一种用于流砂层地质的人工挖孔桩复合型施工设备及方法与流程

本发明涉及桩基施工设备领域，具体涉及一种用于解决含流砂层地质中存在的施工问题的人工挖孔桩施工设备及施工方法。

背景技术：

在岩土工程施工中，会经常采用人工挖孔桩进行桩基础施工，应用人工挖孔桩技术，可实现各项资源的合理分配，施工机具简单且占用施工场地小，进而整体上降低了施工总造价，保障施工质量的同时，也实现了企业经济效益的提升。通过应用人工挖孔桩技术，可有效保证桩基础安全可靠，对周边建筑物影响甚小。在质量和安全性的基础上，提高土地资源的有效利用率，使得建筑实际占地面积减少，有利缓解当下土地资源紧缺难题。对城市整体规划具有积极意义。

然而，在现有的人工挖孔桩技术中，通常至少有三名施工人员配合操作，地面一名技术员测量放样，井下一人挖土，地面上一人通过钢铰架提土倒土。人工向下挖土成孔，每挖一米并支设一层模板，如此，一直到设计桩基深度，不仅耗费体力、劳动强度高，施工进度缓慢。而且遇到严重流砂地质时，向下挖土支模会不断有流砂、地下水向中间涌动，采取普通编毛竹方案会有大量地下水涌入桩孔，上口及周边土体也会坍塌，导致施工难以继续。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种遇流砂层能够实现分阶段快捷安全环保的人工挖孔桩施工设备及方法，进而解决含流砂层地质下人工挖孔桩施工中存在的上述问题，本发明既可以加快施工进度，降低施工成本，还能够很好的满足安全文明和绿色施工要求。

本发明的是通过以下技术方案得以实现的：包括抽水真空泵、储蓄池、排水管、注浆管、蓄浆池和注浆真空泵，抽水真空泵与储蓄池连接，与储蓄池连接的排水管放置于孔桩内，注浆真空泵与蓄浆池连接，与蓄浆池连接的注浆管放置于孔桩内；还包括全自动钢圆筒设备，其由钢圆筒模板和支撑系统组成，钢圆筒模板由主体圆曲板及副体伸缩板交替拼装而成；支撑系统的上部支撑架的一端与主体圆曲板铰接，其另一端铰接在第一连接矩形筒上，下部支撑架一端与上部支撑架中部固定连接，其另一端与第二连接矩形筒铰接；所述第一连接矩形筒与第二连接矩形筒上下相对设置，伸缩杆下端与第二连接矩形筒固定连接，伸缩杆下端中部与第一连接矩形筒可相对滑动的连接。

优选的，第一连接矩形筒下端固定有第一固定缓冲块，第二连接矩形筒的上端牢固连接有第二固定缓冲块，在第一固定缓冲块与第二固定缓冲块之间设置有螺旋弹簧，螺旋弹簧套在伸缩杆上。

优选的，还包括圆球杆，其固定在伸缩杆的上部。

优选的，主体圆曲板的两个侧面设置有凹槽，副体伸缩板的两侧插入所述凹槽内，在主体圆曲板的两侧还设置有圆槽，旋转按钮通过螺纹与圆槽连接，用于将主体圆曲板与副体伸缩板固定。

优选的，主体圆曲板上窄下宽。

优选的，下部支撑架由前后两部分组成，其中部由弹性连接件连接。

优选的，还包括圆筒桩，其外围密实包裹一层gcl复合式土工膜，所述圆柱桩由毛竹编织而成；圆柱桩设置于钢圆筒模板下方。所述毛竹尖桩尺寸为宽4厘米，长度100厘米，厚2厘米沿上阶护壁圈按@300插入，然后使用做好的毛竹尖桩按桩的直径圈好压入流砂层，可预先往下掏出上层流砂层，用漏斗运到地面。

优选的，还包括包裹着一层土工织物的环形圆管，环形圆管的周边等间距焊接了注射管，注射管与环形圆管之间的角度在30度到45度之间；所述环形圆管设置在圆筒桩下方并与所述注浆管连通。可控旋转器连接的活塞设置在环形圆管与连接管的连接口内。环形圆管与连接管紧密连接，两管连接口处涂抹密封胶泥。连接管与注浆管连接。

优选的，所述环形圆管右端空心部位与连接管紧密连接，连接处涂抹密封胶泥，两管连接口处设有可控旋转器式活塞。

一种用于人工挖孔桩的施工方法，包括如下步骤：

1）用全站仪测量定位出桩孔中心点，并以此中心点为圆心，平整一块工作场地，其场地的横截面大于桩孔面积；

2）开挖首节桩孔时，先用风镐和铁锹开挖约1m的桩孔深度；

3）将全自动钢圆筒设备放入上面开挖好的结构空间，利用全自动钢圆筒内置的支撑体系以及自重自动下沉，此过程中每开挖一节桩孔，应通过工作地面连接的注浆管完成护壁混凝土的灌注；

4）重复步骤3，当遇到流沙层时，用做好的毛竹尖桩按桩的直径圈好压入流砂层，沿上阶护壁圈按@300插入，每模横纵编成圆筒状；可预先往下掏出上层流砂层，用漏斗运到地面，再沿桩圆孔一圈圈编织成圆筒状毛竹桩压入到整个流砂层，其圆筒状的毛竹外围密实包裹gcl复合式土工膜，以此进而逐层往下施工；

5）当开挖施工到中风化时，先启动地面真空泵的排水管抽出位于流砂层底部圆孔内的地下水，启动注浆真空泵，通过注浆管将预先在储浆池中调配的含有2%－3%抗渗剂的c10混凝土传送到外围已预先密裹好土工织物的环形圆管，井下施工人员通过可控旋转器控制混凝土进入与环形圆管焊接的各注射管，注射管的尖端插入圆孔孔壁，结合自下而上反扩法完成桩孔最后的扩大头施工。

本发明具有以下有益效果：

（1）与传统的施工方法相比，此施工方法仅需要俩人配合操作即可完成施工，节省人力和成本。

（2）与传统的钢模板相比，此全自动钢圆筒支撑系统中弹簧缓冲减振以及预先设定好的圆杆球可保证桩孔不偏位，可有效控制桩孔偏差。且操作方便，安全可靠，可加快施工进度。

（3）流沙层阶段通过采用复合式的毛竹圆筒桩可更加有效地防止流砂层桩孔坍塌等施工难题。此施工工艺绿色环保，简便且可进一步加快施工进度。

（4）中风化层阶段，井下施工人员通过地面设备以及孔内可控旋转器等进而控制含抗渗剂的混凝土进入与环形圆管焊接的各均匀分布的注射管（注射管的尖端插入圆孔孔壁），与传统施工相比，此法牢固支撑扩大头孔壁，有效预防周边塌孔等现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2位本发明的支撑结构的放大样图；

图3为本发明的全自动钢圆筒设备局部透视图；

图4为本发明的全自动钢圆筒设备连接处旋转按钮大样图；

图5为本发明毛竹桩正视图；

图6为本发明毛竹侧壁展开大样示意图；

图7为本发明毛竹桩空间示意图；

图8为本发明环形圆管结构示意图；

图9为本发明连接管处结构大样示意图。

图中：11、抽水真空泵；12、储蓄池；13、排水管；14、护壁；15、注浆管；16、蓄浆池；17、注浆真空泵；21、圆杆球；22、伸缩杆；23、第一连接矩形筒；231、上部支撑架；232、主体圆曲板；233、副体伸缩板；24、第一固定缓冲块；25、螺旋弹簧；26、第二固定缓冲块；27、第二连接矩形筒；271、下部支撑架；275、固定铰；272、弹性连接件；29、旋转按钮；41、毛竹尖桩；42、粘土；43、粘土剂；44、gcl土工膜；61、土工织物；62、环形圆管；63、注射管；71、连接管；72、活塞；73、可控旋转器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一：

如图1至图3所示，一种用于流砂层地质的人工挖孔桩复合型施工设备，其特征在于：包括抽水真空泵11、储蓄池12、排水管13、注浆管15、蓄浆池16和注浆真空泵17，抽水真空泵11与储蓄池12连接，与储蓄池12连接的排水管13放置于孔桩内，注浆真空泵17与蓄浆池16连接，与蓄浆池16连接的注浆管15放置于孔桩内；还包括全自动钢圆筒设备，其由钢圆筒模板和支撑系统组成，钢圆筒模板由主体圆曲板232及副体伸缩板233交替拼装而成；支撑系统的上部支撑架231的一端与主体圆曲板232铰接，其另一端铰接在第一连接矩形筒23上，下部支撑架271一端与上部支撑架231中部固定连接，其另一端与第二连接矩形筒27铰接，上部支撑架231及下部支撑架271设置有三组；所述第一连接矩形筒23与第二连接矩形筒27上下相对设置，伸缩杆22下端与第二连接矩形筒27固定连接，伸缩杆22下端中部与第一连接矩形筒23可相对滑动的连接，圆球杆21固定在伸缩杆22的上部；主体圆曲板232的两个侧面设置有凹槽，副体伸缩板233的两侧插入所述凹槽内，在主体圆曲板232的两侧还设置有圆槽，旋转按钮29通过螺纹与圆槽连接，用于将主体圆曲板232与副体伸缩板233固定，施工时根据孔桩的大小调整其相对位置。主体圆曲232板上窄下宽。

第一连接矩形筒23下端固定有第一固定缓冲块24，第二连接矩形筒27的上端牢固连接有第二固定缓冲块26，在第一固定缓冲块24与第二固定缓冲块26之间设置有螺旋弹簧25。

下部支撑架271由前后两部分组成，其中部由弹性连接件272连接。

如图4至图9所示：还包括圆筒桩，其包括三层，外围密实包裹一层gcl土工膜44，夹心层由粘土42和粘土剂43构成，内层为由毛竹编织成的圆柱体；圆柱桩设置于钢圆筒模板下方。

还包括包裹着一层土工织物61的环形圆管，环形圆管62的周边等间距焊接了注射管63，注射管63与环形圆管62之间的角度在30度到45度之间；所述环形圆管62设置在圆筒桩下方并与所述注浆管15连通；所述环形圆管62右端空心部位与连接管71紧密连接，连接处涂抹密封胶泥。可控旋转器73连接的活塞72设置在环形圆管62与连接管71的连接口内，连接管71与注浆管15连接。

用于人工挖孔桩的施工方法，包括如下步骤：

1）用全站仪测量定位出桩孔中心点，并以此中心点为圆心，平整一块工作场地，其场地的横截面大于桩孔面积；

2）开挖首节桩孔时，先用风镐和铁锹开挖约1m的桩孔深度；

3）将全自动钢圆筒设备放入上面开挖好的结构空间，利用全自动钢圆筒内置的支撑体系以及自重自动下沉，此过程中每开挖一节桩孔，应通过工作地面连接的注浆管15完成护壁混凝土的灌注；

4）重复步骤3，当遇到流沙层时，用做好的毛竹尖桩按桩的直径圈好压入流砂层，沿上阶护壁圈按@300插入，每模横纵编成圆筒状；其圆筒状的毛竹外围密实包裹gcl土工膜44，以此进而逐层往下施工；

5）当开挖施工到中风化时，先启动地面真空泵的排水管13抽出位于流砂层底部圆孔内的地下水，启动注浆真空泵17，通过注浆管15将预先在储浆池16中调配的含有2%－3%抗渗剂的c10混凝土传送到外围已预先密裹好土工织物的环形圆管62，井下施工人员通过可控旋转器73控制混凝土进入与环形圆管62焊接的各注射管63，注射管63的尖端插入圆孔孔壁，结合自下而上反扩法完成桩孔最后的扩大头施工。

工作原理：通过全站仪放样确定桩芯位置，然后向下施加外力于全自动钢圆筒设备顶端的圆杆球21，向下的力顺着伸缩杆22、第二连接矩形筒27传递给下部支撑架271及螺旋弹簧25，螺旋弹簧25带动第一连接矩形筒23向下运动，下部支撑架271起稳定作用；上部支撑架231将力传递给主体圆曲板232使其得以撑开，通过转动旋转按钮29使得主体圆曲板232与副体伸缩板233牢靠固定，设备整体向下连续施工，施工中的振动可通过支撑系统中的螺旋弹簧25以及缓冲弹簧272来消除，设备在整体向下施工过程中伸缩杆圆杆球21始终保持在桩芯位置。地面上的施工人员可通过软梯安全进入桩孔内施工，全自动钢圆筒设备向下每施工一模，要通过地面长漏斗对每模圆孔周边浇筑拌制好的水泥砂浆，其后可往上施加提升力，通过钢圆筒内的上下支撑系统完成全自动钢圆筒设备的收叠。

实施方式二：

与实施方式一的区别在于，伸缩杆22与第一连接矩形筒23及第二连接矩形筒27分别固定连接，第一连接矩形筒23及第二连接矩形筒27之间的伸缩杆22可伸缩。