一种分级推进的大直径长预制管桩及其施工方法与流程

本发明涉及预制管桩施工技术领域，具体地，涉及一种分级推进的大直径长预制管桩及该预制管桩的施工方法。

背景技术

目前随着社会的发展，越来越多的领域需要使用桩基础进行施工，如作为挡土支护结构；作为在抗震防震地区可液化的土层的加固结构；作为高层房屋、高耸建筑物及大吨位重级工作制吊车的重型单层厂房的必备结构；作为软弱地基上荷载较大或较重要的建筑物的基础结构。使用桩基础的优点在于：承载力较高、稳定性好、可承受较大的水平荷载且具有较小的沉降量、整体沉降较均匀。

现有的桩基础按照成桩方法可划分为预制桩和灌注桩，其中，预制桩的现行成桩方法主要包括静压法、锤击法、植入法、中掘法和振动法。静压法是利用静压桩机自身的重力作用将预制桩压入地下，整个压桩过程中无噪声产生，但需要的设备较为沉重，不便于移动；锤击法主要利用柴油锤或液压锤对桩顶进行反复的锤击从而将预制桩沉入，压桩效率高，但在施工过程中震动明显、噪声较大，同时会扰动地层从而影响环境；植入法在国外应用较多，其通过钻机在地层中钻孔并往孔内灌注水泥浆，最后再将预制桩整根植入孔内；振动法通过振动锤的不断振动来减小桩土之间的阻力，最终在重力的作用下达到沉桩的目的。

然而随着高层建筑的增加，静压法、锤击法、植入法和振动法均不再适用于对具有大直径(桩外径≥800mm)和大长度(桩长≥10m)特点的预制桩的工程施工，而中掘法属于非挤土桩，施工过程较为环保且适用于对大直径的空心预制桩的施工，因此目前工程中常采用中掘法对该类预制桩进行施工。但是中掘法也存在如下方面的不足：由于预制桩为一体成型结构且体积大、重量重，沉桩过程中涉及到的施工系统庞杂、所用设备和耗费的施工成本高、效率较低，并且成桩后降低了桩端的承载力，因此可适用预制桩的规格受到极大限制。

综上所述，行业内需要对长度长、直径大的预制管桩的施工方法及装置进行改进，在保证预制桩质量的前提下，尽可能提高现有施工设备的利用率并扩大应用范围，从而降低施工难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可突破现有施工限制且满足大长度大直径桩基要求的预制管桩、以及用于该预制管桩的施工方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种分级推进的大直径长预制管桩的施工方法，利用沉桩设备将预制管桩的桩尖沉入土中，将预制管桩的桩身拆分成多节中空的桩体，通过套筒实现所述桩尖与桩身以及桩身内相邻两桩体间的非固定式连接，利用推杆由下至上地对所述桩尖及各节桩体实行分级推进使得预制管桩逐渐下沉，随着预制管桩的不断下沉增加连接的桩体节数，当预制管桩达到施工的深度要求后，回收所述推杆并浇筑混凝土以填充桩体间的空隙。

所述施工方法具体包括如下步骤：

1)将预制管桩的桩身拆分成多节中空的桩体，在相邻两桩体间设置内部空腔平台以便于推杆对桩体施加下沉推力，利用沉桩设备将预制管桩的桩尖沉入土中；

2)在所述桩尖的上端固定设置一个套筒且将第一节桩体的下端插入该套筒中，直至第一节桩体与所述桩尖完全接触，在第一节桩体的上端也固定设置一个套筒且将第二节桩体的下端插入该套筒中，将所述推杆由上至下插入桩体的空腔内，利用设置在所述推杆下端的侧翼结构推动桩尖及第一、二节桩体逐渐下沉；

3)随着预制管桩的不断下沉，在第二节桩体的上方逐一增设第三节、第四节……第n节桩体，且相邻桩体间的连接方式参照步骤2)；

4)对预制管桩的下沉施工操作为：首先再次下沉桩尖，关闭所述侧翼结构并将所述推杆下降至桩尖位置处，直接推动所述推杆使所述桩尖下沉，然后由上至下地依次下沉各节桩体，提升所述推杆并使得所述侧翼结构移动至第i节桩体与第i+1节桩体间的空腔平台上，展开所述侧翼结构，通过所述推杆将第i节桩体向下推动至与所述桩尖或第i-1节桩体接触；

5)当预制管桩达到施工的深度要求后，关闭所述侧翼结构并取出所述推杆，浇筑混凝土以填充桩体间的空隙。

优选地，所述桩尖在沉入过程中需确保在土层上方预留有部分套筒以便于安装下一节桩体。

优选地，在对所述桩尖进行下沉操作时需控制单次下沉深度低于所述套筒的净高至少0.2m，以避免在后续下沉过程中出现套筒与桩体相互分离的情况。更优选地，所述桩尖的单次下沉深度低于所述套筒的净高0.5m。

本发明还提供一种分级推进的大直径长预制管桩，包括上下设置的桩身和桩尖，所述桩身为中空结构且包括多节长度相等的桩体，在所述桩尖与桩身以及桩身内相邻两桩体间设置套筒，所述套筒的下端采用固定连接方式且各节桩体的下端可活动插入所述套筒内，在相邻桩体间设置内部空腔平台作为下沉推力的支撑点；通过推杆以及设置在所述推杆下端的侧翼结构实现对预制管桩的分级推进，到达预定深度后往预制管桩的空腔内浇筑混凝土以完成整个预制管桩的埋设工作。

为了配合对预制管桩的分级推进，所述推杆也采用分段连接结构，可根据预制管桩的实时长度进行连接与拆卸，便于施加下沉推力。当所述推杆在桩身内部上下移动时，所述侧翼结构呈关闭状态，当所述推杆提升至加载位置时，所述侧翼结构呈展开状态并与竖直方向间夹角，通过侧翼结构与空腔平台的相互作用给予分段桩体一个向下的推力。

优选地，所述桩体的空腔直径为由上至下逐渐增大，可在相邻两桩体的空腔连接处直接形成空腔平台。

优选地，所述桩体的空腔根据直径变化从上至下分为第一部分、第二部分和第三部分，其中，第一部分最高处的内外直径差为2a，第二部分的内外直径差为固定值2b，第三部分最低处的内外直径差为2c，a、b、c的尺寸大小与实际使用的桩体和推杆的尺寸相匹配。更优选地，a和c之间的差值为10～15cm。

优选地，所述桩尖为圆锥形的封闭结构。

优选地，所述套筒的内径大于所述桩体的外径0.5～2.0cm。

由于套筒也要沉入地下，为了不造成下沉阻力增加过多，所述套筒的外径不能过大；所述套筒的内径也不能过大，否则间隙过大反而起不到限值上一节桩体的作用，容易导致桩体下端出现脱套现象；所述套筒的内径也不能过小，否则间隙过小不便于桩体的插入和安装。

同样，对于所述套筒的高度应设置成与单节桩体的长度相匹配，过高则增加了每次对分节桩体进行沉桩时的下沉功率，过低则导致分级推进的操作次数大大增加，过程繁琐且达不到所需的施工要求。

本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、本发明提供的技术方案解决了现有预制桩成桩方法存在的不足(即沉桩设备的最大功率难以将长度较长的预制桩整体压至设计深度)，一方面将桩尖承受的桩端阻力与桩身承受的桩侧阻力分离开来，另一方面还将整个桩身承受的较大的桩侧阻力分隔成多段较小的桩侧阻力，这样可大大减小每次推进过程需克服的阻力，打破了现有设备在预制管桩施工深度方面的局限性，实现了对设备的最大化利用，也降低了大长度、大直径预制管桩的施工难度。

2、本发明将各节桩体的空腔设置成变直径结构且由上至下逐渐增大，一方面通过第i+1节桩体下部较大的内径与第i节桩体上部较小的内径拼接在一起，形成一个足够大的空腔平台，起到为推杆提供施力点支撑的效果，另一方面每节桩体的最小直径处均可起到对推杆的约束作用，以防在压桩过程中出现偏心力导致推杆屈曲，增大推杆的结构稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明优选实施例1中对桩尖和第一节桩体的施工结构图；

图2是本发明优选实施例1中对相邻两桩体的连接结构图；

图3是图2中单节桩体的a-a向结构剖视图；

图4是本发明优选实施例1中侧翼结构展开状态时的结构示意图；

图中：1桩尖，2桩体，3套筒，4推杆，5侧翼结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1～图4，一种分级推进的大直径长预制管桩，包括上下设置的桩身和桩尖1，所述桩身为中空结构且包括多节长度相等的桩体2，在所述桩尖1与桩身以及桩身内相邻两桩体间设置套筒3，所述套筒3的下端采用固定连接方式且各节桩体的下端可活动地从上插入所述套筒3内，在相邻桩体间设置内部空腔平台作为下沉推力的支撑点。

在本实施例中，所述桩尖1为圆锥形的封闭结构；所述桩体2的空腔直径为由上至下逐渐增大且根据直径变化从上至下分为第一部分、第二部分和第三部分，其中，第一部分最高处的内外直径差为2a，第二部分的内外直径差为固定值2b，第三部分最低处的内外直径差为2c，a、b、c的尺寸大小与实际使用的桩体2和推杆4的尺寸相匹配。本实施例利用相邻两桩体连接处的第一部分和第三部分直接形成空腔平台，且a和c之间的差值为10～15cm。

在本实施例中，所述套筒3的内径大于所述桩体2的外径1cm。

在本实施例中还设置有推杆4，在所述推杆4的下端设置有可开合的侧翼结构5，通过所述推杆4和侧翼结构5实现对预制管桩的分级推进，到达预定深度后往预制管桩的空腔内浇筑混凝土以完成整个预制管桩的埋设工作。

利用上述预制管桩进行大直径且长度较长的预制管桩的施工方法具体包括如下步骤：

1)利用全站仪对预制桩沉桩位置的中心点坐标进行定位；

2)将沉桩设备移至沉桩位置处，将桩尖1与第一节桩体通过套筒3连接且在第一节桩体的上端连接套筒3，然后将推杆4插入第一节桩体的空腔内，利用沉桩设备将预制管桩的桩尖1和第一节桩体沉入土中，通过对推杆4的限值约束以防止在沉桩过程中发生桩身偏位；

3)当第一节桩体压至其上端套筒3处时，安装第二节桩体，再利用沉桩设备将桩尖1与桩体2下沉，提升推杆4至第一、二节桩体由于变内径结构而产生的空腔平台处，利用展开的侧翼结构5将预制管桩向下推进；

4)重复步骤3)，通过套筒3在第二节桩体的上方逐一安装第三节、第四节……第n节桩体，且通过推杆4推动整个预制管桩的不断下沉；

5)步骤4)中对预制管桩的下沉操作为：首先再次下沉桩尖1，关闭所述侧翼结构5并将所述推杆4下降至桩尖1位置处，直接推动所述推杆4使所述桩尖1下沉，然后由上至下地依次下沉各节桩体，提升所述推杆4并使得所述侧翼结构5移动至第i节桩体与第i+1节桩体间的空腔平台上，展开所述侧翼结构5，通过所述推杆4将第i节桩体向下推动至与所述桩尖1或第i-1节桩体接触；

6)最后一次下沉预制管桩后，桩尖1超过目标深度且利用推杆4使各节桩体在套筒内连接成整体，关闭侧翼结构5并取出推杆4，同时利用混凝土对预制管桩空腔进行浇筑，以填充桩体之间的空隙。

需要注意的是，所述桩尖1在沉入过程中需确保在土层上方预留有部分套筒以便于安装下一节桩体；在对所述桩尖1进行下沉操作时需控制单次下沉深度低于所述套筒3的净高0.5m，以避免在后续下沉过程中出现套筒与桩体相互分离的情况。

在本实施例中，先单独对桩尖进行下沉，此时只需要克服桩端阻力；在桩尖下沉之后，土体中形成了空腔结构，此时只需要克服较小的桩侧摩擦阻力将分节桩体逐一下沉即可。该施工方法一方面将桩尖承受的桩端阻力与桩身承受的桩侧阻力分离开来；另一方面通过分节桩体将桩身承受的整体桩侧阻力进行有效地分隔，可以打破现有设备在预制桩施工深度方面的限制，从而实现现有沉桩设备的最大化利用，突破目前设备功率下对预制管桩下沉施工的深度极限以及所作用预制管桩的规格极限。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。