一種電滲法協助現澆x形樁沉樁的施工方法

2023-05-14 07:52:16 5

專利名稱：一種電滲法協助現澆x形樁沉樁的施工方法
技術領域：
本發明涉及一種軟土地基處理和樁基礎技術領域，尤其涉及一種電滲法協助現澆 X形樁沉樁的施工方法。主要適用於高速鐵路、高速公路軟土地基處理技術領域。
背景技術：
隨著國豕基礎設施建設的推進，聞速鐵路、聞速公路等不可避免的要芽過軟弱土地區，軟弱土地基處理是保證工程質量與安全的關鍵技術問題之一。在本發明之前，中國專利「現澆X形鋼筋混凝土樁施工方法」(專利號ZL200710020306. 3)，公布了一種採用現澆的方法製成橫截面形狀為類似英文字母X形的橫截面異形樁；該樁型通過改變橫截面形狀來提聞粧側比表面積，提聞粧側摩阻力，從而提聞單位混凝土材料強度利用率、提聞等混凝土用量情況下樁基承載力，且該新型樁施工工藝簡單、可操作性強，便於質量控制、檢測，單樁承載力高；在高速公路、市政工程等軟弱土地基處理工程中得到了廣泛地應用。中國專利 「一種現澆X形混凝土樁活瓣樁尖結構裝置及使用方法」(專利號ZL200910213162. 2)，公布了一種現澆X形樁的活瓣樁尖結構形式及其在施工過程中的使用方法；該法有效地避免了預製樁靴的工廠定製、運輸等環節，而且施工便利，節省造價，在現澆X形樁的實際施工中得到廣泛使用。中國專利「一種防止現澆X形混凝土樁拔模時帶出樁周土的裝置」(專利號ZL201010215957. X)，針對現澆X形樁在拔樁模過程中容易帶出樁周土、混凝土填料充填反弧段而降低實際樁-土接觸面積等現象，公布了一種防止現澆X形樁拔模時帶出周圍土體的裝置及其使用方法；該法可以有效降低拔樁模時樁周土體被帶出的問題，控制距離地表以下2. O米左右深度段現澆X形樁的成形質量。中國申請專利「一種電滲協助沉樁技術及其施工方法」(申請號201110355411. 9)，針對海洋平臺等水上工程施工大直徑鋼管樁時遇到「拒錘」等問題，公布了一種利用電滲法協助空心鋼管樁打樁的技術方案及其施工方法；該法可以有效解決工程實際中遇到的「拒錘」問題，同時可以降低錘擊能耗和捶頭的重量。由於高速鐵路、高速公路等構件物對工後沉降要求非常嚴格，因此，處理軟弱土地基的基樁深度較深，往往達到甚至超過20 m。目前，現澆X形樁沉樁能量主要採用振動錘的錘擊能和打樁機本身的自重，能夠滿足大部分地層情況下的沉樁要求。現場施工經驗表明，當地基土為均勻軟弱土時，打樁沉模施工相對容易；當地基土中軟弱土層中間夾含砂礫土，且根據設計承載力要求穿越時，打樁沉模施工難度較大；同時基樁沉模穿透持力層的深度受限。無限制的增大振動錘擊能既不經濟、又不環保；開發一種現澆X形樁沉樁輔助設備裝置成為一個刻不容緩的工作。

發明內容
本發明的目的在於克服上述缺陷，解決現澆X形樁沉樁過程中可能遇到的需要穿透相對較硬的砂礫土層或者沉入一定深度持力層時的沉樁問題，在同等振動錘擊能情況下，提高現澆X形樁沉樁深度與速度、降低沉樁成本，提出一種利用電滲法協助現澆X形樁沉樁的裝置。—種利用電滲法協助現澆X形樁沉樁的裝置，包括直流電源、鋼製套筒、固定架、 絕緣橡皮滑塊、銷釘、電極接口、支撐牛耳和反力梁；絕緣橡皮滑塊與固定架一端固定連接、 固定架的另一端與鋼製套筒利用銷釘連接；直流電源的正負兩極分別與鋼製套筒和現澆X 形鋼製樁模連接，在接通直流電的情況下使X形樁模和鋼製套筒分別形成陽、陰兩極。所述的直流電源，根據現場地質條件和沉樁實際情況的不同，確定工作電壓和電流，一般電壓在120-240 V之間，電流在80-200 A之間。所述的鋼製套筒，直徑為600-1200 mm,比現澆X形樁模外包圓直徑大100-200 mm;套筒高度為2-4 m，埋設時套筒下端要在地下水位線以下；套筒壁厚為5_20 mm ;套筒上部對稱設置4組連接固定架的插銷孔和直流電源連接口。所述的固定架由3根鋼條和I根帶插銷孔的弧形鋼帶固定連接組成，2根鋼條長度為150-300 mm,寬度為10-20 mm,厚度為5-20 mm ; I根鋼條為直徑為5-15 mm,長度為 180-300 mm的鋼筋；帶插銷孔的弧形鋼帶，其弧度與鋼製套筒外側壁同心，弧長為200-400 mm，鋼帶上的2個插銷孔與鋼製套筒上的I組(2個)插銷孔位置、大小相對應。所述的絕緣橡皮滑塊，包裹在固定架的圓柱形鋼筋條上，橡皮滑塊的外側面與現澆X形樁模的外側面相切，其最小直徑為50-100 mm。所述的銷釘為帶螺紋的固定螺絲，包括螺栓和螺帽，其大小和長度與插銷孔配套。所述的電極接口，分別布置在現澆X形樁模外側壁和鋼製套筒上部外側壁，其中現澆X形樁模外側壁上的接口設置在X形樁模進料口下方O. 5-1. O m處，鋼製套筒上部外側壁上的接口設置在距離筒頂O. 1-0. 2 m處。所述的支撐牛耳設置在距離現澆X形樁模樁尖2-5 m處的內反弧段，由上側面、下側面和右側面組成的凹槽形狀。
所述的反力梁為弧形鋼條，鋼條的橫截面尺寸與支撐牛耳的凹槽形狀相對應，鋼條的弧度為90°-120°。所述裝置可用於現澆X形樁沉樁過程中遇到砂礫土等相對硬土層時的協助沉樁方案，使用方法為鋼製套筒和固定架通過現澆X形樁模上的牛耳和反力梁，在振動沉樁初期壓入土體內，保證鋼製套筒下端位於地下水位線以下；去掉反力梁，繼續利用振動力和機架自重沉樁至一定深度；將現澆X形樁模、鋼製套筒分別與直流電源的正、負極相連，並通以直流電，從而增加電滲法技術協助沉樁，利用電滲場在樁側壁形成水流，弱化打樁過程中樁-土接觸面摩阻力，提高沉樁能力；當沉樁完成後，繼續電滲加速樁側土體固結排水，增強樁側土體強度，提高基樁整體承載力。將其裝置用於現澆X形樁協助沉樁施工中的使用方法，具體技術步驟為
(1)場地平整，測量放線，將帶活瓣樁尖的X形樁模沉管穿過鋼製套管在指定的打樁位置就位，連接帶絕緣橡皮滑塊的固定架和鋼製套筒，調整連接好固定架的鋼製套筒與X形樁模的位置，兩者中心位置偏差不大於10 mm;
(2)在X形樁模弧段牛耳之間架設弧形反力梁；(3)啟動振動機，把X形樁模沉入土中，鋼製套筒和固定架在反力梁的帶動下也隨之沉入土中；
(4)當鋼製套筒沉入設計深度，即鋼製套筒下端埋設至地下水位線以下O.5-0. 8 m時， 暫停振動，去掉反力梁；
(5)把直流電源的正、負極分別連接在X形樁模和鋼製套筒的接口處，使X形樁模和鋼製套筒分別形成電滲場中的陽、陰兩極；
(6)振動和電滲聯合作用沉樁至設計深度後，停止振動，並繼續同以直流電10-20分鐘後停止電滲；
(7)通過進料口向X形樁模空腔內注入一定量的混凝土；
(8)啟動振動拔管,上拔速率為O.6-1. 5 m/min,且每拔管I m留振I min ；
(9)重複(7)和(8)工序，將X形樁模向上拔出地面；
(10)通過上吊鋼製套筒的固定架將套筒拔出，最終形成現澆X形樁。本發明的優點和效果在於通過在常規振動力和機架自重沉樁的基礎上，增加電滲法技術協助沉樁，利用電滲場力形成的水流弱化打樁過程中樁-土接觸面摩阻力，有效提高沉樁能力；沉樁完成後，繼續電滲加速樁側土體固結沉降，提高樁側土體強度；本發明的技術優點為通過電滲技術協助現澆X形樁沉樁，降低打樁錘擊能量消耗，經濟、有效地解決在複雜地層中可能遇到的沉樁困難問題。該方法施工工藝簡單、可操作性強，便於質量控制，經濟效益明顯，處理效果顯著。總之，該技術裝置操作簡單、使用方便、造價低廉，輔助成樁效果好。


圖I為本發明裝置的縱向結構示意圖2為本發明裝置的橫向結構示意圖3為本發明裝置的鋼製套筒和固定架局部放大圖4為本發明裝置的支撐牛耳和反力梁局部立體其中，I為現澆X形樁模，2為鋼製套筒，3為直流電源，4為固定架，5為銷釘，6為牛耳， 7為絕緣橡皮滑塊，8為電極接口，9為電纜電線，10為反力梁，11為地下水位線，12為軟弱土層，13為砂礫等硬土層，14為持力層。
具體實施例方式以下結合附圖詳細敘述本發明的具體實施方式
。本發明的保護範圍並不僅僅局限於本實施方式的描述。一種電滲法協助現澆X形樁沉樁的裝置，如圖1-4所示，包括直流電源3、鋼製套筒 2、固定架4、絕緣橡皮滑塊7、銷釘5、電極接口 8、支撐牛耳6和反力梁10 ;絕緣橡皮滑塊7 與固定架4 一端固定連接、固定架4的另一端與鋼製套筒2利用銷釘5連接；直流電源3的正負兩極分別與鋼製套筒2和現澆X形鋼製樁模I連接，在接通直流電3的情況下使X形樁模I和鋼製套筒2分別形成陽、陰兩極。直流電源3，一般工作電壓在120-240 V之間，工作電流在80-200 A之間。鋼製套筒2，直徑一般為600-1200 mm ;套筒2高度為2-4 m， 埋設時套筒2下端要在地下水位線以下；套筒2壁厚為5-20 mm ;套筒2上部對稱設置4組連接固定架4的插銷孔和直流電源連接口 8。固定架4由3根鋼條和I根帶插銷孔的弧形鋼帶固定連接組成，2根鋼條長度為150-300 mm，寬度為10-20 mm，厚度為5_20 mm;l根鋼條為直徑為5-15 _，長度為180-300 mm的鋼筋；帶插銷孔的弧形鋼帶，其弧度與鋼製套筒 2外側壁同心，弧長為200-400 mm，鋼帶上的2個插銷孔與鋼製套筒2上的I組(2個)插銷孔位置、大小相對應。絕緣橡皮滑塊7，包裹在固定架4的圓柱形鋼筋條上，橡皮滑塊7的外側面與現澆X形樁模I的外側面相切，其最小直徑為50-100 mm。銷釘5為帶螺紋的固定螺絲，包括螺栓和螺帽，其大小和長度與插銷孔配套。電極接口 8，分別布置在現澆X形樁模I 外側壁和鋼製套筒2上部外側壁，其中現澆X形樁模I外側壁上的接口 8設置在X形樁模 I進料口下方O. 5-1.0 m處，鋼製套筒2上部外側壁上的接口 8設置在距離筒頂O. 1-0. 2 m 處。支撐牛耳6設置在距離現澆X形樁模I樁尖2-5 m處的內反弧段，由上側面、下側面和右側面組成的凹槽形狀。反力梁10為弧形鋼條，鋼條的橫截面尺寸與支撐牛耳6的凹槽形狀相對應，鋼條的弧度為90°-120°。實施時，如圖I和圖2所示，首先場地平整，測量放線，將帶活瓣樁尖的X形樁模I 沉管穿過鋼製套管2在指定的打樁位置就位，保證起重設備平穩、導向架與地面垂直偏角不大於I. 5 % ;連接帶絕緣橡皮滑塊7的固定架4和鋼製套筒2，調整連接好固定架4的鋼製套筒2與X形樁模I的位置，兩者中心位置偏差不大於10 _ ;在X形樁模弧段牛耳6之間架設弧形反力梁10 ;啟動振動機，把X形樁模I沉入土中，鋼製套筒2在反力梁10的帶動下也隨之沉入設計深度；當鋼製套筒2下端埋設至地下水位線11以下O. 5-0. 8 m時，暫停振動，去掉反力梁10 ;把直流電源3的正負極分別連接在X形樁模I和鋼製套筒2的接口 8 處，使X形樁模I和鋼製套筒2分別形成電滲場中的陽、陰兩極；繼續振動沉樁，並接通直流電源3，使電滲場力協助沉樁；振動和電滲聯合作用沉樁至設計深度後，停止振動，並繼續同以直流電10-20分鐘後停止電滲，促進樁側土體的固結沉降；通過進料口向X形樁模空腔內注入一定量的混凝土 ；啟動振動拔管,上拔速率為O. 6-1. 5 m/min,且每拔管I m留振
Imin ;重複(7)和(8)工序，將X形樁模I向上拔出地面；通過上吊鋼製套筒2的固定架4 將套筒2拔出，最終形成現澆X形樁。
權利要求
1.一種電滲法協助現澆X形樁沉樁的施工方法，其特徵在於採用以下步驟(1)場地平整，測量放線，將帶活瓣樁尖的X形樁模沉管穿過鋼製套管在指定的打樁位置就位，連接帶絕緣橡皮滑塊的固定架和鋼製套筒，調整連接好固定架的鋼製套筒與X形樁模的位置，兩者中心位置偏差不大於10 mm;(2)在X形樁模弧段牛耳之間架設弧形反力梁；(3)啟動振動機，把X形樁模沉入土中，鋼製套筒和固定架在反力梁的帶動下也隨之沉入土中；(4)當鋼製套筒沉入設計深度，即鋼製套筒下端埋設至地下水位線以下O.5-0. 8 m時， 暫停振動，去掉反力梁；(5)把直流電源的正、負極分別連接在X形樁模和鋼製套筒的接口處，使X形樁模和鋼製套筒分別形成電滲場中的陽、陰兩極；(6)振動和電滲聯合作用沉樁至設計深度後，停止振動，並繼續同以直流電10-20分鐘後停止電滲；(7)通過進料口向X形樁模空腔內注入一定量的混凝土；(8)啟動振動拔管,上拔速率為O.6-1. 5 m/min,且每拔管I m留振I min ；(9)重複(7)和(8)工序，將X形樁模向上拔出地面；(10)通過上吊鋼製套筒的固定架將套筒拔出，最終形成現澆X形樁。
全文摘要
一種電滲法協助現澆X形樁沉樁的施工方法，包括直流電源、鋼製套筒、固定架、絕緣橡皮滑塊、銷釘、電極接口、支撐牛耳和反力梁；在接通直流電的情況下使X形樁模和鋼製套筒分別形成陽、陰兩極。本發明的優點和效果在於通過在常規振動力和機架自重沉樁的基礎上，增加電滲法技術協助沉樁，利用電滲場力形成的水流弱化打樁過程中樁-土接觸面摩阻力，有效提高沉樁能力；沉樁完成後，繼續電滲加速樁側土體固結沉降，提高樁側土體強度；該法有效降低打樁錘擊能量消耗，經濟、有效地解決在複雜地層中可能遇到的沉樁困難問題，且施工工藝簡單、可操作性強，便於質量控制，經濟效益顯著。
文檔編號E02D5/38GK102587357SQ201210082860
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者劉璐, 周航, 孔綱強, 張弛, 曹兆虎, 金輝, 陳力愷 申請人:河海大學