专利名称：振动沉管挖孔桩的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种混凝土灌注桩施工工艺。
目前在建筑基础施工中，采用混凝土灌注桩的施工已成普及之势，其成桩方法有振动沉管灌注桩和人工挖孔灌注桩等工艺。前者是利用振动锤产生的垂直定向振动和锤管自重及卷扬机通过钢丝绳施加的拉力，对桩管进行加压，对桩周土进行挤压、振密而使桩管缓慢沉入土中成孔，这种施工方法沉管过程产生的阻力大，不但桩径受到限制，而且对坚硬砂层、碎石土及有硬夹层的土层，因易损坏桩尖而不宜采用；后者是采用人工挖土成孔，对有流砂地带，地下水位较高，涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量高的淤泥质土层等，施工难度大且不安全，不宜采用。
针对上述施工工艺的不足，本发明的目的是提供一种适应面广、安全、高效且不增加成本的混凝土灌注桩新工艺。
本发明采用的技术方案是振动沉管挖孔桩是在振动沉管灌注桩和人工挖孔灌注桩的基础上，集中了二者的优越性、克服了它们的不足而形成的。它包括沉管、成孔、灌注三个主要工序。沉管工序是利用振动锤产生的垂直定向振动和锤管自重及卷扬机通过钢丝绳施加的压力，对桩管进行加压，使桩管沉入土中。其桩管下端为环形开口刃刀。挖孔工序是采用人工挖土成孔，即当桩管锤入设计深度后，将沉管内的土层用人工挖除二次成孔，灌注工序和振动沉管灌注桩工艺基本相同。
对比现有技术，振动沉管挖孔桩具有如下优点1、能适应复杂地层，不受持力层起伏和地下水位高低的限制；2、桩径截面大，承载力高，结构传力明确，沉降量小；3、因有套管护壁，可防止坍孔、缩孔、断桩，并可直接检查桩直径、垂直度和持力土层情况，桩质量可靠；
4、可多桩同时进行，施工速度快，无环境污染，节省设备费用，降低工程造价；5、振动沉管属于低振幅次中频振动(700——1200次/秒)，对附近建筑物的振动影响及噪声对环境的干扰，都比常规打桩机小；6、适用于深度20米以内的各类松散岩层。
下面结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明的技术特征。
图1为振动沉管挖孔桩的工艺流程图；图2为桩管模具的结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为传力连接件结构示意图；图5为图4的俯视图。
图1中，a、b、c、d、e依次为桩孔就位、沉管、挖土、下笼及灌注、拔管五个过程。图中1为振动锤，2为传力联接件，3为连接法兰，4为桩管模具，5为土层。
振动沉管挖孔桩的灌注工序与其它方法相同。沉管工序与振动沉管灌注桩基本相似。机具设备包括振动沉拔桩锤、桩架、卷扬机、加压装置、桩管模具、传力联接装置及常用配套机具(混凝土搅拌机、钢筋加工机等)。振动沉管挖孔桩的沉管工艺与现有振动沉管灌注桩的主要区别在于振动沉管灌注桩是直接挤密成孔，沉管下端设有桩尖或钢筋混凝土予制桩靴。而振动沉管挖孔桩成孔，是在沉管锤入设计深度后将沉管内土层用人工挖除二次成孔，沉管下端为开口环形刃刀。沉管的具体操作是振动沉拔锤(激振器)本身是一个大振动器，箱体内装有两根轴，齿轮和偏心块在同一箱体内以同一速度相向旋转，偏心块旋转时产生离心力(偏振力)，当旋转至水平位置时，离心力抵消，旋转至垂直位置时，则离心力叠加，产生垂直方向的高频率往复振动，土体受到桩管传来的强迫振动后，内摩擦力减弱，强度降低，当强迫振动频率与土体的自振频率相同时，土体结构局部因共振而引起破坏，在桩管自重和卷扬机加压作用下，使桩管沉入土中，并挤切削破坏土体，至设计深度后，将管内土层人工挖除成孔，同时在拔管时，因机械的振动作用，又振密灌注在桩孔内的混凝土，使其与钢筋笼、桩端及桩周土紧密接触，以保证足够的成桩直径和成桩质量。其典型的施工工序为场地平整→放线、定桩位→桩机就位→将桩管模具锤入设计深度→卸下传力联接装置→桩机移位→人工挖除模具内土层成孔→检查持力层后进行扩底→清理虚土，排除积水，检查尺寸和持力层→吊放钢筋笼就位→灌注桩身混凝土→桩机就位安装传力联接装置→振拔沉管模具。其施工要点为1、沉管要求对准桩位后，调整桩管模具确认垂直后方可起动振锤，开始沉管初期应以自重压力为主，少许加压待桩管模具沉入土层1——2米时，加压，使桩管模具沉入设计深度，以保证位置准确，垂直度满足设计要求。2，灌注当孔内有水时，应进行排除处理，当排除孔内地下水有困难时，应采用导管灌注，其要求与振动沉管灌注桩相同。
工程实施例抚顺市日新建筑工程有限公司，于1999年7月承接抚顺市清原县白云街改造工程中的白云1#楼工程，该工程占地面积5800平方米，其基础设计为人工挖孔混凝土灌注桩，由沈阳建筑工程设计院设计。桩径0.9——1.7米，桩数118根，桩心间距6.5——7.5米，埋深6.5米，持力层为泥质页岩，场区地层岩性条件如下0.0——0.5米杂填土、粉土、建筑拉圾及毛石混凝土等；0.5——1.5米粉土及中粗砂含砾石；1.5——5.0米砂砾卵石层，卵砾石直径一般为20——30毫米，大者40——60毫米，个别可达350毫米，砾石成份以石英岩，混合花岗岩及脉岩为主，砾石坚硬，其间为中粗砂充填，较密实。
5.0——以下泥质页岩紫色猪肝色页片状结构，块状构造，风化呈土状，遇水软化，脱水后坚硬。
场区地处浑河上游，距英额河0.5公里，地下水水位埋深1.0——1.5米，在砂砾石层中富含地下水。
单井出水量可达20米3/时以上。
基础工程施工方案选择中，注意了流砂和地下水，认为上述两项是施工中的主要障碍，因此确定，对地下水进行排水疏干处理，对流砂进行护壁处理，否则无法施工，即使勉强施工，不但费工、费时，也很难达到设计要求。经现场多次、反复试挖，效果均不理想。
最后确定用振动沉管挖孔桩的施工方法进行施工，效果良好。
具体情况如下对现有的DZ60振动沉管机进行了适当地改装，目的是适应大口径，再加工沉管模具，传力联接装置等，进行沉管施工，经实践证明，沉管速度较快，4——6米长的沉管模具只需2——3分钟即能沉入设计深度，水平位置及垂直度均达到设计要求。
在沉入地下的沉管模具护筒内，进行人工挖土，不但安全，而且生产效率高，一组2人，一天一个桩，提高工效2——3倍，从开挖情况看，虽然场区地下水水位埋深浅，水量大，但因护筒预先锤入不含水的泥质页岩持力层中，止水效果相当好，不用排水，直接开挖，解决了流砂层和地下水疏干这两大难题。成孔效率及质量较好，成孔后及时下入钢筋笼进行混凝土灌注。
灌注中，不需振捣，拔管时边振动边起拔的同时，对孔内的混凝土，也进行了有效振捣，其振捣质量达到工程设计要求，拔管速度仅用3分钟。从开挖出来的土质看，砾径最大者可达30——40公分，在沉入过程中有的被模具环形刃刀冲断，说明振动沉管的适应性较高。经初步测算，工效与同等条件的挖孔桩相比提高2——3倍，成本降低30％左右。
当地多年未解决的问题，通过本次工程的实践解决了，受到当地政府、设计部门及甲方的好评。
工程总结1、振动沉管挖孔桩的适应性最适用于地下水位埋深浅，持力层是相对隔水层的环境工程条件。这种工程条件，是比较普遍的，具体讲，在山间河谷盆地，近海海滨地带，多属此种类型。
最适用于开挖层内有流砂层或者有淤泥质土的环境工程条件，这种环境工程条件，也是比较普遍的，主要在河湖相，滨海相地层中。
2、振动沉管挖孔桩工程成本分析(1)、具备人工挖孔灌注桩的基本造价，是目前最低成本的混凝土灌注桩。
(2)、没有人工挖孔桩的护壁工程量，特别是在地下水埋深浅、水量大的地区，没有降水费用，在有流砂及淤泥质土的地区，没有专门为处理塌方而进行的支护工程量。
(3)不会因出现人身事故而增加工程成本，是一种安全可靠的施工方法。
(4)工作效率提高很大，不像人工挖桩那样，按模板支护分节施工，而限制施工进度。
(5)增加少量的设备费用。
综上分析，本发明是一种多快好省的施工方法，有竞争力，有广阔的应用推广前景，适宜在各类建筑基础工程中广泛采用。必将在工程施工中发挥较大作用。
权利要求
一种振动沉管挖孔桩，其特征在于它包括沉管、成孔、灌注三个工序，沉管工序是利用振动锤产生的垂直定向振动和锤管自重及卷扬机通过钢丝绳施加的压力，对桩管进行加压，使桩管沉入土中，其桩管下端为环形开口刃刀；成孔工序是采用人工挖土成孔，即当桩管锤入设计深度后，将沉管内的土层用人工挖除二次成孔。
全文摘要
本发明公开了一种混凝土灌注桩的施工工艺——振动沉管挖孔桩,包括振动沉管、人工挖孔及混凝土灌注三个工序,是在振动沉管后采用人工挖土成孔。它能够适应复杂地层,不受持力层起伏及水位高低的限制,成桩质量高,施工速度快,工程造价低,适宜在各类建筑基础工程中广泛采用。
文档编号E02D5/38GK1260424SQ9912257
公开日2000年7月19日 申请日期1999年11月25日 优先权日1999年11月25日
发明者孟宪民 申请人:孟宪民