专利名称：大直径现浇薄壁混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大直径现浇薄壁混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器，尤其适用于各类软弱土、回填土、夹砂层土的复合桩地基处理及提坝、挡墙和基坑支护结构中。
背景技术：
目前，在处理各类软弱土、回填土、夹砂层土的桩基施工中，传统的大直径现浇混凝土桩施工方法是先将单钢护筒打入或压入土中，再通过冲孔、挖掘或螺旋钻取土，这种施工方法在成孔过程中需要排出大量的泥土，不仅工程量大、给现场区域环境带来污染，而且在二次清淤运输中再次污染了环境。同样，在浇注桩体时需用到大量的混凝土，不但耗时又费工，还加大了工程费用。目前国家发明专利中公开了一种“埋于软地基的混凝土筒体的施工方法及压入式一次成孔器”的技术工艺，专利号为ZL98113070. 4。该专利的施工原理为一次性将内外护筒上端固定在法兰盘连接体上，再固定连接上电动振动锤为一整体，内外钢护筒下端支撑在预制环形桩靴上，并通过专用打桩架和设备系统共同施压，使成孔器一次性压入土中的一种施工方法。这种施工工艺在实际施工过程中除具有的优点外，还存在特有的缺陷1、若要在薄壁桩内放入钢筋笼，必须在施压前先把成孔器提升过钢筋笼的长度， 再把钢筋笼从内外钢护筒下端拉升到钢护筒薄壁内腔中(此时钢筋笼容易受损)并固定好后，再按施工流程放低成孔器、定位、压进环形桩靴，最后进行施压入土。这个施工环节大大增加了施工强度和难度，也增加了设备成本费用。2、由于成孔器内外钢护筒上下端均为统一体被压入土中，在入土过程中需同时克服内外钢护筒壁上的摩阻力和桩端反力，就需用笨重和大功率的桩机设备配套，造成设备自重加大和成本费用增高。3、由于成孔器内外钢护筒上端为固定连接，通过浇筑入口浇筑的混凝土，不能直接观察到已浇筑混凝土的顶面，需要在拔管过程，空中二次加入混凝土，实际操作中往往是加多了混凝土。这个环节除混凝土用量增加外，也大大增加了施工强度和难度。4、由于整套桩机上设备总自重为100T应力较集中，要求施工场地具有一定的承载力度；机架平台占用面积大(12mX23m)有些场地受限。5、由于整套桩机设备庞大笨重，移动缓慢增加了施工工期，若跨越两个相邻工区， 又需拆机和安装桩机均需再增加20天的工夫，耗时耗力施工成本又增加。为了克服上述传统方法和专利ZL98113070. 4工艺在施工过程中存在的不足，避免钢筋笼容易受损、减少施工强度和难度、节约混凝土量、降低钢护筒入土摩阻力、降低设备自重、缩短施工周期、避免二次清淤运输的污染、提高施工效率、降低成本费用、适应不同土层和场地施工，便成为本专利技术方案要解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种绿色环保、节能减排、施工方便快捷、直观、适应性强、功能多的大直径现浇薄壁混凝土复合桩施工方法及配套的专用成孔器。为实现该技术目的，本发明的方案是一种大直径现浇薄壁混凝土复合桩的施工方法，包括如下步骤a、先将外钢护筒置于桩位上定位并临时固定；将中高频振动锤通过专用夹具夹持于外钢护筒顶端，启动振动锤将该外钢护筒沉入到土层设计标高处；松开夹头并移开振动锤和夹具；b、再把内钢护筒置于已沉到位外钢护筒桩位的中间位置。向外打开铰接于内钢护筒底端的特定咬合钢活瓣环型板，该咬合钢活瓣环型板的径向外环边缘近贴于外钢筒内壁并保持咬合钢活瓣板可上下灵活滑动；将中高频振动锤通过专用夹具夹持于内钢护筒顶端，启动振动锤将内钢护筒连同咬合钢活瓣环型板沿外钢护筒内壁滑沉到土层设计标高处；C、从外钢护筒上部连有混凝土灌入口处以及内外钢护筒间的上端空隙处，向内外钢护筒间的空腔处灌注混凝土。d、混凝土灌注完后，先振拔出内钢护筒和咬合钢活瓣板，然后再振拔出外钢护筒。作为本专利进一步具体，在步骤b之后，需要先将已制作好的钢筋笼吊放到内外钢护筒间的空腔内并定位，再继续步骤c。作为本专利进一步具体，在所述步骤d中，还需进行内腔原状土排水、注浆和压实压密步骤，通过预埋于内钢护筒上的真空排水系统对内腔原状土实施真空排水；通过预埋于内钢护筒上的高压注浆系统对内腔原状土实施高压注浆；将中高频振动锤通过专用夹具夹持住压土板装置，启动振动锤将内腔原状土压沉压密。作为本专利进一步具体，所述步骤d后，待已浇筑完后的薄壁混凝土强度达到 75 %时，将把内腔原状土取出，形成薄壁混凝土空腔柱。一种用于实现如权利要求1、2所述施工方法的专用成孔器，包括中高频振动锤和专用夹具装置、外钢护筒、内钢护筒，其特征在于所述内钢护筒的底端铰接有一圈多片咬合钢活瓣环型板，该咬合钢活瓣环型板的径向外环边缘近贴于外钢筒内壁并保持钢活瓣板可上下灵活滑动；所述中高频振动锤装置均通过专用夹具夹头与内外钢护筒夹持、松开连接；所述外钢护筒的上部设置有混凝土灌入口。作为本专利进一步具体，所述外钢护筒顶端设置有多个隔离块与内钢护筒隔离。作为本专利进一步具体，所述内钢护筒的内壁上还设置有真空排水系统。作为本专利进一步具体，所述内钢护筒的内壁上还设置有高压注浆系统。作为本专利进一步具体，还包括压土板，该板的形状大小与内钢护筒的横截面匹配，可与中高频振动锤装置通过专用夹具夹头与压土板装置夹持、松开连接。本发明的方案可减少施工强度和难度、节约混凝土量、降低钢护筒入土摩阻力、降低设备自重、缩短施工周期、避免二次清淤运输的污染、提高施工效率、降低施工成本费用、 适应不同土层和场地施工；还能有效避免钢筋笼容易受损。
图1为本发明的完整综合工艺原理示意图。图2为本发明的外钢护筒沉入到土层设计标高位的示意图。
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图3为本发明的内钢护筒沉入到土层设计标高位的示意图。图4为本发明的特定咬合钢活瓣环形组合板的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明技术做进一步详细说明如图1、2、3、4所示，本发明提供的是一种通过带有液压(电动)振动锤1、法兰盘 2、专用夹具滑槽横梁3、移动伸缩夹头4设备组成的专用夹具联合体，依次分别对外钢护筒 6和内钢护筒7及内钢护筒底端带有特定多片咬合钢活瓣10组成的适应多角度外开型的环形板进行实施振压入土及振拔出管的操作施工工艺。外钢护筒6和内钢护筒7是依靠外钢护筒6顶端的多个钢护筒隔离块13和内钢护筒7底端带有铰接轴9和多片咬合钢活瓣外开型的环形板10协同作用构成的薄壁空腔。 在施工时，先把外钢护筒6振压入土，然后再把带有咬合钢活瓣环形板10的内钢护筒7 — 同振压入土，使外钢护筒6和内钢护筒7间的薄壁土体推向内腔中，并推进挤密原状土。在施工时，先把钢筋笼由上往下吊入到外钢护筒6和内钢护筒7间的薄壁空腔中后，再从连接于外钢护筒6上部的混凝土灌注入口处5浇筑混凝土，通过薄壁腔上端可直观看到浇筑的混凝土面。钢护筒顶端夹持紧的专用夹具联合体可方便施力和移除。这样，既方便施工，又可保证施工质量和速度。本发明的方案可以兼顾到多功能、多用处的大直径现浇薄壁混凝土复合桩的需求。对内钢护筒7腔内的原状土可采用连接于内钢护筒7壁上的真空排水系统12进行主动排水、可采用连接于内钢护筒7壁上的高压注浆系统11进行注浆，可采用匹配于内钢护筒7上的压土板装置14进行压土挤密排水。以上方法综合使用可大大改良管腔内原状土的物理力学性质，大大提高原状土的抗压、抗剪模量，进而提高了原状土的地基承载力和抗剪能力。把大直径现浇薄壁混凝土桩和管腔内改良后原状土柱混为一整体，就形成具有多样功能的大直径现浇薄壁混凝土复合桩。本实施例中的的专用成孔器主要为五部分组成第一部分为带有液压(电动)振动锤1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4设备的联合体组成；第二部分为两个不同直径、不同长度、不同壁厚的内7外6钢护筒组成；第三部分为铰接于内钢护筒底端特定多片咬合钢活瓣10组成的适应不同角度的外开型环形板；第四部分为固定于内钢护筒内壁上的一组高压注浆系统11和一组真空排水系统12组成；第五部分为匹配于内钢护筒内腔中的压土板装置14。在成孔过程中放于外钢护筒顶端的隔离块13把内外钢护筒分开并保持相对稳定距尚。在实际施工中，本发明的施工方法具体采用如下步骤—、按照图2的示意，由吊机先把外钢护筒6吊到指定的桩位上定位，再由带有伸缩臂的挖机临时固定，用吊有液压(电动)振动锤1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4，夹持紧外钢护筒6顶端，启动液压(电动)振动锤1，使外钢护筒6快速沉到土层设计施工标高处，松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤；二、按照图3的示意，由吊机再把内钢护筒7吊到已沉到位的外钢护筒6桩位上定位，打开外开型咬合钢活瓣环形组合板(如图4所示)，再由带有伸缩臂的挖机临时固定，再用吊有液压(电动)振动锤1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4，夹持紧内钢护筒7顶端，先靠重力下沉一小段内钢护筒入土，此时再把钢护筒隔离块13放好于外钢护筒6顶部指定位置。启动液压(电动)振动锤1，使内钢护筒7和咬合钢活瓣环形板桩靴10快速沿着外钢护筒内壁沉到土层设计施工标高处，松开夹具夹头4，移开液压(电动)振动锤；三、把已制作好的钢筋笼吊放到已成好孔的薄壁内腔中，钢筋笼定位检查完成后， 可从外钢护筒上部连有混凝土灌入口处5浇注混凝土。混凝土浇注完成后，用吊有液压(电动)振动锤1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4，夹持紧压土板14顶端，启动液压(电动)振动锤1，通过压土板装置14使内钢护筒7中的土柱土快速压沉压密排水，同时启动内钢护筒壁7上的真空排水系统12抽水。完成后，吊开液压(电动)振动锤1，放下压土板装置14， 松开夹具夹头4，再重新移动液压(电动)振动锤1夹紧内钢护筒7顶端，先振动5秒钟后， 开始慢拔内钢护筒7，查看薄壁腔内已浇的混凝土够不够量，不够就添加混凝土至设计施工标高处。内钢护筒7拔出后，直接吊到下一流程已沉到位的外钢护筒6桩位上定位。具体实施方法和结果1)放钢筋笼的大直径现浇薄壁混凝土复合桩类型在完成了上述专利技术施工方案中一、二步骤后，可把已制作好的钢筋笼吊放到已成好孔的薄壁内腔中，钢筋笼定位检查完成后，可从外钢护筒上部连有混凝土灌入口处5 浇注混凝土。混凝土浇注完成后，用吊有液压(电动)振动锤1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4，夹紧压土板装置14顶端，启动液压(电动)振动锤1，通过压土板14使内钢护筒7 中的土柱土快速压沉压密，同时启动内钢护筒壁7上的真空排水系统12抽水。完成后，吊开液压(电动)振动锤1，放下压土板装置14，松开夹具夹头4，再重新移动液压(电动)振动锤1夹紧内钢护筒7顶端，先振动5秒钟后，开始慢拔内钢护筒7，查看薄壁腔内已浇的混凝土够不够量，不够就添加混凝土至设计施工标高处。内钢护筒7拔出后，直接吊到下一流程已沉到位的外钢护筒6桩位上定位，并重复上述专利技术施工方案中二、步骤。回过头来，才把前步骤中外钢护筒6慢速拔出，直接吊到下一流程，继续重复完成上述专利技术施工方案中一、步骤。2)现浇薄壁素混凝土复合桩类型在完成了上述专利技术施工方案中一、二步骤并检查完成后，可直接从外钢护筒6 上部连有混凝土灌入口处5浇注混凝土。混凝土浇注完成后，用吊有液压(电动)振动锤 1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4，夹紧压土板装置14顶端，启动液压(电动)振动锤1， 通过压土板装置14使内钢护筒7中的土柱土快速压沉压密，同时启动内钢护筒壁7上的真空排水系统12抽水。完成后，吊开液压(电动)振动锤1，放下压土板装置14，松开夹具夹头4，再重新移动液压(电动)振动锤1夹紧内钢护筒7顶端，先振动5秒钟后，开始慢拔内钢护筒7，查看薄壁腔内已浇的混凝土够不够量，不够就添加混凝土至设计施工标高处。内钢护筒7拔出后，直接吊到下一流程已沉到位的外钢护筒6桩位上定位，并重复上述专利技术施工方案中二、步骤。回过头来，才把前步骤中外钢护筒6慢速拔出，直接吊到下一流程， 继续重复完成上述专利技术施工方案中一、步骤。3)内腔土柱土高压注浆+放钢筋笼的现浇薄壁混凝土复合桩类型在完成了上述专利技术施工方案中一、二步骤后，把已制作好的钢筋笼吊放到已成好孔的薄壁腔内，钢筋笼定位检查完成后，可从外钢护筒6上部连有混凝土灌入口处5浇注混凝土。混凝土浇注完成后，用吊有液压(电动)振动锤1、法兰盘2和专用夹具3和夹头4，夹住压土板装置14顶端，启动液压(电动)振动锤1，通过压土板14使内钢护筒7中的土柱土快速压沉压密，同时启动内钢护筒壁7上的真空排水系统12抽水。完成后，利用预先连接于内钢护筒壁7中的高压注浆系统11配合高压注浆管对土柱土实施高压注浆。完成后，吊开液压(电动)振动锤1，放下压土板装置14，松开夹具夹头4，再重新移动液压(电动)振动锤1夹紧内钢护筒7顶端，先振动5秒钟后，开始慢拔内钢护筒7，查看薄壁腔内已浇的混凝土够不够量，不够就添加混凝土至设计施工标高处。内钢护筒7拔出后，直接吊到下一流程已沉到位的外钢护筒6桩位上定位，并重复上述专利技术施工方案中二、步骤。回过头来，才把前步骤中外钢护筒6慢速拔出，直接吊到下一流程，继续重复完成上述专利技术施工方案中一、步骤。4)内腔土柱土取土 +放钢筋笼的现浇薄壁混凝土复合桩类型在完成了上述专利技术施工方案中一、二步骤后，可把已制作好的钢筋笼吊放到已成好孔的薄壁内腔中，钢筋笼定位检查完成后，可从外钢护筒6上部连有混凝土灌入口处5浇注混凝土。混凝土浇注完成后，先振动内钢护筒5秒钟开始慢拔，查看薄壁腔内已浇的混凝土够不够量，不够就续添加混凝土至设计施工标高处。内钢护筒7拔出后，直接吊到下一流程已沉到位的外钢护筒6桩位上定位，并重复上述专利技术施工方案中二、步骤。回过头来，才把前步骤中外钢护筒6慢速拔出，直接吊到下一流程，继续重复完成上述专利技术施工方案中一、步骤。待已浇筑的薄壁混凝土强度达到75%时，可采用螺杆钻机(或人工)把内腔土柱土取出。满足不同设计功能的使用要求。以上所述，仅为本发明专利技术施工方案中较佳实施案例，凡是依据本发明专利技术对以上实施案例所作的任何实质细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明专利技术方案的保护范围之内。
权利要求
1.一种大直径现浇薄壁混凝土复合桩的施工方法，包括如下步骤a、先将外钢护筒置于桩位上定位并临时固定；将中高频振动锤通过专用夹具夹持于外钢护筒顶端，启动振动锤将该外钢护筒沉入到土层设计标高处；松开夹头并移开振动锤和夹具；b、再把内钢护筒置于已沉到位外钢护筒桩位的中间位置。向外打开铰接于内钢护筒底端的特定咬合钢活瓣环型板，该咬合钢活瓣环型板的径向外环边缘近贴于外钢筒内壁并保持咬合钢活瓣板可上下灵活滑动；将中高频振动锤通过专用夹具夹持于内钢护筒顶端，启动振动锤将内钢护筒连同咬合钢活瓣环型板沿外钢护筒内壁滑沉到土层设计标高处；C、从外钢护筒上部连有混凝土灌入口处以及内外钢护筒间的上端空隙处，向内外钢护筒间的空腔处灌注混凝土。d、混凝土灌注完后，先振拔出内钢护筒和咬合钢活瓣板，然后再振拔出外钢护筒。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于在步骤b之后，需要先将已制作好的钢筋笼吊放到内外钢护筒间的空腔内并定位，再继续步骤C。
3.根据权利要求1、2所述的施工方法，其特征在于在所述步骤d中，还需进行内腔原状土排水、注浆和压实压密步骤，通过预埋于内钢护筒上的真空排水系统对内腔原状土实施真空排水；通过预埋于内钢护筒上的高压注浆系统对内腔原状土实施高压注浆；将中高频振动锤通过专用夹具夹持住压土板装置，启动振动锤将内腔原状土压沉压密。
4.根据权利要求1、2所述的施工方法，其特征在于所述步骤d后，待已浇筑完后的薄壁混凝土强度达到75 %时，将把内腔原状土取出，形成薄壁混凝土空腔柱。
5.一种用于实现如权利要求1、2所述施工方法的专用成孔器，包括中高频振动锤和专用夹具装置、外钢护筒、内钢护筒，其特征在于所述内钢护筒的底端铰接有一圈多片咬合钢活瓣环型板，该咬合钢活瓣环型板的径向外环边缘近贴于外钢筒内壁并保持钢活瓣板可上下灵活滑动；所述中高频振动锤装置均通过专用夹具夹头与内外钢护筒夹持、松开连接； 所述外钢护筒的上部设置有混凝土灌入口。
6.根据权利要求5所述的专用成孔器，其特征在于所述外钢护筒顶端设置有多个隔离块与内钢护筒隔离。
7.根据权利要求5所述的专用成孔器，其特征在于所述内钢护筒的内壁上还设置有真空排水系统。
8.根据权利要求5所述的专用成孔器，其特征在于所述内钢护筒的内壁上还设置有高压注浆系统。
9.根据权利要求5所述的专用成孔器，其特征在于还包括压土板，该板的形状大小与内钢护筒的横截面匹配，可与中高频振动锤装置通过专用夹具夹头与压土板装置夹持、松开连接。
全文摘要
本发明公开了一种大直径现浇薄壁混凝土复合桩的施工方法及专用成孔器，依次分别对外钢护筒和内钢护筒及内钢护筒底端带有特定多片咬合钢活瓣组成的适应多角度外开型的环形板进行实施振压入土及振拔出管的操作施工工艺。本方法可使复杂地基土体在内外钢护筒作用下，形成一个可控的薄壁空腔，便于直接吊入钢筋笼和浇筑混凝土。在通过多道施工工序后最终形成一个完整的竖向承载力高抗水平推力大的大直径现浇薄壁混凝土复合桩。应用上述方法可降低施工成本10％以上、减少施工强度和难度、节约混凝土50％、降低桩机设备自重70％、避免二次清淤运输的污染、适应不同的软弱土层和场地施工。
文档编号E02D5/42GK102345287SQ20101024951
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月1日 优先权日2010年8月1日
发明者常雷 申请人:常雷