自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法与流程

本发明涉及载体桩施工技术的领域，尤其是涉及一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法。

背景技术：

载体桩是由桩身混凝土、夯实填充料、挤密土体、影响土体四部分构成的可等效为扩展基础受力的一种桩型，因载体的受力面积较大，当抗压桩使用时具有明显的优势。载体桩施工步骤主要分为成孔、载体施工、桩身施工。载体桩成孔的施工方法有多种，如柱锤冲击、振动沉管、旋挖或液压锤、潜孔锤等成孔工艺，成孔到设计标高后，分批向孔内投入水泥砂拌合物，水泥砂拌合物中的水泥含量先少后多，用柱锤反复夯实，达到设计要求的三击贯入度后，再填入水泥拌合物夯实到护筒底齐平，载体施工完毕，最后再施工混凝土桩身，实际施工中，桩身可现浇施工，也可预制。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：目前在填充料夯实的过程中，一般是边下填充料边夯击，再检测夯锤的下沉量，以判断下一次填料量和夯击次数，这就使得施工人员需要间歇停下夯击设备以对夯击进度进行检测，在大批量抗压载体桩的施工中无疑拖缓了施工节奏；并且施工人员目视测量时在光线不充足或长时间工作的情况下容易产生误差，导致施工质量不佳。

技术实现要素：

为了改善夯实填料时需要间歇停下夯击设备影响施工效率的问题，本申请提供一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法。

本申请提供的一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法采用如下的技术方案：

一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，包括以下步骤：

s1.设备进场，在施工现场准备吊机、振动锤、液压夹具、液压卷扬机、夯锤和钢护筒，液压卷扬机上绕卷吊绳，并将所述夯锤安装于所述吊绳端部的吊钩上；

s2.下管，准确设置桩孔位标记，采用所述液压夹具夹紧所述钢护筒，将所述钢护筒起吊至桩孔位标记处，且使所述钢护筒的底部插入桩孔位标记处的土层内，控制所述液压夹具松开所述钢护筒后，然后将所述钢护筒下沉至设计标高持力层，再在所述吊机、所述振动锤和所述液压夹具配合在下一个桩孔位标记处沉放下一个所述钢护筒；

s3.成孔，在已经下沉完毕的所述钢护筒内采用旋挖或者长螺旋辅助引孔方式成孔；

s4.零点位标定，将所述夯锤下放至坑底定为所述夯锤下放零点位，正式下锤时，将所述零点位时所述夯锤所处的位置与夯击后检测的所述夯锤所处的位置取差值即可计算出所述夯锤的下沉深度；

s5.自动填料夯击，采用输送装置向坑底输送设定量的填料，下锤并检测所述下沉深度；若所述下沉深度介于-5cm～5cm之间，则重复控制所述输送装置向坑底输送设定量的填料并下锤检测所述下沉深度；若所述下沉深度小于-5cm，则自动控制所述夯锤连续下锤若干次；若所述下沉深度大于5cm，则自动控制所述输送装置先向坑底输送填料量大于设定量的填料再下锤夯击；

s6.三击贯入度检测；

s7.混凝土桩身施工，在所述钢护筒内制作出由钢筋、混凝土/水泥砂浆形成的混凝土桩身，或者，将预制桩吊入所述钢护筒内，测量预制桩标高并调整预制桩在允许误差范围内；

s8.拔管，将所述钢护筒从桩孔位内拔出，控制拔出速度，必要时采用停拔措施。

通过采用上述技术方案，在进行抗压载体桩的施工过程中，下管、成孔、填料夯击、三击贯入度检测、混凝土桩身施工和拔管等工艺流程中，大部分可以通过不同的设备来完成，从而在大批量的抗压载体桩施工中，可以采取轮流作业的方式来实现多个抗压载体桩的流水线式施工，极大地提高了施工效率，有效缩减了施工成本。

同时在填料夯实的过程中，通过设定零点位后，夯锤每次下锤后可以自动测定夯锤的下沉深度，通过测定的下沉深度的数值自动判定下一步操作是继续自动正常补料、夯击还是继续自动下锤夯击亦或是自动补充更多的填料，无需施工人员停锤后再进行夯锤下沉深度的检测，极大提高了施工效率，也无需一机一人值守，降低了人力成本和施工成本；并且由于夯锤每次下锤时的下沉深度为自动测算，无需人工参与，在极端环境下也能确保较高的精准度，有效确保了抗压载体桩的施工质量。

可选的，步骤s4中标定所述零点位及测算所述下沉深度时，通过测算用于起吊所述夯锤的吊绳的初始位置和实际行走量来进行确定。

通过采用上述技术方案，在桩孔位中测算夯锤的实际下沉深度时，操作不便，而夯锤下沉深度与吊绳的实际行走量一致，通过测算吊绳的行走量来表征夯锤的下沉深度更加便捷，有效降低了测算成本。

可选的，标定所述零点位的方法为：设置固定的归零标记，将所述夯锤下放至坑底，并收拢绷紧所述吊绳，将所述吊绳上与所述归零标记对准的点定为所述吊绳的所述零点位；

测算所述下沉深度的方法为：下放所述夯锤后，收拢绷紧所述吊绳，此时所述吊绳的所述零点位越过所述归零标记的多余行走量即为所述下沉深度，或者，所述吊绳的所述零点位到达所述归零标记所需的行走量取负值即为所述下沉深度。

通过采用上述技术方案，将夯锤位于零点位时的状态表征为吊绳的零点位与归零标记对准时的状态，则夯锤夯击后，吊绳零点位相对于归零标记间的多余行走量或所需行走量取负值可以直接表征为夯锤的下沉深度，进一步使得夯锤夯击后的下沉深度测算更加简便，易于简单的自动化系统实现，有利于控制施工设备的制造成本和维护难度。

可选的，步骤s4中标定所述零点位及测算所述下沉深度时，通过测算所述夯锤的竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距来进行确定。

通过采用上述技术方案，借助标高仪器或标距仪器可对夯锤夯击后实际的竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距进行直接测算，再与零点位时夯锤的竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距进行取差值，也可对夯锤夯击后的下沉深度进行高效、快捷的测算，准确度更高。

可选的，标定所述零点位的方法为：将所述夯锤下放至坑底，标定所述夯锤的竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距、并定为所述夯锤的所述零点位；

测算所述下沉深度的方法为：

当采用竖直高度或海拔高度来标定所述零点位时，下放所述夯锤后，测算此时所述夯锤的竖直高度或海拔高度，并用所述零点位时所述夯锤的竖直高度或海拔高度减去测算得出的竖直高度或海拔高度，其数值即为所述下沉深度；

当采用距地面一点的间距来标定所述零点位时，下放所述夯锤后，测算此时所述夯锤距地面该点的间距并减去所述零点位时所述夯锤距地面该点的间距，其数值即为所述下沉深度。

通过采用上述技术方案，将夯锤零点位进行标定后，通过夯锤夯击后的实际竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距来直接测算夯锤的下沉深度，尽可能避免了外界因素对测算结果的影响，测算结果更加精准，容错率更高。

可选的，步骤s5中所述输送装置的总填料量不大于1.2立方米。

可选的，步骤s5中所述输送装置填料的设定量为0.01～0.3立方米。

通过采用上述技术方案，控制夯锤在每次夯击过程中的填料量，能尽可能将填料夯实，以确保抗压载体桩的夯实填充料和挤密土体密实度。

可选的，步骤s6中三击贯入度检测时，检测锤的最终下沉量测算与所述夯锤的所述下沉深度测算方法相同。

通过采用上述技术方案，连续三次下放检测锤时，检测锤的下沉量也可自动测得，无需施工人员再次测算，进一步提高了施工效率。

可选的，步骤s2中桩孔位标记完成后，先将桩孔位标记处土体打松至设计标高，再下沉所述钢护筒。

通过采用上述技术方案，将桩孔位标记处土体打松后，下沉钢化筒时会更加便捷，同时松弛的土体也会在桩孔位孔壁处形成护壁效果，降低了地下水渗入至桩孔位中的可能，确保了夯锤夯击过程中的顺畅度和夯实填充料和挤密土体的密实度。

可选的，步骤s2中桩孔位标记完成后，通过静压方式下沉所述钢护筒。

通过采用上述技术方案，静压方式下沉钢护筒时对周围土体的振动影响较小，有效确保了多个抗压载体桩之间的稳定性。

可选的，步骤s2中桩孔位标记完成后，先采用长螺旋方式搅松桩孔位标记处的土体并取土，再通过所述振动锤下放所述钢护筒。

通过采用上述技术方案，在遇硬质岩土层时，长螺旋方式可将专控标记处的硬质土体打散，以降低钢护筒下沉时的难度，再通过震动锤下放钢护筒时，效率更高。

可选的，步骤s6中，若三击贯入度合格，则夯平步骤s6完成后留下的凹坑至所述夯锤刚好下放至所述零点位；若三击贯入度不合格，则继续重复步骤s5、s6。

通过采用上述技术方案，三击贯入度合格后，夯实填充料层也会凹陷一定深度，此时继续夯实该凹坑，尽可能确保夯实填充料层的完整度，以确保抗压载体桩整体的承载性能。

可选的，施工时，当检测桩孔位处土体含水率不大于25%时，所述步骤s3与所述步骤s2施工顺序对调。

通过采用上述技术方案，当检测到检测桩孔位处土体的含水率较低时，可直接对检测桩孔位处土体进行钻孔和取土，再下沉钢护筒时，无需借助更多施工设备，只需简单下压钢护筒、甚至只需通过钢护筒自重即可实现钢护筒的下沉作业，有效降低了能耗，并且能进一步显著提高施工效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在填料夯实的过程中，通过设定零点位，夯锤每次下锤后可以自动测定夯锤的下沉深度，通过下沉深度的数值自动判定下一步操作是继续自动下锤夯击还是自动补充更多的填料亦或是继续自动正常补料、夯击，无需施工人员停锤后再进行夯锤下沉深度的检测，极大提高了施工效率，也无需一机一人值守，降低了人力成本和施工成本，并且测算夯实填充料层的夯实度更加准确；

2.将夯锤位于零点位时的状态表征为吊绳的零点位与归零标记对准时的状态，则夯锤夯击后，吊绳零点位相对于归零标记间的多余行走量或所需行走量取负值可以直接表征为夯锤的下沉深度，进一步使得夯锤夯击后的下沉深度测算更加简便，易于简单的自动化系统实现，有利于控制施工设备的制造成本和维护难度；

3.在进行三击贯入度测量时，检测锤的下沉量也可自动测得，无需施工人员再次测算，进一步提高了施工效率。

附图说明

图1是本申请实施例1的流程示意图。

图2是本申请实施例1夯击填料时的结构示意图。

附图标记：1、液压卷扬机；2、夯锤；3、钢护筒；31、投料口；4、吊绳。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法。参照图1和图2，自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法包括以下步骤：

s1.设备进场，在施工现场准备吊机、振动锤、液压夹具、液压卷扬机1、夯锤2、钢护筒3和填料输送装置，在大批量抗压载体桩施工场地中，以上施工设备均准备多个，在液压卷扬机1上绕卷吊绳4，并将夯锤2安装于吊绳4端部的吊钩上用于夯击填料，将液压夹具安装在钢护筒3端部并将振动锤安装于吊机上用于下沉钢护筒3，钢护筒3上端侧壁开设有投料口31。

s2.下管，依据规划定点将建筑物的总平图上的主控点测放完毕，经监理验线合格后，再进行桩位点的测放，误差控制在2厘米之内，准确设置桩孔位标记，采用液压夹具夹紧钢护筒3，将钢护筒3通过吊机起吊至桩孔位标记处，且使钢护筒3的底部插入桩孔位标记处的土层内，然后通过振动锤的激振力将钢护筒3下沉至设计标高持力层，控制液压夹具松开钢护筒3，再在吊机、振动锤、液压夹具配合在下一个桩孔位标记处沉放下一个钢护筒3。

s3.成孔，在已经下沉完毕的钢护筒3内采用长螺旋钻孔机成孔，即将长螺旋钻孔机的钻杆沿着钢护筒3的顶部开口向下钻软质的土层，在其他实施例中还可以采用旋挖等其他辅助引孔方式成孔。

s4.零点位标定，将夯锤2下放至坑底定为夯锤2下放零点位，正式下锤时，将零点位时夯锤2所处的位置与夯击后检测的夯锤2所处的位置取差值即可计算出夯锤2的下沉深度。

s5.自动填料夯击，采用输送装置通过钢护筒3上的投料口31向坑底输送设定量的填料，下放夯锤2并检测下沉深度，将夯锤2的下沉深度数值传输至计算机，计算机与液压卷扬机1和输送装置均电连接可对二者进行自动控制；若夯锤2下沉深度介于-5cm～5cm之间，则计算机控制输送装置向坑底输送设定量的填料并控制液压卷扬机1下放夯锤2以检测下沉深度。若夯锤2下沉深度小于-5cm，则计算机自动控制夯锤2连续下锤若干次，实际施工中，借助计算机对夯锤2下沉深度的自动测算，当夯锤2连续夯击至下沉深度介于-5cm～5cm之间时，则计算机继续控制输送装置向坑底输送设定量的填料并下锤检测下沉深度。若夯锤2下沉深度大于5cm，则计算机自动控制输送装置先向坑底输送填料量大于设定量的填料再下锤夯击。

s6.三击贯入度检测，填料完成夯击并形成密实载体状态后，启动吊机并提升检测锤底至孔底5-7米的高度，快速落放检测锤，使检测锤做自由落体运动，测量三击贯入度，若不满足设计要求，继续在桩孔位内填充填料并锤击填料，直至满足三击贯入度要求。

s7.混凝土桩身施工，在钢护筒3内制作出由钢筋、混凝土/水泥砂浆形成的混凝土桩身。

s8.拔管，通过液压夹具和吊机配合将钢护筒3从桩孔位内拔出，控制拔出速度，必要时采用停拔措施。

在实际施工时，上述步骤s2中，桩孔位标记完成后，先将桩孔位标记处土体打松至设计标高，再下沉钢护筒3，具体的，采用施工用深层搅拌机对桩孔位标记处的土体进行打松，深层搅拌机的最大搅拌直径大于桩孔位孔径。则桩孔位内被打松的土体在深层搅拌机旋转的钻头的离心力作用下不断被甩贴至桩孔位周侧的孔壁上，使得未成孔前的桩孔位与其周边土体间形成一层护壁，有效防止土体中地下水过多渗透至桩孔位中，有利于在较软土质以及含水量高的土质中进行抗压载体桩的施工，也确保了夯锤2夯击过程中的顺畅度和夯实填充料和挤密土体的密实度，并且桩孔位中土体被打松后，再下沉钢护筒3时会更加便捷。

步骤s4中标定零点位及测算下沉深度时，通过测算用于起吊夯锤2的吊绳4的初始位置和实际行走量来进行确定；具体的，标定零点位的方法为：设置固定的归零标记，归零标记可以为液压卷扬机1上用于收放卷吊绳4的辊轴在某一个旋转角度的定位，也可以为吊绳4下方夯锤2时吊绳4行走路径上的某一个与吊绳4相对设置的点，将夯锤2下放至坑底，并收拢绷紧吊绳4，操作时即回转轴辊使得吊绳4绷紧，将吊绳4上与归零标记对准的点定为吊绳4的零点位。

测算下沉深度的方法为：下放夯锤2后，收拢绷紧吊绳4，此时吊绳4的零点位越过归零标记的多余行走量即为下沉深度，或者，吊绳4的零点位到达归零标记所需的行走量取负值即为下沉深度。

当将轴辊的旋转角度定为归零标记时，在液压卷扬机1的轴辊上安装与计算机信息连接的角度传感器，则夯锤2下放后，绷紧吊绳4，此时若吊绳4上的零点位相对于归零标记多转过一定角度，则该角度对应的吊绳4长度即为夯锤2的下沉深度，也即夯锤2此时的位置相较于夯锤2在零点位时的位置有所下沉，需要继续填料。若吊绳4上的零点位相距归零标记仍需要辊轴旋转一定角度，则辊轴旋转该角度对应的吊绳4长度取负值后即为夯锤2的下沉深度，也即夯锤2此时所处的位置并未到达夯锤2在零点位时的位置，需要继续夯击。

在上述夯击填料的过程中，输送装置可以选用易于实现自动化控制的传送带或者螺旋输料机。

从而在通过夯锤2对填料夯实的过程中，通过设定零点位后，夯锤2每次下锤后计算机可以自动测定夯锤2的下沉深度，计算机对角度传感器输入的信息进行测算和判定后可以自动控制下一步操作是继续自动正常补料、夯击还是继续自动下锤夯击亦或是自动补充更多的填料，无需施工人员停锤后再进行夯锤2下沉深度的检测，极大提高了施工效率，也无需一机一人值守，降低了人力成本和施工成本；并且由于夯锤2每次下锤时的下沉深度为自动测算，无需人工参与，在极端环境下也能确保较高的精准度，有效确保了抗压载体桩的施工质量。

并且在进行抗压载体桩的施工过程中，下管、成孔、填料夯击、三击贯入度检测、成型混凝土桩身和拔管等工艺流程中，大部分可以通过不同的设备来完成，从而在大批量的抗压载体桩施工中，可以采取轮流作业的方式来实现多个抗压载体桩的流水线式施工，极大地提高了施工效率，有效缩减了施工成本。

进一步的，步骤s5中输送装置的总填料量不大于1.2立方米，且步骤s5中输送装置填料的设定量为0.01～0.3立方米。如此设置后，一方面控制夯击过程中的总填料量，使得施工完成的抗压载体桩能够更加符合载体桩的施工规范，同时在确保较高施工效率的基础上，控制夯锤2在每次夯击过程中的填料量，能尽可能将填料夯实，以确保抗压载体桩的夯实填充料和挤密土体密实度。

在步骤s6中进行三击贯入度检测时，更换检测锤，检测锤为锤底直径355mm、质量3.5t的圆柱状实心重锤，通过吊机将检测锤吊离至距坑度6米的高度，再自由下放检测锤，连续下放三次检测锤后，再通过测算夯锤2下放时下沉深度的测算方法同样对检测锤的下沉量进行测算，也能提高施工效率及提高三击贯入度的检测精准度。若三击贯入度合格，则夯平步骤s6完成后留下的凹坑至夯锤2刚好下放至零点位；若三击贯入度不合格，则继续重复步骤s5、s6。

在其他可行的实施例中，还可以直接用夯锤2替代检测锤，但需根据在6米下放检测锤对坑底压强数值的基准上，同等计算达到该压强时夯锤2需要提升的高度，则无需进行更换夯锤2为检测锤的操作，进一步缩减了施工工序，提高了施工效率。

本申请实施例自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法的实施原理为：在填料夯实的过程中，通过设定零点位后，夯锤2每次下锤后可以自动测定夯锤2的下沉深度，通过下沉深度数值的正负自动判定下一步操作是继续自动下锤夯击还是自动补充更多的填料亦或是继续自动正常补料、夯击，无需施工人员停锤后再进行夯锤2下沉深度的检测，极大提高了施工效率，也无需一机一人值守，降低了人力成本和施工成本；并且由于夯锤2每次下锤时的下沉深度为自动测算，无需人工参与，在极端环境下也能确保较高的精准度，有效确保了抗压载体桩的施工质量。

实施例2

本申请实施例公开一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，与实施例1的不同之处在于：步骤s4中标定零点位及测算下沉深度时，还可以对夯锤2的竖直高度或海拔高度进行标记，实际标定时，在夯锤2上端面安装与计算机信息连接的gps仪。标记零点位的方法为：夯击前将夯锤2下放至坑底，通过gps仪标定夯锤2的竖直高度或海拔高度，将该竖直高度或海拔高度定为夯锤2的零点位。

测算下沉深度的方法为：夯击中下放夯锤2后，通过gps仪测算此时夯锤2的竖直高度或海拔高度，并用零点位时夯锤2的竖直高度或海拔高度减去该测算出的竖直高度或海拔高度，即可得出下沉深度。

在其他可行的实施例中，步骤s4中标定零点位及测算下沉深度时，还可以对夯锤2上端面距地面某一固定点的间距进行标记，实际标定时，在桩孔位正上方的固定点处安装与计算机信息连接的红外测距仪。标记零点位的方法为：夯击前将夯锤2下放至坑底，通过红外测距仪测算夯锤2上端面距该固定点之间的间距，将该间距定为零点位。

测算下沉深度的方法为：夯击中下放夯锤2后，通过红外测距仪测算夯锤2上端面距该固定点的间距并减去零点位时夯锤2与该固定点之间的间距，即可得出下沉深度。

从而借助标高仪器或红外测距仪可对夯锤2夯击后实际的竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距进行直接测算，再与零点位时夯锤2的竖直高度或海拔高度或距地面一点的间距进行取差值，也可对夯锤2夯击后的下沉深度进行高效、快捷的测算，尽可能避免了外界因素对测算结果的影响，测算结果更加精准，容错率更高。

实施例3

本申请实施例公开一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，与实施例1的不同之处在于：步骤s2中桩孔位标记完成后，通过静压方式下沉钢护筒3，具体的，由于钢护筒3一般壁厚在15～30mm，选用小型静压桩机将钢护筒3静压至设计标高。选用静压方式下沉钢护筒3时对周围土体的振动影响较小，有效确保了多个抗压载体桩之间的稳定性。

实施例4

本申请实施例公开一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，与实施例1的不同之处在于：步骤s2中桩孔位标记完成后，先采用长螺旋方式搅松桩孔位标记处的土体并取土，再通过振动锤下放钢护筒3，在通过长螺旋钻孔机进行搅松土体时，长螺旋钻孔机进给到桩孔位设计标高的三分之一至四分之一处。在遇硬质岩土层时，长螺旋方式可将专控标记处的硬质土体打散，以降低钢护筒3下沉时的难度，再通过震动锤下放钢护筒3时，效率更高。

实施例5

本申请实施例公开一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，与实施例1的不同之处在于：步骤s7中混凝土桩身施工时，将预制桩吊入钢护筒3内，测量预制桩标高并调整预制桩在允许误差范围内。

由于非挤土型载体桩更多是用来承载，故而采用预制桩代替现浇混凝土桩能更进一步提高施工效率，有效控制施工成本。

实施例6

本申请实施例公开一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，与实施例1的不同之处在于：施工时，当检测桩孔位处土体含水率不大于25%时，步骤s3与步骤s2施工顺序对调。

当检测到检测桩孔位处土体的含水率较低时，可直接对检测桩孔位处土体进行钻孔和取土，再下沉钢护筒3时，无需借助更多施工设备，只需简单下压钢护筒3、甚至只需通过钢护筒3自重即可实现钢护筒3的下沉作业，有效降低了能耗，并且能进一步显著提高施工效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。