一种空心预制桩的施工系统及施工方法与流程

本发明涉及空心预制桩施工领域，特别是涉及一种空心预制桩的施工系统及施工方法。

背景技术：

随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，高层建筑、高速铁路、公路桥梁等基础设施建设需求不断增加，桩基础因其承载力高和变形小的优点，成为各类建筑物和构筑物最常采用的基础结构形式。

桩的类型按施工方法主要分预制桩和灌注桩，而现行预制桩的沉桩方法大致分为：锤击法、振动法、静压法、中掘法。

锤击法是由柴油燃烧或液压驱动，将锤体提至一定高度自由落体，冲击桩顶，利用锤击的冲击能量克服土对桩阻力，使桩沉至预定深度或持力层的沉桩施工方法；振动法是利用一个大功率电力振动器(振动锤)，沉桩时，把振动锤安装在桩顶上，利用其高频振动，以高加速度振动桩身，使桩周围的土体结构因振动发生变化，强度降低，从而减少桩侧与土体的摩擦阻力，使桩沉入土中；静压桩法是通过静力压桩机的压桩设备实施，以压桩机自重和机架上的配重提供反力，以克服压桩过程中的入土阻力，将预制桩分节压入至预定深度的沉桩施工方法。

但是，以上三种方法在沉桩过程中均为完全挤土，要克服土体对桩基的侧摩擦阻力和桩端阻力的共同作用，沉桩阻力大，很难完成长大预制桩的施工，且在打桩的过程中也容易出现断桩。

中掘法是一种在桩中空部插入专用钻头，边钻孔取土边沉桩的方法。该方法在钻头临近持力层时，通过油阀打开扩大钻翼，在持力层中钻进一定深度后进行底部注浆搅拌，与持力层的土(砂)拌和并形成扩大的球根，并将桩插入球根内形成扩大端，以提高单桩承载力。

该方法沉桩过程较为复杂，现场需要包括打桩机、注浆后台、空压机、履带吊、挖机等多项大型配套设备，对于场地狭小、周边建筑物密集的城市中心或场地不平整的区域施工难度较大。该方法施工的基桩为非挤土桩，旋钻取土导致桩侧土体卸载和扰动，致使成桩后的桩侧压力和桩侧阻力大大衰减，桩的承载力难以保证。

因此，需要改进空心预制桩的施工系统及施工方法，使得预制桩的承载力、质量可靠，同时施工效率高，能适应于各种长度和直径的预制桩的施工，具有重要意义和广阔应用前景。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种空心预制桩的施工系统及施工方法，以克服现有技术几种沉桩方法的不足，并利用现有的沉桩设备，完成具有高承载力长大空心预制桩的施工。

为实现上述目的，本发明提供了一种空心预制桩的施工系统，利用该施工系统进行空心预制桩的施工，以克服现有技术几种沉桩方法的不足，并利用现有的沉桩设备，完成具有高承载力长大的空心预制桩的施工。

为实现上述目的，本发明提供了一种空心预制桩的施工系统，包括推送部分；

所述推送部分包括由下至上设置的桩尖、遮护臂套以及连接部件，所述连接部件包括上下设置的n组连接单件，n为大于等于2的自然数；

所述连接单件包括受到沉压力而实现沉降的预制桩桩体和推杆，所述沉压力作用于最上端的所述连接单件中的所述推杆和所述预制桩桩体的上端；所述预制桩桩体为中部设有空腔的结构，相邻设置的两组所述预制桩桩体之间互相连接；同一所述连接单件中的所述推杆贯穿与之对应的所述预制桩桩体的空腔设置；位于最下端的所述连接单件中的所述推杆的下端与所述桩尖连接或相接触，第i组所述连接单件中的所述推杆的下端与第i-1组所述连接单件中的所述推杆的上端连接，i为大于等于2小于等于n的自然数；

所述遮护壁套为空心柱状体结构，其下端与所述桩尖连接，其上端包裹位于最下端的所述连接单件中的所述预制桩桩体的下端，所述预制桩桩体能在所述遮护壁套内进行上下移动。

特别地，所述桩尖为倒置的锥形结构；位于最下端的所述连接单件中的所述推杆的下端与所述桩尖的上端端部可拆卸式连接。所述推杆在施工结束后可分段提取回收。

特别地，所述遮护壁套的内部尺寸不大于所述桩尖的上表面外部尺寸；所述遮护壁套的高度为所述预制桩的桩径的1-2倍，所述遮护壁套的内部尺寸大于所述预制桩桩体的外部尺寸0.01-1cm。遮护臂套不能过长也不能过短，过长则达不到施工的最佳效果；过短则每次施工的长度太小，太耗时。

特别地，所述预制桩桩体一端的空腔内壁上设置有至少四个定位坎，所述定位坎沿所述空腔内壁周向设置，所述定位坎用于限位及固定所述推杆，防止所述推杆在所述预制桩桩体的空腔内偏位及失稳。

特别地，所述定位坎的厚度为5mm-10mm，所述定位坎的高度不小于30mm，所述定位坎沿所述空腔内壁周向围成的区域呈上大下小的喇叭状，使得所述推杆能够准确推入所述区域固定并限位。定位坎不能太厚，如果太厚，则会影响推杆的尺寸，使得推杆自身的稳定性和刚性不满足施工的要求；定位坎不能太低，太低会影响对推杆的定位及维持稳定的作用。

特别地，所述推杆两端分别设置有第一螺纹接头和第二螺纹接头，相邻设置的两组所述推杆通过所述第一螺纹接头和第二螺纹接头匹配连接。通过螺纹连接，便于施工及拆卸，节约时间。

特别地，相邻设置的两组所述预制桩桩体之间采用法兰盘连接。采用法兰盘连接，预制桩桩体结构牢靠且施工简便。

一种采用上述空心预制桩的施工系统的施工方法，至少包括以下步骤：

步骤a、采用沉桩设备先单独通过推杆将桩尖沉入土中，单次沉入推杆的行程不大于所述遮护壁套的净高；

步骤b、再单独将预制桩桩体沉入土中，所述预制桩桩体的行程不大于所述推杆的行程；

步骤c、重复步骤a和步骤b，直至所述桩尖的底部达到设计深度。

特别地，在步骤a之前还包括步骤a1，所述步骤a1为采用沉桩设备将一组预制桩桩体和桩尖同时推入土中，并重复步骤a1直至沉桩设备达到最大的下沉功率。由于预制桩桩体共受到桩尖和桩侧的阻力，即当桩侧和桩尖的总阻力达到一定值，以沉桩设备的最大功率也难以将桩整体性打入时。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明的施工系统利用定位坎和推杆的配合，能保证桩尖在下沉过程中的垂直度。

2、本发明的施工系统采用推杆以及遮护臂套配合，进行内推式沉桩，每次桩基下沉深度一定，施工前可根据设计桩长计算出所需空心预制桩桩体的长度及管节数量，可有效保证桩下沉至设计标高。

3、由于预制桩桩体在施工过程中同时受到桩尖和桩侧的阻力，当桩侧和桩尖的总阻力达到一定值，以沉桩设备的最大功率也难以将桩整体性打入，而本发明的施工系统和施工方法在沉桩过程中，可以将桩尖和桩段分开下沉，成功实现了桩端阻力和桩侧摩擦阻力在时间和空间上有效地分离，在同样的沉桩设备额定功率下可沉入更大直径和/或更深的预制桩，解决常规沉桩设备和方法无法施工长大预制桩的困难。

现有技术主要是在结构上做较大变化，如将桩尖做成螺旋锯齿状进行旋转形钻土施工或者是空心挖土，施工工艺较为复杂，且现有技术的方法或结构都是需同时克服桩端阻力和桩侧阻力。

4、利用本发明的施工系统在沉桩过程中不需要取土钻孔，无泥浆溢出，施工方法环保。

5、本发明的施工方法克服了中掘法所成桩的桩侧阻力衰减、桩的承载性能难以保证的缺点，所成桩的承载力与传统预制桩施工方法所成桩的承载力基本一致，且成本较低、施工效率高、环保，具有良好的社会经济效益。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是实施例1和实施例2的空心预制桩的施工系统示意图；

图2是实施例1和实施例2中推杆的结构及连接爆炸示意图；

图3是图1的1-1剖面图；

附图标记：

1、空腔，2、预制桩桩体，3、推杆，4、定位坎，5、遮护臂套，6、桩尖，7、第一螺纹接头，8、第二螺纹接头，9、沉压设备。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

详见图1-图3，一种空心预制桩的施工系统，包括推送部分和沉压部分；所述沉压部分包括用于为所述推送部分提供下压力的沉压设备9(当需要施工较长的预制桩时，在沉压设备和预制桩桩体和推杆之间还设置有连接器，用于保护桩体不受破坏)；所述推送部分包括由下至上设置的桩尖6、遮护臂套5以及连接部件，所述连接部件包括上下设置的n组的连接单件，n为大于等于的自然数。

所述连接单件包括受到沉压部分提供的沉压力而实现沉降的预制桩桩体2和推杆3，所述预制桩桩体为中部设有空腔1的结构，相邻设置的两组所述预制桩桩体之间采用法兰盘互相连接。

同一所述连接单件中的所述推杆贯穿与之对应的所述预制桩桩体的空腔设置；所述推杆两端分别设置有第一螺纹接头7和第二螺纹接头8，第i组所述连接单件中的所述推杆的下端与第i-1组所述连接单件中的所述推杆的上端通过所述第一螺纹接头和所述第二螺纹接头连接，i为大于等于2小于等于n的自然数，位于最上端的所述连接单件中的所述推杆和所述预制桩桩体的上端与提供沉压力的沉桩设备连接。

所述桩尖为倒置的锥形结构；位于最下端的所述连接单件中的所述推杆的下端与所述桩尖的上端端部可拆卸式连接或接触。

所述遮护壁套为空心柱状体结构设，其下端与所述桩尖连接，所述遮护壁套的内部尺寸不大于所述桩尖的上表面外部尺寸；所述遮护壁套的高度为所述预制桩的桩径的1-2倍，其上端包裹位于最下端的所述连接单件中的所述预制桩桩体的下端，且所述遮护壁套的内部尺寸大于所述预制桩桩体的外部尺寸0.01-1cm，使得所述预制桩桩体能在所述遮护壁套内进行上下移动。

所述预制桩桩体一端的空腔内壁上设置有四个的定位坎4，所述定位坎沿所述空腔内壁周向设置，所述定位坎的厚度为5mm-10mm，所述定位坎的高度不小于30mm，所述定位坎沿所述空腔内壁周向围成的区域呈上大下小的喇叭状，使得所述推杆能够准确推入所述区域固定并限位，防止所述推杆在所述预制桩桩体的空腔内偏位及失稳。

运用上述的空心预制桩的施工系统进行施工的方法，包括以下步骤：

步骤一、桩位复测，利用全站仪对沉桩位置的中心点坐标进行定位。

步骤二、沉桩设备移至沉桩位置；将带有遮护壁套的桩尖与最下端的预制桩桩体套接，再将推杆插入最下端预制桩桩体的空腔内，并卡持在四个定位坎的中间，定位坎可有效地限制推杆偏位和提高屈曲稳定；校正预制桩桩体的垂直度，确保预制桩桩体垂直入土，然后采用沉桩设备将一组预制桩桩体、设置好的推杆以及桩尖压入土中。

步骤三、将第二节预制桩桩体和推杆底面分别与已入土的最下端预制桩桩体和推杆顶面分别采用法兰盘和螺纹接头连接，再采用沉桩设备将第二节和最下端的预制桩桩体、推杆以及桩尖一起沉入土中。

步骤四、重复步骤三，直到沉桩设备达到最大的下沉功率。由于预制桩桩体共受到桩尖和桩侧的阻力，即当桩侧和桩尖的总阻力达到一定值，以沉桩设备的最大功率也难以将桩整体性打入时。

步骤五、采用沉桩设备先单独通过推杆将桩尖沉入土中，单次沉入推杆的行程等于遮护壁套的净高；再单独将预制桩桩体沉入土中，所述预制桩桩体的行程等于所述推杆的行程；当空心预制管桩桩体的底部与桩尖顶面接触后停止推送，保证遮护壁套与空心预制桩桩体不分离。

步骤五中，先下沉桩尖，此时只需要克服桩尖阻力；再下沉桩体，此时只需要克服桩侧阻力，因此该步骤有效得使桩尖和桩侧阻力分开，从而使得沉桩设备可以打入更大或更长的桩。

步骤六、重复步骤五且保证所述遮护壁套与第一节所述预制桩桩体的端面不分离，直至所述桩尖的底部达到设计深度，分节提取推杆并拆卸回收完成沉桩的施工。

实施例2

本实施例中预制桩的施工系统与实施例1相同，本实施例的施工方法与实施例1的不同之处在于不采用步骤三和步骤四，从最开始施工的时候直接采用步骤五进行沉桩直至桩尖的底部达到设计深度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。