专利名称：桩基试验用双套管及其施工工艺方法
技术领域：
本发明涉及建筑基坑开挖前桩基的施工，尤其涉及一种桩基试验用双 套管及其施工工艺方法。
背景技术：
随着我国城市建设日新月异的发展，城市中进行着越来越多的地下建 设工程，诸如高层建筑的多层地下室、地下停车库、地下商场以及地下轨 道交通、越江隧道等地下工程，由此产生了大量的基坑工程，典型的基坑 工程是一个由地面向下开挖的地下空间。
在基坑开挖前，为了准确测试坑底以下永久桩基的单桩抗压或抗拔极 限承载力， 一般采用以下两种试验方法①桩基试验过程中不考虑基坑开 挖面以上水土对单桩极限承载力的影响，测得试验单桩承载力后再对其进 行技术修正(主要减去基坑开挖面以上的水土对桩身产生的侧向摩阻力)， 最终获得坑底以下永久桩基的极限承载力。然而由于现有测试技术的限制， 无法准确测试出开挖面以上水土对桩身产生的侧向摩阻力，所以此方法经 技术修正后获得的桩基极限承载力数值可靠性较差，对桩基的设计优化及 修正不具备良好的参考价值；②在钻孔灌注桩施工时，采用双钢套管将桩
身与基坑内周边水土进行完全隔离，这样能够相对有效地消除基坑开挖面 以上水土的侧向摩阻力对单桩承载力测试结果的影响，从而保证试验结果 的准确性。
上述桩基施工第②种采用双套管工艺的试验方案为预先将采用钢管制造的内外套管分段加工好；第一步先进行外钢套管的沉放，当桩孔钻进 至设计标高后，用2台吊装设备将外钢套管管段采用抬吊方式吊装沉放入 桩孔，随后在桩孔孔口处现场分段焊接钢管段，将外钢套管接长至使用长 度并逐步沉放至设计深度；外钢套管完成沉放后，第二步再以同样的方式 进行内钢套管的抬吊吊装、分段接长焊接，并缓慢将其沉放于外钢套管内 至设计深度。
现有的双套管工艺在浇注桩身砼前采用双层钢套管将桩身和基坑内周 边水土进行了隔离，因而能够基本上消除了基坑内开挖面以上水土对单桩 承载力测试结果的影响，保证试验可以直接测得较准确的单桩承载力。然 而现有的双套管工艺采用钢管作为内外套管，同时结构也较为简单，因此 导致其存在着如下缺陷
1、 由于采用钢管，所以内外套管装置自重大，不仅需要大型的吊装设 备，而且吊装困难、抬吊操作要求高、风险大。
2、 钢管与周边土体的摩擦系数较大，因而内外套管与周边土体之间仍 然存在较大的侧向摩擦阻力，所以无法彻底消除基坑内开挖面以上水土对 单桩承载力测试结果的影响，无法保证试验结果的精确性。
3、 由于内外套管之间存在有较大的间隙，所以容易灌入大量水土及浆 液，导致内外套管间的相对摩擦力增大，从而影响单桩承载力试验结果的 准确性及可靠性。
4、 双层钢套管需要在桩孔孔口现场进行焊接拼长，因此吊装操作困难、 焊接工序复杂、安全性低，而且整个吊装焊接和沉放埋设内外钢套管的施 工用时较长。5、现有内套管的限位装置简易且操作困难，不能进行环向限位，而且 现场吊装拼接和沉放内外钢套管时对位困难，因此导致内外套管的同心度 及垂直度偏差较大，桩身的垂直度难以保证，这势必影响极限承载力试验 结果的准确性，尤其当桩基抗压时，其受力表现为偏心受压，试验的准确 性和可靠性就更难以得到保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有桩基试验用双套管在施工过程 中的缺陷，提供一种桩基试验用双套管，其具有重量轻、强度高、表面光 洁、摩擦系数小的优点，同时能够有效防止水土和浆液充盈内外套管之间 的空腔，实现内外套管间的环向紧密限位，从而在桩基承载试验中，彻底 消除基坑内开挖面以上水土的侧向摩擦阻力对单桩承载力测试结果的影 响，以提高试验结果的精确性；本发明还提供一种该桩基试验用双套管的 施工方法，其吊装简单、操作安全、施工期短，能够很好地控制内外套管 的同心度和沉放垂直度，确保桩基试验结果的可靠性和准确性。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下
一种桩基试验用双套管，包括内套管和外套管，该内套管同心套置于 外套管的管腔内，所述内套管和外套管均用玻璃钢夹砂管制成，该内套管 的外壁表面沿轴向设置有若干密封限位凹槽，该密封限位凹槽中嵌有"O" 型橡胶圈，该"O，，型橡胶圈外沿与外套管内壁之间的间隙为3mm士 lmm。
本发明所述的桩基试验用双套管，其若干密封限位凹槽沿内套管的外 壁表面等间距分布；所述内套管和外套管由分别加工好的管段整体连接而 成，内套管下端低于外套管下端50cm，内套管上端高于外套管上端30cm。一种采用上述桩基试验用双套管的施工方法，其按照下列步骤进行施
工
(1 )将预先加工好的内套管和外套管管段分段运送至桩基施工现场， 该内套管和外套管均用玻璃钢夹砂管制成，内套管的外壁表面沿轴向等间 距分布有若干密封限位凹槽；
(2) 将与密封限位凹槽相匹配的"O"型橡胶圈安装嵌置于密封限位 凹槽内；
(3) 在地面上采用多层碳纤维和高强度粘结胶将内套管和外套管各管 段连接至所需长度；
(4) 用外套管管径所需的大成孔钻具钻孔至设计深度后，将接好的外 套管缓慢沉入孔内就位；
(5) 用内套管管径所需的小成孔钻具钻孔至桩基最终成孔，并利用专 有扩孔设备，将桩底扩孔至设计要求后取出钻具，将接好的内套管缓慢沉 入位于外套管内的成孔中，并且保证内套管上"O"型橡胶圈外沿与外套管内 壁之间的间隙为3mm± lmm，该内套管的下端嵌入外套管底部以下的土层 内且低于外套管下端50cm，内套管的上端高于外套管上端30cm;
(6) 沉放钢筋笼到位，在二次清孔后浇注桩身砼。
该方法步骤(3)中连接内套管和外套管管段时，采用套管内壁4道、 套管外壁9道的碳纤维修复加强缠绕方式，保证接头处对接强度不低于管 材本身强度。
与现有技术相比较，本发明所述桩基试验用双套管采用玻璃钢夹砂管 替代钢管作为管材，玻璃钢夹砂管重量轻、强度高且环向及纵向刚度好，因而运输和吊装方便、施工操作安全，同时其表面光洁度良好，大大减小 了双套管与周边土体的侧向摩擦阻力。另外，所述桩基试验用双套管在内
外套管之间设置有嵌入密封限位凹槽的"o"型橡胶圈，而且该"o"型橡胶圈
外沿与外套管内壁的间隙很小，从而不仅能够有效地防止基坑内水土侵入 内外套管间的空腔，最大程度地减小内外套管间的环向摩擦力，进一步消 除水土对单桩承载力测试结果的影响，而且还实现了内外套管间的基本无 间隙，在内套管吊装及沉放过程中能够发挥紧密限位和良好的垂直导向作 用，确保内外套管的同心度和垂直度，使桩身具有较好的垂直度，在抗压 或抗拔等受力状态下，避免出现偏心受力情况，保证了桩基试验结果的可 靠性和准确性。此外，本发明所述的桩基试验用双套管施工方法运用多层 碳纤维修复加强技术在地面上对玻璃钢夹砂双套管管段进行对接粘结，因 而不仅能够达到表面光洁、减少侧向摩擦阻力的效果，而且还能够有效保 证管段的同心度，从而使套管在沉放时能够顺利下放到位，以保证桩身的
垂直度。
综上所述，本发明首次将重量轻、表面光洁、具有良好机械性能的玻 璃钢夹砂管用作桩基试验用双套管，并且在内外套管间设置了减小间隙的
"o"型橡胶圈以构成内外套管间的导向及限位，与此同时在施工工艺中采用
了多层碳纤维粘结修复加强技术在地面上进行管段整体对接，因此不仅有 效地减小了内外套管间的摩擦阻力和外套管与周边土体间的侧向摩擦阻 力，而且实现了内外套管间的基本无间隙及环向紧密限位，保证了沉放过 程中内外套管的同心度和垂直度，从而达到了彻底消除基坑内开挖面以上 水土摩阻力对单桩承载力测试结果的影响、保证试验结果的准确性及可靠性的有益效果，使桩基承载力试验技术实现了实质性的突破。
总之，本发明所述桩基试验用双套管具有重量轻、强度高、表面光洁、 摩擦小的优点，其施工方法吊装简单、操作安全、施工期短，能够提高桩 基试验结果的可靠性和准确性，因而适用于各种基坑的桩基承载力试验。
图l为本发明的结构示意图。 图2为图1中A-A的剖视图。 图3为图1中B处的局部放大图。
具体实施例方式
现结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 首先请结合参阅图1和图2本发明的结构示意图，图示桩基试验用双 套管包括内套管1和外套管2，该内套管1套置于外套管2的管腔内并且与 外套管2同心，该内套管1和外套管2均用玻璃钢夹砂管制成，因而其重 量轻、表面光洁、摩擦系数小，并且具有强度高、环向及纵向刚度好等优 良的机械性能，因此能够达到运输和吊装方便、施工操作安全、大大减小 双套管与周边土体间侧向摩擦阻力的有益效果。由于受目前玻璃钢管生产 工艺的限制以及便于运输的考虑，所述内套管1和外套管2由分别加工好 的管段整体连接而成，即预先将内外套管1和2加工成若干管段，然后运 送到施工现场后再采用多层碳纤维修复加强技术粘合连接起来。
再请结合参阅图3，所述内套管1的外壁表面沿轴向分布有若干凸起环 11，每一凸起环11的外周设置有环状的密封限位凹槽12，该密封限位凹槽 12中嵌有"O"型橡胶圈3,本实施例中，该若干凸起环11和密封限位凹槽12沿内套管1的外壁表面等间距分布。该"O"型橡胶圈3外沿与外套管2 内壁之间的间隙很小，仅为3mm士lmm，这不仅可以有效地防止基坑内水 土侵入内外套管1和2之间的空腔，最大程度地减小内外套管1和2之间 的环向摩擦力，而且还能够避免内套管吊放沉降、钢筋笼下放以及桩身混 凝土浇注过程中的倾斜，发挥良好的内外套管1和2之间的紧密限位及垂 直导向作用。当吊放沉降完成后，所述内套管的下端低于外套管下端50cm， 内套管的上端高于外套管上端30cm。
下面结合
采用上述桩基试验用双套管进行施工的方法，请参 阅图l，该方法按照下列步骤依次进行施工
(1) 将预先加工好的内套管1和外套管2管段分段运送至桩基施工现 场，该内套管1和外套管2均用玻璃钢夹砂管制成，内套管1的外壁表面 沿轴向等间距分布有若干环状的密封限位凹槽12。本实施例中，内套管1 内径为0800 ( ^900) mm，外套管2内径为01000 ( 01100) mm，两套 管1和2的壁厚均不大于25mm。
(2) 将与密封限位凹槽12相匹配的"O"型橡胶圈3安装嵌置于密封 限位凹槽12内。
(3) 在地面上采用多层碳纤维和高强度粘结胶将内套管1和外套管2 各管段连接起来，套管的连接根据实际情况达到设计所需的使用长度。连 接在地面上进行能够保证各管段粘结的同心度，从而使套管1和2顺利沉 放到位，以保证桩身的垂直度。接头连接采用碳纤维修复补强技术，采用 套管内壁4道、套管外壁9道的缠绕方式形成接头4，该接头4不仅表面光 滑，而且对接强度高于玻璃钢夹砂管本身，从而保持了整体套管的刚度和低摩擦系数。内套管1和外套管2的管间接头4相互错开，相对错开间距 不小于2D (D为外套管2的管径)，以保证内外管材接头的强度。
(4) 在桩基成孔时，先用外套管管径所需的大成孔的大直径钻具钻孔 到设计深度，然后将接头4经充分固化后粘结强度达到吊装要求的对接好 的外套管2用两台设备进行抬吊，再使用1台35吨履带吊车平稳行走至孔 位前，将之缓慢沉入孔内就位，沉放时应遵守如下原则导向稳定、垂直 下放、准确定位、减少桩侧土体的扰动。
(5) 待外套管2沉放就位后，用内套管管径所需的小成孔钻具钻出桩 基最终成孔，并利用专有扩孔设备，将桩底扩孔至设计要求后取出钻具； 然后采用步骤(4)所述的同样方法且本着同样原则，将接好的内套管1缓 慢沉入位于外套管2内的成孔中，并且保证内套管1上"O"型橡胶圈3的外 沿与外套管2内壁之间的间隙为3mm士 lmm;沉放结束时，该内套管1的 下端应嵌入外套管2底部以下的土层内，并且低于外套管2下端50cm，同 时内套管1的上端应高于外套管上端30cm，其目的是在桩基测试时作为内 套管1抗拔或抗压试验时累计沉降用，以保证内套管1产生相对沉降时外 套管2保持静止，避免外套管2产生垂直位移导致单桩承载力的增大。
(6) 待内外套管1和2沉放完成后，再吊装和沉放桩身的钢筋笼，吊 放时要防止钢筋笼冲击破坏内套管1，钢筋笼沉放到位后，在二次清孔后连 续浇注桩身砼，完成桩基双套管的施工。
权利要求
1、一种桩基试验用双套管，包括内套管和外套管，该内套管同心套置于外套管的管腔内，其特征在于所述内套管和外套管均用玻璃钢夹砂管制成，该内套管的外壁表面沿轴向设置有若干密封限位凹槽，该密封限位凹槽中嵌有“O”型橡胶圈，该“O”型橡胶圈外沿与外套管内壁之间的间隙为3mm±1mm。
2、 根据权利要求1所述的桩基试验用双套管，其特征在于所述内 套管和外套管由分别加工好的管段整体连接而成。
3、 根据权利要求2所述的桩基试验用双套管，其特征在于所述若 干密封限位凹槽沿内套管的外壁表面等间距分布。
4、 根据权利要求3所述的桩基试验用双套管，其特征在于所述内套管下端低于外套管下端50cm，内套管上端高于外套管上端30cm。
5、 一种采用权利要求4所述的桩基试验用双套管的施工方法，其特 征在于按照下列步骤进行施工-(1) 将预先加工好的内套管和外套管管段分段运送至桩基施工现场， 该内套管和外套管均用玻璃钢夹砂管制成，内套管的外壁表面沿轴向等间 距分布有若干密封限位凹槽；(2) 将与密封限位凹槽相匹配的"0"型橡胶圈安装嵌置于密封限 位凹槽内；(3) 在地面上采用多层碳纤维和高强度粘结胶将内套管和外套管各 管段连接至设计所需长度；(4) 用外套管管径所需的大成孔钻具钻孔至设计深度后，将接好的外套管缓慢沉入孔内就位；(5) 用内套管管径所需的小成孔钻具钻孔至桩基最终成孔，并利用 专有扩孔设备，将桩底扩孔至设计要求后取出钻具，将接好的内套管缓慢 沉入位于外套管内的成孔中，并且保证内套管上"O"型橡胶圈外沿与外套 管内壁之间的间隙为3mm± lmm，该内套管的下端嵌入外套管底部以下 的土层内且低于外套管下端50cm，内套管的上端高于外套管上端30cm;(6) 沉放钢筋笼到位，在二次清孔后浇注桩身砼。
6、根据权利要求5所述的桩基试验用双套管的施工方法，其特征在 于所述步骤(3)中连接内套管和外套管管段时，采用套管内壁4道、 套管外壁9道的碳纤维修复加强缠绕方式，保证接头处对接强度不低于管 材本身强度。
全文摘要
本发明公开了一种桩基试验用双套管，其包括内套管和外套管，该内套管同心套置于外套管的管腔内，所述内套管和外套管均采用玻璃钢夹砂管制成，该内套管的外壁表面沿轴向设置有若干密封限位凹槽，该密封限位凹槽中嵌有“O”型橡胶圈，该“O”型橡胶圈外沿与外套管内壁之间的间隙为3mm±1mm；本发明还公开了上述桩基试验用双套管的施工方法，其运用碳纤维修复加强技术在地面上对玻璃钢夹砂双套管管段进行多接头整体对接粘结。本发明具有重量轻、强度高、表面光洁、管壁与土体间摩阻力小以及施工简单、操作安全、施工期短等优点，能够显著提高桩基试验结果的可靠性和准确性，适用于各种基坑的桩基承载力试验。
文档编号E02D33/00GK101545270SQ20091004951
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者兴 刘, 刘振翼, 李福清, 祺 王, 王寿鹤, 王臻华, 陈敏鸣 申请人:上海隧道工程股份有限公司