CN1528987A

CN1528987A - 刺状灌注桩施工技术及其挤压成形机

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Publication number: CN1528987A
Application number: CNA2003101003992A
Authority: CN
Inventors: 武维承; 武熙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: CN1216211C

Abstract

刺状灌注桩施工技术及其成形机，提供了一种新的桩型和施工设备。刺状灌注桩，因桩身周围布满桩刺(图1)而得名，简称刺桩；由于桩刺的存在，使其桩端阻力大幅度提高，桩侧阻力也有所增加，从而改变了桩体的受力机理，提高了桩体的承载能力。刺桩成形机由六个特制的液压缸及其顶帽构成；每两个液压缸为一组，上下组合，相反布置；三组液压缸横向60°布置，用螺拴连接(图2、图3A)。施工时，操作刺桩成形机，活塞杆升出(图3C)，顶帽挤压桩孔土壁，即可挤出六个桩刺空间；调整上下位置，重复挤压动作，可在整个孔深内有规律地挤压出众多桩刺空间，图4为主桩壁面展开图。清孔、下放钢筋笼后，浇灌混凝土即成为刺桩。

Description

刺状灌注桩施工技术及其挤压成形机

所属技术领域

本专利涉及建筑地基施工技术、机械设备的生产和应用技术。

背景技术

随着高层、桥梁及其它大型设施等建筑工程的逐渐增多，各种深孔灌注桩得到了广泛应用。目前，常用的灌注桩是直孔灌注桩(简称直孔桩或钻孔桩)，后来又逐步发明了扩底灌注桩(简称扩底桩)和挤扩多支盘灌注桩(简称支盘桩)。

1直孔灌注桩

直孔灌注桩诞生于二十世纪四十年代。与预制桩相比，直孔灌注桩在工程设计、工程施工及工程造价等方面表现出明显的优势。随着微电子技术、新材料、新工艺等科学技术日新月异的发展，该技术已经日趋成熟，机械化和自动化施工水平不断提高。

深孔直孔灌注桩一般为端承摩擦桩。它充分利用了桩侧摩阻力，而桩端阻力利用不够，因此其单方砼极限承载力较小，约在300--400KN/m³之间。

2扩底灌注桩

为了充分发挥桩身材料的承载力效应，在直孔灌注桩的基础上，工程上逐渐采用了扩底桩，使桩在混凝土增加不多的情况下，承载力却得到大幅度的提高，从而使其成为摩擦端承桩，单桩承载力及单方砼极限承载力可成倍增加。但扩底桩施工自动化程度低，且桩底土层处于自然状态，没有被压密，因此必须在地基中存在卵石、密实中、粗砂或硬塑状态粘性土厚土层时方有实际意义，否则承载力不会明显提高。

3挤扩多支盘灌注桩

二十世纪八十年代末期，在直孔灌注桩的基础上，又发明了挤扩多支盘灌注桩技术，再一次改变了灌注桩的结构和施工工艺。挤扩多支盘灌注桩是利用专用的液压支盘成形机，在桩侧周围挤扩出若干个盘形空间，然后浇灌而成的异形桩。它不仅是一种摩擦端承桩，更重要的是因为它的盘形底部被压密，且可在一个桩上设置多个支盘，从而极大地提高了其端承力，其单方砼极限承载力可达约700--1000KN/m³，甚至更多，具有明显的经济效益。

挤扩多支盘灌注桩的缺点是：(1)设备庞大、笨重；(2)挤扩出一个支盘空间需要使设备转位、挤扩工序10次之多，施工操作繁杂、缓慢，自动化程度低；(3)支盘空间只有第一次挤扩是真正压密的，以后各次挤扩因土体部分散落或土体错位，压密程度并不理想，因此承载力的提高受到一定影响；(4)挤扩多支盘灌注桩必须设置在卵石、密实中粗砂上方或其它硬土层时方可实现，否则要么挤不到位，要么承载力不会明显提高，给设计和施工提出了较高的要求；(5)在较软的土层中挤扩时容易产生土体错位，盘形空间的成形难以保证；(6)挤扩时一般会产生“上浮”和“下窜”现象，对正常施工有一定影响；(7)由于在一个盘形空间和相邻位置重复挤扩，对盘腔挠动较大，盘腔土体容易跨落，既增加了清理浮渣的工作量，又难以保证施工的质量。

发明内容

刺状灌注桩，简称刺桩，是由树根的抗压及抗拔作用和特点构思、研究而设计的一种新桩形结构发明。该桩形的发明不仅在桩身结构和造型上进行了大胆的变革，同时，使桩的受力机理也发生了一定的变化。刺桩由桩身和布满桩身的许多桩刺两部分组成。桩身由钻机施工，桩刺由本发明中的专用设备——刺桩成形机施工。

1要解决的技术问题

为了克服直孔桩、扩底桩和支盘桩桩形各自的缺点和施工中存在的一些技术问题，本发明提供了一种新的桩体结构和施工专用设备——刺桩成形机。刺桩成形机不仅体积小、重量轻，而且可以一次挤压成形，操作简单，维护方便，简化了施工程序，大大缩减了施工周期，降低了施工成本，提高了经济效益。刺桩成形机挤压出的桩刺短小，由于不存在重复挤压动作，对桩刺空间没有干挠，压密效应和施工质量容易保证。

2技术方案

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

(1)在钻机钻孔结束后，移出钻机。

(2)下放刺桩成形机，至所设定的位置。

刺桩成形机是由六个特制的液压缸及其顶帽构成。六个液压缸每上下一对为一组，分别向两个相反的方向横向布置；三组反向布置的液压缸横向60°布置，纵向用螺柱连接成一体。

刺桩成形机的上下移动，由专用的自移式台车实现(此方案不在本专利说明书中陈述)；也可以采用其它起吊设备实现。

(3)开动自移式台车上的液压站，操作换向阀，使布置在刺桩成形机中液压缸的活塞杆缓慢升出，活塞杆端头的柱帽挤压桩孔土壁，直至活塞杆全部升出后，换向阀换向，使活塞杆逐渐缩回，至此纵向距离相同、横向相隔60°的一组共六个桩刺空间被挤出。

(4)上下调整刺桩成形机至设定位置，并顺时针方向旋转30°，重复上述挤压动作，完成第二次挤压；继续上下调整刺桩成形机至设定位置，并逆时针方向旋转30°，重复上述挤压动作，完成第三次挤压；以此类推可在整个孔深的设定位置有规律地挤压出若干组(每组六个)桩刺空间。

(5)挤压完毕后，移出刺桩成形机，经清孔后，下放钢筋笼，浇灌成桩后即成为桩体上布满短刺的刺桩。

3有益效果

本专利的有益效果是：

(1)充分利用了各个土层的端阻力效应，提高了桩的承载力，初步计算其单方砼极限承载力可达约600--1000KN/m³，约是直孔桩单方砼极限承载力的2--2.5倍，一定程度上可达到支盘桩的承载力效果。

(2)施工用设备——刺桩成形机，采用全液压传动，体积小，重量轻，一个位置只挤压一次，一次同时挤压出一组共六个桩刺空间，作业时间更短；操作程序十分简单，便于实现自动化控制，提高了工作效率，增加了设备的技术含量，属高新技术产品。

(3)顶帽为圆弧状锥形结构，挤压时滑动自然，对土体挠动较小，易将周围土体压密；加之一次挤压成形，克服了支盘成形机扩的缺点，施工质量容易保证。浇灌成桩后，其压密的桩刺周边土体恰似一纤维状网套，改善了桩的受力机理，有利于保持桩体的稳定性和提高桩的承载能力。

(4)经济效益显著提高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是单桩成桩后的桩形结构效果图

图中1.桩身；2.桩刺。

图2是刺桩成形机外形结构(活塞全部升出时)效果图

图3是刺桩结构及形状特征图。

其中图a为刺桩外形正视图；图b为刺桩外形俯视图。

图4是刺桩成形机一组液压缸结构图。

图中1.顶帽；2.轴销；3.缸盖；4.缸体及机体；5.活塞杆；6.活塞；7.缸底；8.机体连接部；9-螺帽；10-螺柱；11-桩孔孔壁。

图5是刺桩成形机外形图。

图中A-刺桩成形机外形图；B-刺桩成形机原始状态俯示图；C-刺桩成形机活塞杆全部升出时的俯示图。

图6是刺桩主桩壁面展开图。

图中1.主桩壁面展开面；2.桩刺孔腔。由图可见，其刺桩孔腔形似网眼。

图7是刺桩与直孔桩受力机理示意图。

图7-a为直孔桩受力机理示意图；图7-b为刺桩受力机理示意图。由图可见，刺桩与钻孔桩受压时单桩的承载力有明显的不同。其中，钻孔桩只承受底部桩端阻力的作用，其它均为桩侧阻力；而刺桩则由于有众多桩刺，承受的桩端阻力除了底部桩端阻力外，还有各桩刺处的端面阻力、侧面阻力的共同作用。除此之外，压密的桩刺周边土体恰似一纤维状网套，改善了桩的受力机理，有利于保持桩体的稳定性和提高桩的承载能力。

图8是刺桩施工工艺示意图。

图中a-钻机钻孔；b-清孔；c-挤压刺桩孔腔；d-下放钢筋笼：e-桩体浇灌；f-浇灌放大图；g-刺桩成形。

具体实施方式

该发明具有较强的适应性，可用于不同地质条件下的桩孔施工，适合于泥浆护壁成孔、干作业成孔和水泥注浆护壁成孔等作业，现以泥浆护壁成孔为例进一步说明该发明的实施方式。

1泥浆护壁成孔

如图8-a所示，先使钻桩机就位于定桩位置，调整好垂直度，埋设护筒，开始钻孔。当地下水位较高时，利用孔内地层中的粘性土原土造浆以泥浆护壁成孔。当地下水位较低时，可注入清水造浆，孔口排出泥浆的比重在1.1～1.2之间。当穿过软土层或易塌土层时，要投入粘土或改用制备泥浆，排出泥浆比重宜增大至1.3～1.5之间。

2磨孔及清孔

钻进结束后将钻头提离孔底200～500mm，然后大泵量泵入性能指标符合要求的新泥桨，维持半小时左右，进行清除孔底沉碴和冲磨孔壁泥皮(磨孔)，直到排出的泥浆含砂量小于4％，比重小于1.15方为合格，如图8-b所示。

3挤压桩刺空间

移开钻机，下放刺桩成形机，接照设计规定的位置，挤压出若干桩刺空间，如图8-c所示；每挤压一次，可挤压出6个上下位置不同、横向错位60°的桩刺空间，单个桩刺空间又形如锥刺状，如图3刺桩结构及形状特征图所示；全部挤压完毕后，桩孔四周布满桩刺空间，形状如图3所示；其桩孔壁面展开图见图6所示。在挤压桩刺孔腔过程中，随着桩刺孔腔空间的形成，桩孔中泥浆液面随之下降，这时要及时补入足够的泥浆。挤压完毕后，移出刺桩成形机，测量孔底沉渣量；如沉渣超限，应再次清孔，直至符合要求为止。

挤压桩刺空间时，使用刺桩成形机。刺桩成形机的构造及工作步骤如下：

(1)刺桩成形机一组液压缸构造

如图4a所示，为刺桩成形机一组液压缸构造图，它由两个形状和结构完全相同的特制的液压缸，按相反方向上下组装而成，每个液压缸由顶帽1、轴销2、缸盖3、缸体及机体4、活塞杆5、活塞6、缸底7等零件组成；两个液压缸在机体连接部8处用双头螺柱10和螺帽9连接而成。

(2)整体刺桩成形机构造及操作

如图5A所示，一个完整的刺桩成形机由三组液压缸横向交叉60°、上下两两连接而成，图5B为其原始状态俯示图，图C为其活塞杆全部升出时的俯示图。

当刺桩成形机到达并停止在某一设计位置时，开动自移式台车(本说明书未提供该图，也不详细陈述)上的液压站，操作换向阀，使布置在刺桩成形机中液压缸的活塞杆缓慢升出，活塞杆端头的柱帽挤压桩孔土壁，直至活塞杆全部升出，见图5所示。活塞杆全部升出后，要保压一短小时间(约5--10秒)，以使被压土体保持稳定，且不致有大的回弹；保压结束后，换向阀换向，使活塞杆逐渐缩回，至此纵向距离为一定、横向相隔60°的六个桩刺空间被挤出。

调整刺桩成形机纵向位置，并且每调整一次纵向位置时，要同时调整刺桩成形机的横向位置±30°(即必须按顺时针调整30°一次、逆时针调整30°一次)，然后重复上述挤压动作，完成第二次挤压。以此类推可在整个孔深的设定位置挤压出众多彼此交叉的放射状桩刺空间，如图3所示，图3b为刺桩桩体的俯示图。

可见使用刺桩成形机可一次挤压成形，每换一次位置同时换一次角度(±30°)，操作方便，大大地缩短了操作时间，效率更高。

(3)刺桩成形机的起吊

刺桩成形机的起吊要用圆环链实现，由自移式台车上的专用绞车带动两根规格相同的圆环链同步升降；圆环链在升降刺桩成形机的同时，还承担挂搭两根进回油管的任务。刺桩成形机的起吊装置又是一项专利技术，此处不再赘述。

4沉放钢筋笼

经检验合格后，开始沉放钢筋笼。钢筋笼宜一次整体吊入，如过长亦可分段吊入，两段焊接好后再徐徐沉放入孔，如图8-d所示。

6吊放导管

钢筋笼放好后，吊放用于浇筑混凝土的导管，如图8-d所示。

7浇筑混凝土

浇注砼时要求导管离孔底不得大于0.5m，即h₁≤0.5m。初灌量除应考虑桩刺的体积外，至少应将粗导管埋入1.60m以上，即h₂≥1.6m，严禁把导管底端拔出砼面，如图8-f所示。然后边浇边拔导管，浇注后桩顶(不计浮桨)至少应高出设计桩顶标高0.5m，即超灌量h₃≥0.5m，如图8-e所示。浇注完毕后，拔出粗导管和护筒，而细导管仍然保留在原位不动，如图8-e所示，初步凝固后，即成为图8-g所示的形状，即一根刺桩浇筑而成。

Claims

1 刺状灌注桩(简称刺桩)是一种新的桩型，其特征是：桩身周围布满锥形桩刺；根据设计方案，可在整个桩体外侧交叉(30°)布置若干组(每组六个)桩刺；桩刺的周围被高度压密，从而提高并增加了桩体的桩端阻力，桩侧阻力也有一定的增加。

2 根据权利要求1所述的刺桩，要使用本专利的专用设备——刺桩成形机施工桩刺空间，其施工技术特征是：在钻机钻孔结束后，移出钻机；下放刺桩成形机，至所设定的位置；开动自移式台车(本专利不包括自移式台车)上的液压站，操作换向阀，使布置在刺桩成形机中液压缸的活塞杆缓慢升出，活塞杆端头的顶帽挤压桩孔土壁，直至活塞杆全部升出后，换向阀换向，使活塞杆逐渐缩回，至此纵向距离相同、横向相隔60°的一组共六个桩刺空间被挤出，刺桩成形机完成一次挤压作业；调整刺桩成形机的纵向和横向位置(只有相隔30°两个位置)，重复以上操作，依次完成桩体内的全部挤压作业；经必要的清孔后，浇灌成桩。

3 刺桩成形机为全液压装置，其结构特征是：由六个特制的液压缸及其顶帽构成，主要零件有缸体及机体、活塞、活塞杆、缸盖、缸底、顶帽、轴销等。六个液压缸每上下一对为一组，分别向两个相反的方向横向布置；三组反向布置的液压缸横向60°布置，纵向用螺柱连接成一体。