专利名称：软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法
技术领域：
本发明涉及一种软质土层桩基施工方法。
背景技术：
现有的软质土层桩基施工方法包括如下施工工序
1.长螺旋钻机引孔施工；
2.孔内吊入钢筋笼的施工；
3.浇筑混凝土的施工。这种施工方法虽然可靠，但施工效率较低，尤其是在浇筑混凝土后需要等一个 月左右的时间才能使混凝土桩基达到设计要求的强度。近年来，随着电力工业的迅速发展，粉煤灰排放量急剧增加。燃煤热电厂所排 放的粉煤灰总量逐年增加累积就形成了该工程现场的粉煤灰地层。粉煤灰地层呈灰色、 灰白色，堆积密度0.531 1.261g/cm3，与其它软土地层相比，它密度较小且本身略有或 没有水硬胶凝性能，表面失水干燥时易板结变硬，含水率变大则呈糊状，下雨时粉煤灰 饱水且易流动，稍振动极易液化，所以该施工现场存在地质松软，承载力较小，施工机 械与材料运输、加工不便，耗费工期，施工进度受天气影响较大等问题，采用传统的施 工方法施工效率低，无法满足建设单位尽量缩短工期以便早日投入生产的需要。现有的预应力砼管桩施工时多采用静压桩，这种施工方法具有噪音低、震动 小、无大气污染等优点，但这种施工方法对施工现场的地质要求较为严格，要求场地表 层土压强M20kpa。当施工地为软质土层时，容易发生陷机现象；同时静压桩机体积、 重量较大，在野外施工中，没有正规硬化的道路无法运输；因而，采用静压桩的预应力 砼管桩施工方法不适用于软质土层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法，施 工周期短，效率较高。为实现上述目的，本发明的软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法按照 施工顺序包括测量定位、长螺旋钻机引孔施工、导杆式柴油锤打桩机施工等三个步骤； 测量定位步骤是在GPS定位基础上再使用全站仪测定具体桩位控制点，并在控制点浇筑 混凝土保护；最后，随工程进度同步使用经纬仪和50m钢尺对各个桩位进行定位；在打 桩施工区域附近设置控制桩与水准点不少于2个，控制桩与水准点的位置距离打桩操作 地点至少40m ；每一方向的作业段设置4 5个轴线控制桩轴线控制桩设置在距桩位5 IOm处，以控制桩基轴线和标高；长螺旋钻机引孔施工步骤包括三个子步骤，第一子步 骤是钻机行走至桩位，调整桩架上的指针对准“0”刻度以使钻头对准桩位；第二子步 骤是从钻机的正对面和正侧面成90°角架好经纬仪或线坠，再根据经纬仪或线坠从两垂直 方向调整钻机钻杆垂直度，垂直度偏差动.5%，并始终保持桩架稳定平整；钻杆与护筒间隙<20毫米；第三子步骤是采用间隙式钻进法，即钻进一空钻一钻进交替进行，钻机 钻至设计要求的深度后空钻一分钟再提钻以保证成孔规则完整；
导杆式柴油锤打桩机施工步骤包括五个子步骤，第一子步骤是根据测量的标记使打 桩机就位并进行桩位复测；第二子步骤是吊装落位，通过桩机起重设备采用单点吊装的 方法缓慢将桩段起吊至桩位处，吊点距桩段上下端距离之比为0.297: 0.703，起吊过程 中使用拉绳辅助控制桩段状态，保证桩段垂直就位；第三子步骤是在桩机附近两侧设置 钢支架吊线锤，通过桩段两个垂直方向的边缘双向控制桩段垂直度，发生倾斜时调整桩 机以保证桩段的垂直度；第四子步骤是接桩，焊接前将上、下桩段连接处吻合在一起并 找正接直，同时校正上桩段的垂直度，如上下桩之间的接合面的间隙>2毫米，则用金属 材料填实焊牢，保证上下桩之间的接合面的间隙<2毫米；焊接前还需要保证桩段端板露 出金属原色，如桩段端板发生锈蚀或被灰尘覆盖，则用工具将桩段端板刷至或打磨至露 出金属原色；焊接是在上下桩连接处采用二氧化碳气体保护焊连接，焊接时对称施焊， 电焊厚度高出坡口 1mm，分3层施焊完毕后，应检查焊接质量，当发现有虚焊、漏焊 或夹渣等缺限时，必须进行补焊，直至消除缺陷为止；焊接完毕待焊缝降温8分钟后对 接头钢箍扩焊缝进行防锈处理，打桩前对上、下桩段接头外漏金属部分再次涂刷防锈涂 料；第五子步骤是打桩，打桩时采用重锤低击方法，桩锤下落距离<150厘米，根据吊线 锤的变异情况，当桩的垂直度超限时，停机并校正桩的垂直度；上述打桩过程中对贯入 度和设计要求桩顶标高进行控制，确保桩端进入持力层的深度达到设计的要求；如桩端 进入持力层的深度未达到设计要求，则增加锤击数，极限贯入度值为最后十击小于3厘 米，使桩端进入持力层的深度达到设计要求的数值；本步骤的施工中应避免桩身发生倾 斜、位移或严重回弹现象；当桩端部出现轻微裂纹现象时，应马上停工，用环氧树脂黏 结修补；桩身开裂、破碎时必须将坏桩拔除，重新施工。导杆式柴油锤打桩机施工步骤后进行吊入钢筋笼和浇筑混凝土步骤；吊入钢筋 笼和浇筑混凝土步骤包括三个子步骤，第一子步骤是在吊入钢筋笼前先测量管桩内涌土 的高度，涌土超过设计要求的高度时，使用洛阳铲挖除；涌土低于设计要求的高度时， 可人工回填至要求高度；第二子步骤是在管桩内吊入钢筋笼，绑扎桩帽的钢筋、预埋螺 栓，制作桩帽，然后从桩帽向下浇筑商品混凝土，第三子步骤是当混凝土凝固后，拆除 模板。导杆式柴油锤打桩机施工步骤中，如果打桩深度超过设计深度，贯入度未达到 要求，则在现场施工中，选址加大钻机引孔深度，最深达21米；选址时根据地质勘查报 告避免加大钻机引孔深度的位置存在以下情况(1)地下水位或地下流沙淤积层高于 引孔深度，(2)引孔深度范围内的地层中存在软硬层交接层，(3)引孔位置处的地层 中存在孤石或其它障碍物；在桩身完好条件下，利用3 4m短桩段加长焊接桩段长度以 满足贯入度要求，但同一条工程桩焊接接头不多于2个；如果桩身已破损，则将坏桩排 除并重新施工。导杆式柴油锤打桩机施工步骤中，如果贯入度达到要求，打桩深度未达到设计 深度，则停止打桩；如果出现桩头、桩身轻微开裂现象，则先把破坏的混凝土凿掉，然 后在桩头加一道新套箍，与新的端板焊接，内壁开裂处及混凝土与端板之间用环氧砼黏 结；如果破碎严重，该桩已报废，则把这桩周围土挖掉，然后把上节桩截掉，再重新焊接上节桩，然后再行施打。本发明具有如下的优点
1.本发明的施工方法有效解决了施工场地地表承载力小、施工机械、材料加工、运 输不便、天气变化影响大等问题，由于不需要以现浇混凝土的方式制作桩基，因此无须 等待一个月左右的时间才能使混凝土桩基达到设计要求的强度；桩段之间采用气体保护 焊，提高了焊缝位置处的抗剪能力。总之，本发明的施工方法达到了缩短工期、节省资 金、保证工程质量的目的，尤其适用于承载力较差的软土地层及抗震烈度小于7°的预应 力管桩施工，当然本明的施工方法也可广泛用于其它地层工民建筑的施工。2.在管桩内吊入钢筋笼和浇筑混凝土，管桩填芯后由于填芯混凝土参与工作， 焊缝位置处和整个桩身的开裂弯矩、屈服弯矩及极限弯矩均比非填芯管桩要大，极大提 高了桩基整体抗剪能力，即便施工地表为粉煤灰层，若干年后去掉粉煤灰层后，管桩基 础作为钢桁架支柱仍能承受设计荷载。在地震多发区的软土地层中，土体极易因地震作 用液化，而消除地基液化沉陷的有效措施就是采用桩基，因此本施工方法可用于抗震烈 度高于7°的地区。当然，本施工方法可更大范围的用于工民建筑。3.利用短桩段加长焊接桩段长度的方法能够较方便地弥补贯入度未达到要求的 缺陷。4.事后采用截桩等弥补手段，便于消除打桩深度未达到设计深度的缺陷。
图1是打桩入土的原理示意图； 图2是接桩示意图3是挖除粉煤灰层后桩基作为立柱的受力示意图； 图4是土压力计算原理示意图。
具体实施例方式本发明的软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法按照施工顺序包括测量 定位、长螺旋钻机引孔施工、导杆式柴油锤打桩机施工、吊入钢筋笼和浇筑混凝土等四 个步骤，在具体施工中遵守具体工程设计的要求。测量定位步骤是在GPS定位基础上再使用全站仪测定具体桩位控制点，(桩位 控制点重点位于作业路线拐角位置)并在控制点浇筑混凝土保护；最后，随工程进度同 步使用经纬仪和50m钢尺对各个桩位进行定位，以防桩位点受破坏；在打桩施工区域附 近设置控制桩与水准点不少于2个，控制桩与水准点的位置以不受打桩影响为原则距离 打桩操作地点至少40m;每一方向的作业段设置4 5个轴线控制桩，以便后续施工单位 进行复核；每一方向作业段的轴线控制桩可以多设，不可少于4个，轴线控制桩设置在 距桩位5 IOm处，以控制桩基轴线和标高。长螺旋钻机引孔施工步骤(实施例前先进行试钻，即选1 2点作为试钻孔，观 察土层特征，了解钻进难易程度)包括三个子步骤，第一子步骤是钻机行走至桩位，调 整桩架上的指针对准“0”刻度以使钻头对准桩位。第二子步骤是从钻机的正对面和正侧 面成90°角架好经纬仪或线坠，再根据经纬仪或线坠从两垂直方向调整钻机钻杆垂直度，垂直度偏差动.5%，并始终保持桩架稳定平整(实施例不得晃动)。钻杆与护筒间隙 <20毫米(实施例以保障钻杆旋转过程中不会产生过大挠度)。第三子步骤是采用间 隙式钻进法，即钻进一空钻一钻进交替进行，钻机钻至设计要求的深度后空钻一分钟再 提钻以保证成孔规则完整。长螺旋钻机引孔保证留存有3 5条成型孔，不得多钻，防 止流砂瘀积，同时因为粉煤灰地层结构松散，在阴雨天气暂停施工，防止因抗剪力减弱 导致塌孔。本步骤的施工中应保证钻机引孔的垂直度和深度。导杆式柴油锤打桩机施工步骤包括五个子步骤，第一子步骤是根据测量的标记 使打桩机就位并进行桩位复测。第二子步骤是吊装落位，通过桩机起重设备采用单点吊 装的方法缓慢将桩段起吊至桩位处，吊点距桩段上下端距离之比为0.297: 0.703，起吊 过程中使用拉绳辅助控制桩段状态，保证桩段垂直就位，起吊过程中桩段不得发生碰撞 和随意自由落位。第三子步骤是在桩机附近两侧设置钢支架吊线锤，通过桩段两个垂直 方向的边缘双向控制桩段垂直度，发生倾斜时调整桩机以保证桩段的垂直度。施工中严 禁边打桩边调整桩机，或者下桩入土深度21.0m后调整桩机。第四子步骤是接桩，焊接 前将上、下桩段连接处吻合在一起并找正接直，同时校正上桩段的垂直度，如上下桩之 间的接合面的间隙>2毫米，则用金属材料填实焊牢，保证上下桩之间的接合面的间隙<2 毫米。焊接前还需要保证桩段端板露出金属原色，如桩段端板发生锈蚀或被灰尘覆盖， 则用工具(最好是用电动钢丝刷)将桩段端板刷至或打磨至露出金属原色。焊接是在上 下桩连接处采用二氧化碳气体保护焊连接，焊接时对称施焊，电焊厚度高出坡口 1mm， 分3层施焊完毕后，应检查焊接质量，当发现有虚焊、漏焊或夹渣等缺限时，必须进行 补焊，直至消除缺陷为止。焊接完毕待焊缝降温8分钟后对接头钢箍扩焊缝进行防锈处 理，打桩前对上、下桩段接头外漏金属部分再次涂刷防锈涂料。第五子步骤是打桩，打 桩时采用重锤低击方法，实施桩锤可采用JWDD103型重型柴油打桩锤，也可根据工程实 际情况选用其它型号的打桩锤，桩锤下落距离<150厘米。施工中可派专人观测吊线锤的 变异情况，严格控制桩的倾斜度。根据吊线锤的变异情况，当桩的垂直度超限时，停机 并校正桩的垂直度。上述打桩过程中对贯入度(贯入度，即在单位击数和相对固定锤高 的情况下，管桩的入土深度。平均贯入度就是最后三阵锤每阵十锤分别量得的贯入度的 平均值。平均贯入度并不是每击的贯入度，而是每阵十锤的入土深度。设计一般要求的 是平均贯入度不大于25 30mm)和设计要求的桩顶标高进行控制，确保桩端进入持力 层的深度达到设计的要求。如桩端进入持力层的深度未达到设计要求，则在允许的范围 内适当增加锤击数，极限贯入度值为最后十击小于3厘米，使桩端进入持力层的深度达 到设计要求的数值。本步骤的施工中应避免桩身发生倾斜、位移或严重回弹现象。当桩 端部出现轻微裂纹现象时，应马上停工，用环氧树脂黏结修补。桩身开裂、破碎时必须 将坏桩拔除，重新施工。在导杆式柴油锤打桩机施工步骤前，应对管桩外观质量进行详细检查，检查标 准如下表所示项目允许偏差优等品~1等品合格品长度(L)+0. 3%L. -0. 3%L+0. 5%L -0. 4%L+0. 7%L -α 5%L端部倾斜《0. 3%D实 0. 4%D(α 5%D外径 CD>600mm)+3、-2+5、-2+7、-4壁厚t (mm)+10, 0+15、0正偏差不限、0保护层厚度(mm)+5, 0+7 % 3+10, -5桩身弯曲度^L/1500^L/1200《L/1000桩 板外侧平面度 (mm)CK 2内径(mm)0、-1夕卜径(mm)0、-2厚度(mm)正偏差不限、0
吊入钢筋笼和浇筑混凝土步骤包括三个子步骤，
第一子步骤是在吊入钢筋笼前先测量管桩内涌土的高度，涌土超过设计要求的高度 时，使用洛阳铲挖除。涌土低于设计要求的高度时，可人工回填至要求高度。第二子步 骤是在管桩内吊入钢筋笼，绑扎桩帽的钢筋、预埋螺栓，制作桩帽，然后从桩帽向下浇 筑混凝土(最好采用C30商品混凝土，也可选用其它型号的混凝土)，第三子步骤是当 混凝土凝固后，拆除模板。导杆式柴油锤打桩机施工步骤中，如果打桩深度超过设计深度，贯入度未达到 要求，则在现场施工中，选址加大钻机引孔深度，最深达21米；选址时根据地质勘查报 告避免加大钻机引孔深度的位置存在以下情况(1)地下水位或地下流沙淤积层高于 引孔深度，(2)引孔深度范围内的地层中存在软硬层交接层，(3)引孔位置处的地层 中存在孤石或其它障碍物。采用上述措施可以避免土层软硬层交接处或遇到孤石和其他 障碍物时下部桩体损坏，同时避免因地下水层流沙淤积过多影响打桩施工。在桩身完好 条件下，利用3 4m短桩段加长焊接桩段长度以满足贯入度要求，但同一条工程桩焊接 接头不多于2个；如果桩身已破损，则将坏桩排除并重新施工。在导杆式柴油锤打桩机施工步骤中，如果贯入度达到要求，打桩深度未达到设 计深度，则停止打桩。如果出现桩头、桩身轻微开裂现象，则先把破坏的混凝土凿掉， 然后在桩头加一道新套箍，与新的端板焊接，内壁开裂处及混凝土与端板之间用环氧砼 黏结。如果破碎严重，该桩已报废，则把这桩周围土挖掉，然后把上节桩截掉，再重新 焊接上节桩，然后再行施打。上述施工动作一定要快，否则土体恢复的时间越长，桩越难打，坏桩的几率越大。 本发明的施工方法采用的是高强预应力砼(混凝土)管桩，这种管桩与其它常 用桩型的性能比较如下表所示
权利要求
1.软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法，其特征在于按照施工顺序包括 测量定位、长螺旋钻机引孔施工、导杆式柴油锤打桩机施工等三个步骤；测量定位步骤是在GPS定位基础上再使用全站仪测定具体桩位控制点，并在控制点 浇筑混凝土保护；最后，随工程进度同步使用经纬仪和50m钢尺对各个桩位进行定位； 在打桩施工区域附近设置控制桩与水准点不少于2个，控制桩与水准点的位置距离打桩 操作地点至少40m ；每一方向的作业段设置4 5个轴线控制桩轴线控制桩设置在距桩位 5 IOm处，以控制桩基轴线和标高；长螺旋钻机引孔施工步骤包括三个子步骤，第一子步骤是钻机行走至桩位，调整桩 架上的指针对准“0”刻度以使钻头对准桩位；第二子步骤是从钻机的正对面和正侧面 成90°角架好经纬仪或线坠，再根据经纬仪或线坠从两垂直方向调整钻机钻杆垂直度，垂 直度偏差动.5%，并始终保持桩架稳定平整；钻杆与护筒间隙<20毫米；第三子步骤是 采用间隙式钻进法，即钻进一空钻一钻进交替进行，钻机钻至设计要求的深度后空钻一 分钟再提钻以保证成孔规则完整；导杆式柴油锤打桩机施工步骤包括五个子步骤，第一子步骤是根据测量的标记使打 桩机就位并进行桩位复测；第二子步骤是吊装落位，通过桩机起重设备采用单点吊装的 方法缓慢将桩段起吊至桩位处，吊点距桩段上下端距离之比为0.297: 0.703，起吊过程 中使用拉绳辅助控制桩段状态，保证桩段垂直就位；第三子步骤是在桩机附近两侧设置 钢支架吊线锤，通过桩段两个垂直方向的边缘双向控制桩段垂直度，发生倾斜时调整桩 机以保证桩段的垂直度；第四子步骤是接桩，焊接前将上、下桩段连接处吻合在一起并 找正接直，同时校正上桩段的垂直度，如上下桩之间的接合面的间隙>2毫米，则用金属 材料填实焊牢，保证上下桩之间的接合面的间隙<2毫米；焊接前还需要保证桩段端板露 出金属原色，如桩段端板发生锈蚀或被灰尘覆盖，则用工具将桩段端板刷至或打磨至露 出金属原色；焊接是在上下桩连接处采用二氧化碳气体保护焊连接，焊接时对称施焊， 电焊厚度高出坡口 1mm，分3层施焊完毕后，应检查焊接质量，当发现有虚焊、漏焊 或夹渣等缺限时，必须进行补焊，直至消除缺陷为止；焊接完毕待焊缝降温8分钟后对 接头钢箍扩焊缝进行防锈处理，打桩前对上、下桩段接头外漏金属部分再次涂刷防锈涂 料；第五子步骤是打桩，打桩时采用重锤低击方法，桩锤下落距离<150厘米，根据吊线 锤的变异情况，当桩的垂直度超限时，停机并校正桩的垂直度；上述打桩过程中对贯入 度和设计要求桩顶标高进行控制，确保桩端进入持力层的深度达到设计的要求；如桩端 进入持力层的深度未达到设计要求，则增加锤击数，极限贯入度值为最后十击小于3厘 米，使桩端进入持力层的深度达到设计要求的数值；本步骤的施工中应避免桩身发生倾斜、位移或严重回弹现象；当桩端部出现轻微裂 纹现象时，应马上停工，用环氧树脂黏结修补；桩身开裂、破碎时必须将坏桩拔除，重 新施工。
2.根据权利要求1所述的软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法，其特征在 于导杆式柴油锤打桩机施工步骤后进行吊入钢筋笼和浇筑混凝土步骤；吊入钢筋笼和浇筑混凝土步骤包括三个子步骤，第一子步骤是在吊入钢筋笼前先测量管桩内涌土的高度，涌土超过设计要求的高度 时，使用洛阳铲挖除；涌土低于设计要求的高度时，可人工回填至要求高度；第二子步骤是在管桩内吊入钢筋笼，绑扎桩帽的钢筋、预埋螺栓，制作桩帽，然后从桩帽向下浇 筑商品混凝土，第三子步骤是当混凝土凝固后，拆除模板。
3.根据权利要求1或2所述的软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法，其特征 在于导杆式柴油锤打桩机施工步骤中，如果打桩深度超过设计深度，贯入度未达到要 求，则在现场施工中，选址加大钻机引孔深度，最深达21米；选址时根据地质勘查报告 避免加大钻机引孔深度的位置存在以下情况(1)地下水位或地下流沙淤积层高于引 孔深度，(2)引孔深度范围内的地层中存在软硬层交接层，(3)引孔位置处的地层中 存在孤石或其它障碍物；在桩身完好条件下，利用3 4m短桩段加长焊接桩段长度以满 足贯入度要求，但同一条工程桩焊接接头不多于2个；如果桩身已破损，则将坏桩排除 并重新施工。
4.根据权利要求1或2所述的软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法，其特 征在于导杆式柴油锤打桩机施工步骤中，如果贯入度达到要求，打桩深度未达到设计 深度，则停止打桩；如果出现桩头、桩身轻微开裂现象，则先把破坏的混凝土凿掉，然 后在桩头加一道新套箍，与新的端板焊接，内壁开裂处及混凝土与端板之间用环氧砼黏 结；如果破碎严重，该桩已报废，则把这桩周围土挖掉，然后把上节桩截掉，再重新焊 接上节桩，然后再行施打。
全文摘要
本发明公开了一种软质土层高强预应力砼管桩引孔锤击施工方法，按照施工顺序包括测量定位、长螺旋钻机引孔施工、导杆式柴油锤打桩机施工等三个步骤。本发明的施工方法有效解决了施工场地地表承载力小、施工机械、材料加工、运输不便、天气变化影响大等问题，由于不需要以现浇混凝土的方式制作桩基，因此无须等待一个月左右的时间才能使混凝土桩基达到设计要求的强度；桩段之间采用气体保护焊，提高了焊缝位置处的抗剪能力。总之，本发明的施工方法达到了缩短工期、节省资金、保证工程质量的目的，尤其适用于承载力较差的软土地层及抗震烈度小于7度的预应力管桩施工，当然本发明的施工方法也可广泛用于其它地层工民建筑的施工。
文档编号E02D7/06GK102011401SQ20101056858
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年9月9日
发明者卢琦, 张云昭, 张水来, 张永忠, 方会珍, 牛超群, 赵永宽, 高廷甫 申请人:平煤建工集团有限公司