混凝土管桩及其沉桩系统和海域沉桩施工方法与流程

本发明属于管桩施工技术领域，尤其涉及一种混凝土管桩及其沉桩系统和海域沉桩施工方法。

背景技术：

传统的大型管桩施工中，通常采用多锤联动技术进行沉桩施工，通过共振使得管桩周边的土体液化，从而实现管桩基础的下沉。上述多锤联动的沉桩施工方法更适用于由韧性较好的材料制作的管桩，例如钢管桩等，对于混凝土管桩，采用多锤联动的沉桩施工方法时，共振过程易对混凝土形成冲击脆性破坏，因而，现有的多锤联动沉桩施工方法并不适用于混凝土管桩。然而，在海域管桩施工中，相比于钢管桩，混凝土管桩的耐腐蚀性更好，而且造价更低，但现有多锤联动的沉桩施工方法在一定程度上限制了混凝土管桩在海域管桩施工中的应用。此外，在多锤联动的沉桩施工方法中，仅锤重就将近百吨，在沉桩过程中需要大型的起重设备辅助，在海域施工时则需要配备起重船辅助，施工成本极高，且其施工噪音大，易对周围环境或海域造成一定的污染。

技术实现要素：

本发明针对上述现有多锤联动的沉桩施工方法不适用于混凝土管桩的技术问题，提出一种混凝土管桩及其沉桩系统和海域沉桩施工方法，该混凝土管桩可利用抽负压的方式进行沉桩，其沉桩施工过程中对混凝土无破坏，可适用于海域管桩的施工，大大降低了施工成本。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种混凝土管桩，包括由混凝土浇筑而成的桩体，所述桩体的内部中空，所述桩体内设有隔板，所述隔板的顶端与所述桩体的顶面边沿相平齐，底端与所述桩体的底面边沿相平齐；所述隔板将所述桩体内部分割为多个隔舱，所述隔舱的顶部和底部均敞口设置。

作为优选，所述多个隔舱沿所述桩体周向均匀分布。

本发明还提供了一种沉桩系统，包括上述任一项技术方案所述的混凝土管桩，用于对所述多个隔舱抽气的抽气单元，以及用于调控所述桩体垂直度的调控单元；所述抽气单元包括抽气设备，以及连接于所述抽气设备的多根抽气管；所述抽气管与隔舱一一对应设置，所述抽气管密封连接于所述隔舱的顶部敞口处；所述调控单元包括用于检测所述隔舱内压力的压力传感器，以及控制器；所述压力传感器一一对应设置于所述隔舱内，所述控制器与压力传感器电连接以接收所述压力传感器检测的压力信号，所述控制器与抽气设备电连接以根据所述压力信号控制所述抽气设备对每根所述抽气管输出的抽力。

作为优选，所述抽气单元还包括用于连接所述抽气管与桩体的连接组件，所述连接组件包括扣设于所述桩体顶端的连接盖，所述连接盖与所述桩体的顶面边沿以及所述隔板的顶端面相抵接，所述连接盖上开设有多个抽气管连接口，所述抽气管连接口与隔舱一一对应连通，所述抽气管连接口与抽气管一一对应连接。

作为优选，所述连接盖包括盖设于所述桩体顶端的顶板，以及一体连接于所述顶板外边沿的侧板；所述连接组件还包括密封条和锁紧连接件；所述密封条连接于所述连接盖的顶板底面，所述密封条与所述桩体顶面边沿以及所述隔板的顶端面相贴合；所述锁紧连接件可拆卸连接于所述连接盖的侧板与所述桩体的外周之间。

作为优选，所述锁紧连接件为顶件，所述顶件沿垂直于所述桩体外周方向螺纹连接于所述连接盖的侧板，所述顶件靠近所述桩体的一端顶紧于所述桩体外周。

作为优选，所述锁紧连接件为搭扣锁，所述搭扣锁的锁体和扣体分别固定连接于所述连接盖的侧板和所述桩体的外周。

作为优选，所述抽气设备包括多台抽气机，所述抽气机与抽气管一一对应连接，所述控制器与多台抽气机均电连接以分别控制每台抽气机的抽气功率。

作为优选，所述抽气设备包括一台抽气机，一根抽气主管，一个多通管接头，以及与所述抽气管数量一致的气量控制阀；所述多通管接头具有一个主管连接口，以及与所述抽气管数量一致的支管连接口；所述抽气主管连接于所述抽气机和多通管接头的主管连接口之间，所述多通管接头的支管连接口与抽气管一一对应连接，所述气量控制阀连接于所述多通管接头的支管连接口与抽气管之间；所述控制器与每个所述气量控制阀均电连接，以分别控制每个所述气量控制阀的开度。

本发明进一步提供了一种上述任一项技术方案所述的沉桩系统的海域沉桩施工方法，包括如下步骤：

将混凝土管桩竖直立起，并使桩体底部插入设计沉桩位置处水下的泥土中；将抽气单元和调控单元安装连接到位；开启抽气设备对每根抽气管同时输出抽力以在隔舱内形成负压，利用负压将桩体底部周边泥土吸入隔舱内以使桩体下沉，当桩体下沉至设定高度时关闭抽气设备以停止抽气，释放隔舱内的压力直至与大气压相等；在桩体下沉过程中，通过压力传感器实时检测隔舱内的压力，并利用控制器根据压力传感器传送的压力信号控制抽气设备对每根所述抽气管输出的抽力，以保持桩体垂直。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明提供的混凝土管桩，其桩体内设置有隔板，且该隔板的顶端与所述桩体的顶面边沿相平齐、底端与所述桩体的底面边沿相平齐，当应用于海域管桩施工时，将桩体竖直插于水下泥土中即可利用泥土将隔舱的底部敞口封闭，通过对隔舱的顶部敞口抽气即可使隔舱内形成负压，便于利用隔舱内的负压进行沉桩施工，而且，其耐腐蚀性强、承压高、耐久性好，适用于可适用于海域管桩的施工；

2、本发明提供的沉桩系统中，通过设置的抽气设备经密封连接于隔舱顶部敞口处的抽气管可对混凝土管桩的各个隔舱抽负压，从而利用负压将桩体底部周边泥土吸入隔舱内以使桩体下沉，实现了混凝土管桩的沉桩施工，其沉桩施工过程中对混凝土无破坏，无噪音，施工方便且施工成本低；此外，其通过设置的调控单元可在桩体下沉过程中保持各个隔舱内的压力平衡，保证了桩体下沉过程中的垂直度，沉桩精度高；

3、本发明提供的海域沉桩施工方法中，利用抽负压的形成进行沉桩施工，施工过程中无需使用振动锤，对混凝土无破坏，可适用于混凝土管桩的沉桩施工，而且施工设备整体较轻，大大降低了施工成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的混凝土管桩的主视图；

图2为本发明实施例提供的混凝土管桩的俯视图；

图3为本发明实施例提供的沉桩系统的主视图；

图4为本发明实施例提供的沉桩系统的俯视图；

图5为本发明实施例提供的沉桩系统中连接组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的连接组件中密封条在连接盖上的布置示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种抽气设备的连接示意图；

以上各图中：1、混凝土管桩；11、桩体；12、隔板；13、隔舱；2、抽气单元；21、抽气设备；211、抽气机；212、抽气主管；213、多通管接头；2131、主管连接口；2132、支管连接口；214、气量控制阀；22、抽气管；23、连接组件；231、连接盖；2311、顶板；2312、侧板；232、抽气管连接口；233、顶件；234、密封条；3、调控单元；31、压力传感器；32、控制器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“顶”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种混凝土管桩1，包括由混凝土浇筑而成的桩体11，桩体11的内部中空，桩体11内设有隔板12，隔板12的顶端与桩体11的顶面边沿相平齐，底端与桩体11的底面边沿相平齐；隔板12将桩体11内部分割为多个隔舱13，隔舱13的顶部和底部均敞口设置。

上述混凝土管桩1，其桩体11内设置有隔板12，且该隔板12的顶端与桩体11的顶面边沿相平齐、底端与桩体11的底面边沿相平齐，当应用于海域管桩施工时，将桩体11竖直插于水下泥土中即可利用泥土将隔舱13的底部敞口封闭，通过对隔舱13的顶部敞口抽气即可使隔舱13内形成负压，便于利用隔舱13内的负压进行沉桩施工。而且，上述混凝土管桩1的耐腐蚀性强、承压高、耐久性好，适用于可适用于海域管桩的施工。

需要说明的是，隔板12可采用混凝土浇筑的方式与桩体11一体浇筑成型。为了便于桩体11在抽负压时保持平衡，作为一种优选，如图2所示，多个隔舱13沿桩体11周向均匀分布。本实施例中具体为：采用呈十字形交叉设置的两块隔板12将桩体11内部分割为4个隔舱13，4个隔舱13沿桩体11周向均匀分布。可以理解的是，隔舱13的个数并不局限于4个，还可以采用其他数量，以4-6个为宜。

如图3-图6所示，本发明实施例还提供了一种沉桩系统，包括上述混凝土管桩1，用于对多个隔舱13抽气的抽气单元2，以及用于调控桩体11垂直度的调控单元3；抽气单元2包括抽气设备21，以及连接于抽气设备21的多根抽气管22；抽气管22与隔舱13一一对应设置，抽气管22密封连接于隔舱13的顶部敞口处；调控单元3包括用于检测隔舱13内压力的压力传感器31，以及控制器32；压力传感器31一一对应设置于隔舱13内，控制器32与压力传感器31电连接以接收压力传感器31检测的压力信号，控制器32与抽气设备21电连接以根据压力信号控制抽气设备21对每根抽气管22输出的抽力。

上述沉桩系统中，通过设置的抽气设备21经密封连接于隔舱13顶部敞口处的抽气管22可对混凝土管桩1的各个隔舱13抽负压，从而利用负压将桩体11底部周边泥土吸入隔舱13内以使桩体11下沉，实现了混凝土管桩1的沉桩施工，其沉桩施工过程中对混凝土无破坏，无噪音，施工方便且施工成本低。此外，上述沉桩系统中，通过设置的调控单元3可在桩体11下沉过程中保持各个隔舱13内的压力平衡，保证了桩体11下沉过程中的垂直度，沉桩精度高。

为了便于将抽气管22密封连接于隔舱13的顶部敞口处，作为一种优选，如图3和图5所示，抽气单元2还包括用于连接抽气管22与桩体11的连接组件23，连接组件23包括扣设于桩体11顶端的连接盖231，连接盖231与桩体11的顶面边沿以及隔板12的顶端面相抵接，连接盖231上开设有多个抽气管连接口232，抽气管连接口232与隔舱13一一对应连通，抽气管连接口232与抽气管22一一对应连接。本实施例中，由于连接盖231与桩体11的顶面边沿以及隔板12的顶端面相抵接，能够初步密封隔舱13，抽负压时，连接盖231受外界大气压力作用进一步压紧于桩体11的顶面边沿以及隔板12的顶端面，能够保证隔舱13的封闭性，使隔舱13内的空气仅能通过连接盖231上设置的抽气管连接口232流出，实现了抽气管22与隔舱13顶部敞口的密封连接。需要说明的是，本实施例中连接盖231的具体结构为：连接盖231包括盖设于桩体11顶端的顶板2311，以及一体连接于顶板2311外边沿的侧板2312，抽气管连接口232设置于顶板2311上。可以理解的是，本发明并不局限于上述结构的连接盖231，也可以采用仅具有顶板2311的连接盖231，只要能够保证连接盖231与桩体11的顶面边沿以及隔板12的顶端面相抵接即可。此外，还需要说明的是，抽气管连接口232与抽气管22可采用螺纹连接或者卡接的方式进行连接，只要能够保证密封连接即可。

为了进一步保证连接盖231与桩体11顶部之间的密封性，作为一种优选，如图5和图6所示，连接组件23还包括密封条234和锁紧连接件；密封条234连接于连接盖231的顶板2311底面，密封条234与桩体11顶面边沿以及隔板12的顶端面相贴合；锁紧连接件可拆卸连接于连接盖231的侧板2312与桩体11的外周之间。本实施例中，锁紧连接件具体为顶件233，顶件233沿垂直于桩体11外周方向螺纹连接于连接盖231的侧板2312，顶件233靠近桩体11的一端顶紧于桩体11外周。使用时，将连接盖231扣于桩体11顶端并给予连接盖231向下的压力，使设置的密封条234与桩体11顶面边沿以及隔板12的顶端面紧密贴合，旋转顶件233使顶件233靠近桩体11的一端顶紧于桩体11外周，使连接盖231紧密连接于桩体11，保证了连接盖231与桩体11顶面边沿以及隔板12的顶端面之间的密封性，避免了因桩体11顶面边沿或隔板12顶端面不平而影响密封性。可以理解的是，本发明中的锁紧连接件并不局限于顶件233，还可以为搭扣锁，搭扣锁的锁体和扣体分别固定连接于连接盖231的侧板2312和桩体11的外周，此外还可以为其他合理的锁紧连接件，只要能够保证连接盖231与桩体11外周的紧密连接即可。

为了便于利用调控单元3控制抽气设备21对每根抽气管22输出的抽力，在本实施例中，如图4所示，抽气设备21包括多台抽气机211，抽气机211与抽气管22一一对应连接，控制器32与多台抽气机211均电连接以分别控制每台抽气机211的抽气功率。控制器32通过分别控制每台抽气机211的抽气功率，即可控制每根抽气管22的抽力，实现对各个隔舱13内压力的调控，更便于调控。需要说明的是，本实施例中采用的抽气机211具体可以为真空泵、抽风机等；控制器32可以为plc控制器，通过对plc控制器编程即可实现上述控制，具体程序的编写为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。

为了降低抽气设备21的购置成本，在本发明的另一种实施方式中，如图7所示，抽气设备21包括一台抽气机211，一根抽气主管212，一个多通管接头213，以及与抽气管22数量一致的气量控制阀214；多通管接头213具有一个主管连接口2131，以及与抽气管22数量一致的支管连接口2132；抽气主管212连接于抽气机211和多通管接头213的主管连接口2131之间，多通管接头213的支管连接口2132与抽气管22一一对应连接，气量控制阀214连接于多通管接头213的支管连接口2132与抽气管22之间；控制器32与每个气量控制阀214均电连接，以分别控制每个气量控制阀214的开度。调控时，通过控制器32控制每个气量控制阀214的开度，可控制抽气机211对每根抽气管22的抽气量，从而实现对各个隔舱13压力的调控。

此外，还需要说明的是，调控单元3中的压力传感器31具体可采用真空压力传感器。

本发明进一步提供了上述沉桩系统的沉桩施工方法，包括如下步骤：

将混凝土管桩1竖直立起，并使桩体11底部插入设计沉桩位置处水下的泥土中；将抽气单元2和调控单元3安装连接到位；开启抽气设备21对每根抽气管22同时输出抽力以在隔舱13内形成负压，利用负压将桩体11底部周边泥土吸入隔舱13内以使桩体11下沉，当桩体11下沉至设定高度时关闭抽气设备21以停止抽气，释放隔舱13内的压力直至与大气压相等；在桩体11下沉过程中，通过压力传感器31实时检测隔舱13内的压力，并利用控制器32根据压力传感器31传送的压力信号控制抽气设备21对每根抽气管22输出的抽力，以保持桩体11垂直。

上述沉桩施工方法中，利用抽负压的形成进行沉桩施工，施工过程中无需使用振动锤，对混凝土无破坏，可适用于混凝土管桩1的沉桩施工，而且施工设备整体较轻，大大降低了施工成本。