专利名称：钢筋混凝土灌筑桩的施工工艺及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑桩基成型方法及设备，特别是关于在软土地基上浇注钢筋混凝土桩的方法和设备。
现代建筑基础广泛采用桩基，如予制钢筋混凝土桩，一般构造配筋混凝土灌注桩和钻孔配筋混凝土灌注桩。钢筋混凝土予制桩承载能力可靠，但工艺复杂、施工期长、造价高;混凝土现浇桩施工方法简单，工期短，造价低但不适当基础要求高的高层或大型建筑，更不适于需承受水平荷载的基础。而且，不论予制桩或浇桩都存在桩体严重挤压地基土而影响周围的建筑物及附近的地下管线，而且影响桩基本身，一根桩体的施工，常使周围的桩体偏位、倾斜、断裂等严重问题发生。钻孔配筋混凝土灌注桩虽可解决挤土问题，它除工艺复杂、施工期长，造价高外，还存在护壁泥浆污染桩体配筋和施工现场等难题，而使实施困难。CN1057082A提一种灌注桩的钢篮干式取土方法，它在压入地基软土层的钢管内用钢篮沿着钢管内壁运动取吊泥土。此法可减少桩身挤土的严重问题，但其缺点是取土量较少。
本发明的目的是针对上述问题，提出一种取除桩位下泥土进行现浇钢筋混凝土的施工方法以及提供相应的器材和设备，本发明的另一目的是设计一种按需要扩大桩头部分，桩身按需要配制钢筋用量，达到既提高承载能力，又节约钢材，以扩大现浇钢筋混凝土桩适用范围。
本发明所采用的方案是，钢筋混凝土灌注桩的施工工艺，工艺过程按以下顺序进行，先将钢管压至持力层一定深度处，使地基土进入钢管并形成土柱，然后拨出钢管并用震动机震出泥土;将予制桩头吊挂于钢管的末端，并与钢管一起压回所述桩位相应深处，向已就位的钢管内灌注混凝土，然后将此钢管提升到一定高度;用重锤冲击已灌入钢管内的混凝土，反复冲击至予制桩头展开成花瓣状，并使浇入的混凝土扩张成设计要求直径的扩大桩身;往钢管内灌注混凝土并放入钢筋笼，边开动震动机边拨出钢管，使混凝土震实并形成设计要求的桩体。
钢筋混凝土浇注桩施工设备，其特征在于一个钢管，一外置于钢管顶端的震动机，一个置于钢管内震动机之下的重锤，重锤以下的钢管侧壁有供进料的开口。
钢筋混凝土浇注桩的施工部件，一种予制桩头，其特征在于所述予制桩头上部外壁稍小于所述钢管内壁，桩头下部外壁略等于与所述钢管的外壁，桩头的顶部至底部上方有漏斗形盲孔，沿桩头壁周边每隔一定间距用隔离层将桩头壁身分割成若干块桩头瓣，桩头底与桩头瓣之间配设U字形钢筋。
上述方案的优点在于解决了予制桩及灌注桩施工时，因桩身挤土，造成影响周围建筑物和桩体本身安全的大问题;再是使予制桩头和桩身下部扩大，增加桩的承载能力，提高整个建筑物基础的承载力;三是本工艺施工简便，工期短，且节省钢筋和水泥等建筑材料，使总的基建成本下降。本发明在软土地区可取代钢筋混凝土予制桩及钻孔钢筋混凝土灌注桩施工方法。
图1为本发明的施工主要设备示意图。
图2为预制钢筋混凝土桩头轴测图。
图3为另一种预制钢筋混凝土桩头轴测图。
图4为图3的俯视图。
图5为图4的A-A剖面图。
图6为图3的展开图。
图7为取土钢管的一种末端结构及其A-A剖面图。
图8为钢管干法取土示意图。
图9为卸下钢管内泥土示意图。
图10为把予制桩头和钢管压入已取土的桩孔内。
图11为向钢管内浇注混凝土。
图12为用重锤冲压扩头。
图13在钢管内布置钢筋笼和浇注混凝土。
图14本发明浇注的钢筋混凝土桩。
以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。
本发明实施关键设备在于钢管(1)以及钢管上的震动机(7)和钢管内的重锤(4)。钢管(1)顶端安装震动机(7)，震动机(7)上方与起重滑轮连接，震动机(7)之下，钢管(1)上端内设重锤(4)，重锤(4)通过钢索(5)滑轮(6)与设在桩架上的专用卷扬机连接。重锤(4)以下的钢管(1)部分侧壁有进料开口(2)，钢管(1)下部末端可为圆截面，也可为方形截面，或倒角方形截面，如图7所示为钢管(1)下部末端的倒角方形截面。
本发明实施的关键器材在于与上述钢管(1)下部末端形状相配套的钢筋混凝土予制桩头(8)，予制桩头(8)由桩头底部(19)和桩瓣(18)组成。如图5和图6所示。予制桩头(8)外观形状可为圆柱形，方柱形或倒角方柱形，图2所示为圆柱形予制桩头，图3所示为倒角方柱形，予制桩头(8)外形取决于钢管(1)下部末端的截面形状，一般是配套加工的。予制桩头(8)外壁上半部小，下半部大，上下部的分界面与钢管(1)下端面相抵处截面形状和尺寸相同，予制桩头(8)的底部(19)宜为平面，整个桩头的中间部位留有从上到下成漏斗状的盲孔(10)。沿桩头壁周边每隔一定间距用隔离层(11)将桩壁分割成若干桩头瓣(18)，各桩头瓣(18)与桩头底部(19)之间也设有隔离层(11)。该隔离层(11)可用油毡或铁皮在予制桩头时一并垫入。桩头底部(19)与桩头瓣(18)之间配置U形钢筋(9)。予制桩头(8)在顶端未受外力作用时，整体外形为柱形，当此桩头(8)顶端受到外力作用时桩头瓣(18)张开形成花瓣状，图6是倒角方柱形予制桩头张开时的立体图。
图1所示的是钢管(1)及重锤(4)，钢管(1)的顶端装有震动机(7)，重锤(4)设在钢管(1)顶部内震动机以下至进料口(2)之间的部位，当钢管(1)内灌好混凝土，配置好钢筋笼(12)，然后开动管顶震动机(7)并缓缓拔起钢管(1)时，管外地基土在震动力的作用下将紧贴在钢管(1)的外壁，从而使桩身(13)的截面成为与钢管(1)的下端截面相同的形状。当所施工的桩过长时，为避免采用过高的桩机，可将钢管(1)做成上、中、下三段组合而成，各段之间通过螺栓相连接或拆卸。
重锤(4)的外径以可在钢管(1)内灵活地上下运动为宜。重锤(4)的作用在于以它下落时的冲击力使予制桩头展开成花瓣状并使已灌入钢管(1)内的混凝土成扩大桩头(14)。重锤的另一个作用在于压实混凝土，使其分布均匀。重锤第三个作用在于与震动机协同工作，使拔出地面的钢管内泥土顺利落地。重锤(4)通过钢索(5)、滑轮(8)连到装在桩机上的专用卷扬机上的。钢管(1)靠进料口(2)顶部二侧各有一孔，用以插入定位螺栓以支承并锁定重锤(4)。
图2～6所示的是二种予制桩头(8)的外形和结构，它与钢管(1)下端面相抵处的截面外周形状和尺寸和钢管(1)下端面外周的形状和尺寸相同或相近，其四侧宜略带斜度(从上到下略收缩)。予制桩头(8)的底面宜为平底。
整个桩头的中间部位留有从上到下成漏斗状的盲孔(10)。当往钢管(1)内灌注用于扩头的混凝土，然后将钢管(1)稍提起，再用重锤(4)对其实施冲击时，冲击力将通过漏斗状盲孔(10)中的混凝土，向予制桩头(8)施加一个向外且向下的力，使予制桩头(8)沿5条隔离层(11)分离成如图6所示花瓣状，从而增大了予制桩头(8)的底面积，因此，在重锤(4)多次冲击混凝土时，其冲击力将主要是使混凝土向四周扩张以增大桩头(14)的直径，而不致使予制桩头(8)下沉。
图14所示完成后的桩身(13)、钢筋笼(12)以及扩大桩头(14)和予制桩头(8)。钢筋的配置根据使用荷载(垂直荷载及偏心距和水平荷载)通过抗压、抗变、抗切等计算来确定。由于灌注桩不必考虑吊装、锤击(或压桩)、接桩等受力状态，而桩身各截面所承受的垂直荷载又随深度而递减，且在承受水平荷载的情况下，桩身弯距也只存在于上部一定长度内而不是全桩都有弯矩，所以纵向钢筋(16)可不必全长配置，且可按弯矩随浓度的变化而分段调整配筋量，箍筋的间距也可比予制桩的大得多，再加上省去了桩靴、桩帽和接桩部位等各处用钢，所以可比予制桩大大节约钢材。
箍筋的形状需做成与桩身截面相应，以达到最大的抗弯能力。
以重锤(4)的冲击力而形成的花瓣状予制桩头(8)及扩大桩头(14)，既大大扩大了端承面，又从各个方面加密了持力层，因此大幅度地提高了桩的承载能力。
图8～13所示本发明的施工过程。
图8～9所示的是本发明施工方法的第一步骤。
将钢管(1)对准已清除了障碍物的桩位，压(或边震边压)至持力层一定深度处。在此过程中，地基土从钢管(1)的下口进入管内，形成土柱(15)，由于持力层泥土的强度较高，一定厚度的持力层泥土在钢管下部末端起到“封口塞”的作用，以达到阻止进入钢管内的泥土掉回桩孔的作用。然后拔出钢管(1)，开动震动机(7)震出土柱(15)，此时，也可将重锤(4)压到土桩(15)上面，以协同去除泥土。
当因施工的桩过长而采用上、中、下三段组成而成的钢管(1)时，先将上、下二段连成一体压入地层，然后使上下段分离，在其间插入中段管并将三段连成一体，继续压入地层到所需深度。拔管及震出土柱亦可相应地分段实施。
图10所示的是本发明施工过程的第二步骤。
将予制桩头(8)吊挂到钢管(L)的下端，然后一并吊到已取土的桩位准确就位，再压到接近设计深度处。
如采用三段组成的钢管(1)时，按第一施工步骤所述程序分段沉管。
图11所示本发明施工方法的第三步骤。
向已沉到接近设计深度处的钢管(1)内灌注用于形成扩大桩头(14)的混凝土，然后将钢管(1)适当提起。该提起高度由扩大桩头(14)的设计尺寸决定。
图12所示本发明施工方法的第四步骤。
用重锤(4)冲击混凝土，使予制桩头(8)展开成花瓣状并使混凝土扩张成符合设计直径的扩大桩头(14)。
图13所示本发明施工方法的第五步骤。
将重锤(4)提升到钢管(1)的顶部并插入定位螺栓，使重锤(4)可靠地固定。接着往钢管(1)内灌注混凝土并设置钢筋笼(12)。
开动钢管(1)顶部的震动机(7)，然后缓缓地拔起钢管(1)，混凝土被震实，形成截面与钢管(1)的下端截面相同形状的桩身(13)。为了使混凝土桩身(13)更加密实，在震动和拔起钢管前，也可将重锤(4)放置在钢筋混凝土表面。当钢管(1)被全部拔出时，即完成一根桩的施工过程。
如采用三段组成的钢管(1)时，亦按相应程序分段拔管。
本发明的突出优点是由于取出了大量的土，从而解决了予制桩和一般灌注桩因体挤压地基土而造成的一系列问题。而干法钢管取土又比钻孔灌注桩的取土方法简便易行效果好。
由于采用配筋灌注桩的工艺，从而可简化施工工艺、缩短工期，大大降低单桩用钢量和混凝土用量及造价。
由于采用可展开成花瓣形的予制桩头及现浇混凝土冲击扩大桩头，既大大扩大了桩的端承面，又从各个方向加密了持力层，从而大幅度提高了桩的端承力。而且，采用本发明的扩大桩头又避免了大直径予制桩头破坏桩周土，使桩周充满淤泥而降低桩周摩擦力等缺点，因此，显著提高了桩的承载能力，而这又进一步降低了每吨承载力所分担的用料、造价和挤土及施工时间。
由于本发明有上述优点，从而拓展了灌注桩的应用范围，在软土地区可取代造价高，工艺复杂的钢筋混凝土予制桩及钻孔钢筋混凝土灌注桩。
权利要求
1.钢筋混凝土灌注桩的施工工艺，其特征在于工艺过程按以下顺序进行a.先将钢管(1)压至持力层一定深度处，使地基土进入钢管(1)内形成土柱(15)，然后拨出钢管(1)并用震动机(7)震出钢管(1)内泥土；b.将予制桩头(8)吊挂于钢管(1)的末端并与钢管(1)一起压回相应桩位深处，向已就位钢管(1)内灌注混凝土，然后将此钢管(1)提升至一定高度；c.用重锤(4)冲击已灌入钢管(1)内的混凝土，反复冲击至予制桩头(8)展开成花瓣状，并使浇入的混凝土扩张成设计要求直径的扩大桩身；d.往钢管(1)内灌注混凝土并放入钢筋笼(12)，边开动震动机(7)边拔出钢管(1)使混凝土震实并形成设计要求的桩身。
2.钢筋混凝土灌注桩的施工设备，其特征在于一个钢管(1)，一个置于钢管(1)顶端的震动机(7)，一个置于钢管(1)内震动机(7)之下的重锤(4)，重锤(4)以下的钢管(1)侧壁有作进料的开口(2)。
3.如权利要求2所述的钢筋混凝土灌注桩的施工设备，其特征在于钢管(1)下部末端截面为圆形、方形或倒角的方形。
4.钢筋混凝土灌注桩的施工部件，一种予制桩头，其特征在于所述桩头(8)上部外壁稍小于钢管(1)内壁，下部外壁略等于钢管(1)外壁，桩头(8)的顶部至底部(19)的上方有漏斗形盲孔(10)，沿桩头壁周边每隔一定间距用隔离层(11)将桩头壁分割成若干块桩头瓣(18)，桩头底部(19)与桩头瓣(18)之间配置U形钢筋(9)。
5.如权利要求4所述的钢筋混凝土灌注桩的予制桩头，其特征在于予制桩头(8)的水平截面为圆形、方形或倒角方形。
6.如权利要求1所述的钢筋混凝土灌注桩的施工工艺，其特征在于a.钢管(1)内形成的土柱(15)也可压上重锤(4)并开动震动机(7)协同去除管内(1)泥土;b.将予制桩头(8)压至持力层泥土内，然后将混凝土浇于桩头(8)之上，再将钢管(1)稍拔起，并用重锤(4)将所述混凝土反复冲击使予制桩头(8)沿各隔离层(11)展开成花瓣状并使现浇混凝土的直径扩大成符合设计要求的扩大桩身下部(14);c.往钢管(1)内灌注混凝土并放入钢筋笼(12)，将重锤(4)压于混凝土上，边开动震动机(7)边拔出钢管(1)使混凝土震压实，形成设计要求的桩身。
7.如权利要求4所述的钢筋混凝土灌注桩的予制桩头，其特征在于沿桩头壁的周边每隔一定间距用隔离层(11)将桩壁分割成若干桩头瓣(18)，各桩头瓣(18)与桩头底部(19)之间也设有隔离层(11)。
8.如权利要求3所述的钢筋混凝土灌注桩的施工设备，其特征在于当钢管(1)下部为方柱形管口，其制作方法在于，从钢管(1)的下部截割去4块适当大小的弧形块，且将保留部分向外适当扩张，然后焊上相对应的平面钢板(17)。
9.如权利要求2所述的钢筋混凝土灌注桩的施工设备，其特征在于钢管(1)可由1根或1根以上组成上、中、下段，各段之间以螺栓连接或拆卸。
全文摘要
钢筋混凝土灌筑桩，本发明提供了一种适用于软土地基的新的灌筑桩成桩工艺及其装置，本发明的主要特征是采用简便的干法钢管取土；采用可展开成花瓣状的预制桩头及现浇混凝土冲击扩大桩头；根据使用荷载配置钢筋笼；本发明的主要优点，一是解决了予制桩及一般灌筑桩均存在的因桩身挤土而造成的一系列问题；二是单桩承载力大；三是工艺简便、工期短、用料省，成本低。因此，本发明拓宽了灌筑桩的应用范围，在软土地区可取代钢筋混凝土预制桩及钻孔钢筋混凝土灌筑桩。
文档编号E02D5/34GK1090358SQ9311731
公开日1994年8月3日 申请日期1993年9月7日 优先权日1993年9月7日
发明者俞晓, 罗自强, 芦冬生 申请人:俞晓