灌注樁的乾式鋼籃取土方法及其裝置的製作方法

2023-05-04 02:44:26

專利名稱：灌注樁的乾式鋼籃取土方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及實施灌注樁的乾式取土方法及其設備。
現有的灌注樁成孔方法，較普遍採用的是綱管擠土法。這種方法是先將鋼管壓入(打入)地層(管底用活瓣或予制混凝土樁尖封底)，然後往鋼管內灌注混凝土，再逐步提起鋼管，最後將鋼管撥出地面，整個樁身就在此過程中形成。這種成樁方法在成孔時將產生嚴重的土體擠壓和隆起，因而造成鄰近樁體錯位、斷裂，並危害鄰近的建築物和構建物。這已成為這種成樁工藝難以克服的缺點，從而嚴重影響了工程質量，並限制了灌注樁的應用範圍。
為了解決上述問題，最有效的辦法是改「擠土」為「取土」。但現有的泥漿護壁的潛水鑽成孔、衝擊鑽成孔等溼式取土成孔方法均存在著施工複雜、取土時間長，而且護壁泥漿會嚴重汙染施工現場和周圍環境等缺點，再者，由於孔底虛土難以清除乾淨、樁周土遭到嚴重破壞，護壁泥漿汙染樁體配筋，因而還會降低樁的承載能力。這些缺點都是溼式取土工藝所難以克服的。而現有的螺旋鑽成孔、機動洛陽鏟成孔等乾式取土工藝均不適用於淤泥或淤泥質土(見《工業與民用建築灌注樁基礎設計與施工規程》(JGJ4-80)第3.2.13條及第3.2.15條)。因此，需要尋找一種適用於淤泥及淤泥質土層的乾式取土方法和相應的設備。
本發明的目的在於提供一種適用於在淤泥和淤泥質土中進行灌柱樁施工的乾式鋼籃取土方法及其專用設備。
本發明的任務是這樣完成的在進行施工時，先將下端固定有金屬取土鋼籃的取土鋼管打壓入土層，所述的鋼籃的底部帶有可啟閉的活瓣，在沉管過程中所述的活瓣始終處於開啟狀態，當鋼管進入到地下與樁長相應的深度時，從地面上將總索提起，令鋼籃底部的活瓣在地下關閉，形成一個封閉的鋼籃底面;接著，繼續提升總索，把整隻鋼籃隨同其上的土柱全部從取土鋼管內取出，從而完成了將進入鋼管內的土柱取出的取土任務。接著再往鋼管內灌注混凝土，最後提起該取土鋼管，完成整個成樁工藝。
為實現上述本發明的施工方法所必須的專用設備是一個可在取土鋼管內上下運動的鋼籃，它是由大體為中空圓柱形基架和鉸接於該基架下端壁面的多塊活瓣所構成。活瓣通過一根水平設置的短銷及固接於基架下端內壁上的支座板，被鉸接在基架的下端壁面上。活瓣呈鏟形弧面、尖頭。在每塊活瓣的內側弧面的對稱線部位上設置有一塊內擋板，其上有二隻通孔，上面一隻通孔供短銷穿過，使活瓣被鉸接於基架下端，另一隻通孔供提索穿過，用於提攜活瓣。在所述基架的上端固接有多隻提索導向環，其數目與活瓣的數目相同，作用是為每一根提索提供導向。當提索被向上提升時，每一隻活瓣可作以水平短銷為轉軸的轉動，當所有活瓣合攏形成一個封閉的底面時，每一活瓣的內擋板的內側邊相互對合，起到對活瓣的轉角定位作用。這樣，所述的內擋板具有牽動活瓣並使其在由外向內轉動到終點位置上被定位這二項功能。那麼，當活瓣由內朝外轉動(漸漸開啟)時最後的終點位置是怎麼定位呢？同樣是靠與上述內擋板相類似的外擋板來控制。它位於所述活瓣外側弧面的對稱線部位上。該外擋板同樣對活瓣具有牽引和定位二項功能，只不過這種牽引的作用並不在於提升鋼籃，而是為了使活瓣相對於取土鋼管呈張開狀。為了在取土鋼管被打壓入土層之前讓活瓣張開到一定角度並能在受到泥土阻力時仍能始終維持這一角度固定不動，所述的外擋板上的上側面與沿取土鋼管縱長方向固定在取土鋼管外壁上的定位板的下側面相互對合併相互抵頂。在所述的活瓣上的外擋板和取土鋼管上的定位板之間用金屬絲通過二者各自的小孔將它們系縛牢，使活瓣維持規定的張開角度上。這種連繫在取土鋼管被打壓到地下的整個過程中始終保持著，直到從地面上提起總索而將活瓣在地下關閉時，所述的金屬絲會因總索的牽引而拉斷，使活瓣繞短銷轉動。所述的金屬絲另一作用是當取土鋼管在進入土層的過程中如萬一活瓣受到一定的側向外力(如遇石塊等障礙物時)由於這根金屬絲的牽制可以防止活瓣被關閉而防礙土體進入取土鋼管內。當活瓣全開時(即外擋板的上側面正好與定位板的下側面相互抵頂時)活瓣的上沿與取土鋼管的下沿正好相對牴觸，這樣，當取土鋼管自上而下進入土層時，鋼管通過其下沿與活瓣上沿的接觸會將向下的力傳遞給活瓣、鋼籃。
取土鋼管的外壁沿縱長方向布置有一根通氣管，其下埠與取土鋼管的下沿壁面貫穿，上埠與地面大氣相通，它的外形細長，攀附在取土鋼管的外壁面上，二者之間可以直接焊接在一起。通氣管的作用是為了克服在提升鋼籃取出土柱時的真空吸力，這種吸力會造成提管困難。
以下結合附圖和實施例作詳細敘述

圖1是本發明的取土鋼籃立體圖。
圖2是本發明取土鋼管與取土鋼管的組合圖。
圖3是圖2的A-A剖視圖。
圖4(a)是本發明施工方法的第一步驟。
圖4(b)是本發明施工方法的第二步驟。
圖4(c)是本發明施工方法的第三步驟。
從圖1至圖3所顯示的是本發明的一個實施例，顯示一套完整的鋼籃取土裝置。該鋼籃(1)的圓柱形基架採用上下二隻金屬圈(7)、(6)在其間以若干根金屬柱杆(8)連接成一隻剛性的圓柱形中空基架。當然，中空圓柱形基架的圓柱面周壁可以不用柱杆(8)而是一個連續封閉的中空圓柱形周面，這樣的改變仍然屬於本發明的保護範圍。但採用本實施例所述的結構，方便於取出進入鋼籃(1)內的泥土。在基架的下圈(6)的內側壁上有一鉸接裝置，它用於將活瓣(5)鉸接在基架下圈(6)上，它包含有沿垂直方向被焊接在基架下圈(6)內側壁上的支座板(9)，在其間穿有一支水平設置的短銷(10)，在活瓣(5)內側的凹弧面的對稱線部位上焊有片形內擋板(11)，在其上有二隻孔，一隻孔供短銷(10)穿過，另一隻孔(15)供提索(13)穿過，前者是為了在基架下圈(6)與活瓣(5)之間形成鉸接，後者是為了活瓣(5)的關閉及整個鋼籃(1)的上提。當各活瓣(5)被完全關閉時，所述的各內擋板(11)的內側邊相互牴觸，起到限定活瓣(5)繼續內轉並使活瓣(5)正確關閉的定位作用。
活瓣(5)具有尖嘴的鏟面形狀，其外側面為凸弧面而內側面為凹弧面，其數目以3-6塊為宜，本實施例為4塊。4塊活瓣(5)向內旋轉合攏後形成一個臨時的封閉底面。活瓣(5)的關閉是靠由地面操作縱的總索(3)的上提所致。在基架的上圈(7)焊接有朝內的提索導向環(14)，其數目與活瓣(5)的數目相同，本實施例為4隻，提索導向環(14)的中心線與內擋板(11)大體上處於同一鉛垂面上。每根提索(13)穿過相應的內擋板(11)上的孔(15)，並朝上通過相應的提索導向環(14)，最後匯集於取土籃(1)的上方，使用時，再通過卸甲(19)(也可用其他方法)與總索(3)的下端連接。總索(3)的上端與地面上的裝置相連。在將取土鋼管(2)打壓入土層的過程中，所述鋼籃(1)的活瓣(5)必須持全開狀態，也就是說，每一塊活瓣(5)必須有一將其固定在某一開啟角度的固定裝置，這個裝置包括有固定在取土鋼管(2)下端外壁上的定位板(18)，和固定在活瓣(5)外側的凸弧面的對稱線部位上的外擋板(12)。活瓣(5)的最大開啟角正好對應於外擋板(12)的上側面與定位板(18)的下側面完全對合、相互牴觸的位置。這二塊板上分別有一孔，供金屬絲(4)穿過並將二者系牢，圖2所示的正是活瓣(5)維持在最大開啟角度的狀態，當取土鋼管(2)被打壓入土層的施工開始時，活瓣(5)必須維持在這樣的臨時狀態。所述的將外擋板(12)和定位板(18)系縛牢的金屬絲(4)的另外一個作用是，當取土鋼管(2)在土層中下沉過程中萬一活瓣(5)受到一定的側向外力(如遇石塊等障礙)而產生使活瓣(5)向關閉的趨勢時，金屬絲(4)的拉力可以克服這種趨勢。
在所述取土鋼管(2)的外壁上沿其縱長方向焊接一根細長的通氣管(16)，其上埠穿出地面(未顯示)與大氣相通，其下埠轉彎，貫穿取土鋼管(2)的下端管壁，這是為了克服在向上提升鋼籃(1)取出土柱(17)時產生的真空吸力而設。
圖4反映本發明的整個施工過程，a)是取土鋼管(2)進入土層前的準備工作，在這一工序中要做的工作是首先將總索(3)的下端，通過卸甲(19)與匯集於鋼籃(1)的上方的提索(13)相連接，將整隻鋼籃(1)自下而上拉進套入取土鋼管(2)的下端腔內，接著用金屬絲(4)按圖2所示那樣將外擋板(12)和定位板(18)系縛牢，使整套裝置組合成為如圖2所示活瓣(5)被張開到最大角度的樣子。b)整個裝置(取土鋼管(2)與鋼籃(1))被打壓入土層並且達到與樁長相應的深度，在這一工序中，泥土不斷通過全開的活瓣(5)從鋼籃(1)的下圈(6)進入到取土鋼管(2)內腔，並形成土柱(17)。c)是取土工序，在此過程中從地面上提升總索(3)，首先是活瓣(5)在地下被關閉，形成一隻臨時封閉的鋼籃籃底，其後，隨著總索(3)的不斷上升，整隻鋼籃(1)連同其上方整個管腔內的土柱(17)整體向上移動，直到整隻鋼籃(1)從取土鋼管(2)內抽出為止，這時進入取土鋼管(2)腔內的土柱(17)就被全部取出到地面了。
在完成上述a)、b)、c)三個步驟後，再按灌注樁的傳統施工工藝對埋入地下的空取土鋼管(2)內進行混凝土的灌注和提管，完成整個成樁工序。
本發明的主要優點是(一)本發明解決了鋼管擠土灌注樁所存在的，因土體受到嚴重擠壓而擴張、隆起，導致樁體錯位、斷裂，並危害鄰近建築、構築物等難以克服的問題。本發明還避免了溼式取土所必然存在的施工複雜、取土時間長、汙染施工現場和周圍環境，以及由於樁底虛土難以清除乾淨，樁周土結構遭到破壞和泥漿汙染樁身配筋，而降低樁的承載力等一系列問題。
在灌注樁已得到廣泛應用的情況下，上述問題的解決具有很大的現實意義。
(二)本發明取土量約為全樁體積的60%-70%左右，還有30%-40%左右的土被向四周擠開。由於土體受擠壓時，首先是被擠密，然後才向四周擠推和隆起，因此，少量的土被擠壓不但不致於造成樁體錯位、斷裂及危害鄰近建築物、構築物等問題，還將使樁周土與樁壁之間因土體適量擠密而增加摩擦力。
(三)本發明成本低廉，操作簡便，只要增添一個活瓣式取土鋼籃，採用通常使用的普通打樁機就可勝任，因此適應性強。而且，在取土鋼管的沉管過程中，所要取出的土已同時進入管內，而在提升取土鋼籃的過程中又同時完成了排出管內土柱的工作，因此取土過程簡便省時，效率高。
(四)由於鋼管擠土灌注樁因為土體嚴重擠壓而存在著樁體錯位、斷裂等問題，因此有的地方規定，對所有樁體都必須用樁架逐根「跑樁」，以檢驗樁的承載能力並壓密裂縫。而本發明由於解決了上述問題，因此可免去跑樁工序，從而節省跑樁費用，縮短工期，提高經濟效益。
(五)由於解決了取土問題，本發明還可用於大直徑灌注樁，此時，可按垂直荷載和水平荷載來計算鋼筋籠的配筋，以代替予制樁，而大大降低樁基礎的造價並縮短工期，還可避免一般予制樁施工中所難以避免的因擠土而危害鄰近建築物、構築物的問題。這就擴展了鋼管成孔灌注樁的應用範圍。
權利要求
1.一種灌注樁的乾式鋼籃取土方法，先將取土鋼管(2)沉入地下與樁長相應的深度，然後取出進入鋼管(2)內的土柱(17)，在地下形成一個樁孔，進而往埋在地下的這根空鋼管(2)內進行混凝土灌注，其特徵在於，取土過程是從地面上用總索(3)將臨時固定在鋼管(2)底端內腔的鋼籃(1)整體向上提升(而保持鋼管(2)仍舊留在地下)，直至該鋼籃(1)連同其上方的土柱(17)全部被從鋼管(2)內拉出為止，其施工有以下三個工序a)在將鋼管(2)連同鋼籃(1)一起打壓入土層之前，先將鋼籃(1)與總索(3)連繫好，然後通過抽動總索(3)讓整隻鋼籃(1)進入到鋼管(2)的底端內腔，並讓鋼籃(1)底端的活瓣(5)與鋼管(2)外壁上的定位板(18)相對固定，保持使活瓣(5)的張角維持在最大開啟角度的臨時固定狀態。b)將按a步驟準備好的鋼管(2)連同鋼籃(1)打壓入地下，並達與樁長相應的深度，在整個裝置進入土層的過程中，泥土不斷通過全開的活瓣(5)從鋼籃(1)的底部進入到鋼管(2)的內腔，並形成土柱(17)。c)在完成上述a、b二道步驟之後，接著從地面上將總索(3)向上提升，首先是活瓣(5)在地下被關閉，形成一隻臨時封閉的鋼籃籃底，其後，隨著總索(3)的不斷上升，整隻鋼籃(1)連同其上方整個管腔內的土柱(17)整體向上移動，直到整隻鋼籃(1)從取土鋼管(2)內抽出為止，即完成取土工序。
2.一種灌注樁的乾式鋼籃取土裝置，它包含有取土鋼管(2)，其特徵在於，在鋼管(2)內腔有一隻對於鋼管(2)可相對運動的鋼籃(1)，它包含有一隻大體為中空圓柱形的基架，其外徑略小於取土鋼管(2)之內徑;還包含有多隻與所述基架的下端內壁保持鉸接的活瓣(5);在所述基架的上端固接有與所述活瓣(5)數目相等的提索導向環(14);在所述鋼管(2)下端外壁上設有活瓣定位板(18)。
3.如權利要求2所述的乾式鋼管取土裝置，其特徵是，所述的活瓣(5)具有帶尖咀的鏟面形狀，其外側面為外凸弧面，內側面為內凹弧面，在其外側的對稱線部位固定有片形外擋板(12);在其內側的對稱線部位固定有片形內擋板(11)。
4.如權利要求2所述的乾式鋼籃取土裝置，其特徵是，所述的活瓣(5)是通過一鉸支機構被鉸接到所述基架的下端內壁上，該鉸支機構包含有固接在基架下端內壁上的支座板(9)，所述的內擋板(11)設在其內，有一根水平設置的短銷(10)將它們貫穿，形成一樞軸。
5.如權利要求2所述的乾式鋼籃取土裝置，其特徵是，所述的鋼籃基架由上圈(7)，下圈(6)和間於其間的若干根柱杆(8)三者固接而成為一個剛性的基架。
6.如權利要求2所述的乾式鋼籃取土裝置，其特徵是，所述的取土鋼管(2)的外側壁面上沿其縱長方向攀附有一根細長的通氣管(16)，其上埠穿出地面，與大氣相通，其下埠轉彎與取土鋼管(2)的下端管壁貫通。
全文摘要
一種灌注樁的乾式鋼籃取土方法及其裝置，它採用一種底部帶有活瓣的金屬取土鋼籃來進行取土，鋼籃包括有圓筒形的基架和與基架下沿鉸接的活瓣，它整體可在取土鋼管內穿動，在施工時，它被套進取土鋼管的底部，並且活瓣維持張開狀態連同鋼管一同被沉入土層下，當要取土時，施工人員從地面操動提索將鋼籃連同其上的土柱全部從地下取出，即完成了成孔及取土工作。
文檔編號E02D5/34GK1057082SQ90104180
公開日1991年12月18日 申請日期1990年6月4日 優先權日1990年6月4日
發明者俞曉, 嚴樹芳, 蘆冬生 申請人:俞曉, 嚴樹芳, 蘆冬生