一種土塞補償管樁拔出施工方法及其所用的土塞補償管樁拔樁裝置製造方法
2023-07-13 19:20:41 2
一種土塞補償管樁拔出施工方法及其所用的土塞補償管樁拔樁裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及基坑圍護工程領域中的一種土塞補償管樁拔出施工方法及其所用的土塞補償管樁拔樁裝置，主要工作原理是利用靜力拔樁法、樁周應力解除拔樁法與振動拔樁法中的一種或幾種組合進行空心管樁(1)拔出施工，同時利用土塞強度降低法、靜壓法、振動法與錘擊法中的一種或幾種組合給土塞(2)施加壓力，使管樁(1)內部土塞(2)在拔樁過程中不伴隨管樁(1)的拔出而拔出；拔樁裝置包括土塞阻擋裝置(6)、動力裝置(5)與管樁固定裝置(7)三部分，本發明特別適用於基坑圍護中鋼管樁的拔出施工，最大貢獻是解決了管樁拔出時在土體中留有孔洞而造成拖帶沉降等難題，為鋼管樁在基坑圍護中的應用掃除了最後一道障礙。
【專利說明】一種土塞補償管粧拔出施工方法及其所用的土塞補償管粧拔粧裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及土木工程領域中的基坑圍護工程領域。
【背景技術】
[0002]基坑圍護工程是巖土工程的重要組成部分之一，目前常用的圍護樁(牆)形式主要有鑽孔灌注樁加隔水的水泥土樁、地下連續牆、鋼板樁、SMW工法樁四大類，其中的前兩類為現場澆築而形成的以鋼筋混凝土為主的樁(牆)體，耗材、耗能多，造價較高，容易因現場施工質量控制問題產生安全隱患。鋼板樁與S麗工法樁一般在施工完成後拔出其中的鋼材，圍護樁(牆)的主要材料可循環使用，因此相對耗材、耗能較小，屬於較經濟環保的圍護樁(牆)形式，但是鋼板樁之間的搭接位置無法滿足較嚴格的隔水要求，當基坑挖深較深時，鋼板樁往往漏水嚴重，加之鋼板樁剛度較低，從而限制其推廣應用，SMW工法樁為了解決擋土隔水問題，需在受力構件(即H型鋼)之間施工水泥土樁局部擋土並隔水，但當基坑較深時，水泥土樁受力開裂可能導致隔水失效，加之水泥土不可回收，有一定的材料消耗，因此造價仍然較高。基坑圍護是一類臨時性的工程，在基坑回填後即完成工程的所有使用價值，因此採用可回收的預製構件(如抗彎抗、抗扭、剪性能好的鋼管)進行圍護可節材、節能，大幅度降低工程造價，且施工質量易控制，具備廣闊的發展前景，本人此前提出了全回收的基坑圍護系統，全回收的基坑圍護系統的圍護樁(牆)可採用H型鋼、鋼管、鋼板等製作。但若因拔樁拖帶沉降等問題的限制，使得圍護樁(牆)只能採用橫截面開口的H型鋼等鋼結構拼裝而成，橫截面開口的鋼結構因存在橫向剛度低易壓曲的確定，在插入施工時只能採用振動法進行插入施工，在施工時產生的噪音與振動對周邊環境有一定的影響，使其應用受到一定的限制，另外，插拔施工會產生一定量的拖帶沉降。而剛度大、承載力高的橫截面閉口的鋼結構，如鋼管等，雖然其橫向剛度較大，可以採用靜壓的方式進行插入施工，但在拔出時在土體中留下較大的孔洞，拖帶沉降與水平位移很大，是鋼管樁在基坑圍護中的應用的最大障礙。
【發明內容】
[0003]本發明的第一個目的在於提供一種土塞補償管樁拔出施工方法。該土塞補償管樁拔出施工方法可消除拔樁後留在土體中的孔隙，基本消除拔樁拖帶沉降，且可降低拔樁反力，大幅度降低了預製隔水樁基坑圍護工程成本。
[0004]該土塞補償管樁拔出施工方法包括如下步驟:
[0005]a)確定需要拔出的管樁位置與管樁內的土塞位置；
[0006]b)將待拔出的管樁與拔樁裝置固定；
[0007]c)利用靜力拔樁法、樁周應力解除拔樁法與振動拔樁法中的一種或幾種組合進行管樁拔出施工，同時利用土塞強度降低法、靜壓法、振動法與錘擊法中的一種或幾種組合給土塞施加壓力，使管樁內部土塞在拔樁過程中不伴隨管樁的拔出而拔出；[0008]d)拔出管樁，並解除拔樁裝置與已拔出的管樁之間的連接；
[0009]e)重複步驟a)至步驟d)，進行下一根管樁拔出施工，直至施工完成。
[0010]在上述的土塞補償管樁拔出施工方法中，在上述步驟c)中，可在拔樁施工過程中，通過將土塞壓縮並充填管樁拔出留下的孔隙減小拔樁對周圍環境的影響。
[0011]在上述的土塞補償管樁拔出施工方法中，在上述步驟c)中，在拔樁施工前，利用攪拌法與旋噴法中的一種或兩種組合，將待拔的管樁內部土塞強度大幅度降低或降低土塞與管樁內壁的摩擦力。
[0012]在上述的土塞補償管樁拔出施工方法中，在上述步驟c)中，在給土塞施加壓力前，在管樁中空部位的土塞上部鋪填砂石料作為墊層。
[0013]本發明的第二個目的在於提供土塞補償管樁拔出施工方法所用的一種土塞補償管樁拔樁裝置，該土塞補償管樁拔樁裝置可順利完成土塞補償管樁拔出施工，結構簡單，造價低。
[0014]該土塞補償管樁拔樁裝置包括土塞阻擋裝置、動力裝置與管樁固定裝置三部分，其中的土塞阻擋裝置是位於管樁中空部位壓在土塞上且能阻止土塞在管樁拔出過程中上移的結構，管樁固定裝置為與管樁牢固連接的器具，動力裝置是提供拔樁動力或提供拔樁動力兼給土塞阻擋裝置提供控制力的器具。
[0015]在上述的土塞補償管樁拔樁裝置中，上述的土塞阻擋裝置可以是放置於管樁中空部位的柱狀或板狀體、傳力裝置中的一種或兩種組合。
[0016]在上述的土塞補償管樁拔樁裝置中，上述的動力裝置可以是振動錘、吊車、滑輪組、千斤頂或油缸中的一種或幾種組合。
[0017]本發明的一種土塞補償管樁拔出施工方法及其所用的土塞補償管樁拔樁裝置，可順利實現管樁的拔出施工，特別適用於橫截面為閉曲線或部分橫截面為閉曲線或橫截面為小開口曲線的管樁拔出施工，本發明的最大貢獻是解決了管樁拔出時在土體中留有孔洞而造成拖帶沉降等難題，為管樁，特別是鋼管樁在基坑圍護中的應用掃除了最後一道障礙。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的一個實施例所用的待拔鋼管樁縱剖面示意圖；
[0019]圖2為本發明的一個實施例所用的待拔鋼管樁橫截面示意圖；
[0020]圖3為本發明的一個實施例所用的第一種振動拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置示意圖；
[0021]圖4為本發明的一個實施例所用的第二種振動拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置示意圖；
[0022]圖5為本發明的一個實施例所用的第一種靜力拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置示意圖；
[0023]圖6為本發明的一個實施例所用的第二種靜力拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置示意圖；
[0024]圖7為本發明的一個實施例所用的第一種振動拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置構造圖；
[0025]圖8為本發明的一個實施例所用的第二種靜力拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置構造圖。
【具體實施方式】
[0026]作為本發明的如圖1至圖8所示的一個實施例，主要目的在於介紹土塞補償管樁拔出施工方法的實施步驟、工作機理與土塞補償管樁拔樁裝置的結構構造與工作原理。如圖1與圖2所示，在管樁(1)插入土體施工完成後，因管樁(1)為空心管狀結構，在沉樁施工過程中，部分土體會進入管樁(1)的中空部位，形成如圖1與圖2所示的土塞(2)。在本實施例中的管樁(1)可以為直徑為800mm~2000mm的鋼管樁,壁厚可以取為8mm~25mm,在鋼管樁外側可根據需要焊接其他構件，在本實施例中焊接件為預製隔水樁的連接板構件。在本實施例中的管樁(1)還可以是其他直徑與其他截面形狀的空心樁體。在沉樁施工完成後，因沉樁施工方法、管樁(1)的直徑、壁厚、截面形狀及土層條件的不同，沉樁完成後管樁(1)內的土塞(2)的上表面位置也將有所不同。在拔樁之前需確定待拔管樁(1)的位置與土塞(2)上表面位置，從而完成本實施例的第一步。進入第二步。在本步驟中，主要目的將管樁(1)與拔樁裝置固定。固定的方法可以是多樣的，在本實施例中，採用了在管樁(1)的側壁焊接連接構件或通過鋼管夾具作為管樁固定裝置(7)。在本步驟中還可以通過在管樁(1)的側壁上穿孔等方式將管樁(1)與動力裝置(5)牢固連接。從而完成本實施例的第二步，進入第三步。在本步驟中，首先結合圖5與圖6介紹採用兩種靜力拔樁法。第一種靜力拔樁法土塞補償拔樁裝置示意圖如圖5所示的，先判斷土塞(2)在拔樁過程中的承載力能否滿足拔樁需要，如不能滿足，則在土塞(2)的上部鋪設砂石料(3)作為墊層，提高土塞(2)的承載力，在砂石料(3)上放置土塞阻擋裝置(6)，如滿足，則不需要鋪設砂石料(3)，可將土塞阻擋裝置(6)直接放置於土塞(2)上。在圖5中，土塞阻擋裝置(6)為一塊有足夠剛度與強度的板狀結構，可採用厚度20~50mm的鋼板，也可以採用柱狀結構或板肋結構。然後，在土塞阻擋裝置(6)的上部安裝動力裝置(5)，在動力裝置(5)上部安裝管樁固定裝置
(7)將管樁(1)臨時固定。動力裝置(5)可以為一個或多個千斤頂或油缸(11)。可通過動力裝置(5)推動管樁固定裝置(7)上拔進行拔樁施工，同時通過推動土塞阻擋裝置(6)，使土塞(2)不伴隨管樁(1)的上拔而上拔，當作用於土塞(2)的推力大於土塞(2)與管樁
(1)之間的摩擦力時，土塞(2)可在拔樁過程中壓縮並及時密實充填拔樁留下的孔隙，從而可減小直至消除拔樁拖帶沉降與水平位移，保護周邊環境的安全與正常使用。圖5中所示的管樁固定裝置(7)可以是由楔形夾片與臺狀或錐狀體組成的類似錨具的結構，也可以是與管樁(1)有固定連接的其他結構形式。第二種靜力拔樁法土塞補償管樁拔樁裝置示意圖如圖6所示,其構造圖如圖8所示,與圖5所示的拔樁裝置示意圖不同點有兩方面:一方面是動力裝置(5)與管樁固定裝置(7)設置於管樁(1)外側；另一方面，土塞阻擋裝置(6)為一放置於管樁(1)內部的柱狀或板狀體(15)與位於管樁(1)外側的傳力裝置(12)組成。管樁固定裝置(7)由內置楔形孔的環狀夾片約束器(16)與夾片(17)組成，通過夾片(17)與夾片約束器(16)相對上下移動實現管樁(1)的固定或解除固定。在本步驟的以下部分，結合圖3與圖4，分別介紹兩種振動拔樁法土塞補償管樁拔樁施工方法第三步實施方法與所用的拔樁裝置與拔樁過程。第一種管樁拔樁裝置包括管樁固定裝置(7)、土塞阻擋裝置
(6)與動力裝置(5)，如圖3所示的。其中管樁固定裝置(7)為一個可牢固固定管樁(1)側壁的夾具，土塞阻擋裝置(6)為與管樁(1)的中空部位形狀相匹配的柱狀體，在拔樁過程中，為了使從土塞阻擋裝置(6)與管樁(I)內壁之間的孔隙擠出的土體不影響土塞阻擋裝置(6)與管樁(I)之間相對滑動，可將土塞阻擋裝置(6)製作為底部截面大，中部截面小的形狀，如圖3所示。圖3中所示的動力裝置(5)可以由如圖7所示的吊車(8)、滑輪組(9)與振動錘(10)組成，可根據土塞阻擋裝置(6)的推力要求配置滑輪組(9)中動滑輪、定滑輪的位置與數量。振動錘(10)可通過管樁固定裝置(7)與管樁(I)固定，通過振動錘(10)的振動大幅度降低管樁(I)側壁與管樁(I)外側土體及管樁(I)內部的土塞(2)之間的摩擦阻力，通過吊車(8)與滑輪組(9)將管樁(I)拔出，同時利用土塞阻擋裝置(6)阻止土塞
(2)在拔樁過程中上移，還可以根據拔樁拖帶沉降控制要求，通過設置滑輪組(9)加大土塞阻擋裝置(6)在拔樁過程中的推力，利用土塞(2)及時補充並密實充填拔樁過程中在土體中留下的孔隙。圖4所示的拔樁裝置及拔樁過程與圖3相似，與圖3不同點主要在於以下兩方面:一方面是土塞阻擋裝置(6)為一有足夠自重的柱狀結構，可以用鋼錠或鉛塊、混凝土塊等製作，在振動拔樁過程中，由土塞阻擋裝置(6)的自重阻擋土塞(2)上移；另一方面，動力裝置(5)由吊車(8)與振動錘(10)組成。在本實施例的第三步中，在拔樁施工前，可在土塞(2)中施工低水泥參量的水泥土攪拌樁，在水泥土攪拌樁凝固前，土塞(2)在攪拌後成為可流動的半固體，在拔樁過程中，土塞(2)與管樁(I)的內壁之間摩擦力大幅度降低，可通過土塞(2)的自重密實充填拔樁留下的孔隙。當然，在本步驟中，也可以在土塞(2)中施工低水泥參量的高壓旋噴樁達到上述目的。在本步驟中，還可以通過水衝、擾動等應力解除方法降低管樁(I)與外圍土體(4)及土塞(2)之間的摩擦力，然後再行拔樁。在本步驟中，還可以在拔樁施工過程中對土塞(2)進行錘擊施工阻止土塞(2)上移。在本步驟中，與常規拔樁施工的主要區別是在拔樁過程中避免土塞(2)隨管樁(I)的上拔而上移，在必要時，可通過壓縮土塞(2)及時密實充填拔樁留下的孔隙，減小或消除拔樁拖帶影響。在本步驟實施時，可利用上述的靜力拔樁法、樁周應力解除拔樁法與振動拔樁法中的一種或幾種組合進行管樁拔出施工，並根據需要利用土塞(2)自重、靜壓法、振動法與錘擊法中的一種或幾種組合給土塞(2)施加壓力，使管樁(I)內部的土塞(2)在拔樁過程中不伴隨管樁(I)的拔出而拔出。相應的，土塞阻擋裝置(6)可以是放置於管樁(I)中空部位的柱狀或板狀體(15)、傳力裝置(12)中的一種或幾種組合。動力裝置(5)可以是振動錘(10)、吊車(8)、滑輪組(9)、千斤頂或油缸(11)中的一種或幾種組合。從而完成本實施例第三步，進入第四步。在本步驟中，在管樁(I)拔出後，解除拔樁裝置與已拔出的管樁(I)之間的連接，即可進行下一根管樁的拔出施工，重複第一步至第四步，完成拔樁施工，從而完成本方發明的土塞補償管樁拔出施工方法。
[0027] 本專利包括但不限於本領域內專業人士可替代使用的其他施工方法。
【權利要求】
1.一種土塞補償管樁拔出施工方法，包括如下步驟: a)確定需要拔出的管樁(I)位置與管樁(I)內的土塞(2)位置； b)將待拔出的管樁(I)與拔樁裝置固定； c)利用靜力拔樁法、樁周應力解除拔樁法與振動拔樁法中的一種或幾種組合進行管樁(I)的拔出施工，同時利用土塞強度降低法、靜壓法、振動法與錘擊法中的一種或幾種組合給土塞(2)施加壓力，使管樁(I)內部的土塞(2)在拔樁過程中不伴隨管樁(I)的拔出而拔出； d)拔出管樁(I)，並解除拔樁裝置與已拔出的管樁(I)之間的連接； e)重複步驟a)至步驟d)，進行下一根管樁拔出施工，直至施工完成。
2.根據權利要求1所述的土塞補償管樁拔出施工方法，其特徵是在上述步驟c)中，在拔樁施工過程中，通過將土塞(2)壓縮並充填管樁(I)拔出留下的孔隙減小拔樁對周圍環境的影響。
3.根據權利要求1所述的土塞補償管樁拔出施工方法，其特徵是在上述步驟c)中，在拔樁施工前，利用攪拌法與旋噴法中的一種或兩種組合，將待拔的管樁(I)內部土塞(2)的強度大幅度降低或降低土塞(2)與管樁(I)內壁的摩擦力。
4.根據權利要求1所述的土塞補償管樁拔出施工方法，其特徵是在上述步驟c)中，在給土塞(2)施加壓力前，在管樁(I)中空部位的土塞(2)上部鋪填砂石料作為墊層。
5.一種土塞補償管樁拔出施工方法所用的土塞補償管樁拔樁裝置，其特徵是包括土塞阻擋裝置(6)、動力裝置(5)與管樁固定裝置(7)三部分，其中的土塞阻擋裝置(6)是位於管樁(I)中空部位壓在土塞(2)上且能阻止土塞(2)在管樁(I)拔出過程中上移的結構，管樁固定裝置(7)為與管樁(I)牢固連接的器具，動力裝置(5)是提供拔樁動力或提供拔樁動力兼給土塞阻擋裝置(6)提供控制力的器具。
6.根據權利要求5所述的土塞補償管樁拔樁裝置，其特徵是土塞阻擋裝置(6)是放置於管樁(I)中空部位的柱狀或板狀體(15)、傳力裝置(12)中的一種或兩種組合。
7.根據權利要求5所述的土塞補償管樁拔樁裝置，其特徵是動力裝置(5)是振動錘(10)、吊車(8)、滑輪組(9)、千斤頂或油缸(11)中的一種或幾種組合。
【文檔編號】E02D9/02GK103741690SQ201410006538
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】張繼紅 申請人:張繼紅