专利名称：植入钢筋笼的混凝土灌注桩成桩工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种长螺旋钻孔钢筋混凝土灌注桩施工方法，特别是一种长螺旋钻孔中心泵压混凝土，在桩体混凝土未凝前植入钢筋笼的成桩工艺技术。
背景技术：
在长螺旋钻孔现浇混凝土桩的施工中，常采用一种钻孔到预定深度，在提钻同时用混凝土泵通过钻杆中心将混凝土压到成孔中，形成素混凝土桩体的方法。在形成的素混凝土桩体中植入钢筋笼，能提高桩的承载能力，扩大其应用范围。
现在常用的振动植笼方法之一是将振动锤或振动电动与钢筋笼顶部固定连接，钢筋笼在桩孔混凝土中振动下沉的过程中，钢筋笼整体产生振动，使混凝土不断振动密实。振动电机产生圆周振动，不但产生竖直方向振动，还会产生水平方向振动，有利于混凝土的振捣密实；在沉笼过程中恰恰不希望混凝土过早密实强化。振动锤或振动电机压在钢筋笼顶部使钢筋笼受压，易使其失稳产生弯曲，使沉笼施工达不到预想的效果。
用一个上部封口的钢筒套在钢筋笼顶端，钢筒上部与振动电机刚性连接，利用振动电机的圆周振动，不断冲击钢筋笼的顶端，钢筋笼不产生竖直方向往复振动，使沉笼效果有些改善，但因振动电机能量小，钢筋笼到位率往往达不到设计要求。
将振动锤或振动电机与一根钢管固定连接，将钢管振动作用于钢筋笼底端的方法，虽然提高了植入钢筋笼的成功率，但是仍存在极少量钢筋笼植不到要求深度的问题；由于钢管竖直方向往复振动会对钢管内部混凝土产生“套管摩擦泵压”现象，易使混凝土离析，不利于钢筋笼的植入，还会对桩身混凝土产生某些不利影响。
本发明的内容本发明提供一种长螺旋钻孔中心泵压混凝土灌注桩，后植入钢筋笼技术和配套机具。关键技术是采用振动冲击原理植入钢筋笼。植入钢筋笼时，把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，采用不完全卸荷沉入法，依靠重力和振动装置的激振力对置于钢筋笼内腔的刚性传力杆件的中上部进行振动冲击，并通过刚性杆件将作用力传到钢筋笼底端，钢筋笼和刚性传力杆件均不产生竖直方向往复强迫振动。不但减少钢筋笼对混凝土的扰动，而且减少钢筋笼中传力杆件对混凝土的扰动，在沉笼过程中避免了竖直方向往复强迫振动对传力钢管内混凝土“摩擦泵压”作用，钢管内混凝土不易离析，沉笼效率高，避免了过度振动对桩身混凝土质量的影响。
本发明施工工艺的技术方案是采用钻孔中心泵压混凝土后植入钢筋笼技术，包括就位钻孔，钻至孔深，边提钻边泵压混凝土，泵压混凝土到桩顶，插放钢筋笼，成桩。在桩体混凝土未凝前插放钢筋笼的作业，其特征在于采用一种振动冲击植笼装置。将与振动植笼装置连接的刚性杆件插入钢筋笼内腔，刚性杆件与振动植笼装置轴向间隙连接，同时将钢筋笼与振动装置用钢丝绳柔性连接，待钻孔中心泵压混凝土形成桩体后，吊起振动装置、刚性杆件及钢筋笼，把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，采用不完全卸荷沉入法，依靠重力和振动装置的激振力对刚性杆件中上部进行振动冲击，刚性杆件不产生竖直方向往复强迫振动，刚性杆件将作用力传到钢筋笼底端，使钢筋笼下沉到预定深度，然后将刚性杆件用振动的方法拔出地面。
钢筋笼下沉达不到预定深度时，迅速用桩机副钩悬吊的钢索索住刚性杆件和钢筋笼进行助吊，用起重机吊钩起吊振动装置作为主吊，利用振动拔桩原理把钢筋笼从混凝土桩体中引拔出来，待桩体初凝后，在原桩位重复以上成桩工艺，完成现浇桩施工。
刚性传力杆件采用H型钢、钢管，采用单根钢管时，钢管下端开口。上部开通气孔，中、下部开保浆孔。采用多根钢管时，平行钢管之间用缀条连接。
钢筋笼下端承力的封挡用钢筋制成，钢筋轴线在垂直于钢筋笼轴线投影面上的投影为十字状或井字状，在平行于钢筋笼轴线投影面的投影为梯形。
图1本发明涉及的工艺方法流程示意图；图2本发明振动冲击植入钢筋笼示意图；图3本发明不完全卸荷沉笼作业示意图；图4本发明引拔钢筋笼作业示意图；图5本发明刚性传力杆件为H形截面及剖面示意图；图6本发明刚性传力杆件为单根钢管及剖面示意图；图7本发明刚性传力杆件为多根细钢管及剖面示意图；图8本发明钢筋笼下端封挡为十字状示意图。
图9本发明钢筋笼下端封挡为井字状示意图。
具体实现方式本发明涉及的具体施工工艺方法叙述如下1、按施工图测放桩位，桩机就位钻孔(见图1a和图1b)2、现场制造钢筋笼；3、桩机就位，调整钻杆与地面的垂直度；钻头对准桩位，启动钻机入钻，钻到预定深度(孔深)。(见图1c)4、在成孔钻进的同时，按照配合比进行混合料的搅拌，搅拌好的混合料送到钻机施工作业面准备浇灌；5、在地面将振笼刚性杆件穿入钢筋笼，刚性杆件与植入钢筋笼振动装置轴向间隙连接。
6、进到设计深度后，略提钻杆，以便混凝土料将活门冲开，一边泵送混合料一边提钻；(见图1d)7、混合料的灌注高度应略高于设计桩顶标高，多余的部分后期凿掉，保证桩顶的强度满足设计要求，钻杆拔出孔口前，先关混凝土泵，注意保证钻杆内存料量，满足桩顶高度。(见图1e)8、钻杆拔出孔口，确认成桩符合要求后，用起重机吊钩吊起振动装置、刚性杆件及钢筋笼，钢筋笼与振动装置用钢丝绳柔性连接，在桩体混凝土未凝前把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，开动振动植笼装置，采用不完全卸荷法将钢筋笼沉到预定深度；(见图1f)9、钢筋笼到位后，拔出刚性杆件，放置地面。(见图1g)10、施工中，应抽样作混凝土试块；11、遇到特殊情况钢筋笼不能顺利到位时，迅速用桩机副钩上悬吊的钢丝绳索住刚性杆件和钢筋笼进行助吊，起重机吊钩起吊振动装置作为主吊，利用拔桩原理把钢筋笼从混凝土桩体中引拔出来。待桩体初凝后，在原桩位重复以上成桩工艺，完成现浇桩施工。(见图1h和图1j)参照图2振动冲击植入钢筋笼实施例示意图，振动锤1与振动冲击体11固定连接，振动冲击体11与刚性杆件2轴向间隙连接。振动植笼时，振动锤1的激振力，通过振动冲击体11，冲击刚性杆件2上部轴肩21的顶端23，刚性杆件2钢管再将作用力传到钢筋笼的底端22，对钢筋笼3产生竖直向下单向冲击力，不会引起钢筋笼3和刚性杆件2的竖直方向往复振动；钢筋笼3是柔性体，静压力和单向振动冲击力对主筋产生拉力而不是压力，有利于力的传输和钢筋笼的下沉；刚性杆件(钢管)不产生竖直方向往复振动，在沉笼过程中避免了竖直方向往复振动对传力杆件一钢管内混凝土“摩擦泵压”作用，钢管内混凝土不易离析。同时也减弱了钢管对桩孔内混凝土的振动密实作用，对混凝土的扰动弱，扰动范围小，水泥浆4上浮小，骨料5不会在钢管下口堆积；振动引拔时，振动锤1的激振力通过振动冲击体11，向上冲击刚性杆件2顶部的轴肩21下侧24，将刚性杆件引拔出桩孔。
图3是不完全卸荷沉笼作业示意图。不完全卸荷沉笼作业是通过操纵起重机机主钩7的下降速度，控制振动锤减振装置弹簧8的变形量，达到起重载荷在主钩7和桩孔内混凝土6之间分配的目的；即在振动沉笼作业时，起重主钩7不完全卸掉振动锤、冲击体、刚性杆件和钢筋笼的重力载荷，把一部分载荷分配给桩孔内混凝土6，分配恰当有利于重力垂直植笼作业。当主钩7的起重载荷小于总重力，同时等于总重力与桩孔内混凝土的反力之差时，钢筋笼3能垂直匀速下沉。当混凝土反力等于总重力时，吊钩起重载荷为零，钢筋笼3就会产生偏斜，达不到植笼对中的要求。振动锤减振装置弹簧8是实现不完全卸荷植笼作业的关键部件。弹簧8的刚度小，变形量大，有利于不完全卸荷植笼作业的实施。
参照图4引拔钢筋笼作业示意图。遇到特殊情况钢筋笼3不能顺利到位时，迅速用桩机副钩9悬吊的钢索10，索住刚性杆件2和钢筋笼3进行助吊，起重机吊钩7起吊振动装置作为主吊，利用拔桩原理把钢筋笼3从混凝土桩体6中引拔出来。将钢筋笼3不少于2/3的主筋与刚性杆件2索住，桩机副钩9助吊引拔时，能将钢筋笼3与刚性杆件2局部挤压在一起，使刚性杆件2所受到的振动冲击力传给钢筋笼3，减低侧摩阻力，桩机副钩助吊增加了引拔力，有利于不到位钢筋笼的拔出。
见图5、6和7刚性传力杆件示意图。图6描述的是H形截面刚性杆件2，这种杆件在振动植笼时，不易产生“摩擦泵压’作用，有利于钢筋笼的植入。缺点是同样截面抗弯摩量，截面尺寸大、重量大，不适用小直径桩的施工。图7描述的刚性杆件2是采用单根钢管，钢管下端开口，上部开通气孔11，一般在钢管距桩顶以上0.5-3m，使混凝土进入钢管内腔，不至使混凝土溢出桩孔造成浪费或导致混凝土质量问题，中上部和下部开保浆孔12，中上部孔开在桩顶以下1-5m，下部孔在钢管底部以上1-3m，目的是为了进一步减弱“振动泵压”作用，使植笼作业阻力小，桩身质量高。图8描述的刚性杆件2采用多根细钢管，细钢管的数量3-4根，钢管之间用缀条13连接起来。施工时将每根细钢管的下端对应套在向内弯曲成U形的钢筋笼主筋的端部。优点是重量轻，利于振动冲击植笼作业。
图8是钢筋笼下端封挡示意图，钢筋笼3下端承力的封挡用钢筋制成。垂直于轴线投影面为十字状或井字状，平行于轴线投影面为梯形。钢筋笼直径为400mm时，钢筋封挡制成十字状(见图8)；钢筋笼直径为600mm或800mm时，钢筋封挡制成井字状(见图9)。
本发明的技术方案使中心压混凝土灌注桩的后植笼作业更加合理、可靠，不但改善了植笼条件，保证植笼成功率，而且能降低对混凝土施工性的要求，保证桩身质量。
上述仅对本发明的一具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种植入钢筋笼的混凝土灌注桩成桩工艺，包括就位钻孔，钻至孔深，边提钻边泵压混凝土，泵压混凝土到桩顶，在桩体混凝土未凝前插放钢筋笼，成桩；其特征在于将与振动植笼装置连接的刚性杆件插入钢筋笼内腔，刚性杆件与振动植笼装置轴向间隙连接，在桩体混凝土未凝前，吊起振动植笼装置、刚性杆件及钢筋笼，把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，依靠重力和振动植笼装置的激振力对刚性杆件中上部进行振动冲击，并通过刚性杆件将作用力传到钢筋笼底端，使钢筋笼下沉到预定深度，然后将刚性杆件用振动的方法拔出地面。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于刚性传力杆件采用H型钢或钢管，吊起的振动植笼装置与钢筋笼用钢丝绳柔性连接。
3.根据权利要求1或2所述工艺，其特征在于钢筋笼下端设有用钢筋制成承力的封挡，钢筋轴线在垂直于钢筋笼轴线投影面上的投影为十字状或井字状，在平行于钢筋笼轴线投影面的投影为梯形。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于刚性传力杆件采用单根钢管，钢管下端开口，上部开通气孔，中、下部开保浆孔；或刚性传力杆件采用多根平行钢管，平行钢管之间用缀条连接。
5.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于刚性杆件与振动植笼装置轴向间隙大于振动锤的实际振幅。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于植入钢筋笼在钢筋笼下沉达不到预定深度时，迅速用桩机副钩上悬吊的钢索索住刚性杆件和钢筋笼进行助吊，起重机吊钩起吊振动装置作为主吊，利用拔桩原理把钢筋笼从混凝土桩体中引拔出来，待桩体初凝后，在原桩位重复以上成桩工艺，完成现浇桩的施工。
7.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于植入钢筋笼的过程采用不完全卸荷沉入法，依靠重力和振动装置的激振力对刚性杆件中上部进行振动冲击。
全文摘要
本发明提供一种长螺旋钻孔中心泵压混凝土，后植入钢筋笼成桩方法和配套机具，采用振动冲击原理植入钢筋笼。植入钢筋笼时，把钢筋笼下端插入混凝土桩体中，采用不完全卸荷沉入法，依靠重力和振动装置的激振力对刚性传力杆件的中上部进行振动冲击，并通过刚性杆件将作用力传到钢筋笼底端。钢筋笼和刚性传力杆件均不产生竖直方向往复强迫振动，不但减少钢筋笼对混凝土的扰动，而且减少钢筋笼中传力杆件对混凝土的扰动，特别是在沉笼过程中减弱了传力钢管内混凝土“摩擦泵压”作用，钢管内混凝土不易离析，沉笼效率高，避免了过度振动对桩身混凝土质量的影响。
文档编号E02D7/00GK1773024SQ200410090810
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月12日 优先权日2004年11月12日
发明者常乃麟, 张治华, 杨立新, 李虹 申请人:北京市机械施工公司