CN1209490A - C形桩,及用c形桩建造排桩的植桩法 - Google Patents

Abstract

一种用C形桩建造挡土墙、地下连续幕墙、围堪、大直径桥墩等结构物的植桩法。这种植桩法包括后述步骤:预制C形桩;挖出桩孔;把C形桩放入桩孔;依上述步骤把更多C形桩植入地底并使它们靠紧;把混凝土灌入这些C形桩所界定的柱形空间里,以使这些C形桩粘成连续的不透水的地下幕墙。

Description

C形桩，及用C形桩建造排桩的植桩法

本发明涉及一种C形桩、C形桩制成的排桩及其植桩法，这种排桩常用来兴建地下结构物，如挡土墙、地下连续幕墙、围堪、大口径墩基础等。

以传统施工法来建造上述结构物时，常遇到下述困扰：

1．结构物日渐大型化，施工机具跟着大型化。大型施工机具不易在狭隘空间里作业，且造成更大的震动与噪音。

2．结构物愈大，开挖的体积愈大，开挖所需的时间愈长，地表沉陷愈严重。透水层发生逸水，导致坍陷。伏流层发生冲刷，造成断桩。

3．砾石层、岩层等地质施工困难。

4．高含水量的废弃土处理麻烦。

5．桩与桩之间的接合处常发生漏水、漏砂。

6．桩底沉泥清理不易确实。

7．水中浇注混凝土成品强度难以控制。

本发明的一个主要目的是提供一种C形桩。

本发明的另一个主要目的是用C形桩建造排桩的植桩法，在本发明所提供的C形桩、及其排桩的植桩法无上述问题。

本发明的C形桩包括：一界定在C形桩里的柱形空间；一沿C形桩的纵向延伸的纵向长孔；一开在C形桩的顶端且与柱形空间相通的顶部开口；与一开在C形桩的底端且与柱形空间相通的底部开口。

本发明的植桩法包括后述步骤：预制C形桩；挖出桩孔；把C形桩放入桩孔；依上述步骤把更多C形桩植入地底并使它们靠紧；把混凝土灌入这些C形桩所界定的柱形空间而使它们粘成连续的不透水的地下幕墙。

因应施工场所的地质，上述植桩法中的掘土步骤有干式掘土与湿式掘土。当施工场所的地质硬实而无坍陷危险，采干式掘削，亦即不灌稳定液到C形桩所界定的柱形空间里。当施工场所的土质松软而有坍陷顾虑，就用湿式掘削，亦即适时加入稳定液保护孔壁。

当C形桩被植入地底预定深度，随即把低坍度混凝土置入桩底并用锤把它打实而封住C形桩的底部开口。

然后，把相邻的C形桩植入地底。在所有的C形桩的植入作业完成以后，把混凝土灌入在每一根C形桩的柱形空间，即成为一个连续完整不透水的C形排桩地下幕墙。

本发明的植桩法的一种方式包括后述步骤；预制C形桩；把扩孔钻头放入C形桩；旋转扩孔钻头而掘土并排土；加压于C形桩而把它植入地底；把低坍度混凝土放到桩底并予以击实而封住桩底；依上述几个步骤把更多C形桩植入地底并使它们靠紧；把混凝土灌入这些被植入地底的C形桩而使它们粘成连续的完整的不透水的地下幕墙。

图1是C形桩的第一实施例的侧视图，部分混凝土被剥开而露出骨架。

图2是图1的C形桩的剖面图。

图3是C形桩的第二实施例的侧面图。

图4是图3的C形桩的剖面图。

图5是C形桩的第三实施例的侧面图。

图6是沿图5中的线6-6所取的剖面图。

图7是C形桩的第四实施例的侧面图。

图8是沿图7中的线8-8所取的剖面图。

图9是取土桶型扩孔钻头的侧面图。

图10是图9的扩孔钻头的俯视图。

图11是螺旋叶型扩孔钻头的透视图。

图12是植桩台的俯视图。

图13是依图12里的箭头A看去所得的视图。

图14是依图12里的箭头B看去所得的视图。

图15是在植桩作业中的植桩台的俯视图。

图16是依图15里的箭头C看去所得的视图。

图17是依图15里的箭头D看去所得的视图。

图18是以若干图1与图2的C形桩所围成的结构物的俯视图。

图19是以若干图3与图4的C形桩所围成的结构物的俯视图。

图20是以若干C形桩所围成的结构物的透视图。

图1与图2显示本发明的第一实施例的C形桩2。图1显示C形桩2由骨架(无标号)与混凝土铸成。骨架是由若干横向钢筋21、若干纵向钢筋22、端板23与定位肋24组成。这些横向钢筋21彼此平行。这些纵向钢筋22分别插到在定位肋24的相应的若干孔里，以固定这些纵向钢筋22彼此间的相对位置。端板23固定于纵向钢筋22的末端。横向钢筋21、端板23、定位肋24都是C形，所以能用之于形成C形桩2。如此形成的C形桩2为管形构造而具有从管形构造的一端延至另一端纵向的长形开口25。C形桩2的内壁界定柱形空间26，C形桩2的两端都是开口。C形桩2有圆弧形内、外壁(无标号)。

图3与图4显示本发明的第二实施例的C形桩3。C形桩3近似C形桩2，但C形桩3比C形桩2多了在纵向长形开口25的两侧的二平直壁31。二平直壁31互相平行。当若干C形桩3成列地植入地底，这些C形桩3的平直壁31构成地下幕墙的大片平直壁。虽有不同结构，C形桩3与C形桩2有相同的制造法，故不在此赘述。

图5与图6显示本发明的第三实施例的桩4。桩4包括两部分：C形桩2与管形网40。

制造管形网40时，把若干辅助横向钢筋41固定至纵向钢筋22并使若干辅助定位肋43附着定位肋24。随后，把若干纵向钢筋42分别插到辅助定位肋43的相应的若干孔里(未予显示)。辅助横向钢筋41、纵向钢筋42与辅助定位肋43彼此固定。可用钢丝把辅助横向钢筋41绑在纵向钢筋22上，或以焊接技术结合二者。可用焊接技术把辅助定位肋43焊到定位肋24，或使二者一体成形。

在另一实施例中(未予显示)，不把辅助横向钢筋41连到纵向钢筋22上，却连到横向钢筋21。可用钢丝把辅助横向钢筋41绑在横向钢筋21上，或以焊接技术结合二者。甚至，辅助横向钢筋41与横向钢筋21可为一体成形。

辅助横向钢筋41与辅助定位肋43都是C形，其外部尺寸略小于C形桩2的内部尺寸。借此，可将桩4的管形网40(由辅助横向钢筋41、辅助纵向钢筋42与辅助定位肋43所编成)放入前一桩4的C形桩2所界定的柱形空间26。如此构成的结构物能抵抗使这些桩4分开的拉力。

图7与图8显示本发明的第四实施例的桩5。桩5包括两部分：C形桩3与管形网40。除了用C形桩3取代C形桩2以外，桩5近似桩4，故在此不予赘述。

以上配合图1至图4描述桩的几种实施例，但桩不受限于这几种实施例。只要有柱形空间与纵向长孔能分别容纳扩孔钻头与它的切割刀(如后述)，就能做为本发明的桩。所谓C形，表示由剖面图观之，桩有圆形内缘(圆柱形内壁)与缺口(纵向长孔)。C形桩的外壁可为任何适当形状。

图9与图10显示本发明所用的取土桶型扩孔钻头6的结构。取土桶型扩孔钻头6包括取土桶60、顶盖62与底盖63。取土桶60的外径略小于C形桩的内径，故取土桶60能在C形桩(2或3或4或5)所界定的柱形空间26里运动。顶盖62可封住取土桶60的上端，底盖63可封住取土桶的下端。连接端61从顶盖62的中心凸出而能连接伸缩钻杆(未予显示)。一个钻头66从底盖63的中心往下伸。在底盖63里开一条长孔69。若干齿64设置在底盖63的底面。此取土桶型扩孔钻头6的特点是在它的侧壁开一条长孔68。刀片67从取土桶的侧壁侧向倾斜伸出。一组切割齿65嵌镶在刀片67上。这组齿65用来掘削土体以形成桩孔壁。从取土桶60的轴线至刀片67的自由端的长度等于桩的外半径。

图11显示本发明所用的螺旋叶片型扩孔钻头7。扩孔钻头7的上端为连接端71，其用来连接伸缩钻杆。扩孔钻头7有轴72与绕着轴72的螺旋叶片73，在螺旋叶片73上嵌镶若干切割齿74。螺旋叶片型扩孔钻头7的特点是刀片76从轴72伸出。刀片76上嵌镶若干切割齿75。这些齿75用来掘削土体以形成桩孔壁。从轴72的中心至刀片76的自由端的长度等于桩的外半径。

图12至图14显示植桩台8的结构。植桩台8用来保持C形桩的垂直状态并依所需的速度把C形桩植到地底。植桩台8包括两大部分：上盘81与下盘82。上盘81与下盘82都有一个孔(无标号)让桩通过。

在下盘82的四角都有油压缸83。操作这四支油压缸83，就能调整植桩台8的位置，使之变成水平。

上盘81有四支油压缸84，每支油压缸84的一端连接上盘81而另一端连接下盘82。调整这四支油压缸84，即能使上盘81在下盘82上移动，而完成定心的工作。引导框86垂直立在上盘81，以便在植桩台8与地面成水平状态时，引导框86则与地面成垂直状态。引导框86的内壁吻合桩的外壁，以便将桩插入引导框86时，引导框86可使桩保持与地面成垂直状态。引导框86有相当的长度，从而能确保桩垂直地降到地底。引导框86的侧壁上有两条长孔88。引导框的内面须吻合桩的表面，因此，有不同型式或不同尺寸的桩须有与其搭配的引导框。

在引导框86的两侧各有一支油压缸85，其组成桩的调整装置。油压缸85的一端连接引导框86而另一端能连接待放到地底的桩孔里的桩。要使油压缸85与桩相连，须把一销(未予显示)插过在油压缸85里的眼(未予显示)、长孔88与在C形桩里的孔。如此，能用油压缸85的伸、缩来控制桩的降、升。两支油压缸85伸缩时所走的路径对应长孔88的长度。

以下将配合图15至图17来说明植桩的作业。首先，把植桩台8放在适当位置。调整油压缸83而使植桩台8水平。用植桩台8握住桩。植桩台8与地面水平时，则桩便与地面垂直。

然后，把扩孔钻头(6或7)放入桩(2或3或4或5)的柱形空间26，用桩来约束扩孔钻头位置并引导其前进方向。把扩孔钻头(6或7)放到柱形空间26里时，刀片(67或76)的自由端沿纵向长形开口25移动。扩孔钻头与桩的相对位置是扩孔钻头有一部分在桩里而刀片在桩的下方。如此，刀片才能转动并挖土。

当扩孔钻头掘削一小段深度，桩随即沉入而保护孔壁，继续引导扩孔钻头进一步掘削。在纵向长形开口25附近的孔壁有拱圈效应，加上掘削排土植桩工作是连续不断的进行，且每一根桩所需的施工时间不长，故在一般地质，孔壁不会崩塌。因此，在正常状况中，仅进行不加稳定液的干式掘削。在特殊软弱地，孔壁有崩塌危险时，可先加入稳定液以保护桩孔壁，然后再植桩。

以下将描述接桩作业。每一根桩的长度有限，所以在植桩过程中，必须接桩，才能使桩到达预定深度。接桩方式是把后续的桩放到植桩台8的引导框86里，借着引导框86的导正，使上桩与下桩对齐(对心)，然后以电焊使上桩与下桩相连。透过纵向长形开口25，对桩的内壁与外壁都能电焊。所以，上述接桩作业能提供足够强度。

以下将配合图20来说明C形桩的封底作业。当一根C形桩降沉至地底预定深度后，随即进行C形桩封底工作。用干式植桩法时，可把低坍度混凝土放到桩底，然后以重锤撞这些低坍度混凝土，使之向外排挤在桩底受扰动而松散的土石并形成球形桩尖9。球形桩尖9封住桩底开口并因扩大承载面积而提高桩底承载力。用湿式植桩法时，在桩底有大量稳定液。为避免低坍度混凝土被稳定液稀释而不能予以击实，可把低坍度混凝土装在PE胶袋里，然后把袋装的低坍度混凝土投入桩底。如此，低坍度混凝土不会被稳定液冲散。然后以重锤撞这些袋装的混凝土，使混凝土把受扰动而松散的土石向外挤，以形成球形桩尖9。

把一根桩植入地底并形成球形桩尖以后，依上述步骤把另一根桩植入地底。后一根桩的壁的部分堵住前一根桩的纵向长孔。循序把若干C形桩2植入地底，即能围成如图18所示之结构物。在图18所示的结构物中，第一根桩是放在右上角，然后依顺时针方向把其他的桩植入地底。最后植物的几支柱必须紧靠最先植入的几支柱。

以下将描述如何把混凝土灌入C形桩所界定的柱形空间26。在完成所有的C形桩的植入作业以后，随即用高压空气与水冲洗粘在C形桩的内壁上的土砂。接着，抽干积在C形桩所界定的柱形空间里的水。此时，可目视检查桩底情况，检查桩与桩之间接触情形，随后把混凝土灌入C形桩所界定的柱形空间26。如此，可轻易控制混凝土的强度。成品即是一个完整的连续的地中壁体。

进行湿式植桩法(以稳定液保护孔壁)时，在所有的C形桩的植入作业完成以后，用高压空气清除残留在C形桩内壁上的土砂，然后抽干在柱形空间26里的稳定液，接着把混凝土灌入柱形空间26中。若地下水不停的渗入C形桩，造成C形桩里稳定液不易抽干，则以清水置换稳定液，然后以特密管方式在水中把混凝土灌入柱形空间26。

结构物必须对抗强大拉力时，除了第一支桩是C形桩2以外，其余的桩都是桩4而不是C形桩2。结构物的平直部可用桩4来构成，但结构物的角必须用经修改的桩4来构成。修改的方式是把C形桩2维持在图6中的位置而把管形网40从图6中的位置移动90°。

图19显示由若干桩3与桩2所构成的结构物。在结构物的弯角处，用桩2。在结构物的其他部分，用桩3。

图19所示的结构物必须对抗强大拉力时，用桩4来取代C形桩2并用桩5来取代桩3。

现场浇铸式或预制式排桩长久以来未成功是因为不能控制施工精度，导致桩歪斜、桩与桩之间的缝隙过大、桩排列不整齐，以致不能达到挡土止水功能而影响后续开拓挖掘工作。以本发明的植桩法能有效的控制施工精度，以下将描述精度控制。

首先，架设植桩台8。操作油压缸83，使下盘82成为水平。操作油压缸84而移动上盘81，使引导框86的中心对准地面桩位中心，随即锁紧上盘81与下盘82。此时，已调整好引导框86与地面垂直并对准地面桩位中心。因此，把C形桩放入引导框86时，C形桩的中心线垂直并对准地面桩位的中心。然后，操作油压缸85以便把C形桩调整到适当高度。

接着，把扩孔钻头放入柱形空间26，使扩孔钻头从C形桩前端伸出30至50公分。然后，旋转扩孔钻头进行掘土并排土。此时，扩孔钻头6因处于C形桩的中心而被C形桩约束，扩孔钻头前进方向正是C形桩中心线方向。因此，桩孔方向就是C形桩的中心线方向，桩孔的直径就是C形桩的外直径。C形桩降沉速度配合掘土与排土速度；扩孔钻头保持在C形桩前30至50公分。因此，桩底在无阻碍的状况之下，所掘出的桩孔又与C形桩同心，C形桩自然垂直下降。

关于精度控制，简单的说，在地表面以植桩台8维持C形桩的垂直状态与水平位置，在地底以C形桩维持扩孔钻头的正确方向。能维持扩孔钻头的正确方向，就能确保桩孔的正确位置。能确保桩孔的正确位置，就能确保C形桩的正确位置。

即使有桩歪斜，本发明的方法仍有补救之道，不致使桩与桩间空隙过大。以下将描述误差修正。

当相邻的桩不平行，它们可能在地底岔开或相交。岔开时，桩与桩之间有空隙。相邻的桩岔开时，本方法特有的把混凝土灌入柱形空间26的步骤就发挥功能，因为这些现场灌注的混凝土能补满在桩与桩之间的缝隙，使原本各自独立的桩粘成完整结构物。所谓相交是指先植入桩占了后植入桩的位置。以现有钻掘机，配合本发明的扩孔钻头，能削掉先植入桩的部分，让后植入桩在无阻碍的状况下沉到地底。

本发明的C形桩植桩法因采用本发明的植桩台、扩孔钻头与C形桩的适宜搭配而有下列优点：

1．构筑大截面积结构物基础(例如桥墩)时，依传统方法，必须用大型机具来进行。相对的，依本发明的植桩法，以若干小截面积桩集合成连续壁而形成有大截面积的结构物的基础。与传统的方法比较，本发明的植桩法仅需小型机具，所以较容易在狭隘空间里作业且造成较小的噪音与震动。

2．植桩时，每次只挖一个孔来容纳一根桩，且挖土时用桩保护孔壁，所以不会使地表坍陷并适用于软弱地质或透水层或伏流层。

3．用独特的扩孔钻头，配合一般的钻掘机，再加上以桩保护孔壁，能胜任砾石层或岩层或旧有的混凝土结构的掘削工作。

4．掘削所生的废弃土，直接由桩孔吊出并倒入卡车而运离工地，因此，不会污染工地。

5．由于桩的特殊造形与施工程序，使植桩作业完成以后，桩的柱形空间是由一支桩的内壁与下一支桩的外壁围成。当混凝土被灌入桩的柱形空间，这些混凝土与桩紧密接合后就形成连续的不透水的壁。

6．因桩为预制品，故易于控制桩的品质。此外，因把混凝土灌入柱形空间以前，已清除在柱形空间里的污泥，故易控制在柱形空间里的混凝土的品质。

7．用植桩台来固定桩位并保持植桩垂直度，确保施工精度并提升施工速度。

8．桩的纵向开口使扩孔钻头能轻易进、出桩所界定的柱形空间，并允许钻头与刀片以固定的方式结合且能掘削桩壁部分土体。此举突破以往扩孔钻头用连杆或栓接的结合方式，所形成结构上的弱点，造成操作不易确实，钻掘能力不能提升，且不能掘削保护管壁体部分土体的困扰。

9．把每一支桩植入地底以后，在桩底构筑一个球形桩尖。此举能清除污泥并排除松土，且能提高桩底承载力。

10．后续施工的桩的突于桩身外的管形网，可垂直下降而进入已植入地底的桩的柱形空间。因此，相信的两支桩在水平方向以钢筋相连。把混凝土灌入柱形空间以后，即成为不透水且能抵抗拉力的连续幕墙。

11．以预制桩做为结构物，其强度高且品质稳定，故以较薄的壁体厚度，即可达到设计的强度。

12．施工现场没有钢筋作业，因此不必设钢筋笼组立场与钢筋笼吊装设备，可降低工作复杂性。

以上描述若干实施例，期使人了解本发明，但本发明的范围不限于这些实施例，而由权利请求项决定。

Claims (8)

1．一种C形桩，其特征在于：其包括：一界定在C形桩里的柱形空间(26)；一沿C形桩的纵向延伸的纵向长孔(25)；一开在C形桩的顶端且与柱形空间相通的顶部开口；与一开在C形桩的底端且与柱形空间相通的底部开口。

2．权利要求1的C形桩，其特征在于：其包一骨架，包住骨架的大部分的混凝土，骨架包括：若干C形定位肋(24)，每一定位肋里有若干孔；若干分别插到C形定位肋的相应的孔里的纵向钢筋(22)，以将这些纵向钢筋相对位置固定；若干固定于纵向钢筋上的C形横向钢筋(21)；与两片固定于纵向钢筋的两端的C形端板(23)。

3．权利要求1的C形桩，其特征在于：C形桩在其外壁有二平直部。

4．权利要求1的C形桩，其特征在于：C形桩在其外侧有一管形网。

5．一种用C形桩建造排桩的植桩法，其特征在于：所述植装法包括下列步骤：

(a)整平场地并测量放样；

(b)提供植桩台并调整植桩台，使之呈水平状态；

(c)提供C形桩，C形桩有柱形空间、纵向长孔、顶部开口、底部开口；

(d)把C形桩设在植桩台上；

(e)提供扩孔钻头并转动扩孔钻头，以便挖出桩孔；

(f)用植桩台引导C形桩进入桩孔；

(g)封闭在C形桩的底部的开口；

(h)重复步骤(b)至步骤(g)，把若干C形桩植入地底，直到这些C形桩构成墙体为止；与

(i)把混凝土灌入这些C形桩的柱形空间中。

6．如权利要求5所述的植桩法，其特征在于：包括：

(a)让C形桩通过植桩台的上盘(81)上的一个孔；

(b)让C形桩桩通过植桩台的下盘(82)上的一个孔；

(c)操作植桩台中支撑下盘的下盘调整装置(83)，使下盘呈水平状态；

(d)在上盘与下盘之间设置上盘调整装置(84)，调整上盘和下盘的相对位置；

(e)将引导框(86)垂直立在上盘上而沿上盘的孔延展，使引导框(86)内壁与桩的外壁吻合；与

(f)在上盘上设置桩调整装置，操作桩调整装置使桩升、降。

7．如权利要求5的植桩法，其特征在于：当掘削桩孔采用的扩孔钻头为桶形扩孔钻头(6)，桶形扩孔钻头(6)包括：

(a)用以在柱形空间(26)里转动的取土桶(60)，取土桶壁里有长孔(68)；

(b)从取土桶侧向倾斜突出的刀片(67)，将刀片的自由端放置在桩的纵向长孔里以将取土桶在C形桩的柱形空间内移动；

(c)在刀片上设置一组齿(65)；

(d)以顶盖(62)封住取土桶的上端；

(e)用从顶盖的中心凸出的连接端(61)连接伸缩钻杆而承接扭力；

(f)以底盖(63)封住取土桶的下端，底盖里有长孔(69)；

(g)使钻头从底盖的中心往下伸；与

(h)设在底盖的底面设置若干齿(64)。

8．如权利要求5的植桩法，其特征在于：当掘削桩孔采用的扩孔钻头为螺旋叶片型扩孔钻头(7)，螺旋叶片型扩孔钻头(7)包括：

(a)轴(72)；

(b)绕轴延伸的螺旋叶片(73)；

(c)在螺旋叶片上嵌镶若干齿(74)；

(d)从轴伸出刀片(76)；与

(e)在刀片上嵌镶若干齿(75)，这些齿被用来掘削土体以形成桩孔壁。

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