CN2100418U

CN2100418U - 振动灌注混凝土桩施工装置

Info

Publication number: CN2100418U
Application number: CN 91206341
Authority: CN
Inventors: 王昌贵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1992-04-01

Abstract

一种属于建筑技术领域中基础工程专用的振动混凝土桩施工装置，是中空轴立式潜水电动机经软轴直接带动振动头振动的长柱状机具，在其上再加接多根接管。边沉管边注入混凝土，再边提管边振动混凝土。根据振动使流塑状态下的混凝土均匀密实的原理，最后制成密实的灌注混凝土桩。本装置简单易行，不仅能在有地下水、淤泥和流砂等场地直接施工，而且能在水中直接灌捣混凝土桩，从而可以取代预制混凝土桩。

Description

本实用新型是一种灌注混凝土桩的施工装置，属于建筑技术领域中基础工程专用的混凝土灌注桩的灌注和振动用的施工装置，在施工现场边沉管边灌注，边提管边振动，最后制成密实的混凝土灌注桩。

桩基是高层建筑、大型厂房、重型设备、桥梁和码头等常用的基础。现今国内外在加密松砂地基和加固粘性土地基时，采用振冲法进行施工（基础工程学，陈仲颐、叶书麟主编，中国建筑工业出版社1990年10月出版，528至534页），所用主体施工装置为振冲器，是一种中空轴立式潜水电动机经软轴直接带动振动头振动的短柱状机具。施工时用起重机吊起振冲器，启动潜水电动机，使振冲器产生高频振动，振冲器下沉和成孔。振冲器下沉到土中预定深度后，加以清孔，就可以从地面向孔中逐段添加填料。每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后，提升振冲器，再添加上一段填料，再振挤密实，再提升振冲器和添加更上一段添料。如此重复操作，直至地面。从而在地基中形成一根大直径的密实桩身。但施工中噪音大，振动也大，成孔深度也不大（18米以内），对于有地下水、淤泥和流沙等地基很难进行加固。

另外一种简单的就地灌注桩施工方法（基础工程学，陈仲颐、叶书麟主编，中国建筑工业出版社1990年10月出版，278至284页）是在一个长钢管底部放进一个预制桩头，由长钢管把预制桩头压沉至土中预定深度，再在长钢管内放入长的钢筋笼，灌注混凝土和拔出长钢管，从而在地基中形成一根灌注混凝土桩。但灌注进混凝土容易产生离析现象，并且其中水泥浆容易被地下水所稀释，另外桩的一部分截面被淤泥、流砂等软土挤压后容易形成缩颈乃至断桩、移位等，所以不易形成均匀密实和承载能力高的桩身。

本实用新型的目的是把以上两种现有技术结合起来，提出一种新的灌注混凝土桩的施工方法和相应的装置。采用边沉管边加灌料，边提管边振动的方法，制成密实的混凝土灌注桩。

本实用新型的任务是以如下方式完成的：在一根下粗上细的钢管中央装设一个潜水电动机，潜水电动机通过软轴直接带动振动头振动。钢管底部放进一个预制桩头，利用钢管把预制桩头压沉至土中；从钢管上部加料口加灌混凝土料，同时在钢管顶部接上另一根钢管，再沉管、再加灌料，再接管再加灌料，直至预制桩头到达设计标高。根据振动能使流塑状态下的混凝土均匀密实的原理，接通潜水电动机的电源，使振动头振动，同时提升钢管，卸钢管和补灌混凝土料；继续提升钢管、卸管和补灌混凝土料，直至把钢管全部提出。

以下结合附图详细说明本实用新型的具体结构和工作情况。

图1A是本实用新型近底部的纵向剖面图。

图1B是本实用新型中变径钢管上部和接管下部的纵向剖面图。

图2是本实用新型1－－1线的横向剖面图。

图3是本实用新型沿2－－2线的横向剖面图。

图4是本实用新型沿3－－3线的剖面图。

图5是本实用新型沿4－－4线的侧视图。

图6是本实用新型在水中施工示意图。

参照图1A和图1B，本实用新型主要由钢管（1）、变径钢管（3）、多个接管（26）、预制桩头（14）、潜水电动机（4）、软轴（6）和振动头（7）组成。通过支架（9）把具有保护罩（8）的潜水电动机（4）固定在钢管（1）的上部中央（请同时参阅图3）。潜水电动机（4）通过软轴（6）直接带动振动头（7）振动。振动头（7）完全伸入预制桩头（14）中的桩头预留洞（15）中。钢管（1）底部具有加劲板（12），经压板（13）和传力板（16）压向预制桩头（14）。依靠挂钩（18）和斜板（17）把预制桩头（14）临时固定在钢管（1）的底部（请同时参阅图5），斜板（17）与水平面的夹角为10度至12度。钢管（1）的顶部靠螺栓（2）固定住变径钢管（3）。变径钢管（3）的顶部具有接管套环（22）。转动螺栓（25）套在转动螺栓轴（23）上，从接管套环内侧放进套环轴槽（27）中，与接管（26）下部的环形连接板（24）连接，把接管（26）临时固定在变径钢管（3）的顶部。每个接管（26）下部具有环形连接板（24），顶部具有接管套环（22）。接管（26）与接管（26）之间也通过转动螺栓轴（23）、转动螺栓（25）、套环轴槽（27）临时固定起来。变径钢管（3）的上部设有加料口（19）、挡板（20）和补强板（21）；每个接管（26）上部也设有加料口（19）、挡板（20）和补强板（21）（图1B顶部没示出）。变径钢管（3）顶部和各接管（26）顶部的接管套环（22）的外径与预制桩头（14）的直径相等，所以在沉管过程中主要是预制桩头（14）和各接管套环（22）与孔壁土接触，起到孔道内压杆的中点或支点的作用，防止压杆失稳变形。

参照图1A、图1B、图2、图3和图4，潜水电动机（4）的三相电源导线（29）外为导线保护软管（10）、受导线保护板（30）、软管夹子（11）和接管套环（22）上的导线槽（28）的保护向上引出。潜水电动机（4）与三相电源导线（29）交界处设防水密封圈（5），潜水电动机（4）的转轴与保护罩（8）底部的交界处也设防水密封圈（5）。

本实用新型根据下述原理达到提高灌注混凝土桩质量的目的。

（a）流塑状态下的松疏混凝土在振动力的作用下，石子、砂和水泥浆的位置会产生相对位移，水泥浆带动砂子向下移动，填充石子间的空隙；另一方面，石子会互相靠近，其间的空隙减少，将原空隙中的多余的水泥和砂子挤走，形成均匀密实的混凝土整体。所以即使有部分混凝土在注入时产生了离析现向，经振动也不会影响整个混凝土桩的质量。

（b）受振动的混凝土在上部混凝土的重力作用下，会产生较大的侧向压力，使桩四周的混凝土紧压孔壁土，一方面增加了桩侧面与孔壁土之间的摩擦力，提高了桩本身的承载能力；另一方面阻止地下水和软弱土向混凝土内渗透，避免桩截面缩颈现象的发生。

（c）振动对混凝土中水泥浆与石子间的粘结力及水泥浆与管内壁的吸附力都有干扰作用而使其减小；提管过程中，下部孔道中的压力下降，对钢管（1）内的混凝土产生向下的吸引力；加上混凝土自重的作用，管内混凝土就不易随管上升，可避免断桩或桩截面混凝土不足现象的出现。

（d）在沉管和提管的全过程中，注入的混凝土在卸出之前都在管内，由接头缝隙及加料口（19）和挡板（20）间的缝隙渗入管中的地下水量很少，水泥浆不易被稀释，所以不会对管内混凝土的质量带来大的影响。

图6是本实用新型在水中施工示意图。与陆地施工作业不同，变径钢管（3）和各接管（26）上部的加料口（19）、挡板（20）和补强板（21）全部取消而封闭起来，按以下七个步骤进行。

（a）按桩位用钻孔机钻孔至钢筋笼（32）的底部位置后，提出钻头，移走钻机；

（b）放入套管（31）和钢筋笼（32）到钻孔底；

（c）将预制桩头（14）临时用挂钩（18）挂在斜板（17）上，从变径钢管（3）顶端注满混凝土后入水。当变径钢管（3）顶端到便于接管操作位置的高度时，将接管（26）放入接管套环（22）内，用转动螺栓（25）连接紧；

（d）继续入水，当接管（26）顶端到接管操作位置高度时，从刚接上的接管（26）顶端注满混凝土后再入水；到预制桩头（14）进入土层后，转动最上一节接管（26），使挂钩（18）从斜板（17）上脱钩；

（e）往土层中沉管、接管、注混凝土，到预制桩头（14）到达设计标高位置为止；

（f）给潜水电动机（4）接通电源，使振动头（7）振动，同时提管；当一节接管（26）提出水面后，卸管，并从下一节接管（26）顶端补注混凝土；

（g）继续提管、卸管、补注混凝土到桩顶设计标高位置为止（桩的顶端可在水中，也可在水面以上）。最后将钢管（1）提出水面。

本实用新型与现有技术相比，除了桩身混凝土均匀密实和承载能力有所提高以外，还具有以下优点：

（a）成桩效果高，可以用较小型的打桩机具达到大型打桩机具的打桩效果。

沉管过程中，主要是预制桩头（14）和各接管套环（22）与孔壁土接触，侧向摩擦阻力很小；当桩端阻力较大时，可用振动头（7）振动预制桩头（14），干扰桩端下面土层结构，减小桩端阻力，提高沉桩效率；提管时，管内混凝土对管内壁的吸附力受振动干扰而减小，同时管外的孔壁土与各接管套环（22）的摩擦力也受振动而减小，所以提管所需的提升力减小。总之，沉管快，提管也快，且所需设备的动力也小。

（b）节约水泥和钢材，造价低廉。

根据桩的受力状态，一般的桩可分段使用不同标号的混凝土，下部桩身采用低标号的，上部采用C15或C20，可减少水泥用量；钢筋只需上部配置，减少钢材用量。桩本身造价仅为预制钢筋混凝土桩的一半左右。另外本实用新型装置本身的造价也较低廉。

（c）适用范围广泛。

不仅克服了现有灌注混凝土桩施工技术中的许多困难，而且能在水中灌注密实的混凝土桩，从而在很多场合可以取代预制钢筋混凝土桩。

（d）制作简便，操作容易，且便于管理。

由于装置本身结构简单，精度要求不高，所以制作简便；另外施工工艺不复杂，不需要采用别的辅助技术措施。沉管时用静力压桩机施力，噪音小，振动也小；提管时用起重机起吊。分开作业，便于管理，施工现场也容易保证安全。

本实用新型所用潜水电动机（4）、软轴（6）和振动头（7）等均可在市场上购到，防水密封圈（5）的安装措施也为现有技术，具体实施本实用新型时还需注意以下三方面：

（a）桩头预留洞（15）的直径比振动头（7）的直径大6至8cm，混凝土的骨料可进入其空隙。在沉管过程中，当需开动振动头（7）振动预制桩头（14）、干扰桩端下土的结构减小桩端阻力时，不致产生空振。

（b）变径钢管（3）上部管的内截面面积略小于钢管（1）内截面面积减去潜水电动机（4）截面面积后剩下的面积，使混凝土下落时呈扩散趋势。

（c）保护罩（8）的顶部夹角不超过20度。

Claims

1、一种属于建筑技术领域中基础工程专用的振动灌注混凝土桩施工装置，在钢管(1)中央装有潜水电动机(4)，通过软轴(6)与振动头(7)相连，其特征是：

(1.1)钢管(1)顶部固定有变径钢管(3)；钢管(1)底部具有加劲板(12)，经压板(13)和传力板(16)压向预制桩头(14)；依靠斜板(17)和挂钩(18)把预制桩头(14)临时固定在钢管(1)的底部；

(1.2)通过支架(9)把带保护罩(8)的潜水电动机(4)固定在钢管(1)的上部中央；三相电源导线(29)外为导线保护软管(10)，经导线保护板(30)、软管夹子(11)和接管套环(22)上的导线槽(28)向上引出；

(1.3)振动头(7)完全伸入预制桩头(14)中的桩头预留洞(15)中；

(1.4)变径钢管(3)顶部具有接管套环(22)，通过转动螺栓轴(23)、转动螺栓(25)、套环轴槽(27)和接管(26)下部环形连接板(24)把接管(26)临时固定在变径钢管(3)顶部；每个接管(26)顶部具有接管套环(22)，下部具有环形连接板(24)，接管(26)与接管(26)之间也通过转动螺栓轴(23)、转动螺栓(25)、套环轴槽(27)临时固定起来；

(1.5)变径钢管(3)上部和每个接管(26)上部设有加料口(19)、挡板(20)和补强板(21)。

2、按权利要求1所述的振动灌注混凝土桩施工装置，其特征是：

（2.1）桩头预留洞（15）的直径比振动头（7）的直径大6至8cm；

（2.2）潜水电动机（4）的保护罩（8）的顶部夹角不超过20度；潜水电动机（4）与三相电源导线（29）交界处设防水密封圈（5），潜水电动机（4）的转轴和保护罩（8）的底部交界处也设防水密封圈（5）；

（2.3）变径钢管（3）上部内截面面积略小于钢管（1）内截面面积减去潜水电动机（4）截面面积所剩的面积；

（2.4）各接管套环（22）的外径与预制桩头（14）的直径相等。