专利名称：高效干取土灌注桩成桩方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木建筑工程高重建(构)筑物桩基础在深厚软土地层干法取土大直径灌注桩成桩方法及装置。
现在高层建筑、高重厂房与构筑物的桩基础一般采用大直径占孔灌注桩，在占孔过程要用一定比重的泥浆护壁，因此必须要有地面泥浆池与占孔内泥浆循环设施，并及时调整泥浆池内泥浆的比重。占孔到设计深度时，必须进行清孔，使孔底沉渣清到工程要求为止，然后在孔内置入钢筋笼插入灌砼的导管，砼通过导管压出孔内泥浆，边灌砼边拔出砼导管，导管始终保持插入砼的一定深度，直至砼将泥浆全部挤出即成桩。这种成桩方法存在以下缺陷①泥浆处理困难，尤其是城市施工易污染环境;②桩底沉渣不易清除干净，影响桩的承载力;③水下浇筑砼其质量难以控制。采用全套管占孔干取土方法施工，可以避免上述缺陷，但在沉入土中外模管内占孔取土一次取土量不大，且每取一次土须装卸一次，效率极低，成桩后拔出取土装置的困难很大，故工程应用极少。
目前国际上最先进的钻孔桩机如日本三菱MT130占孔桩机，采用液压扭摆沉管，但进入管内的土体采用管内抓斗将土取出，一次取土量很少，然后存在工效低的缺点，如配合可伸缩占杆的长螺旋钻机在管内取土可提高工效，但伸缩范围较小，在管内取土到一定深度就不能用了，仅适用于短桩及中短桩，对于中长桩及长桩就不能适用，且机具昂贵。
英国专利申请GB2043755A桩占孔的改进方法及设备是用振动法先沉入外模管，土体进入管体，然后再在外模管内振动插入偏心内管，通过内管底部的活瓣开关和土芯挡板，将进入内管的土体在其自重作用下关闭，挡住土芯下落，提升内管后活瓣开关的挡块移动，土芯挡板随之向管外开启，土芯随着下落，这种取土方法和装置由于外模管与取土内管不同时沉入，由于外模管内壁的模阻力使内管上拔力大，取土效率低，耗能高，其取土管为偏心内管，通过活瓣开关和土芯挡板取弃土体，因此进入内管的土体不易取出，需通过强烈振动使其液化方能倒出，如进入管内为粘性土，则更难倒出。再说土芯挡板球弧面的结构当与土体接触时，产生开启方向的挤压力，所以提升内管时很难想像能自动关闭。因此不仅取土装置不理想，且对施工长桩外模管的接长无明确措施。
本发明的任务在于克服现有技术中的缺陷而提供一种高效、方便的干取土灌注桩成桩方法及其为实现本发明的成桩方法所必须的专用设备，该专用设备包括能减少提升阻力的分段模管接长装置和能提高工效、降低成本的干取土装置。
本发明干取土灌注桩成桩方法的实质是将外模管及管内的取土装置同时沉入土中，土体进入取土装置，然后将管内盛满土体的取土装置提出倾到，再将清除土体的取土装置插入外模管内，接长后的外模管和取土装置再次沉入下层土体，同上取出土体，依次重复上述动作达到设计深度，待最后一次取出取土装置后，置入钢筋笼及灌入砼，最后提出外模管成桩。
实现上述成桩方法的外模管的接长装置即将外模管分成多节分段模管组成，相邻模管之间由多组可拆的连接装置相连，每两节模管之间具有一定的伸缩距离。多组连接装置是可拆连接，该连接装置通过对上、下模管焊接上、下加强钢箍，并在上、下加强钢箍上焊接可以互相插接通过螺栓组件紧固连接的上、下连接板，由于连接板上的长槽结构使模管提升时具有一定的伸缩滑移距离，使整根模管与土体的摩擦阻力由静摩擦阻力转化为动摩擦阻力。
实现上述成桩方法的取土装置即将取土筒设计成两个半筒形的左半筒和右半筒，左、右半筒结合处内壁沿轴向装有多组铰接机构和操作预留孔，通过预留孔可以拆除连接件，使取土筒内的土快速倒出。该取土筒通过圆周上均布的多组可拆连接机构与连接杆相连接，并经取土杆与桩机连接。取土筒的下端部固定有加强箍和圆形箍，其内壁装有圆周上均布的阻力刀，它不仅能将土块切碎使其进入筒体，并且在提出筒体时阻止土块脱落。对于流动性饱和软土质地区利用固定在阻力刀槽口中的单向开闭的蝶形活动板机构在土体自重作用下能自动关闭来达到防止泥土流失的目的。
接长装置和取土装置为灌注桩成桩方法提供了设备保证，是实现分段接长和分段取土的必须条件。
本发明的干取土灌注桩成桩方法及其装置由于采用外模管与取土装置同时沉入土中，使提升外模管时，减少管周土的静摩擦阻力，再说外模管接口有一定伸缩间距，因此当提升时，管周土体的静摩擦阻力变成了动摩擦阻力，使总的提升阻力大大降低。外模管的接长装置和取土装置解决了超长桩施工不用过高的桩架，保证施工现场安全，提高取土效率，解决了深孔干取土的困难，降低了取土成本。
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图1为本发明干取土灌注桩成桩方法的具体工序流程图。
图2为外模管与取土装置同时沉管过程关系图。
图3为本发明外模管分段接长结构示意图。
图4为上、下模管脱开时的状态图。
图5为取土装置结构示意图。
图6为图5的A-A方案Ⅰ剖视图(左、右板U形槽朝向筒内)。
图7为图5的C-C方案Ⅰ′剖视图。
图8为图5的A-A方案Ⅱ剖视图(左、右板U形槽朝向筒外)。
图9为图5的C-C方案Ⅱ剖视图。
图10为图5的E-E剖视图。
图11为图10的G-G剖视图。
图12为阻力刀槽口装上单向开闭的蝶形活动板结构示意图。
图13为图12中件号27蝶形活动板机构立体图。
按上述附图实施例下面将作进一步阐述。
高效干取土灌注桩成桩方法(参见图1-2)的具体工序分述如下a.在桩位清除杂填土后将外模管就位，取土装置插入外模管内;
b.取土装置置入外模管内完毕;
c.外模管与取土装置同时沉入土中，土体进入取土装置;
d.提出取土装置的同时将土体取出并卸去土体;
e.再将取土装置插入外模管内;
f.用接长装置接长外模管和取土装置;
g.外模管与取土装置同时沉入下层土层，下层的土体又进入取土装置;
h.重复工序d提出取土装置，将土体取出卸去;
i.依次重复将外模管内的土体全部取出;
j.在外模管内置入钢筋笼及灌入砼;
k.提出外模管并拆卸上节外模管，反复进行将外模管逐节拆去，及至外模管全部提出土层;
l.成桩。
外模管和取土装置同时沉入土中时，可以静压，也可以振动亦可以锤击。
为实现上述成桩方法的外模管接长装置(图3-4)，在相邻的上、下模管(1)、(2)上分别焊接上、下加强钢箍(5)、(6)，该钢箍可以是环状或是瓦状，在上加强钢箍(5)上焊接板状的上连接板(7)，其下端有长槽(10)结构。下加强钢箍(6)上焊接两块互相平行的下连接板(8)，其间距大于上连接板(7)的厚度，上、下连接板(7)、(8)插接后由螺栓、螺母、垫圈组成的螺栓组件(9)可拆连接。
上、下模管(1)、(2)的接长连接装置在圆周上均布4-6组，使每组受力均等，组数的选择视模管的直径大小而定，模管的节数视桩深而定，施工时逐节连接加长，提升时逐节拆除，通过振动锤与桩机连接完成沉、拔任务。
为了防止上、下模管(1)、(2)分离后桩周土进入管内，上模管(1)上的上加强钢箍(5)的伸出部分必须能封住脱开距离，而脱开距离等于长槽(10)长度，故设计时上加强钢箍(5)伸出上模管(1)下底的距离必须大于长槽(10)长度。
为实现上述成桩方法的取土装置(见图2.5-13)将取土杆(11)与桩机相连，取土杆可接长，视桩孔深度而定，取土杆(11)通过连接杆(3)与取土筒(4)可拆连接，该连接机构(见图5)有两个半环形的顶板(12)抱合焊接在左、右半筒的上端部，顶板(12)上焊有连接板(13)，连接板由两块组成。连接杆(3)的下端部焊接插板(14)，插板(14)与连接板(13)插接后通过螺栓组件(9)形成可拆连接，该连接机构以圆周上均布4组为宜。
取土筒(4)由两个对称的半筒形的左半筒、右半筒组成，在左、右半筒结合处内壁沿轴向装有3组铰接机构，该铰接机构有二种方案，方案1的铰接机构(见图5.6.7)由焊接在左、右半筒内壁上的左、右板(15)、(16)互相插接用螺旋组件(9)和U形卡板(17)连接而成，为了便于连接时对准孔，左、右板(15)、(16)的连接孔加工成开通的U形槽(18)，且U形槽口朝向筒内，因此在连接前必须用U形卡板(17)固定螺栓以免脱出。
方案Ⅱ的铰接机构(见图5.8.9)同样由焊接在左右半筒内壁上的左、右板(15)、(16)互相插接用铰接在左板(15)铰支点(21)上的螺栓组(20)连接而成左、右板(15)、(16)的U形槽(18)朝向筒外。螺栓组(20)可绕着铰支点(21)向外扳开，取土筒(4)就会张开。
方案Ⅰ和方案Ⅱ可以互相组合应用，亦可以自己同自己组合应用，只是倒土时只拆除或扳出一边上的螺栓组件即可。左、右半筒上所开的预留孔(19)就是拆除和扳出螺栓组件(9)或(20)而设计的。
取土筒(4)的下端部外侧焊接着加强箍(23)和圆形箍(22)(见图10.11)，加强箍(23)是加强取土筒(4)的筒口强度。圆形箍(22)的作用在于加大取土筒(4)与外模管的距离，防止泥土进入外模管内。
取土筒(4)的下端部内壁装有圆周上均布的4把阻力刀(24)(见图10.1112)，以便切碎土块并使土块在提升时不脱落，对于流动性饱和软土质地区，利用阻力刀(24)的槽口(25)和连接孔(26)结构(见图11)，还需装上单向开闭的蝶形活动板机构(27)，该活动板机构(见图12.13)包括可以插入阻力刀(24)槽口(25)的插接板(30)，插接板(30)上焊接着两块平行的可与阻力刀(24)连接孔(26)连接的直板(32)，左、右蝶形活动板(29)、(31)与插接板(30)摇臂铰接，活动板的下侧焊有支撑(28)，这样，在取土过程中，左、右活动板(29)、(31)就朝向筒内旋转，取土完毕活动板在泥土重力作用下展开，由于下侧的支撑(28)受到阻力刀(24)阻挡，活动板只能展开至水平位置，使流动性饱和软土被提升上来。该活动板机构(27)在圆周上设有4副，展开后构成一个圆台面。
螺栓组件(9)、(20)由螺栓、垫圈、螺母组成。
本实用新型取土筒(4)提升到地面后，通过预留孔(19)拆除或扳出螺栓组件(9)或(20)，取土筒(4)的左、右半筒即能张开卸去被取之土。
权利要求
1.一种高效干取土灌注桩成桩方法，用外模管和取土装置沉入土中，取出土体，然后提升盛满土体的取土装置并卸去土体，置入钢筋笼及灌入砼，提出外模管成桩，其特征在于外模管与取土装置套装后同时沉入土中，在取土过程中按桩长要求进行分段接长，分段取土，其施工过程包括以下几个工序a.在桩位清除杂填土后将外模管就位，取土装置插入外模管内；b.取土装置置入外模管内完毕；c.外模管与取土装置同时沉入土中，土体进入取土装置；d.提出取土装置的同时将土体取出并卸去土体；e.再将取土装置插入外模管内；f.用接长装置接长外模管和取土装置；g.外模管与取土装置同时沉入下层土层，下层土体又进入取土装置；h.重复工序d提出取土装置，将土体取出卸去；i.依次重复将外模管内的土体全部取出；j.在外模管内置入钢筋笼及灌入砼；k.提出外模管拆卸上节外模管，反复进行将外模管逐节拆去，及至外模管全部提出土层；l.成桩。
2.如权利要求1所述的成桩方法，其特征在于外模管和取土装置沉入土中时，可以静压，也可以振动，亦可以捶击。
3.一种使用权利要求1所述的高效干取土灌注桩成桩方法的外模管接长装置，其特征在于所述外模管由多节组成，相邻模管之间由多组可拆的连接装置相连，每两节模管之间具有一定的伸缩间距。
4.如权利要求3所述的接长装置，其特征在于所述的连接装置在上、下模管(1)、(2)上分别焊接着上、下加强钢箍(5)、(6)，在上、下加强钢箍(5)、(6)上焊接着可插接的上、下连接板(7)、(8)，上连接板(7)具有模管伸缩间距的长槽(10)，下连接板(8)由两块平行的板组成，板与板之间距大于上连接板(7)的厚度，上、下连接板(7)、(8)通过螺栓组件(9)连接。
5.如权利要求3或4所述的接长装置，其特征在于外模管连接装置在圆周上均布4-6组。
6.一种使用权利要求1所述的高效干取土灌注桩成桩方法的取土装置，与桩机相连、可接长的取土杆(11)同连接杆(3)固定连接，连接杆(3)通过圆周上均布的多组可拆机构与取土筒(4)连接，其特征在于所述的取土筒由两个半筒形的左半筒和右半筒组成，左、右半筒结合处的内壁沿轴向装有多组铰接机构和操作预留孔(19)，取土筒(4)的下端部固定有加强箍(23)和圆形箍(22)，其内壁装有圆周上均布的阻力刀(24)。
7.如权利要求6所述的取土装置，其特征在于所述的可拆机构有两个半环形的顶板(12)抱合固定在左、右半筒上端部，顶板(12)上固定着连接板(13)，连接杆(3)的下端部固定有插板(14)，插板(14)与连接板(13)通过螺栓组件(9)连接。
8.如权利要求6或7所述的取土装置，其特征在于连接左、右半筒的铰接机构由固定在左、右半筒内壁的左、右板(15)、(16)互相插接通过螺栓组件(9)和U形卡板(17)连接而成，左、右板(15)、(16)的U形槽(18)朝向筒内。
9.如权利要求6或7所述的取土装置，其特征在于连接左、右半筒的铰接机构由固定在左、右半筒内壁的左、右板(15)、(16)互相插接通过铰接在左板(15)上带铰支点(21)的螺栓组(20)连接而成，左、右板(15)、(16)的U形槽(18)朝向筒外。
10.如权利要求6所述的取土装置，其特征在于阻力刀(24)上有槽口(25)和连接孔(26)，槽口(25)中装有单向开闭的蝶形活动板机构(27)，该机构包括插入槽口(25)的插接板(30)，插接板(30)上固定着两块平行的可与连接孔(26)相连的直板(32)，左、右活动板(29)、(31)与插接板(30)铰接，活动板的下侧固定有支撑(28)。
全文摘要
高效干取土灌注桩成桩方法及装置，将外模管与取土装置同时沉入土中，进行分段接长分段取土；这实现此法的接长装置在模管圆周上均布多组可拆连接，每节之间具有提升时的伸缩间距，使提升模管时可减少管周土的静摩擦阻力；取土装置将取土筒分成左右半筒铰接连接，通过预留孔拆除连接即便倾倒提取之土，取土筒下端装有阻力刀和适于流动性饱和软质土地区的单向开闭的碟形活动板机构。本发明可减小提升阻力，取土效率高，解决了深孔取土的困难。
文档编号E02D5/38GK1066902SQ92104699
公开日1992年12月9日 申请日期1992年6月13日 优先权日1992年6月13日
发明者孔清华, 桂淞莉 申请人:孔清华, 桂淞莉