专利名称：软地基工程沉管成孔设备及灌注成桩方法
技术领域：
本发明涉及一种沉管挖孔灌注桩的成桩设备及方法。
在软地基上建多层建筑，特别是高层建筑，往往需要深入地下进行桩基建设。目前，除基础桩工程除预制桩夯打入地下这一方法之外，主要有机械成孔桩法和挤土成孔桩法，它们都是现场灌注成桩方法。机械成孔桩法往往以泥浆护壁，存在沉渣不易排除、桩径不易过大、施工效率低、费用高、桩型单一(一般为实心桩)等缺陷。挤土成孔桩法是利用中空钢筒挤土成孔，灌注水泥成桩。该方法虽比预制桩法有所进步，但同样存在桩径不易过大(一般小于600毫米)、桩型单一(为实心桩)的问题，且由于成桩孔时向四周挤压、对四周造成挤压破坏而受到施工环境的限制等缺陷。另外还有沉管护壁人工挖土成桩法，虽也可灌注实心桩或空心桩，但沉管后存在大量的人工取土工程、施工效率很低的不足。再有一种挤土沉桩方法，它利用在一大一小套管形成环状空腔的入地端套置筒靴，施工时挤土沉管成孔，该方法存在环状筒体不易过厚、需要桩靴、取排土困难、不易制实心桩，且桩靴只能一次性使用等缺陷。
本发明目的在于提供一种取土方便、成孔快捷、可重复使用的成桩设备及方法，本发明的目的也在于提供一种可灌注大直径实心桩体或空心桩体的成桩设备及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下方案一种沉管成孔灌注成桩设备，包括内套管、外套管，外套管上开有一混凝土入口，所述内套管离地端密封；所述内套管外径与外套管的内径一致，所述内套管上端设有一可密封的入水口，所述入水口也可设于密封盖上。
上述的成桩设备，在所述外套管入地端的内壁固接一圈顶托端头；所述外套管入地端外壁固接一圈端头。
上述的成桩设备，在所述内套管内腔固接有至少一片磨擦板，所述磨擦板侧面方向与套管轴向方向一致。
一种沉管成孔灌注成桩设备，包括内套管、外套管，所述内套管、外套管为两端开口的桩管，外套管离地端开有混凝土入口，在内套管、外套管间还套接有夹套管，夹套管由内管、外管及密封盖组成，内管的外径小于外管的内径，内管、外管离地端与密封盖固定连接，内管、外管的入地端开口；所述夹套管的内管内径与内套管的外径一致，夹套管外管的外径与外套管的内径一致；夹套管外管上端设有一可与夹套管内管与外管间空腔相通、可密封的入水口，所述入水口也可设于密封盖上。
上述的成桩设备，在所述内套管入地端的外壁固接一圈顶托端头，在外套管入地端的内壁固接一圈顶托端头；所述外套管入地端的外壁固接一圈端头，内套管入地端的内壁固接一圈端头。
上述的成桩设备，在所述夹套管的内、外管间的空腔内固接有至少一片磨擦板，所述磨擦板侧面方向与套管轴向方向一致。
一种运用上述成桩设备的成桩方法，其特征在于通过以下步骤完成；(1)将内套管与外套管套接，打开内套管的入水口，将设备压入土层；(2)密封入水口，将内套管从土层中取出；(3)向形成的桩孔内灌注混凝土成桩，同时逐渐向外取出外套管；(4)打开内套管的入水口，注入高压水或高压气体排出内套管内腔中的泥土。
一种运用上述成桩设备的成桩方法，其特征在于通过以下步骤完成(1)将设备各部件套接，打开夹套管的入水口，将外套管、内套管、夹套管入地端压入土层中；(2)密封入水口，将夹套管从土层中取出；(3)向内、外套管间形成的桩孔内灌注混凝土成桩，同时逐渐向外取出外套管、内套管；(4)打开夹套管的入水口，注入高压水或高压气体排出夹套管内腔中的泥土。
与现有技术相比，本发明设备之一采用内、外两套管结构，沉管后，密封内套管，利用大气压力及筒壁的磨擦力将土层提出，形成桩孔，取土方便、成孔快捷，加注水泥，可形成实心桩。内套管取出后，从入水口加高压水或高压气体可排出夹套管内的泥土，使设备能重复使用。
设备之二在内、外套管间套插离地端密封的夹套管，沉管后，密封夹套管，利用大气压力及筒壁的磨擦力将土层提出，形成一环形桩孔，取土方便、成孔快捷，加注水泥，可形成空心桩体。夹套管取出后，从入水口加高压水或高压气体可排出夹套管内的泥土，使设备能重复使用。
本发明采用的磨擦板结构，在设计桩体较长、桩体直径较大或桩体厚度较大时可以增加泥土与套管的接触面积，在取土成孔时能有效地将目标泥土取出，可以实现大直径桩体的成形。一般情况下不需要内接磨擦板也可顺利提出泥土本发明取土方便，沉管时对周边土层无破坏。灌注桩身时，可边灌注混凝土边向外拔出套管，也可先灌注混凝土再拔出套管，施工简便。
下面结合附图与实施例以对本发明作进一步的描述
图1、2为本发明设备的剖视图；图3-6为本发明内套管磨擦板的横向剖视图；图7为本发明夹套管磨擦板的横向剖视图。
参照附图，图中标号与部件为端头1、5、顶托端头2、4、外套管6、夹套管外管7、密封盖8、入水口9、混凝土入口10、夹套管内管11、内套管12、磨擦板13、法兰接头20、振动器30。
参照附图，一种沉管挖孔灌注桩的成桩设备之一，包括内套管12、外套管6，其中外套管6为两端开口的桩管，外套管6离地端开有混凝土入口10；内套管12离地端与一密封盖8固接。外套管6可套接于内套管12之外，打开内套管12之入水口9将设备沉入泥土中，到达设计深度后，密封内套管入水口9，由于内套管12内壁与泥土有磨擦力，提出内套管12时可将内套管12内腔的泥土一同带出；当内套管较长或桩孔直径较大时，泥土可能下滑，夹套管12与盖体8之间密封而与外界产生压力差，取出内套管12时产生的压力差也可与内壁面与泥土间的磨擦力一起作用克服泥土的重力及泥土底部断裂面的内聚力，将内套管12内腔的泥土随内套管12同时取出。取出内套管12后，土层形成一空心桩孔，注入混凝土成桩。同时在内套管的入水口9注入高压水或高压气体排出其内腔的泥土，设备可再次使用。
参照附图，在压入土层时为避免内套管12与外套管6之间的间隙进入泥土，在外套管12内壁入地端固接一圈顶托端头2，因内套管12外径与外套管6的内径一致，内套管12入地端就可支撑于固接于外套管6内壁顶托端头2的圆周面上，在设备压入土层过程中，泥土就不会进入内套管12与外套管6间的缝隙内，提出内套管12时内、外套管间基本不具磨擦力，内套管12可顺利提出。在外套管6的外壁入地端固接一圈端头1，端头1的设立可以减少套管入地时的磨擦力，因为端头位于套管的外壁之外，沉管时只要克服端头与套管底面的阻力，管身于端头入地后形成的空腔内几乎不受阻力，因端头的设立而减少了沉管时不必要的磨擦力。
参照附图，当设计的桩体直径较大或桩身过长时，为使内套管能顺利取出较多的泥土，在所述内套管12的空腔内固接有至少一片磨擦板13，所述磨擦板侧面方向与套管轴向方向一致。加入磨擦板后，泥土与磨擦板间有一定的磨擦力，取出内套管时该磨擦力可保证能顺利取泥土而形成空腔。否则，一般不需要内接磨擦板就可顺利提出泥土。
参照附图，一种沉管挖孔灌注桩的成桩设备之二，包括内套管12、外套管6，其中内、外套管为两端开口的桩管，外套管6离地端开有混凝土入口；夹套管由内管7与外管11及一密封盖8组成，内管11、外管7离地端与密封盖8固定连接，内管11的外径小于外管7的内径，在外管7与内管11间形成空腔，内管11、外管7入地端开口；所述内套管12可套接于夹套管内管11的内腔，外套管6可套接于夹套管外管7的外壁。夹套管的内管11内径与内套管12的外径一致，夹套管外管7的外径与外套管6的内径一致。夹套管外管7上端设有一可与夹套管内管11与外管7间空腔相通、可密封的入水口9，入水口9也可设于密封盖8上。
参照附图，内、外套管分别套接于夹套管，内、外套管与夹套管的长度可以一致，设备套接好后，打开夹套管的入水口9，将设备振动压入土层；压至要求深度后，密封夹套管的入水口9，提出夹套管，一同将夹套管内、外管间的泥土带出形成环形空腔。当夹套管长度较长、桩体厚度较大或桩孔直径较大时，泥土可能下滑，夹套管内、外管与盖体之间密封而与外界产生压力差，取出夹套管时该压力差与夹套管内、外管壁面与泥土的磨擦力一同克服泥土的重力及泥土底部断裂面的内聚力，将夹套管内、外管间的泥土随夹套管同时取出。然后可以通过外套管7的混凝土入口10向环形空腔灌注混凝土成空心桩。灌注水泥时，可以边灌注边将内、外套管拔出；也可以将混凝土灌注完成后，再将内、外套管取出。
同样，夹套管取出后，可以通过其外管11的入水口注入高压水或高压气体，清除内、外管间的泥土，达到夹套管的重复使用。
参照附图，在压入土层时为避免内套管12与夹套管内管11及外套管6与夹套管外管7的间隙进入泥土，在内套管12外壁入地端固接一圈顶托端头4，在外套管6的内壁入地端固接一圈顶托端头2；因夹套管的内管11内径与内套管12的外径一致，夹套管外管7的外径与外套管6的内径一致，夹套管的内、外管入地端就可支撑于两顶托端头2、4的圆周面上，在设备压入土层过程中，泥土就不会进入内套管12与夹套管内管11及外套管6与夹套管外管7的间隙内，提出夹套管时夹套管与内、外套管间基本不具磨擦力。
参照附图，另外，在外套管6的外壁入地端固接一端头1，在内套管12的内壁入地端固接一端头5；端头1、5的设立可以减少设备入地时的磨擦力，因为端头位于管壁之外，沉管时就是克服端头与套管底面的阻力，管身于端头入地后形成的空腔内几乎不受阻力，沉管阻力因端头的设立而减少许多。
参照附图，当设计的空心桩直径较大、桩体厚度较大或桩身过长时，为使夹套管能取出较多的泥土，在所述夹套管的内、外管间的空腔内固接有至少一片磨擦板13，所述磨擦板侧面方向与套管轴向方向一致。加入磨擦板13后，泥土与磨擦板间有一定的磨擦力，取出夹套管时可增大泥土与夹套管间的磨擦力以保证能顺利取泥土形成空腔。一般情况下，并不需要磨擦板就可提出泥土。
参照附图，磨擦力板13可设置成沿辐向均布的形状，也可设计成一位于空腔内的圆管(参照附图6)，磨擦板的设置就是为了增大套管提出时与带出泥土的接触面积。
利用本发明设备一取土成一空心桩孔后，在桩孔中加入桩芯，灌注混凝土形成空心桩也是常用的技术，设备二比这种方法更为简便，提出夹套管能一次形成环形桩孔，而不需要桩芯置入这一工序。
本发明所述端头的厚度视施工需要而定，可薄可厚。
本发明取出土方便，桩体的直径可设计得较大，避免现有方法桩体直径过小的弊病，而且即使空心桩体厚度较大的情况下也能方便施工，不会对周边造成挤压破坏；同时，本发明的桩体可按需要设计成不同的几何形状，有利于满足工程建设的需要。
权利要求
1.一种沉管成孔灌注成桩设备，包括内套管、外套管，外套管上开有一混凝土入口，其特征在于所述内套管离地端密封；所述内套管外径与外套管的内径一致，所述内套管上端设有一可密封的入水口，所述入水口也可设于密封盖上。
2.如权利要求1所述的成桩设备，其特征在于在所述外套管入地端的内壁固接一圈顶托端头；所述外套管入地端外壁固接一圈端头。
3.如权利要求1所述的成桩设备，其特征在于在所述内套管内腔固接有至少一片磨擦板，所述磨擦板侧面方向与套管轴向方向一致。
4.一种沉管成孔灌注成桩设备，包括内套管、外套管，所述内套管、外套管为两端开口的桩管，外套管离地端开有混凝土入口，其特征在于在内套管、外套管间还套接有夹套管，夹套管由内管、外管及密封盖组成，内管的外径小于外管的内径，内管、外管离地端与密封盖固定连接，内管、外管的入地端开口；所述夹套管的内管内径与内套管的外径一致，夹套管外管的外径与外套管的内径一致；夹套管外管上端设有一可与夹套管内管与外管间空腔相通、可密封的入水口，所述入水口也可设于密封盖上。
5．如权利要求4所述的成桩设备，其特征在于在所述内套管入地端的外壁固接一圈顶托端头，在外套管入地端的内壁固接一圈顶托端头所述外套管入地端的外壁固接一圈端头，内套管入地端的内壁固接一圈端头。
6.如权利要求4所述的成桩设备，其特征在于在所述夹套管的内、外管间的空腔内固接有至少一片磨擦板，所述磨擦板侧面方向与套管轴向方向一致。
7.一种运用权利要求1所述成桩设备的成桩方法，其特征在于通过以下步骤完成(1)将内套管与外套管套接，打开内套管的入水口，将设备压入土层；(2)密封入水口，将内套管从土层中取出；(3)向形成的桩孔内灌注混凝土成桩，同时逐渐向外取出外套管；(4)打开内套管的入水口，注入高压水或高压气体排出内套管内腔中的泥土。
8.一种运用权利要求4所述成桩设备的成桩方法，其特征在于通过以下步骤完成；(1)将设备各部件套接，打开夹套管的入水口，将外套管、内套管、夹套管入地端压入土层中；(2)密封入水口，将夹套管从土层中取出；(3)向内、外套管间形成的桩孔内灌注混凝土成桩，同时逐渐向外取出外套管、内套管；(4)打开夹套管的入水口，注入高压水或高压气体排出夹套管内腔中的泥土。
全文摘要
本发明涉及软地基工程沉管取排土成孔设备与灌注成桩方法，本发明所用的设备包括内、外套管及由内管、外管、密封盖组成的夹套管，内套管套接于夹套管内管内壁，外套管套接于夹套管外管的外壁。沉管后，密封夹套管取出夹套管内、外管间空腔内的泥土，形成环状桩孔，灌注混凝土而成空心桩。本发明施工方便、快捷、桩体厚度不受限制。
文档编号E02D5/38GK1316569SQ0010528
公开日2001年10月10日 申请日期2000年4月6日 优先权日2000年4月6日
发明者林长松 申请人:林长松