有側限多枝鑽孔灌注樁的製作方法

2023-06-04 18:13:06

專利名稱：有側限多枝鑽孔灌注樁的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於建築基礎施工工藝，具體就是有側限多枝鑽孔灌注樁。
背景技術：
現有的灌注樁，灌注樁施工大部分是在水下進行的，而且，施工工藝和工序中環環相套， 施工中每個環節的施工參數眾多，參與施工的人員和機械多，要求每個環節的必須實現最 佳匹配、每個施工參數均達到標準、每位施工者都技術嫻熟和配合默契、施工中不出現機械 事故、不停電和水等，應該說是複雜的管理工作。
但是，其中有很多環節在其施工過程中無法觀察和檢驗及控制，甚至完全靠工作經驗完
成的。另一方面，成樁後也不能進行根根樁的開挖驗收，有問題的樁維修造價高(旁邊補樁 等)等且不說，更由於現在樁檢測方法存在局限性——檢驗結果是定量少於定性的，並不是 對全部樁進行檢查。因此，留下許多未知的工程隱患，即使有補救措施也無法採用。 由此可見，施工中的任何一個環節、參數出現問題，都將直接影響整個工程的質量和進度， 甚至給投資者造成巨大經濟損失和不良社會影響。所以，防止在成孔、鋼筋籠製作和安裝、 水下混凝土灌注等過程中經常出現的施工質量問題成為改進工藝流程、縮短施工時間、簡化 和減少工藝環節、節約自然資源才能夠保質、保量、保工期地完成樁施工的必然趨勢。另外 樁徑粗成本高。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種便於標準化管理，成本低、承載大的有側限多枝鑽孔灌注樁。
本實用新型是這樣實現的，有側限多枝鑽孔灌注樁，包括灌注樁，在灌注樁頂部外套側
限環，側限環是喇叭狀。
所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於灌注樁與側限環之間是地基土。 所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述灌注樁是花管灌注樁。 所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述花管灌注樁的數量至少一根。 所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述花管灌注樁的數量是五根。 所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述五根花管灌注樁的排布方式是中心一
根花管灌注樁，上下左右各一根花管灌注樁，中心一根花管灌注樁的長度大於其它花管灌注
樁長度。
下面通過與現有灌注樁的比對說明本實用新型的積極效果。 單樁基礎的現狀
圖5中承臺Bl—2和承臺Al — l的尺寸相同，承臺承擔的荷載相同，山23和圖1中cU0 數值相同。樁C22為普通樁孔灌注樁、預應力管樁、後插筋CFG樁。有側限多枝鑽孔灌注樁樁A2和樁C22比較
1、 先進性說明
樁A2:依據一維固結試驗結果和有側限固結及複合材料理論設計樁體(這是現行樁基礎 全部不具備的理論和設計理念)；最大限度利用淺層地基土的固結強度；樁頂強度在承擔荷載
過程中通過側限環提高；減少樁的沉降變形量；多分枝花管樁最大限度分層利用地基土的側 摩阻力，利用有限的建築材料提高單樁承載力，靈活調整單樁承載力數值；沉降變形通過側 限環和分層花管樁控制，變形量小。
樁C22:依據空間結構方法設計樁體；無法利用淺層地基土的固結強度；樁體的側限強 度無法通過承擔荷載過程提高；單樁承載力控制靈活性小；樁的後期變形量控制難度大。
2、 節約性(在相同承臺和承載力下，與樁2相比較)
樁A2:單樁施工時間減少20 50%;成孔工藝用電量減少50 60%;節約用水量60 80%;混凝土減少量30 50%;節約鋼材20 35%;採用小型的一次性成孔鑽機(另行提供) 或擠壓成孔；節約人工20 30% 。工程造價綜合減少量30 40% 。
3、 環保性(在相同承臺和承載力下，與樁C22相比較)
樁A2:無費土或泥漿排放；對周圍建築物沒有擠土或因為排土產生的不均勻沉降變形。
4、 可行性
樁A2的樁徑小，多為100 200ram，施工便利，施工環節少，設備小型；管理和監督簡 單；每個環節均可以現場製作，也可以工廠化製作；尤其是對於砂層或卵石分布的地層，成 孔和成樁不存在塌孔、縮孔、無法穿透等問題。
對於淺層地基土變形量大、承載力低的問題，設計靈活，布樁不受間距限制，試驗驗證， 樁的沉降變形量小、承載力提高。 解決目前樁基工程的主要問題
1、 解決集中荷載或大荷載條件下表層地基土利用的難題
樁C22不利用表層地基土有側限壓縮強度，樁C22的結構簡單——土體中一根獨立的柱 體，與土體的關係表現在樁C22的表面，樁C22內部僅僅是傳力柱，樁土之間的共同作用發 揮不充分。
樁A2利用表層地基土有側限壓縮強度，樁A的結構複雜——樁頂部由多根花管樁(n根， n值由地基承載力確定)和側限環組成，與土體的關係表現在花管樁的表面和側限環內部表 面(側限環限制地基土側向變形、增加土的固結度、增加樁頂部的圍壓力)，樁土之間的共同 作用發揮充分——減少表層地基上部變形量、提高表層地基土承載力、提高樁頂應力向深部 傳遞的效率、增加樁土間摩阻力的發揮。
2、 解決集中荷載或大荷載工程建築的樁基機具龐大和工藝複雜的問題 樁C22施工在目前條件下，多採用大型設備和機具——大型鑽孔設備、高噸位靜壓樁設備及配套設備和工廠等來完成。因此，設備運輸和現場施工難度很大，電力或燃料油用量大； 受到地基土多層、多相、多力學性等組合的影響，成孔和沉樁過程工藝複雜——鑽孔需要不 同鑽具配套、靜壓樁需要引孔後才能把樁壓到設計深度等導致工藝複雜，任何一個工藝環節 出現問題可導致過程失敗或產生工程隱患。
樁A2採用小型設備——小型鑽孔設備、小型擠壓成孔設備和小型工廠等來完成，實現工 廠化製作。因此，設備運輸和現場施工難度小，能源消耗少；不受地基土多層、多相、多力 學性等組合的影響，成孔和沉樁過程工藝簡單，工藝環節少，不產生工程隱患。
3、 解決提高承載力和減少變形大即擠土方式複雜化的問題 為解決樁C22承載力提高和變形大的問題，現在的方法是1)在樁底採取擠土、擴底或
固結、固化等方式，2)在樁身不同深度進行分枝或擠擴成分力盤。它們成孔過程非常複雜， 制樁過程隱患較多——在樁頂下一定深度的土層內成型，可視性和可控性差。
樁A2的承載力提高和變形大的問題，本文的方法是把樁C22分為n根花管樁，樁徑小， 提高樁表面積——增加樁土間的側摩阻力，施工容易，部分構件實現工廠化製作；在n根花 管樁頂周邊採用a角度梯形的側限環，側限環沉降過程中內部地基土被擠密，1)增加樁周 圍壓力，提高樁的抗壓強度，充分發揮單樁強度，增加樁頂荷載向深部傳遞效應，2)側限環 在樁頂施工，難度和工藝均較小，排除深部擴徑的難度和隱患，可控性和可視性好。
4、 解決現在樁體C22設計不符合地基附加應力分布規律的問題
樁身附加應力分布曲線和變形測試數據表明樁頂下一定深度內，附加應力集中和變形 量並是其下數十倍，繼續向深度方向兩項逐漸趨於零。
可見採用樁頂下，採用分枝和擴徑措施並不符合樁身應力應變分布規律，尤其是在巨厚 的鬆散沉積土層中的樁，上述措施僅僅是提高樁的端承力，側摩阻力提高速度慢。
樁A2的設計理念符合附加應力和應變分布規律，利於施工，控制樁頂(3 4d)內的大 變形和大幅度提高承載力。


圖1有側限多枝鑽孔灌注樁平面示意圖2有側限多枝鑽孔灌注樁剖面示意圖； 圖3側限環的結構立體示意圖； 圖4側限環上下垂直示意圖； 圖5現在樁基礎平面示意圖6現在樁基礎剖面示意圖。
一、有側限多枝鑽孔灌注樁結構組成
見下圖l、 2有側限多枝鑽孔灌注樁3由側限環4、花管灌注樁A3 —1、花管灌注樁B3 — 2，直徑相等或不等、長度為長短結合、地基土或人工級配砂石組成。
圖1中的披a 2系有側限多枝灌注樁，cU0為有側限多枝樁樁徑，為側限環粗部的外直徑， 內直徑由相關參數確定，d2ll為花管灌注樁的樁徑，d2ll= (0.2~0. 1) cU0， cU0^500mm。 樁A2中花管樁的根數和長度由樁A2的承載力和變形要求確定，
圖2中的花管樁A3-l和花管樁B3-2的直徑相同、工藝相同、長度不同、持力層不同， 按照荷載確定；zl2為側限環的高，hJ3和h2l4分別為花管樁A3-l和花管樁B3-2的長度， 承臺A1 — 1位於頂部。 見圖3、 4側限環的構造和製作
圖3、 4中側限環的內傾角a 18根據承臺下一定深度z12內地基土的土性和樁徑山確定， zl2= (3 4)山，山大於1500腿時按照3倍取值。tU6、H2l7根據試驗確定。側限環採用預 制，單樁承載力大於100T、先張法預製，單樁承載力大於150T、變形小、現場灌注等方法施 工。採用普通鋼筋網片內置環內，d3是側限環細部外徑。
有側限多枝鑽孔灌注樁的施工工藝，包括以下步驟
A、 製備側限環4;
B、 按照中心一根花管灌注樁3 — 2，上下左右各一根花管灌注樁3 — 1製備灌注樁，中心 一根花管灌注樁3—2的長度大於其它花管灌注樁3 — 1長度；
C、在花管灌注樁3 — 1、 3 — 2頂部植入側限環，側限環頂部與花管灌注樁頂部平齊。
花管灌注樁..採用本人巳經申諧專利技術.f , <'; it，其詳細內容如下 花管幹法灌注樁由幹法混凝土、花管等項組成，實施的具體工藝步驟可以分為四個工藝
部分，每個部分詳細介紹如下 l.成孔工藝
1) 地下水位以上的成孔樁
採用幹法成孔工藝機械、人工等傳統成孔工藝。形式根據具體的地質條件確定，無需 改進。
2) 地下水位以下的成孔樁
本工藝適用於砂層、粉土層、粘性土層互層或者其中的組合地層等地質條件的工 程場地。
開孔一鑽機就位一低行程、高速旋轉、清水鑽進一達到鑽進深度一統一行程、高速旋轉、 清水提升止孔口一統一行程、高速旋轉、清水鑽進止孔底一高速旋轉、改注水泥漿一孔口見 到水泥漿返出後高速旋轉、低行程提升止孔口一移動鑽機一開孔。
(1)開孔及鑽機就位效正鑽具的直徑、鑽機的垂直度、採用通長鑽杆(鑽杆長度和樁 孔深度相同或略大於)、選用和孔徑匹配的水泥漿和清水均適應的注槳泵、鑽具釆用多層水 平切割葉片。切割片程螺旋布置並與水平夾角小於15°，片與片之間的間距小於30cm,切割片上布置 和轉動方向相同的切割齒，切割齒為長方形耐磨鋼塊。
(2) 低行程、高速旋轉、清水鑽進轉速控制在鑽具每轉動一周的條件下行程距離為砂 層、粉土層2 6cm，黏性土的土層控制在l 2cm(或根據勘察報告中土層的顆粒分析數據確 定)，鑽進過程中注漿泵保持持續性注入清水。
觀察孔口的返漿情況，返漿稠度控制在1.2 1.3，用泥漿比重計測試。根據測試結果調 整泵送清水量，及時調整泵送清水的速度。
(3) 統一行程、高速旋轉、清水提升止孔口統一行程是指孔深度範圍內，鑽進止孔底 後，轉速控制在鑽具每轉動一周的條件下提升過程的行程保持均勻，行程控制在6 9cm，此 提升過程中注漿泵保持持續性注入清水，泵水量保持不變。
(4) 統一行程、高速旋轉、清水鑽進止孔底統一行程是指孔深度範圍內，提升止孔口 後繼續鑽進到孔底，轉速控制在鑽具每轉動一周的條件下過程的行程保持均勻，行程控制在 4 6cm，此鑽進過程中注漿泵保持持續性注入清水，泵水量保持不變。
根據孔口泥漿返漿的稠度調減或者增加(3) 、 (4)步驟。
(5) 高速旋轉、改注水泥漿在確定樁孔深度範圍內的土層被切割、攪拌成泥漿後，鑽 具位於孔底狀態下，泵送清水改變為泵送水灰比0.6 0.9的水泥漿。水泥眾在容器中事先用 攪拌器攪拌均勻，保存時間不超過2個小時。泵送漿的過程中，水泥漿不斷被攪拌。
(6) 孔口見到水泥漿返出後高速旋轉、低行程提升止孔口孔底注漿過程宜在孔口出見 到水泥漿返出後，鑽具保持高速旋轉，鑽杆提升行程控制在每周4 6cm的速度提升止孔口。
(7) 移動鑽機將鑽機移位到下個樁孔位置，並重複上述過程。
2.安裝及灌注成樁工藝
水位以上或水位以下的樁孔安裝及灌注幹法混凝土均採用下列步驟
安裝花管一效正花管的孔內位置一灌注幹法混凝土一灌注幹法混凝土止設計要求的標高 —安裝下一個樁孔花管。
(1) 安裝花管將事先製作完畢的鋼花管居中安放到孔內，長度大於定尺寸的花管採用 快捷對接措施對接。快速對接為絲口連接。採用卡管器固定花管在樁孔內一定深度。花管的 吊裝採用簡易提升架完成，對於孔深較淺的樁，可採用人工安裝。
(2) 效正花管的孔內位置檢測花管的居中情況，對於不居中的花管予以調整到符合要求。
(3) 灌注幹法混凝土上述工序完成以後，灌注製備已就的幹法混凝土。灌注過程採用 頻振灌注法，即邊灌注混凝土邊在花冠上施加低頻振動，保持混凝土在樁身段的密實度達到
要求。灌注到距離孔口 1 2m時，使用簡易震動泵震動密實樁頂混凝土。
混凝土均化的實現途徑為避免幹法混凝土在水化的過程中出現非均勻水化的現象，繼而產生混凝土乾裂的事故隱患，本工藝形成的樁體，為中空結構。中空的直徑小於32mm，實 現中空的途徑有兩種，第一，採用雙花管結構。該結構有雙層花管組成，分為內花管和外花 管兩種。多使用於直徑大於300mm的樁，內花管為直徑小於32mm，花管採用壁厚小於2隱的 鋼管，花管管身布置直徑小於5mm的孔，外花管採用壁厚大於2mm的鋼管，花管管身採用孔 徑大於7mm的孔。第二，對於樁徑小於300腿的樁，採用單層花管，灌注混凝土時，只是在 花管外邊灌注混凝土，花管內部不灌注混凝土。
內花管在成樁後為空管，目的在於1)位於樁中心的內花管起調節樁體橫截面上的水的 滲透壓力，既是為了提高樁體中的水滲透到樁體每個部位，使得樁體水化均勻。2)混凝土的 強度除了充分水化作用提高外，尚需要氧化作用，氧化作用發揮越充分，混凝土的早強強度 的時間越短，中空的內花管使得樁中心的混凝土和空氣接觸面積增加，空氣流通加強，氧化 作用必然增強。3)在水泥水化和氧化作用完成後，混凝土中多餘的水必須析出，中空內花管 起到了快速析水通道的作用。
(4)安裝下一個樁孔花管重複上述過程，完成下一個樁孔的安裝及灌注成樁。
3. 花管制作
(l)材質選用壁厚大於2.5irai、直徑大於'32ran的定性焊縫鋼管，鋼管的長度、直徑根 據工程要求選用，材質滿足國標要求。
(2) 花孔加工尺寸要求花孔孔徑d大於7mm，最大不超過12,。花孔沿著管身分布為 樹根狀或者梅花狀，其中，垂直承受荷載的花管採用樹根狀布孔，孔間距1 4倍孔徑，沿著 管身長L由頂端到底端分布為頂部L/3範圍內孔間距為1 2倍孔徑d，中部L/3範圍內孔 間距為2 3倍孔徑d，底部L/3範圍內孔間距為3 4倍孔徑d。水平承受荷載的花管採用梅 花形沿著管身長均勻布孔，花孔孔徑d大於7隱，孔間距1 3倍孔徑。
(3) 花管接頭採用快速對接絲口連接接頭，接頭為公絲加母絲，均為正絲。接頭兩端 焊接到花管兩端，接頭選用壁厚度大於3.2mm的鋼管制作，製作長度一般為6 8cm。
(4) 花管的製作要求採用室內工廠化標準製作，外壁凸出扁筋。選用相同批次的鋼管， 定型加工成型。根據不同的工程設計要求，對於用量大的工程項目可批量進行專業工廠製作。
4. 幹法混凝土製作和管理
(1)根據混凝土的設計要求內容，選配同批次的水泥、相同產地的中粗紗和石子作為混 凝土的原料。相同標號的水泥儘量選用顆粒粒度相對細的水泥，滿足常規試驗合格標準的前
提條件下，對水泥吸水指標工程實地檢驗，確定水泥水化反應所需要的水量是否和場地土
層中的含水量相匹配性、水泥在地下水位以上土層中凝固齡期和強度等內容。
砂、石的含泥量滿足配合比的要求，並採用和空氣隔離的保管措施並保持乾燥狀態。石
子的粒徑尤其是石子的粒徑應該小於5mm，如果達不到此標準，應該過篩處理，分選清除大 於6m或者小於3ram的顆粒。中粗砂中的粗顆粒，指大於5mm的顆粒在使用之前應該分選清除，剩餘的顆粒粒徑滿足中粗砂的標準。
(2) 配合比確定選用製備完畢的原材料，根據混凝土的設計標號，試驗確定混凝土的 配合比，即確定混凝土中砂、石、水泥、水的重量。水位以上的樁體應該根據水量的具體要 求，結合工程地質勘察報告中揭示的土層含水量參數以及設計樁徑的大小，進行土層中提供 的自由水的量計算，驗算計算的水量與配合比中用水量是否相匹配，在匹配的條件下可以制 備乾性混凝土。地下水位以下，無需驗算。
(3) 乾性混凝土攪拌乾性混凝土的攪拌採用經常的攪拌設備即可完成，特殊條件下， 人工攪拌也可滿足要求。
(4) 乾性混凝土的管理管理的主要內容為灌注前的運輸和保管，對於成品乾性混凝土 可採用袋裝運輸，也可採用貫裝運輸。保管的條件為滿足水泥保管條件即可。保管期限 與水泥保管期限相同。
權利要求1、有側限多枝鑽孔灌注樁，包括灌注樁，其特徵在於在灌注樁頂部外套側限環，側限環是喇叭狀。
2、 如權利要求l所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於灌注樁與側限環之間是地基土。
3、 如權利要求2所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述灌注樁是花管灌注樁。
4、 如權利要求3所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述花管灌注樁的數量至少一根。
5、 如權利要求4所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述花管灌注樁的數量是五根。
6、 如權利要求5所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，其特徵在於所述五根花管灌注樁的排布方式是中心一根花管灌注樁，上下左右各一根花管灌注樁，中心一根花管灌注樁的長度大於其它花管灌注樁長度。
專利摘要本實用新型的目的是提供一種便於標準化管理，成本低、承載大的有側限多枝鑽孔灌注樁。本實用新型是這樣實現的，有側限多枝鑽孔灌注樁，包括灌注樁，在灌注樁頂部外套側限環，側限環是喇叭狀。所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，灌注樁與側限環之間是地基土。所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，所述灌注樁是花管灌注樁。所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，所述花管灌注樁的數量至少一根。所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，所述花管灌注樁的數量是五根。所述的有側限多枝鑽孔灌注樁，所述五根花管灌注樁的排布方式是中心一根花管灌注樁，上下左右各一根花管灌注樁，中心一根花管灌注樁的長度大於其它花管灌注樁長度。
文檔編號E02D5/34GK201272967SQ200820149529
公開日2009年7月15日 申請日期2008年10月6日 優先權日2008年10月6日
發明者吳保全 申請人:吳保全