靜壓沉管壓灌樁的成樁及輔助方法與裝置和應用與流程
2023-12-10 14:04:12 4
本發明涉及靜壓沉管壓灌樁的成樁及輔助方法與裝置和應用，屬於樁基礎施工技術與設備領域。
背景技術：
下述專利均涉及沉管壓灌樁的成樁方法或裝置：
1.申請號為200610134101.3的「靜壓沉管樁施工工藝」，該專利提出了沉管壓灌樁的概念，未解決樁身夾泥問題。
2.申請號為201120124573.3的「沉管壓灌樁的成樁裝置」，該專利提供的裝置也未解決樁身夾泥問題。
3.申請號為201110104220.5的「沉管擠擴壓灌成樁工法」，該專利提供的工法採用高頻液壓振動錘沉拔管、反壓擠擴樁底或樁身，其問題是：拔管時，芯管中有混凝土，振動錘的振動將造成堵管；反壓擠擴時的混凝土壓力較小，只能在較軟的土層中擠擴。
4.申請號為201110394473.0的「沉管壓灌樁全過程施工用組合樁管及其使用方法」，該專利提供了內擊沉管壓灌樁施工用的裝置，利用泵送混凝土的壓力將樁管頂出來，但樁管底板的構造可能堵塞混凝土通道而無法實現自頂；即使能自頂，混凝土的充盈也很大，浪費混凝土。
5.申請號為201420232082.8的「增加內擊沉管壓灌樁施工功能的靜壓樁機」，該專利是利用現有靜壓樁機施工內擊沉管壓灌樁，並在樁機平臺和短船上開有插筋孔。依此專利，如果要施工出高承載力的樁，樁機及配重的重量非常大，拔樁力也很大。
受樁管尺寸的制約，內擊主要適合中、大直徑的沉管壓灌樁；受樁機及配重的限制，靜壓主要適合中、小直徑的沉管壓灌樁。
一般情況下，用樁基礎的場地，場地土都比較軟，難以承受靜壓沉管壓灌樁的樁機及配重的重量，特別是做高承載力樁，樁機及配重的重量往往比較大，施工時很容易出現陷機等問題。靜壓沉管壓灌樁是灌注樁，一根樁壓灌混凝土、插入鋼筋籠後，混凝土尚未初凝，之後樁機要移動壓下一根樁，這個過程中，長船、短船反覆抬起、落下，如果不將土壓實到一定程度，將不可避免地踩壞或擠壞剛完成的樁，嚴重影響靜壓沉管壓灌樁的施工和質量，甚至導致失敗。靜壓沉管壓灌樁一般要跳打，時間間隔2～3天，樁機返回來施工，也將踩到或擠到已施工完2～3天的樁，如果土不壓實到一定程度，同樣會將其踩壞、甚至擠斷。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明提供了靜壓沉管壓灌樁的成樁及輔助方法與裝置和應用；成樁方法包括反壓法、泵壓法、分壓法和內壓法；輔助方法包括三種壓土方法以及避讓法、保護法；專用裝置包括灌注管可開閉的樁管和主管、灌注管可分別下壓的樁管，樁管上有傳感器控制混凝土的泵送，還有一種有壓土功能的靜壓樁機及兩種壓土器。
首先介紹專用裝置，包括A型、B型、C型樁管和有壓土功能的靜壓樁機及A型、B型壓土器。
型樁管，為灌注管可開閉的樁管，參見附圖1，其優選構成如下：
. 主管1和灌注管2均為圓鋼管；
. 灌注管2在主管1內；
. 底板3為下有上凹的圓形厚鋼板；底板3上、與灌注管2對應的位置上，有與灌注管2等內徑的圓孔；
. 主管1、灌注管2與底板3整體焊接在一起；
. 灌注管2上有閥門5和傳感器6；
. 閥門5可用油缸4開閉。
型樁管，為主管和灌注管可分別下壓且分壓油缸在頂部的樁管，參見附圖2，其優選構成如下：
. 主管11和灌注管12均為厚壁圓鋼管；
. 灌注管12在主管11內，灌注管12下口高於主管11下口；
. 灌注管12上有彎頭13；彎頭13上有傳感器14；
. 主管11上連接有分壓油缸15，分壓油缸15可下推、上拉灌注管12；
. 在彎頭13上下行程範圍內，主管11在對應位置有豎向長孔16。
型樁管，為主管和灌注管可分別下壓且分壓油缸在底部的樁管，參見附圖3，其優選構成如下：
. 主管21和灌注管22均為圓鋼管；
. 灌注管22在主管21內，灌注管22下口高於主管21下口，灌注管22下有等內徑厚壁鋼管23，灌注管22上有傳感器24；
. 主管21下段內固定有中空的分壓油缸25；通過厚壁鋼管23，分壓油缸25可下推、上拉灌注管22。
有壓土功能的靜壓樁機，參見附圖4，其優選構成如下：
. 每個長船31套有兩個接地面積小於長船31的壓板33；
. 每個短船32套有一個接地面積小於短船32的壓板34；
. 壓板33、壓板34下表面低於長船31、短船32的下表面。
型壓土器，參見附圖5，其優選構成如下：
. 矩形的壓板41上連接有兩個油缸42；
. 油缸42上端可連接在靜壓樁機的主梁43中間或端部或接長的端部；
. 油缸42可下推、上拉壓板41。
油缸連接在主梁端部時，可以壓基坑周邊的土；主梁接長的目的是為了避免壓板與長船或短船衝突。
5.壓土器，參見附圖5，其優選構成如下：圓形或矩形或其它形狀的壓板42上連接有鋼管41。
下面介紹保證靜壓沉管壓灌樁的正常成樁施工的輔助方法，包括用靜壓樁機壓實場地土的三種方法以及保證鋼筋籠插入的避讓法、保護法。
壓土法一，使用有壓土功能的靜壓樁機，參見附圖4，優選步驟如下：
. 長船31帶壓板33、短船32帶壓板34的靜壓樁機就位後，長船31著地或短船32著地，壓板33或壓板34壓入土中；
. 長船31抬起或短船32抬起，樁機移動，短船32著地或長船31著地，壓板34或壓板33壓入土中；
. 長船31、短船32交錯著地、抬起，至整個場地壓完為止；
. 根據需要，整個場地可壓多遍；
. 根據需要，配重可分批上機。
壓土法二，使用靜壓樁機，參見附圖5，優選步驟如下：
. 將連接有A型壓土器的靜壓樁機移到第一個壓點；
. 用油缸42下壓壓板41至預定壓力；
. 用油缸42上拉壓板41，提起A型壓土器後，將樁機移到下一個壓點再壓，至整個場地壓完為止；
. 根據需要，一個壓點可壓多遍。
壓土法三，使用靜壓樁機，參見附圖5，優選步驟如下：
. 將靜壓樁機移到第一個壓點；
. 用樁機抱住或頂住B型壓土器的鋼管46，下壓壓板45至預定壓力；
. 提起B型壓土器後，將樁機移到下一個壓點再壓，至整個場地壓完為止；
. 根據需要，一個壓點可壓多遍。
當場地土很軟時，可直接用長、短船壓土，不帶壓板，但這時配重必須分批上機，如果一次性將配重全部上機，勢必導致陷機。同理可設計出接地面積比靜壓樁機的長船、短船接地面積小的專用靜力壓土機，其配重也必須分批上機。
避讓法，為靜壓樁機的長船或短船避讓樁位的方法，優先使用有壓土功能的靜壓樁機，參見附圖4，其優選方法如下：壓灌混凝土結束後，樁機橫向移動，長船31上的兩個壓板33著地，讓開樁位，樁機完全讓出樁位後插入鋼筋籠。
如果把短船上的壓板改為兩塊，沿長船方向設置，中間留出空間，同樣也可以按避讓法避免踩樁。
保護法，為將樁頭保護起來、允許樁機長船或短船踩樁的方法，使用靜壓樁機，其優選方法如下：壓灌混凝土結束後，在樁頭壓入一個護口，再根據需要，在混凝土上平放一個薄板；樁機長船或短船踩過並完全讓出樁位後插入鋼筋籠。
護口和薄板可用鋼板，護口的作用：一是保護樁頭，防止長船或短船踩壞樁頭，二是鋼筋籠插入時，防止鋼筋籠帶土；薄板的作用是隔離混凝土與長船或短船，防止長船或短船下粘的泥土混入混凝土中，鋼筋籠插入時把土帶到樁中，造成樁身夾泥。
最後介紹靜壓沉管壓灌樁的成樁方法，包括反壓法、泵壓法、分壓法和正壓法。
反壓法，可使用有壓土功能的靜壓樁機，參見附圖1、附圖4,5，其優選成樁方法如下：
. 靜壓樁機向樁點移動，同時可用壓土法將樁機經過的場地土壓實；
. 樁機到位後，根據需要，可用A型樁管將一個位於樁點、直徑大於樁管的護筒壓入土中；
. 將樁管放到樁點位置的預製樁尖上，用樁機將樁管壓到預定壓力；
. 通過灌注管2泵送混凝土或砂漿或水泥漿將樁管上頂一定高度後，用油缸4關閉灌注管2上的閥門5；
. 反壓樁管，泵入的混凝土或砂漿或水泥漿外脹形成擴大頭；
. 用油缸4打開閥門5，接續泵送混凝土上頂樁管；
. 泵送時，用傳感器6監視泵送壓力或混凝土液位；如果泵送壓力過大或混凝土液位過低，可用樁機配合上拔樁管或加大泵送量；
. 樁管出地面後，從插筋孔插入鋼筋籠，或採用避讓法移開樁機或按保護法將樁頭保護好後移開樁機、插入鋼筋籠，成樁結束；
. 樁機移到下一個樁點，移動過程中，可用壓土法將場地土壓實。
實際施工時，可根據需要，多次反壓樁管。
如果場地條件允許，也可以使用一般靜壓樁機。
泵壓法，可使用靜壓樁機和現有樁管，其優選成樁方法如下：
. 將樁管壓在位於樁點的墊板上，用樁機將樁管下壓到預定壓力；
. 通過灌注管泵送混凝土上頂樁管到預定高度；
. 用樁機夾住或頂住樁管，繼續泵送混凝土，用泵送壓力外脹下部混凝土形成擴大頭；
. 鬆開樁管，繼續泵送混凝土上頂樁管；
. 泵送時，用傳感器監視泵送壓力或混凝土液位；如果泵送壓力過大或混凝土液位過低，可用樁機配合上拔樁管或加大泵送量；
. 樁管出地面後，從插筋孔插入鋼筋籠，或採用避讓法移開樁機或按保護法將樁頭保護好後移開樁機、插入鋼筋籠，成樁結束。
泵壓法的樁管比反壓法的樁管簡單，灌注管不需要開閉。
如果場地條件不允許，也可以使用有壓土功能的靜壓樁機。
12.分壓法，可使用有壓土功能的靜壓樁機，參見附圖2或3、附圖4、5，其優選成樁方法如下：
內壓法，可使用有壓土功能的靜壓樁機和B型或C型樁管，參見附圖2或3，其優選成樁方法如下：
. 靜壓樁機向樁點移動，同時可用壓土法將樁機經過的場地土壓實；
. 樁機到位後，根據需要，可用B型或C型樁管將一個位於樁點、直徑大於樁管的護筒壓入土中；
. 在樁點上挖坑，坑內放幹硬性混凝土；
. 將灌注管12或灌注管22放到樁點位置上的、外徑小於主管11或主管21內徑的預製樁尖上，用樁機將樁管整體下壓到預定壓力；
. 用分壓油缸15或分壓油缸25下壓灌注管12或灌注管22，將幹硬性混凝土下壓到主管11或主管21以下並外脹形成擴大頭；
. 通過灌注管12或灌注管22泵送混凝土上頂樁管；
. 泵送時，用傳感器14或傳感器24監視泵送壓力或混凝土液位；如果泵送壓力過大或混凝土液位過低，可用樁機配合上拔樁管或加大泵送量；
. 樁管出地面後，從插筋孔插入鋼筋籠，或採用避讓法移開樁機或按保護法將樁頭保護好後移開樁機、插入鋼筋籠，成樁結束；
. 樁機移到下一個樁點，移動過程中，可用壓土法將場地土壓實。
護筒可擇機收回再用。
顯然，在現有沉管壓灌樁的樁管上也可以安裝傳感器；用傳感器控制混凝土泵送的方法，以及在樁點壓護筒的方法，也可用於現有沉管壓灌樁的施工；A型樁管底板下面上凹的做法，可用於現有沉管壓灌樁的樁管。
反壓法、泵壓法可更簡單地應用於靜壓預製空心樁時形成擴大頭的施工，混凝土可直接向空心裡泵送或用其它方法灌注即可；上口可用圓鋼板封閉，防止混凝土冒出。考慮到上拔的需要，預製空心樁的端板要大於樁徑，以方便用卡箍將樁卡住，用上樁或送樁器送樁、拔樁。
有益效果
上述成樁方法及其專用裝置，可減少靜壓樁機配重、降低對場地土的要求、降低踩壞、擠壞樁的風險。
A型樁管底板下內凹可加大用混凝土泵上頂樁管的頂力，減小了拔管力；其構造解決了201110394473.0號專利混凝土通道易堵塞的問題；但內凹後不能用類似於201110394473.0號專利提供的柔性墊板，要用剛性預製樁尖。
反壓法、泵壓法解決了201110104220.5號專利的問題，反壓力或泵壓力大、沒有振動和噪音，可在較硬的土層中形成擴大頭。
分壓法的目的是減少靜壓樁機的配重。
在樁管上安裝傳感器，可方便施工、提高沉管壓灌樁的成樁質量。
樁點壓護筒的方法，可更好地解決樁被踩壞、擠壞的問題，保證沉管壓灌樁施工的質量。
壓土法可充分發揮靜壓樁機的重量大、壓土能力強的優勢，可簡單、有效地壓實場地土，使場地土滿足沉管壓灌樁施工的需要，從根本上解決因靜壓沉管壓灌樁的樁機及配重的總重量大導致的陷機、樁被踩壞或擠壞的嚴重問題，保證靜壓沉管壓灌樁施工的正常進行和成樁質量。
避讓法和保護法可解決鋼筋籠插入前樁機行走踩壞樁、導致鋼筋籠插入可能帶來的質量問題。
附圖說明
附圖1～3分別為A型、B型、C型樁管示意圖，其中：(a)為縱剖面示意圖，(b)為橫剖面示意圖；附圖4為帶壓板的長船、短船示意圖，其中：(a)為平面示意圖，(b)為縱剖面示意圖；附圖5為壓土器示意圖，其中：(a)為平面示意圖，(b)為縱剖面示意圖。
具體實施方式
實施例一：反壓法施工靜壓沉管壓灌樁。
場地土自上而下的土層情況：約1m厚雜填土，約5m厚軟塑-可塑狀態粉質粘土，約2m厚全風化泥巖，約3m厚強風化泥巖，以下為中風化泥巖。
樁徑600mm，樁長10m，C60自密實混凝土，擴大頭在強風化泥巖中，極限承載力1100噸。
用1000型有壓土功能的抱壓式靜壓樁機，加750噸配重後可壓到900噸。樁機長船31接地面積33m2，其壓板33接地面積16.5m2；短船32接地面積26m2，其壓板34接地面積13m2。
用A型樁管，主管1為610*30無縫鋼管，灌注管2為133*8無縫鋼管，底板3直徑620mm、厚200mm，內凹直徑410mm、深100mm。
施工步驟如下：
1.樁機移到樁點上，同時用壓土法一將樁機經過的場地土壓實；
2.將A型樁管壓至強風化泥巖中2m；
3.通過灌注管2泵送混凝土上頂樁管1.5m後，用油缸4關閉閥門5；
3.反壓樁管0.5m，泵入的混凝土外脹形成直徑約720mm、高約1m的擴大頭；
4.用油缸4打開閥門5，接續泵送混凝土上頂樁管；
5.樁管出地面後，從插筋孔插入鋼筋籠，結束。
經檢測，樁的極限承載力為1200噸，滿足要求。
實施例二：分壓法施工靜壓沉管壓灌樁。
場地土同實施例一。
樁徑600mm，樁長12m，C60自密實混凝土，持力層為中風化泥巖，極限承載力1100噸。
用1000型抱壓式靜壓樁機，加650噸配重後壓到800噸，長、短船及其壓板的數據同實施例一。
用B型樁管，主管21為610*70無縫鋼管，灌注管22為133*8無縫鋼管，鋼管23外徑460mm、高200mm。
施工步驟如下：
1.靜壓樁機移到樁點上，同時用壓土法二將樁機經過的場地土壓實；
2.將C型樁管壓至中風化泥巖中1m；
3.用靜壓樁機和分壓油缸25交替下壓主管21和灌注管22，至主管21與灌注管22的下壓力之和為1400噸；
4.通過灌注管2泵送混凝土上頂樁管；上頂初期，傳感器24顯示的混凝土壓力達到8MPa時，樁管未動，隨之用樁機配合上拔樁管約1m後，僅用泵送混凝土上頂樁管，傳感器24顯示的混凝土壓力不超過5MPa；
5.樁管出地面後，採用避讓法移開樁機後插入鋼筋籠，結束。
經檢測，樁的極限承載力為1150噸，滿足要求。
實施例三：反壓法用於靜壓預製空心樁現場擴大頭的施工。
場地土情況同實施例一。
預製鋼管混凝土空心樁，樁徑600mm，壁厚110mm，樁長9m，空心內用C60自密實混凝土，擴大頭在強風化泥巖中，極限承載力1100噸；樁上下端板直徑大於鋼管直徑20mm。
用1000型抱壓式靜壓樁機，加750噸配重後可壓到900噸。
施工步驟如下：
1.將空心樁壓在位於樁點的預製樁尖上，用樁機將該樁壓至樁上段高出地面2m後，將另一根空心樁或送樁器放在該樁上，用卡箍將上根樁或送樁器與該樁卡住，接著下壓該樁至強風化泥巖中2m，這時的壓樁力為850噸、送深為1m；
2.用上根樁或送樁器上拔該樁1.5m，同時將該樁的空心泵滿混凝土；
3.打開卡箍，在該樁上放一塊直徑不大於端板的圓鋼板；
4.用上根樁或送樁器反壓該樁0.5m，其下部混凝土外脹形成直徑約720mm、高約1m的擴大頭，結束。
經檢測，樁的極限承載力為1150噸，滿足要求。