一端

施工方法包括以下步骤：

S1.设备进场，在施工现场准备桩机、卷扬机、夯锤和所述预应力空心桩（1）；

S2.下沉预应力桩身，在所述预应力空心桩（1）端部固定所述延长管（4），封堵所述延长管（4），随后将所述预应力空心桩（1）和所述延长管（4）一并下沉至所述预应力空心桩（1）底端达设计标高持力层；

S3.一阶夯击填料，向所述延长管（4）中分批次投入定量的一阶填料，每批次投料不得越过所述预应力空心桩（1）底端，将定量的所述一阶夯击填料至符合三击贯入度以使所述一阶填料形成所述扩大头（2）；

S4.二阶夯击填料，向所述延长管（4）中逐次输送定量的二阶填料落锤夯击，直至定量的所述二阶填料挤爆所述延长管（4）且在原所述延长管（4）部位形成所述夯爆头（5）；并且当所述延长管（4）被所述夯爆头（5）挤爆后，爆裂的所述延长管（5）围护在所述预应力空心桩（1）底端呈喇叭状；

S5.内桩成型，在所述预应力空心桩（1）中空部下放钢筋笼，并浇筑混凝土形成所述混凝土层（3）。

2.根据权利要求1所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述预应力空心桩（1）内设置有用于连接所述混凝土层（3）、所述夯爆头（5）和所述扩大头（2）的抗拔筋（6），所述抗拔筋（6）在所述扩大头（2）中具有外扩部。

3.根据权利要求2所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述抗拔筋（6）包括预应力钢筋（61）和固接在所述预应力钢筋（61）端部的第一垫板（62），所述第一垫板（62）埋嵌于所述扩大头（2）中。

4.根据权利要求3所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述预应力钢筋（61）对应所述夯爆头（5）的部位套设有第二垫板（63），所述预应力钢筋（61）上固接有用于阻碍所述第二垫板（63）朝靠近所述扩大头（2）的方向移动的限位件（64）。

5.根据权利要求3所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述预应力钢筋（61）嵌于所述混凝土层（3）中的部位周侧固设有用以增大所述预应力钢筋（61）与所述混凝土层（3）接触表面积的凸起（65）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述步骤S3和所述步骤S4中在填料后的前几次夯击中以低能量夯击为主，随后再恢复至标准夯击方式。

7.根据权利要求6所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述步骤S3包括：

S31.一阶夯击准备，沿所述预应力空心桩（1）中空部下放所述夯锤至其底面与所述延长管（4）低端平齐，标定此时所述夯锤标高为一阶零点位标高；所述一阶零点位标高与后续下锤时所述夯锤标高取差值即为所述夯锤的一阶夯沉量；

S32.一阶夯击判定，所述夯锤夯击所述一阶填料后检测所述一阶夯沉量；

若所述一阶夯沉量大于50mm，则向所述延长管（4）底部输送填料量大于单批次量的所述一阶填料再下锤夯击；

若所述一阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，则向所述预应力空心桩（1）底部输送单批次量的所述一阶填料并下锤检测所述夯沉量；

若所述一阶夯沉量小于-100mm，则控制所述夯锤连续下锤若干次。

8.根据权利要求7所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述步骤S4包括：

S41.二阶夯击准备，下放所述夯锤至其底面与所述预应力空心桩（1）低端平齐，标定此时所述夯锤标高为二阶零点位标高，所述二阶零点位标高与后续下锤时所述夯锤标高取差值即为所述夯锤的二阶夯沉量；

S42.二阶夯击判定，所述夯锤夯击所述二阶填料后检测所述二阶夯沉量；

若所述二阶夯沉量大于50mm，则向所述延长管（4）底部继续输送设恒定单次量的所述二阶填料再下锤夯击；

若所述二阶夯沉量介于-100mm～50mm之间，则向所述预应力空心桩（1）底部输送小于单次量的所述二阶填料再下锤夯击。

9.根据权利要求8所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述步骤S4中的停夯时机为连续至少五次测得的所述二阶夯沉量均介于-100mm～50mm之间，开始测量三击贯入度，若满足三击贯入度标准，则停夯。

10.根据权利要求8所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：在测算所述步骤S32中所述一阶夯沉量和所述步骤S42中所述二阶夯沉量时，通过测算用于起吊所述夯锤的吊绳的初始位置和实际行走量来进行确定。

11.根据权利要求10所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：设置固定的归零标记；

测算所述一阶夯沉量的方法为：将所述夯锤处于所述一阶零点位时所述吊绳上与所述归零标记对应的点定为一阶归零点；所述夯锤夯击后收拢绷紧所述吊绳，此时所述归零标记的标高与所述一阶归零点的标高作差即为所述一阶夯沉量；

测算所述二阶夯沉量的方法为：将所述夯锤处于所述二阶零点位时所述吊绳上与所述归零标记对应的点定为二阶归零点；所述夯锤夯击后收拢绷紧所述吊绳，此时所述归零标记的标高与所述二阶归零点的标高作差即为所述二阶夯沉量。

12.根据权利要求8-11任一项所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述步骤S3和所述步骤S4中输送填料时以自动输料设备实现，所述一阶夯沉量和所述二阶夯沉量以自动测量设备测算；

所述自动输料设备和所述自动测量设备共同连接有微型电脑，用于收放卷所述吊绳的所述卷扬机也与所述微型电脑电连接。

13.根据权利要求6-11任一项所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述步骤S2中使用桩尖（7）对所述延长管（4）底端进行封堵，所述桩尖（7）包括相固接的锥部（71）和用于嵌入所述延长管（4）内的卡嵌部（72），所述锥部（71）的锥底外径大于所述延长管（4）外径。

14.根据权利要求6-11任一项所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：若施作抗拔载体桩，则在所述步骤S3完成后：

在所述预应力空心桩（1）中空部穿入抗拔筋（6），并使所述抗拔筋（6）底端嵌入所述扩大头（2）中，并且在所述步骤S4中还将所述夯锤替换为空心锤后再落锤填料夯击。

15.根据权利要求14所述的一种预制桩身载体桩施工方法，其特征在于：所述抗拔筋（6）包括预应力钢筋（61）、固接在所述预应力钢筋（61）端部的第一垫板（62）以及套设于所述预应力钢筋（61）上的第二垫板（63），所述预应力钢筋（61）上固接有与所述夯爆头（5）位置对应的限位件（64）；

所述步骤S4施工至夯实后的所述二阶填料与所述限位件（64）上端平齐时，将所述第二垫板（63）套在所述预应力钢筋（61）上自由下落，随后继续填料夯击。