一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法
【专利摘要】本发明是一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法,采用静力压桩机和单护筒能制成载体桩；一次投放载体混凝土料，明显提高了施工速度，节能环保；其制成载体桩的抗拔力显著提高。包括以下步骤：（1）清理现场，测量放线，移静力压桩机到工位;（2）将带有锥形活瓣桩尖的钢护筒压至设计标高;（3）向钢护筒内一次投入载体需用量的混凝土；（4）将钢护筒上拔露出地面，投入的载体混凝土自动充填至因钢护筒上拔而形成的空间内;（5）合拢桩尖，下压钢护筒,使下压力及标高达到预定的数值，以压实载体混凝土形成扩大的载体；（6）自动解除合拢，灌注桩身混凝土或者先安放钢筋笼，然后灌注混凝土；（7）边振动边将钢护筒拔出至地面，成桩。
【专利说明】一种静压沉管载体灌注桩的单护筒施工方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及建筑地基施工领域，具体来说，是一种采用单根钢护筒的静压沉管载体灌注粧的成粧施工方法。
【背景技术】
[0003]我国各类建筑物、构筑物基础工程中，施工单位常用各式结构的粧进行地基处理加固，当前，载体粧是一种全新的施工技术，它改变了传统的地基基础处理观念，选择下部层位稳定、土性较好的土层作为被加固土层，以粧端土体为研究对象，普通粧的承载力主要来源于粧的侧摩阻力，而载体粧的承载力主要来自载体，因此，载体粧由于其承载力高、适应性广等优点而被广泛应用。
[0004]目前，我国施工界对载体粧的普遍施工方法是采用复合载体夯扩粧方法，也称传统载体粧施工工法，其主要做法是采用细长的重锤将护筒击沉至设计标高，并在护筒下沉的带动下夯击成孔，将细长锤击出护筒底至一定深度后，从护筒口向孔内投入填料和干硬性混凝土，利用细长锤自由下落的冲击力反复夯实、挤密，载体在粧端随之形成，应用此技术形成的粧承载力高，经济实用，造价较低。但由于在施工中，重锤的锤击作用产生较大的噪音和振动，声污染特别严重，在载体的形成过程中反复投料，成粧速度较慢，且受机架的限制，成粧粧长有较大的局限性。
[0005]建筑领域，工艺方法的优劣与工程机械与设备有着紧密的关系，静力压粧机是近些年新兴的一种液压设备，具有无震动、无噪声，无泥浆及弃土排放，环保效果好的优点，受到施工界的普遍欢迎和认可，具有传统复合夯扩粧设备无法比拟的技术优势。
[0006]但是，目前静力压粧机施工的应用的领域仅仅限于静压沉管复合扩底灌注粧预制管粧及常规的静压沉管灌注粧的成粧施工，从已知技术上来看，尚无对载体粧进行施工成粧的工艺方法。
[0007]目前，采用静力压粧机制做复合扩底灌注粧成粧时，要用内管、外管两根套管配合作业，才能完成成粧过程，其主要工艺步骤是:(I)在工地测量放线，静力压粧机就位;(2)压下内外管至设计标高。(3)提内管露出投料口，分批向外管内投入填充料，相应分批次压下内管，挤压填充料，直至终压力达到设计要求，形成填充料扩大头；(4)提内管露出投料口，分批向外管内投入干硬性混凝土或低塌落度混凝土，相应分批次压下内管，挤压混凝土，使其与填充料在粧端形成一个扩底头；(5)提升内管、放钢筋笼，灌注混凝土；(6)放内管至外管内，内管顶压混凝土;( 7)拔起内外管，成粧完毕。
[0008]从以上可以得出，采用静力压粧机进行的成粧施工，存在的问题主要是:(I)仅能对复合扩底灌注粧、预制管粧及常规的静压沉管灌注粧进行施工，无法实现对载体粧有效的成粧施工，尤其是尚没有仅靠一根钢护筒对载体粧的成功施工。(2)该设备在制作复合扩底灌注粧过程中存在批次反复投料，多批次反复下压、施工速度慢、严重影响工程进度的问题。(3)采用该方法下放的钢筋笼无法进入扩大头内部，在作为抗拔粧使用时难以满足抗拔要求。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种全新的施工方法，解决的技术问题是:(I)本方法步骤中采用当前较先进的静力压粧机来和采用一根钢护筒制成载体粧一一静压沉管载体灌注粧，成粧质量高；(2)在载体形成过程中采用一次投放载体混凝土料，避免了分批、反复投料，明显提高了施工速度，缩短了成粧工期；(3)钢筋笼根据需要进入载体内部，且进入长度可控，其抗拔力能得到显著提高。
[0010]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种静压沉管载体灌注粧的单护筒施工方法，包括步骤(I)清理施工现场，测量放线，移动静力压粧机到工位；
其特征在于:还包括以下步骤:(2)采用静力压粧机对一根下端带有锥形活瓣粧尖的钢护筒压至设计标高；
(3)向钢护筒内一次投入载体需用量的混凝土，载体混凝土的数量根据持力层土质及单粧承载力确定；
(4)采用静力压粧机将钢护筒上拔直至其下端的粧尖露出地面，投入的载体混凝土自动充填至因该钢护筒上拔而形成的空间内；
(5)合拢所述钢护筒下端的锥形活瓣粧尖，采用静力压粧机下压钢护筒，使下压力及标高达到预定的数值，以压实载体混凝土形成扩大的载体；
(6)自动解除对所述粧尖的合拢，向钢护筒内灌注粧身混凝土或者先安放钢筋笼至钢护筒内，然后向钢护筒内灌注粧身混凝土 ；
(7)采用静力压粧机边振动钢护筒边将钢护筒拔出至地面，完成一根粧的制作。
[0011]针对一些特殊的地质条件、设计要求，为更好地形成符合设计要求的载体，在步骤
(5)的过程中，当所述标高达到设计标高时，所述下压力却达不到预定压力值，此时返回步骤(3)，将步骤(3)—(5)重复一次之后，再进行步骤(5)之后各步骤。
[0012]为了能形成异型粧，提高粧的承载力，通过在所述钢护筒下端外壁上连接至少两个间隔距离的凸起的方法，以形成异型粧。
[0013]为了使粧身长度不受机架高度的限制，尤其在制作较长粧身时，本方法中的静力压粧机采用抱压式静力压粧机。
[0014]为了使抱压式静力压粧机在使用时，更安全可靠，且加快施工速度，本方法采用抱压式静力压粧机设有辅助架，辅助架上设有钢护筒辅助夹持机构，以配合其下部的主夹持机构，以实现对钢护筒的连续、安全、稳定的下压或上拔。
[0015]本发明积极效果是:
1、本方法克服了采用静力压粧机无法制成静压沉管载体灌注粧的成粧工艺的缺陷，且步骤简洁、容易操作；制成的静压沉管载体灌注粧较复合扩底灌注粧能较大提高粧的承载力，可相对缩短粧长、缩小粧径、减少粧数量，节约材料，尤其在较软弱地基中优势更加明显。
[0016]2、本方法在载体形成过程中采用一次性投放载体需用量的混凝土，克服了其它工法多次、反复投料，施工速度慢、效率低的弊端，在保证载体强度和成粧质量的前提下，能显著缩短工期，给后续工序节约了大量时间，加快了整体施工进度，且显著节省能源，明显减少了静力压粧机动力电的消耗，对于一个大型的施工项目而言，这是一笔较大的成本节约。
[0017]3、采用本方法制成的静压沉管载体灌注粧与传统的载体粧或静压沉管复合扩底粧相比，钢筋笼可根据需要进入载体内部，当钢筋笼长度满足设计锚固要求，在做抗拔粧使用时，其抗拔力有粧身与土体间的摩擦力、载体与土体间的摩擦力及载体上方土对载体的压力三部分组成，其它粧的抗拔力只有粧身与土体间的摩擦力组成。因此能较大地提高抗拔力，同时稳定性也更好。
4、本方法制成的粧的载体形成过程一次投料，且载体全部由与粧身同标号的混凝土组成，与传统的复合扩底粧的扩大头粧端相比，载体的强度更高。
[0018]5、可根据对钢护筒的下压力预判粧的承载力，通过对钢护筒下压力的控制使各单粧承载力基本一致，使建筑物沉降均匀。
[0019]6、此方法在灌注混凝土之前先安装钢筋笼，与先灌注混凝土后压钢筋笼工法相比，空粧部分不需过多超灌混凝土，节约材料。
[0020]7、此工法可穿过人工填土、粘性土、粉土、砂土等，持力层可选择在粉土、砂土、粘性土、砂卵土及全风化岩等土层。因此，此工法可广泛适用于工业与民用建筑中的粧基础及复合地基中的增加体，也可用于高速公路、铁路、港口、码头、机场等工程中的软基处理。尤其对于制作持力层埋深较浅的中短型粧优势更为明显。
[0021 ] 8、采用本方法可制成粧径在300mm—700mm之间的静压沉管载体灌注粧，粧身长度不受机架高度影响；
9、此方法在施工过程中采用静压沉管技术，克服传统载体粧施工带来的噪音、振动等扰民问题，而且无泥浆及弃土排放，符合节能环保的要求，有利于施工现场的文明施工。
[0022]10、通过对钢护筒稍作改进，就可实现粧身异型，进一步提高粧的承载力。
[0023]11、本方法新颖、巧妙、安全、可靠，具有很好的推广应用价值。
【附图说明】
[0024]图1是本发明方法整体步骤流程图；
图2是本发明方法各步骤的示意图；
图3是本发明步骤(3)—(5)仅一次形成的静压沉管载体灌注粧结构示意图；
图4是本发明步骤(3)—(5)重复一次形成的静压沉管载体灌注粧结构示意图；
图5是钢护筒下端的锥形活瓣粧尖闭合状态示意图；
图6是钢护筒下端的锥形活瓣粧尖被箍圈箍紧时的示意图；
图7是雜圈自动脱洛时的不意图；
图8是雜圈的仰视不意图；
图9是形成异形粧的钢护筒(锥形活瓣打开状态)的示意图；
图10是顶压式静力压粧机的示意图。
[0025]附图标记:I一辅助夹持机构2—辅助架3—夹粧箱4一灌注粧粧身5—载体6—挤密土体7—影响土体8—锥形活瓣粧尖9一钢质箍圈10—肋条11一凸起12—机架13一压粧头14一顶压式静压粧机的外管15—顶压式静压粧机的内管。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及具体实施对本发明做进一步详细的描述:
在下面的描述中，只通过说明的方式对本发明的某些示范实施例进行描述，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本工法的精神和范围的情况下，可以用各种不同方式对所述的实施例进行修正或等同替换，因此，附图和描述在本质上只是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
[0027]本发明方法的实施例优选采用抱压式静力压粧机，采用抱压式静力压粧机一个显著优点是:制作的粧身长度不受机架高度的限制。当制做中短型粧时，也可采用图10所示例的顶压式静力压粧机，顶压式静力压粧机采用安装在机架12上部的压粧头13，向下压其内管15、外管14，因此，粧身长度必然受到机架的高度限制，顶压式静力压粧机属现有技术。这里不再详述。
[0028]如图1所示，图1是静压沉管载体灌注粧的整体流程图；下面结合各步骤的示意图2详细说明其过程。
[0029]如图1、图2所示，在步骤(I)中，根据现场情况对场地进行平整、整理，依据设计图纸准确无误的定出各粧位，移动抱压式静力压粧机就位，通过粧机的纵向、横向移动或回转使钢护筒下端的锥形活瓣粧尖中心点与粧位中心对中，利用粧机自身装置，调整粧机水平，调直钢护筒垂直。
[0030]当需要制作的粧身较长(钢护筒长度较长)时，本方法优先采用如图2所示的设有立式辅助架的抱压式静力压粧机，同时该辅助架2上部设有一套用于夹持钢护筒的辅助夹持机构I，属现有技术。抱压式静力压粧机下部设有一可上行或下行一定行程、抱夹钢护筒的主夹持机构——夹粧箱3，辅助夹持机构1、夹粧箱3位于上、下方向同一竖直中心线上，夹粧箱3、辅助夹持机构I工作过程是:夹粧箱3下行下压时，辅助夹持机构I处于松开状态，当夹粧箱3夹钢护筒下行下压完成一个回次时，松钢护筒上行过程中，辅助夹持机构I处于夹钢护筒状态，当夹粧箱3需夹钢护筒下行下压时，辅助夹持机构I又处于松开状态。
[0031]另一方面，当夹粧箱3夹钢护筒上行提升时，辅助夹持机构I处于松开状态，当夹粧箱3夹钢护筒上行提升完成一个回次时，松钢护筒后夹粧箱3下行过程中，辅助夹持机构I处于夹钢护筒状态，当夹粧箱3需夹钢护筒上行提升时，辅助夹持机构I又处于松开状态，周而复始，夹粧箱3、辅助夹持装置I交替工作，一夹一松，一松一夹，可实现连续、稳定、安全的下压或上拔钢护筒。
[0032]如图1、图2所示，在步骤(2)中，按下列顺序进行:①夹钢护筒:通过夹粧箱3将钢护筒夹牢。②压钢护筒:通过夹粧箱3向施以向下的压力，将其下压一个行程。③松钢护筒:操作夹粧箱3将钢护筒松开，提升夹粧箱3，重复上述步骤将此一根钢护筒压入预定的深度一设计标尚。
[0033]钢护筒的底端优先采用图2、图5、图6所示的锥形活瓣粧尖8，锥形活瓣粧尖8与地面土体接触并插入土体后，在土体的反力作用下，其活瓣钢板始终保持闭合状态，受到周围土体挤压越挤越紧，闭合严密，锥形活瓣粧尖8属现有技术，这里不再详述。
[0034]本步骤中，当钢护筒长度较长时，可优先采用前述安装有辅助夹持机构I的抱压式静力压粧机，可连续、安全将钢护筒压入预定深度。
[0035]如图1、图2所示，在步骤(3)中，开启吊车吊臂，吊臂将装有形成载体需用量混凝土的料斗吊装钢护筒管上方，打开阀门，载体需用量混凝土自动落入钢护筒。载体需用量混凝土值是根据持力层土质及单粧承载力确定，所属技术领域技术人员均知晓、均能实现，这里不再详述。
[0036]如图1、图2所示，在步骤(4)中，操作夹粧箱3将钢护筒夹牢，开启提升系统，将钢护筒下端的锥形粧尖露出地面，在提升(上拔)过程中，如图7所示，由于混凝土重力作用，使得锥形活瓣粧尖8的活瓣钢板自动张开，于是，载体的混凝土自动落入由于钢护筒的提升而形成的空间内。
[0037]如图1、图2所示，在步骤(5)中，载体混凝土全部落入空腔内，落入速度很快，一般5秒一 I分钟，必要时，可启用振动器加速混凝土落入。
[0038]此时，若将带锥形活瓣粧尖8的钢护筒下压，在空腔内或遇到未压实的混凝土，锥形活瓣粧尖8的活瓣钢板会发生闭合不严，混凝土会进入钢护筒内，影响下一步的下压效果。因此，要采用措施合拢锥形活瓣粧尖8，如采用合拢装置，合拢装置可采用钢质箍圈9，钢质箍圈9的圆周方向均匀固定连接有四个肋条10，如图6、8所示，钢质箍圈9合拢粧尖过程是:将钢质箍圈9平稳的放在粧孔上面，使钢质箍圈9的中心与粧孔中心重合，下放钢护筒，使锥形活瓣粧尖8进入钢质箍圈9内，随着钢护筒的下放，在钢质箍圈9的约束下锥形活瓣粧尖将被自动合拢。采用静力压粧机下压外管连同内管，使下压力及标高达到预定值，通过观测仪表及测量就可得知下压力、标高是否达到预定值，预定值指工程设计值。以压实载体混凝土形成扩大的载体，同时形成的混凝土载体也会挤密载体周围的土体。
[0039]如图6、7、8所示，灌注完混凝土上拔钢护筒时，由于活瓣粧尖为锥形，上大下小，在上拔的过程中，钢质箍圈9会自动脱落，留在载体混凝土之中。
[0040]除此之外，合拢锥形活瓣粧尖、自动解除其合拢还可采用其它的措施、装置，所属技术领域技术人员知晓，这里不再详述。
[0041 ]如图1、图2所示，自动解除对所述粧尖的合拢之后，在步骤(6)中，从下面两个并列的子步骤选择其一:(I)若形成钢筋混凝土粧:如图1步骤(6—a)所示，首先用吊车吊起钢筋笼，平稳的放入钢护筒内，经测量使钢筋笼达到标高，做好记录，如图2步骤(6—b)所示，然后用吊车吊臂吊起装有粧身混凝土的料斗放至钢护筒上口，打开料斗阀门，一定量的粧身混凝土自动落入钢护筒内，粧身混凝土的灌注量达到设计要求即可，灌注量的计算所属技术领域技术人员均可实现；(2)若形成复合地基中的增强体:直接注入粧身混凝土:用吊车吊臂吊起装有混凝土的料斗至钢护筒上口，打开料斗阀门，一定量的粧身混凝土自动落入钢护筒内，粧身混凝土的灌注量达到设计要求即可，灌注量的计算所属技术领域技术人员均可实现。
[0042]在步骤(6)粧身混凝土灌注完毕，开始步骤(7)按照下列分步骤进行:①夹钢护筒:操作夹粧箱3将钢护筒夹牢。②拔钢护筒:启动液压油缸施以向上的推力，将钢护筒拔出一个行程。③松钢护筒:操作夹粧箱3将钢护筒松开，下落夹粧箱3 ο在②拔钢护筒之前，先开启振动器，开启振动器的振动时间30秒左右，而后边上拔边振动，重复上述步骤，将钢护筒拔出至地面，即钢护筒的下端粧尖完全露出地面，成粧，移机，准备施工下一根粧。
[0043]本步骤中，当钢护筒长度较长时，可优先采用上述安装有钢护筒辅助夹持机构I的抱压式静力压粧机，可实现连续、安全上拔钢护筒。
[0044]如图3所示，通过本发明方法制成的一次投料载体灌注粧的结构示意图:其中4是灌注粧粧身，5是载体，6是挤密土体，7是影响土体。
[0045]在实际应用中，还有一些很少的特殊情形，比如地质土层较软，或设计单粧承载力较高时，在步骤(5)过程中，当步骤(5)过程中所述标高达到设计标高时，所述实际下压力却一直达不到预定压力值，此时返回步骤(3)，将步骤(3)—(5)重复一次之后，以形成符合要求的载体，然后进行步骤(6)—(7)，如图4所示就是通过该方法制成的二次投料载体灌注粧的结构示意图:其中4是灌注粧粧身，5是载体，6是挤密土体，7是影响土体。
[0046]如图9所示，在钢护筒的下端外壁圆周面上焊接有4个等间隔的凸起11，凸起11为铁块，各所述凸起9也可为非等间隔的，凸起11可为一行，也可以是多行，凸起11数量至少为两个，各凸起11的高度可不一样，可根据需要调整。采用这种方法可制做异型粧，虽简易，但提高粧的承载力的效果甚好。
[0047]下面给出按本发明方法在不同地质条件的施工试验实例(保密试验状态):
案例一:
某工地一:原设计粧径为500mm的复合扩底灌注粧，其粧长设计为20米，单粧承载力特征值1800KN，以第9层砂为持力层。抗拔粧粧径500mm，粧长12m，抗拔力450KN。经过方案优化，采用本发明方法制成的静压沉管载体灌注粧，以第6层砂为持力层，粧径500mm，粧长15米，试粧单粧承载力特征值2100KN，设计使用1800KN，抗拔粧粧长、粧径不变，试粧抗拔力为1000KN，设计使用850KN，施工完毕，经有资质的检测单位检测，两种粧全部满足设计要求，承载力特征值较复合扩底灌注粧有较大提高。总计1854根粧，用一台山河智能装备股份有限公司的ZYJ1000F静力沉管灌注粧机施工，平均每1.5小时施工一根粧，施工工期110日历天。如果用传统的静压沉管复合扩底灌注粧工法施工，施工一根粧约3小时左右，功效将降低50%，工期约200天左右，工人工资也将超支一倍。
[0048]案例二:
某工地二:原设计粧径为400mm的预制管粧，粧长设计为18米，单粧承载力特征值1000KN，以第6层砂为持力层。经过方案优化，采用静压沉管载体灌注粧，以第6层砂为持力层，粧径600mm，粧长18米，试粧单粧承载力特征值3000KN，承载力特征值较原预制管粧有显著提高，是原预制管粧的三倍，设计使用为2800KN。基础结构由筏板结构改为承台结构，节约投资50%左右。±0.000以下基础部分施工工期与原预制管粧粧基础施工工期基本一致，如果采用传统的载体粧工法或静压沉管扩底粧工法施工，±0.000以下基础部分施工工期将会延长30%左右。
[0049]上述表达的图形、说明，仅为本发明的几种较佳实施例而已，并非是对本发明的保护范围进行限制，对本领域技术人员而言，在不脱离本发明精神和保护范围的前提下，本发明很有可能会有变化和改进，这些变化和改进都应落入要求保护的本发明权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种静压沉管载体灌注粧的单护筒施工方法，包括步骤:(I)清理施工现场，测量放线，移动静力压粧机到工位； 其特征在于:还包括以下步骤:(2)采用静力压粧机对一根下端带有锥形活瓣粧尖的钢护筒压至设计标高； (3)向钢护筒内一次投入载体需用量的混凝土，载体混凝土的数量根据持力层土质及单粧承载力确定； (4)采用静力压粧机将钢护筒上拔直至其下端的粧尖露出地面，投入的载体混凝土自动充填至因该钢护筒上拔而形成的空间内； (5)合拢钢护筒下端的锥形活瓣粧尖，采用静力压粧机下压钢护筒，使下压力及标高达到预定的数值，以压实载体混凝土形成扩大的载体； (6)自动解除对所述粧尖的合拢，向钢护筒内灌注粧身混凝土或者先安放钢筋笼至钢护筒内，然后向钢护筒内灌注粧身混凝土 ； (7)采用静力压粧机边振动钢护筒边将钢护筒拔出至地面，完成一根粧的制作。2.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注粧的单护筒施工方法，其特征在于:在步骤(5)的过程中，当所述标高达到设计标高时，所述下压力却达不到预定压力值，此时返回步骤(3)，将步骤(3)—(5)重复一次之后，再进行步骤(5)之后各步骤。3.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注粧的单护筒施工方法，其特征在于:通过在所述钢护筒下端外壁上连接至少两个间隔距离的凸起的方法，以形成异型粧。4.根据权利要求1所述的一种静压沉管载体灌注粧的单护筒施工方法，其特征在于:本方法中所使用静力压粧机为抱压式静力压粧机。5.根据权利要求4所述的一种静压沉管载体灌注粧的单护筒施工方法，其特征在于:本方法采用的抱压式静力压粧机设有辅助架，辅助架上设有钢护筒辅助夹持机构，以配合其下部的主夹持机构，以实现对钢护筒连续、安全、稳定的下压或上拔。
【文档编号】E02D5/66GK105887812SQ201610275403
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】邰臣召, 朱龙, 崔啟刚, 夏有斌, 夏猛, 陈明军, 孙绵红, 胡崇良, 董华东, 乔云霞, 朱丹, 郭敏, 朱宋远
【申请人】朱龙