一种混凝土管桩施工设备的制作方法

本发明涉及建筑设备和施工技术领域，具体说是一种混凝土管桩施工设备。

背景技术：

混凝土管桩在建筑领域应用广泛，其具备桩身质量易控、强度大、施工快、噪声低、污染小、承载力高等优点。管桩适用于工程基础桩或基坑工程的支护桩等。管桩沉桩主要采用静力压入法或锤击贯入法。可以穿越各类软土、素填土、可塑状态黏性土、粉土、松散及稍密的砂土，进入硬塑或坚硬状态黏性土、中密及中密以上砂土、碎石土、强风化岩及中风化极软岩一定深度。但穿透硬土层或进入硬土层较深是其难以实现的，虽然有为了深入硬土层而配套的桩尖，但受其成本且地质条件复杂性的影响，工程中多采用敞口管桩，施工设备主要为静压或锤击桩机。有的工程中为了解决管桩无法穿透硬夹层的问题采取了引孔法，即先使用钻机在桩位处成孔，再在引孔位置沉桩的方法，这种方法其缺点是：第一，这种方法是先由钻机在桩位钻孔，成孔后钻机移走，桩机再就位沉桩，工序繁琐，涉及施工设备多、速度慢；第二，引孔到压桩之间等待期长、干扰多，易造成塌孔；第三，塌孔后桩周土的结构破坏很大，对桩侧摩阻力产生不良影响。因此，混凝土管桩目前基本都是在软土或黏性土的地区使用，一旦桩端持力层以上除了软土、黏性土或粉土外还分布有砂土类的硬夹层时，基础设计时基本不会选用混凝土管桩桩型。综上所述，虽然混凝土管桩自身优点很多，但目前的施工设备和工艺极大地限制了混凝土管桩的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种混凝土管桩施工设备。解决了敞口混凝土管桩沉桩过程中难以穿越硬夹层的问题。

本发明采用的方案是：

一种混凝土管桩施工设备，包括静力压桩装置和管内螺旋钻进装置。静力压桩装置由吊车装置、机身、压桩装置和反力配重装配构成。上述静力压桩装置为已知技术。其特征在于：

管内螺旋钻进装置，包括钻杆、螺旋钻进动力头、螺旋钻具、钻具护筒、液压系统、卷扬机和移动支座。液压系统、螺旋钻进动力头、移动支座为已知技术。移动支座包括固定座和活动座，活动座能够沿固定座前后移动。液压系统上的伸缩杆一端装设在移动支座的活动座上，能够通过其伸缩控制活动座前后移动。移动支座的固定座固定装设在静力压桩装置的机身设定位置上。在移动支座的活动座上端面上竖直固设有支撑立架，在支撑立架的上端装设有定滑轮，卷扬机的底座固定安装在活动座上，卷扬机上钢丝绳的端头绕过定滑轮固定设置在螺旋钻进动力头的外壳上。螺旋钻进动力头的动力输出轴和钻杆的上端固定连接，螺旋钻具的上端和钻杆的下端固定连接。钻具护筒为空心圆筒形状，钻具护筒套设在螺旋钻具外侧，限定钻具在竖直方向上下移动，防止钻具钻偏。钻具护筒的外壁通过连接板固定在支撑立架上。通过移动支座上活动座的前后移动，带动支撑立架前后移动，实现钻头前移对准管桩中心或后退收起。

一种混凝土管桩施工工艺，其特征在于，包括下述步骤:

第一步，混凝土管桩施工设备移动就位；

第二步，吊运混凝土管桩对准桩位，静力压桩装置工作进行压桩；

第三步，压桩至坚硬黏性土、砂或砾石层这类难以穿越的硬土层时停止压桩；

第四步，控制液压系统的伸缩杆伸长，移动活动座向前，螺旋钻具对准管桩中心；

第五步，通过卷扬机放钢丝绳让螺旋钻进动力头和螺旋钻具向下伸入管桩中空管内直到到达硬土层；

第六步，启动螺旋钻进动力头，带动螺旋钻具向下进行螺旋钻进，当钻穿硬土层或钻进硬土层达设计深度时停钻并通过卷扬机收钢丝绳提升钻具，将螺旋钻具叶片部位的硬土带出，在硬土层中钻出空孔；

第七步，启动静力压桩装置继续压桩，管桩可以压入硬土层直至穿透硬土夹层，或压入硬土层达到设计要求的深度。

在敞口混凝土管桩沉桩过程中遇到坚硬黏性土、砂或砾石层这类难以穿越的硬土夹层时，启动螺旋钻进装置在管桩中空管内向下进行螺旋钻进，当钻至正在压桩的桩端面以下一定深度时提钻，这个深度可根据硬夹层的土类别、厚度等因素现场确定，其机理是由管内螺旋钻进破坏管芯下部硬土层的原状结构并通过提钻将螺旋叶片部位的硬土带出，进而在管桩桩端下形成一个与管芯直径相当的空孔，空孔周围土体的应力得到释放，孔隙水压力消散，此时静力压桩装置进行压桩，原本在桩管壁以下的硬土会塌入或被快速挤入中间空孔内，管桩得以压入硬土夹层，重复以上步骤直至管桩穿透硬土夹层，或进入持力层达到设计要求深度。

设计原理

混凝土管桩优点很多，但作为预制桩的一个必须解决的问题，就是沉桩施工，混凝土管桩虽然有中空管芯，但其沉桩过程是靠挤土压入的，因此对于硬土层即便压桩力再大也难以让一根管桩挤入其中。而螺旋钻进方法是一种非挤土成孔法，对于难以挤入的硬土层，它可以通过螺旋方式钻入，再利用螺旋叶片将孔内的土全部带出，成孔效果好。运用与管桩规格相配套的螺旋钻具从管桩中空管内进行钻孔，可以钻入管桩靠压力难以压入的硬土层，成孔后形成一个空孔，同时破坏管桩下局部硬土层的原状结构，释放空孔周围土体的应力和孔隙水压力，这时静力压桩装置不需太大的压力也可以将管桩压入硬土层中。

本发明的优点特点是：

1、本发明解决了敞口混凝土管桩无法应用于桩端持力层以上有硬土夹层的场地，大大增加了其应用范围。

2、解决了敞口混凝土管桩桩端进入持力层深度不足的问题。

3、降低反力系统所需的配重荷载，提高设备运输和施工效率，提高安全性。

4、沉桩过程中管桩桩身外侧土体不塌孔，保证桩侧摩阻力有效发挥作用，提高桩的承载力。

附图说明

图1为发明的设备示意图。

图2为管内螺旋钻进装置示意图。

图3为移动支座剖面图。

图4为管内螺旋钻进剖视图。

附图标记：机身1、吊车装置2、压桩装置3、管内螺旋钻进装置4、反力配重5、混凝土管桩6、定滑轮7、支撑立架8、液压系统9、移动支座10、卷扬机11、钢丝绳12、螺旋钻进动力头13、钻杆14、螺旋钻具15、钻具护筒16、辊轴17、固定座18、活动座19。

具体实施方案

一种混凝土管桩施工设备，包括静力压桩装置和管内螺旋钻进装置4。静力压桩装置由吊车装置2、机身1、压桩装置3和反力配重5装配构成。上述静力压桩装置为已知技术。其特征在于：

管内螺旋钻进装置4，包括钻杆14、螺旋钻进动力头13、螺旋钻具15、钻具护筒16、液压系统9、卷扬机11和移动支座10。液压系统9、螺旋钻进动力头13、移动支座10为已知技术。移动支座10包括固定座18和活动座19，活动座19能够沿固定座18前后移动。液压系统9上的伸缩杆一端装设在移动支座10的活动座19上，能够通过其伸缩控制活动座19前后移动。移动支座10的固定座18固定装设在静力压桩装置的机身1设定位置上。在移动支座10的活动座19上端面上竖直固设有支撑立架8，在支撑立架8的上端装设有定滑轮7，卷扬机11的底座固定安装在活动座19上，卷扬机11上钢丝绳12的端头绕过定滑轮7固定设置在螺旋钻进动力头13的外壳上。螺旋钻进动力头13的动力输出轴和钻杆14的上端固定连接，螺旋钻具15的上端和钻杆14的下端固定连接。钻具护筒16套设在螺旋钻具15外侧，钻具护筒16的外壁通过连接板固定在支撑立架8上。

一种混凝土管桩施工工艺，其特征在于，包括下述步骤:

第一步，混凝土管桩施工设备移动就位；

第二步，吊运混凝土管桩对准桩位，静力压桩装置工作进行压桩；

第三步，压桩至坚硬黏性土、砂或砾石层这类难以穿越的硬土层时停止压桩；

第四步，控制液压系统的伸缩杆伸长，移动活动座向前，螺旋钻具对准管桩中心；

第五步，通过卷扬机放钢丝绳让螺旋钻进动力头和螺旋钻具向下伸入管桩中空管内直到到达硬土层；

第六步，启动螺旋钻进动力头，带动螺旋钻具向下进行螺旋钻进，当钻穿硬土层或钻进硬土层达设计深度时停钻并通过卷扬机收钢丝绳提升钻具，将螺旋钻具叶片部位的硬土带出，在硬土层中钻出空孔；

第七步，启动静力压桩装置继续压桩，管桩可以压入硬土层直至穿透硬土夹层，或压入硬土层达到设计要求的深度。

长螺旋钻具叶片外径见下表1，钻具和钻杆长度根据工程场地需管桩穿透的硬土层的埋深及厚度配备，保证可穿透硬土层即可。

表1

实施案例：

1、工程概况

某建筑工程场地的典型工程地质条件及岩土性质如下表2，基础类型为混凝土管桩基础，设计为摩擦型桩，主要依靠桩周土侧摩阻力承受桩顶竖向荷载，设计桩长12米，桩顶标高-1.5米，桩端埋深-13.5米，桩端持力层为⑦粉质黏土层。桩型为phc500ab100-12预应力混凝土管桩，采用静压法沉桩，不设桩尖。

表2

2、桩基础施工工艺

①静力压桩机行走至桩位处，对准桩位；

②桩机就位后吊起管桩落位；

③静力压桩，桩端压至6.5米埋深处遇⑤粗砂层，难以继续压入；

④选用叶片外径d＝270mm的螺旋钻具，运行管内螺旋钻进装置，将螺旋钻头对准管桩中心，向下进行钻进，穿透⑤粗砂层后提钻2米左右；

⑤继续压桩，桩管壁以下的粗砂会塌入或被快速挤入中间钻孔内，管桩得以压入砂土层中，如压入一定深度后又难以继续压入，则启动管内螺旋钻进装置再向下钻进、提钻。重复此第④、⑤步工序，直至管桩穿透⑤粗砂层；

⑥管桩穿透⑤粗砂层后，可将管内螺旋钻进装置收起，继续静力压桩至设计要求的桩深。