用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及建筑桩基承载力检测技术领域，尤其是涉及一种用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置及其使用方法。


背景技术：

2.桩基施工是当前一种非常普遍的地基处理方式，桩基正式施工前需要先进行场外试桩施工，通过静载试验确定单桩承载力，为设计院桩基的设计提供精确数据。
3.现在建筑物一般都有地下室或地下车库，基础标高基本都位于地下，由于施工前期基坑尚未开挖，场外试桩一般都从现有地面施工，这就导致从地面到设计桩的桩顶标高位置增加一部分桩长，该部分桩长称为负孔桩长，在桩基静载试验时该部分多余桩长产生一部分桩侧摩阻力，从而提高了桩基的承载力，使试验数据比有效数据要大，降低了桩基的安全系数；现有技术中的通常做法是通过理论公式预估这部分桩长的侧阻力，导致计算结果并不精确。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置及其使用方法，以缓解现有技术中存在的因负孔桩长产生的侧阻力导致静载试验数据不准确的技术问题。
5.本发明提供一种用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置，包括：内套管、外套管、密封机构和输气机构；
6.所述内套管和所述外套管均用于插设于地下桩孔中，所述外套管套设于所述内套管外部，所述外套管和所述内套管之间具有间隙，所述密封机构位于所述内套管和所述外套管之间，所述密封机构与所述输气机构连接，所述输气机构用于向所述密封机构充气，以使充气后的所述密封机构分别与所述外套管的内壁和所述内套管的外壁紧密贴合，所述内套管通过所述密封机构和所述外套管隔离侧面土压力。
7.在本发明较佳的实施例中，所述密封机构包括环形密封塞和环形密封防水囊袋；
8.所述环形密封塞位于所述外套管靠近地面的一端，所述环形密封塞的一端插设于所述外套管和所述内套管的间隙内，所述环形密封塞的另一端与所述外套管的端部抵接；
9.所述环形密封防水囊袋位于所述外套管伸入至地下的一端，所述环形密封防水囊袋位于所述外套管和所述内套管的间隙内，所述环形密封防水囊袋与所述输气机构连接，所述环形密封防水囊袋能够在充气后分别与所述外套管的内壁和所述内套管的外壁紧密贴合。
10.在本发明较佳的实施例中，所述输气机构包括输气管、止气阀和管帽；
11.所述环形密封塞上开设有预留孔，所述输气管的一端贯穿所述预留孔与所述环形密封防水囊袋连接，所述输气管的另一端用于连接外部气源，所述止气阀与所述输气管靠近外部气源的一端侧壁连接，所述管帽用于密封与外部气源分离的所述输气管。
12.在本发明较佳的实施例中，还包括环形囊袋限位器；
13.所述环形囊袋限位器位于所述外套管伸入至地下的一端，且所述环形囊袋限位器与所述外套管的内壁连接，所述环形囊袋限位器与所述内套管具有间隙，所述环形密封防水囊袋与所述环形囊袋限位器背离所述环形密封塞的一侧抵接，所述输气管贯穿所述环形囊袋限位器与所述环形密封防水囊袋连接。
14.在本发明较佳的实施例中，所述环形囊袋限位器的延伸宽度范围为大于或等于所述外套管和所述内套管之间的间隙宽度三分之二。
15.在本发明较佳的实施例中，所述内套管位于地上的一端高于所述外套管的端部，所述内套管位于地下的一端伸出所述外套管的端部。
16.在本发明较佳的实施例中，还包括防失稳支撑机构；
17.所述防失稳支撑机构位于所述外套管和所述内套管的间隙中，且所述防失稳支撑机构与所述内套管的外壁固定连接，所述防失稳支撑机构远离所述内套管的一端与所述外套管的内壁之间具有间距。
18.在本发明较佳的实施例中，所述防失稳支撑机构包括支撑肋板、滚轮和连接轴；
19.所述支撑肋板与所述内套管的外壁固定连接，所述滚轮位于所述支撑肋板远离所述内套管的一端，所述滚轮通过所述连接轴与所述支撑肋板转动连接，所述滚轮的端部与所述外套管的内壁之间的间距范围为2mm-3mm。
20.在本发明较佳的实施例中，所述防失稳支撑机构设置有多组，多组所述防失稳支撑机构沿着所述内套管的延伸方向间隔布置；
21.每组所述防失稳支撑机构设置有多个，多个所述防失稳支撑机构沿着所述内套管的圆周方向间隔布置，且多个所述防失稳支撑机构位于同一水平面上，任意相对的两个所述防失稳支撑机构呈对称布置。
22.本发明提供的一种基于所述的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的使用方法，包括以下步骤：
23.预制内套管和外套管，其中内套管的直径为设计桩的桩径，外套管的直径大于内套管的直径；
24.以外套管的直径钻取第一桩孔，第一桩孔施工至设计桩的桩顶位置；
25.以内套管的直径钻取第二桩孔，第二桩孔施工至设计桩的桩底标高位置；
26.将外套管伸入至第一桩孔中，将内套管伸入至第二桩孔中，利用输气机构将密封机构完成充气组装；
27.对内套管中下放钢筋笼，灌注混凝土；
28.待混凝土达到试验龄期，利用输气机构对密封机构进行放气；
29.取出密封机构，开始设计桩静载试验。
30.本发明提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置，包括：内套管、外套管、密封机构和输气机构；内套管和外套管均插设于地下桩孔中，外套管套设于内套管外部，外套管和内套管之间具有间隙，密封机构位于内套管和外套管之间，利用外套管能够对内套管形成空间间隙，即外套管能够阻碍地下桩孔对内套管的摩阻力，进一步地，密封机构与输气机构连接，输气机构向密封机构充气，以使充气后的密封机构分别与外套管的内壁和内套管的外壁紧密贴合，通过充气完成后的密封机构能够保证内套管和外套管之间的稳定性，当通过内套管完成混凝土灌注形成设计桩后，此时外套管位置能够隔离侧面土压力，使得静载
试验的结果更加贴合实际使用情况，缓解了现有技术中存在的因负孔桩长产生的侧阻力导致静载试验数据不准确的技术问题。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的整体结构示意图；
33.图2为图1实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的a位置处的局部放大结构示意图；
34.图3为图1实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的b-b方向的剖面结构示意图；
35.图4为图1实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的c位置处的局部放大结构示意图；
36.图5为本发明实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的环形密封防水囊袋位置处局部放大结构示意图。
37.图标：100-设计桩；200-内套管；300-外套管；400-密封机构；401-环形密封塞；402-环形密封防水囊袋；500-输气机构；501-输气管；502-止气阀；503-管帽；600-环形囊袋限位器；700-防失稳支撑机构；701-支撑肋板；702-滚轮；703-连接轴。
具体实施方式
38.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
39.如图1-图5所示，本实施例提供一种用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置，包括：内套管200、外套管300、密封机构400和输气机构500；内套管200和外套管300均用于插设于地下桩孔中，外套管300套设于内套管200外部，外套管300和内套管200之间具有间隙，密封机构400位于内套管200和外套管300之间，密封机构400与输气机构500连接，输气机构500用于向密封机构400充气，以使充气后的密封机构400分别与外套管300的内壁和内套管200的外壁紧密贴合，内套管200通过密封机构400和外套管300隔离侧面土压力。
40.需要说明的是，本实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置能够对场外设计桩100进行试桩施工，以通过静载试验得到准确的单桩承载力；具体地，外套管300的直径大于内套管200的直径，其中外套管300可以通过密封机构400分别对外套管300的两端进行密封，其中，密封机构400能够通过输气机构500完成充气和放气操作，当需要对内套管200以及地下桩孔中灌注混凝土设计桩100时，利用密封机构400对内套管200和外套管300之间形成间隔接触，当完成混凝土设计桩100的灌注后，利用输气机构500将密封机构400进行放
气，使得密封机构400与内套管200和外套管300分离，此时对设计桩100进行静载试验，利用外套管300能够隔离侧面土压力，进而有效消除负孔段桩侧摩阻力，有效解决因负孔桩长产生的侧阻力导致静载试验数据不准确的技术难题；相比于通过理论公式估算负孔段桩侧摩阻力的方法更加符合实际、数据更加精确。
41.具体地，外套管300的内径可以比内套管200的外径大10cm，从而可以方便输气机构500以及密封机构400穿设其中。
42.本实施例提供的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置，包括：内套管200、外套管300、密封机构400和输气机构500；内套管200和外套管300均插设于地下桩孔中，外套管300套设于内套管200外部，外套管300和内套管200之间具有间隙，密封机构400位于内套管200和外套管300之间，利用外套管300能够对内套管200形成空间间隙，即外套管300能够阻碍地下桩孔对内套管200的摩阻力，进一步地，密封机构400与输气机构500连接，输气机构500向密封机构400充气，以使充气后的密封机构400分别与外套管300的内壁和内套管200的外壁紧密贴合，通过充气完成后的密封机构400能够保证内套管200和外套管300之间的稳定性，当通过内套管200完成混凝土灌注形成设计桩100后，此时外套管300位置能够隔离侧面土压力，使得静载试验的结果更加贴合实际使用情况，缓解了现有技术中存在的因负孔桩长产生的侧阻力导致静载试验数据不准确的技术问题。
43.在上述实施例的基础上，进一步地，在本发明较佳的实施例中，密封机构400包括环形密封塞401和环形密封防水囊袋402；环形密封塞401位于外套管300靠近地面的一端，环形密封塞401的一端插设于外套管300和内套管200的间隙内，环形密封塞401的另一端与外套管300的端部抵接；环形密封防水囊袋402位于外套管300伸入至地下的一端，环形密封防水囊袋402位于外套管300和内套管200的间隙内，环形密封防水囊袋402与输气机构500连接，环形密封防水囊袋402能够在充气后分别与外套管300的内壁和内套管200的外壁紧密贴合。
44.本实施例中，环形密封塞401可以采用橡胶密封塞，其中，环形密封塞401可以采用截面形状为t字形结构，即环形密封塞401的一端能够沿着外套管300的端部插设于内套管200和外套管300之间的间距中，同时环形密封塞401的另一端能够与外套管300的端部表面贴合，利用环形密封塞401能够对外套管300伸出地面的一端进行密封连接；进一步地，环形密封防水囊袋402布置于外套管300伸入至地下桩孔的一端，同时环形密封防水囊袋402与输气机构500连接，输气机构500能够贯穿环形密封塞401对环形密封防水囊袋402进行充气和放气操作，当需要灌注设计桩100时，此时利用输气机构500对环形密封防水囊袋402进行充气，使得环形密封防水囊袋402分别与外套管300和内套管200形成紧密贴合，保证了外套管300和内套管200之间的密封稳定性；当完成灌注后，利用输气机构500对环形密封防水囊袋402进行放气，使得环形密封防水囊袋402与外套管300和内套管200之间分离，同时取下环形密封塞401后，可以对设计桩100进行静载试验。
45.在本发明较佳的实施例中，输气机构500包括输气管501、止气阀502和管帽503；环形密封塞401上开设有预留孔，输气管501的一端贯穿预留孔与环形密封防水囊袋402连接，输气管501的另一端用于连接外部气源，止气阀502与输气管501靠近外部气源的一端侧壁连接，管帽503用于密封与外部气源分离的输气管501。
46.本实施例中，输气管501能够贯穿环形密封塞401的预留孔伸入至内套管200和外
套管300之间的间隙中，输气管501可以通过丝扣与环形密封防水囊袋402连接，此时开启止气阀502，利用外部气源对环形密封防水囊袋402进行充气，当充气完成后，关闭止气阀502，将外部气源与输气管501分离，通过管帽503对输气管501的端部拧紧密封，保证环形密封防水囊袋402一直处于充气胀起的状态。
47.在本发明较佳的实施例中，还包括环形囊袋限位器600；环形囊袋限位器600位于外套管300伸入至地下的一端，且环形囊袋限位器600与外套管300的内壁连接，环形囊袋限位器600与内套管200具有间隙，环形密封防水囊袋402与环形囊袋限位器600背离环形密封塞401的一侧抵接，输气管501贯穿环形囊袋限位器600与环形密封防水囊袋402连接。
48.本实施例中，环形囊袋限位器600可以与外套管300的内壁固定连接，其中环形囊袋限位器600可以通过焊接的方式与外套管300固定连接，利用环形密封防水囊袋402沿着环形囊袋限位器600的表面平铺，环形囊袋限位器600对应输气管501的位置可以设置有通孔，输气管501能够贯穿通孔与环形密封防水囊袋402连接，当输气管501对环形密封防水囊袋402进行充气过程中，环形密封防水囊袋402能够沿着环形囊袋限位器600的表面膨胀限位，利用环形密封防水囊袋402保证了环形密封防水囊袋402能够位于外套管300伸入至地下的一端。
49.可选地，环形密封防水囊袋402可以在地面上进行放置，即先对外套管300靠近环形囊袋限位器600的一端放置环形密封防水囊袋402，再利用输气管501伸入至环形囊袋限位器600的通孔与环形密封防水囊袋402连接。
50.在本发明较佳的实施例中，环形囊袋限位器600的延伸宽度范围为大于或等于外套管300和内套管200之间的间隙宽度三分之二。
51.本实施例中，环形囊袋限位器600与内套管200的外壁之间具有间隙，保证环形囊袋限位器600不会对内套管200的外壁形成干涉，具体地，环形囊袋限位器600的延伸宽度在三分之二的外套管300内壁与内套管200外壁之间距离，既可以限制环形密封防水囊袋402在地下混凝土推力作用下上移，又可保证环形囊袋限位器600远离外套管300内壁的一端与内套管200外径保持一定距离不接触。
52.可选地，环形囊袋限位器600远离外套管300内壁的一端可以作圆弧倒角处理，以能够防止环形密封防水囊袋402在充满气体状态下被割伤。
53.在本发明较佳的实施例中，内套管200位于地上的一端高于外套管300的端部，内套管200位于地下的一端伸出外套管300的端部。
54.举例说明，内套管200位于地上的一端的边缘比外套管300的边缘可以高50cm，其中，输气管501伸出外套管300的一端可以高于外套管300的边缘15cm，以能够有助于保护输气机构500顶端的止气阀502和管帽503不被破坏；需要说明的是，当完成灌注后，可以根据桩顶混凝土灌注质量，视情况对高出50cm部分进行割除，进而能够获得满足质量要求、完整的混凝土面。
55.进一步地，内套管200位于地下的一端的边缘比外套管300边缘长20cm，利用内套管200长出部分与桩孔的孔壁贴合可防止部分浆液上返，进而对环形密封防水囊袋402形成防护。
56.在本发明较佳的实施例中，还包括防失稳支撑机构700；防失稳支撑机构700位于外套管300和内套管200的间隙中，且防失稳支撑机构700与内套管200的外壁固定连接，防
失稳支撑机构700远离内套管200的一端与外套管300的内壁之间具有间距。
57.本实施例中，防失稳支撑机构700与内套管200的外壁固定连接，当内套管200和外套管300套接过程中，防失稳支撑机构700能够对外套管300的内壁进行滚动连接，同时利用防失稳支撑机构700远离内套管200的一端与外套管300的内壁之间具有间距，既能保证内套管200的垂直度，又能减少防失稳支撑机构700与外套管300内壁的摩擦；即利用防失稳支撑机构700能够保证外套管300和内套管200在套设安装过程中，二者的圆心可以在误差范围内形成同轴，进而保证了内套管200位于桩孔内的垂直度，便于对设计桩100的灌注。
58.在本发明较佳的实施例中，防失稳支撑机构700包括支撑肋板701、滚轮702和连接轴703；支撑肋板701与内套管200的外壁固定连接，滚轮702位于支撑肋板701远离内套管200的一端，滚轮702通过连接轴703与支撑肋板701转动连接，滚轮702的端部与外套管300的内壁之间的间距范围为2mm-3mm。
59.本实施例中，支撑肋板701可以通过焊接的方式与内套管200的外壁固定连接，滚轮702利用连接轴703与支撑肋板701形成转动连接，其中滚轮702能够与外套管300的内壁接触，利用滚轮702外边缘与外套管300内壁之间留有2mm-3mm间距，既能保证内套管200的垂直度，又能减少滚轮702与外套管300内壁的摩擦。
60.在本发明较佳的实施例中，防失稳支撑机构700设置有多组，多组防失稳支撑机构700沿着内套管200的延伸方向间隔布置；每组防失稳支撑机构700设置有多个，多个防失稳支撑机构700沿着内套管200的圆周方向间隔布置，且多个防失稳支撑机构700位于同一水平面上，任意相对的两个防失稳支撑机构700呈对称布置。
61.可选地，每组防失稳支撑机构700可以设置有四个，四个防失稳支撑机构700呈两两对称布置于内套管200的圆周方向，通过四个防失稳支撑机构700形成等角间隔布置，以对内套管200和外套管300之间的四个对称方向形成防失稳支撑；其中每组防失稳支撑机构700的间距可以为每隔2m设置一组，或者可以负孔深度适当调整间隔距离，此处对此不作限定。
62.本实施例提供的基于的用于消除灌注桩负孔摩阻力的装置的使用方法，包括以下步骤：预制内套管200和外套管300，其中内套管200的直径为设计桩100的桩径，外套管300的直径大于内套管200的直径；以外套管300的直径钻取第一桩孔，第一桩孔施工至设计桩100的桩顶位置；以内套管200的直径钻取第二桩孔，第二桩孔施工至设计桩100的桩底标高位置；将外套管300伸入至第一桩孔中，将内套管200伸入至第二桩孔中，利用输气机构500将密封机构400完成充气组装；对内套管200中下放钢筋笼，灌注混凝土；待混凝土达到试验龄期，利用输气机构500对密封机构400进行放气；取出密封机构400，开始设计桩100静载试验。
63.本实施例中，设定外套管300位于地上的一端为上端，位于地下的一端为下端，将环形密封塞401安装在外套管300上口处，使外套管300上口与内套管200外壁密封，将输气管501从环形密封塞401预留孔处穿入，进一步穿过环形囊袋限位器600的通孔，通过丝扣连接安装在环形密封防水囊袋402上；将环形密封防水囊袋402平铺在环形囊袋限位器600底面上，通过输气机构500从进气口给环形密封防水囊袋402充气，待环形密封防水囊袋402与外套管300内壁和内套管200外壁紧密贴合后停止充气，关闭止气阀502，拧紧管帽503；将该装置安装在钢筋笼的顶部，钢筋笼与内套管200内壁进行固定；其中，第一桩孔为负孔，第一
桩孔部分采用比设计桩100的桩径大10cm的钻头施工至设计桩100的桩顶位置，换设计桩100的桩径钻头继续施工至设计桩100的桩底标高；然后下放钢筋笼、灌注混凝土；待混凝土达到试验龄期，打开止气阀502，将环形密封防水囊袋402内的气体排出，环形密封防水囊袋402与外套管300内壁和内套管200外壁分离，取下外套管300上口端的环形橡胶密封塞，开始静载试验；通过外套管300高度范围内的桩身没有土压摩阻力，检测的数据仅为下部设计桩100的桩长的承载能力，能有效避免空桩部分对桩承载力的干扰，增加了检测的准确性。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。