专利名称：一种大深度或大直径机械扩底灌注桩的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种大深度或大直径机械扩底灌注桩的施工方法，特别适用于在大厚度自重湿陷性黄土，大厚度回填土，并且土层中有卵石层、园砾层、砂层或强风化岩为桩端持力层的土层中进行施工。
背景技术：
随着工业和民用建设的不断发展，经常遇到不同类型的地层土，如大厚度自重湿陷性黄土，大厚度回填土；但土层中有一个比较好的桩端持力层，如卵层层、园砾层、砂层、 强风化岩层等，对待这样大厚度自重湿陷性黄土、回填土等地层，采用挤密法无法实现，采用钻孔灌注桩由于负磨擦力的原因使单桩承载力降底，甚至单桩承载力为负值，对工程设计及施工带来困难，满足不了工程的要求；即使能满足工程的要求，但因单桩承载力低而使工程造价增加。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种大深度或大直径机械扩底灌注桩的施工方法，所述的大深度或大直径机械扩底灌注桩是指桩的深度大于30米， 直径为600-1500毫米的灌注桩，本发明的核心在于对以上所述的持力层经过强夯，使其端阻力大大提高，同时在夯后密实的持力层表面夯扩一个混凝土扩大头，以此提高单桩的承载力，比同直径的钻孔或人工挖孔灌注桩单桩承载力高4-6倍，因此既保证了单桩承载力， 又能减少桩径或减少桩数，实现节约工程造价的目的。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种大深度或大直径机械扩底灌注桩的施工方法，在已钻好或挖好的桩孔内安放一个直径小于桩孔直径的钢管，用一个柱型重锤先对卵石层、园砾层、砂层或强风化岩进行反复强夯，使桩端持力层密实度提高，同时利用钢管和重锤在桩底端夯扩一个混凝土扩大头，从而大大提高单桩承载力，具体施工步骤是第一步从地面桩位处钻孔或挖孔直至卵石层、园砾层、砂层或强风化岩层表面；第二步用钢丝绳牵引一根直径小于桩孔直径的钢管放入孔底；第三步用钢丝绳牵引一个柱型重锤放入钢管内，对孔底卵石层、园砾层、砂层或强风化岩层进行反复强夯，并使其密实；第四步将重锤提出孔口，向钢管内投入干硬性混凝土，并将钢管提升，钢管提升的高度小于向钢管内投入的干硬性混凝土的高度；第五步将重锤放入钢管内，用重锤对钢管底部干硬性混凝土反复夯击，使干硬性混凝土向周边挤压，在桩底端形成扩大头；如此反复多次，使扩大头直径满足设计要求；第六步将钢筋笼安放于钢管内直至干硬性混凝土扩大头表面；第七步先通过导管向钢管内灌注一定高度的桩体混凝土，然后将孔内钢管提升至孔外或边灌注桩体混凝土边提升钢管至孔外。
从地面桩位处钻孔或挖孔，孔的直径为600-1500毫米，孔深大于30米，并直至桩持力层的卵石层、园砾层、砂层或强风化岩表面。用钢丝绳牵引一根直径小于桩孔直径的钢管放入孔底，所述的钢管直径小于桩孔直径20毫米以上，长度由如下两方面因素确定A、孔内土层无夹砂层，夹碎石层时，钢管在孔中的长度大于锤在钢管内提升的高度；B、孔内土层有夹砂层，夹碎石层时，钢管在孔中的长度大于夹层顶面高度。用钢丝绳牵引一个柱型重锤放入钢管内，对孔底卵石层、园砾层、砂层或强风化岩层进行反复强夯，并使其密实，密实程度以锤提升一定高度夯击五次的贯入度小于50毫米来确定；柱型重锤的重量为3T-10T，锤的直径小于孔内钢管直径。所说的干硬性混凝土的塌落度为2厘米-5厘米；所说的桩体混凝土塌落度为14 厘米-22厘米。向钢管内投入一定量的干硬性混凝土，并将钢管提升一定高度是指钢管底端不高出干硬性混凝土表面，保证夯击干硬性混凝土时孔周的土不落入干硬性混凝土内。用重锤对钢管底部干硬性混凝土反复夯击，使其干硬性混凝土向周边挤扩，在桩底端形成扩大头，扩大头的直径为800毫米-2000毫米。将钢筋笼安放于钢管内直至干硬性混凝土扩大头顶面，钢筋笼顶标高与设计桩顶标高相同。通过导管向钢管内灌注一定高度的桩体混凝土，一定高度是指如果孔内土层无夹砂层，夹碎石层，其灌注高度大于钢管外虚土高度；如果孔内土层有夹砂层，夹碎石层，其灌注高度大于夹砂层或夹碎石层顶表面标高。第一次混凝土灌注面高于钢管外虚土时，或第一次混凝土灌注面高于夹砂层或夹碎石层顶表面标高时，可将钢管提出孔外，再灌注桩身混凝土 ；也可边灌注混凝土边提升钢管；直至混凝土灌注至设计标高，钢管提升至孔外。本发明与现有技术相比，单桩承载力相同时可节约工程造价40-70%。如某一工程地基土为自重III级湿陷性黄土，湿陷厚度为32米，地质土至地面向下40米处有一个平均厚度为5米的卵石层，勘察报告中显示从地面向下32米为自重III级湿陷性黄土，再其下为8米厚的粉质粘土，无湿陷性，极限侧阻力qsik = 65kpa，钻孔时其极限端阻力标准值 qpk3800kpao若设计钻孔灌注桩，桩直径1000毫米，桩长40米，按现有《建筑桩基技术规范》 计算，单桩极限承载力标准值Quk = uE QsikXLJApXqpk，其中Quk为单桩极限承载力标准值；u为桩周长；qsik为桩侧第i层的极限侧阻力标准值；Li为桩周第i层土的厚度；Ap为桩端面积Wpk为极限端阻力标准值；经计算=Quk=1X3. 14(_15 X 32+65 X 8) +0 . 52 X 3. 14 X 38 00= 125. 6 (KN) +1900 (KN)= 1915. 6KN按每立方米综合单价1400元/m3计算，单根桩体积=0 . 52 X 3. 14 X 40 = 31. 4m3， 单根桩造价为:31. 4m3 X 1400元/m3 = 43960元。若采用本发明的施工方法设计桩值径600毫米，桩长为40米，桩底端扩大头直径为1000毫米，经重锤夯后卵石层极限的端阻力标准值可达lOOOOkpa，经计算单桩极限承载力标准值为 Quk = u Σ QsikXL^ApXqpk = 0 . 6 X 3. 14(-15 X 32+65 X 8) +0 . 52 X 3. 14X 100 00 = 75. 36 (KN) +7850 (KN)= 7925. 36ΚΝ单根桩体积约为12. 8m3。按每立方米综合单价1800元/m3计算。单桩造价为12. 8m3X 1800元/m3 = 23047兀。本发明技术施工的灌注桩与现有技术钻孔灌注桩比较，单桩极限承载力标准增加的比例值为 7925. 36KN+1915. 6KN = 4. 14 倍。但现有技术钻孔灌注桩单桩费用是发明技术施工灌注桩费用的比例为43960 元 +23047 元=1. 9 倍。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明的工作原理作进一步详细说明。实施例一本实施例概况，某一发电厂桩基工程，基础底下的土层从上至下为①层自重III 级湿陷性黄土，层厚为观米，②层为细砂层，厚度为3米，极限侧阻力标准值qsik = 55kpa, ③层为粉土，厚度为4米，极限侧阻力标准值为qsik = 70kpa,④层卵石层，平均厚度为5米， 钻孔极限端阻力标准值Clpk = 3500KN。采用本发明的方法进行施工，设计钢筋混凝土灌注桩的桩直径600毫米，扩大头直径1100毫米，桩长L = 35米，施工完后按相关规范要求进行浸水静载荷试验，单桩荷载为6800KN时，三个试桩总沉降量分别为12毫米、16毫米、15毫米。本实施例的具体施工步骤是第一步用旋挖钻机钻孔，钻孔直径600毫米，直钻至第④层卵石层表面；第二步用钢丝绳牵引一根直径为520毫米，长度为12米的钢管放入孔底；第三步用钢丝绳牵引一个直径为400毫米，重量为3. 5吨的柱型重锤放入钢管内，锤心对准孔中心，提升高度为10米，先对孔底卵石层连续强夯20次，最后五击惯入度小于20毫米；第四步将重锤提出孔口，向钢管内第一次投入0. 5m3的干硬性混凝土，干硬性混凝土塌落度为4cm ；第五步将钢管上提1.5米，放松牵引的钢丝绳，将重锤放入钢管内，对钢管底的干硬性混凝土进行夯击，重锤提升高度为10米，连续夯击15次；再向钢管内投入0. 5m3的干硬性混凝土，按以上步骤再进行第二次投料和夯击。经测量桩底端干硬性混凝土高度为 1米，说明扩大头的直径大于1100毫米；第六步将一个直径为500毫米，长度为34米的钢筋笼放入钢管内直至干硬性混
凝土表面。第七步先通过导管向钢管内灌注6米高的桩体混凝土，后将孔内的钢管提升至孔外，并移开孔位，继续通过导管灌注桩体混凝土至设计桩顶标高，所说的桩体混凝土塌落度为18厘米。
实施例二 本实施例概况为某工程地面上33层，地下两层，剪力墙结构住宅楼，采用桩基基础，墙下布桩。基础底下的土层从上至下分布为①层自重湿陷性黄土，厚度为34米；②层古土壤土层，极限侧阻力标准值为qsik = 75kpa，非湿陷性，厚度为3米；③层细砂层厚度1 米，层顶标高为-37米，极限侧阻力标准值qsik = 60kpa。④层粉质粘土，极限侧阻力标准值为qsik = 65kpa，非湿陷性，厚度为13米；⑤层中砂层，平均厚度为9米，钻孔端阻力为 3400kpao采用本发明方法进行施工，设计钢筋混凝土灌注桩的桩直径700毫米，夯扩大头直径1500毫米，桩长50米。施工完后按相关规范要求进行浸水静载荷试验。三根试桩载荷试验值均为13000KN，总沉降量分别为15毫米、11. 5毫米、20毫米。本实施例的具体施工步骤为第一步采用旋挖钻在桩位处钻孔，钻孔直径700毫米，直至第④层中砂层；第二步用钢丝绳牵引一根直径620毫米，长度为15米的钢管放入孔底；第三步用钢丝绳牵引一个直径为500毫米，重量为5吨的柱型重锤放入钢管内， 锤心对准孔中心，提升高度为11米，先对孔底中砂层连续夯击20次，最后五击惯入度小于 15毫米;第四步将重锤提出孔口，向钢管内第一次投入0. 7m3的干硬性混凝土，干硬性混凝土塌落度为5厘米；第五步将重锤放入钢管内，并将钢管上提1.6米，放松纤引钢管的钢丝绳用重锤对钢管底部的干硬性混凝土进行夯击，重锤提升高度为11米，连续夯击15次，按以上步骤再进行第二次投料和夯击。经测量桩底端混凝土高度为0. 8米，证明扩大头的直径大于 1500毫米；第六步将一个直径为600毫米，长度为49. 2米的钢筋笼放入钢管内直至干硬性混凝土表面；第七步通过导管向钢管内边灌注桩体混凝土，边提升钢管，当桩体混凝土灌注高度为15米时，将孔内的钢管提升至孔外，并移开孔位，继续通过导管灌注桩体混凝土至设计桩顶标高，所说的桩体混凝土塌落度为20厘米。实施例三本实施例概况为某一工业厂房桩基工程，基础底下的土层从上至下分布为① 层回填土，厚度为15米；②层粉质粘土层，极限侧阻力标准值为qsik = 55kpa，厚度18米； ③层园砾层，厚度为2米，钻孔极限端阻力标准值为qsik = 2200kpa ；④层强风化岩。采用本发明方法进行施工，设计钢筋混凝土灌注桩的桩直径600毫米，夯扩大头直径1000毫米，桩长33米，混凝土强度C35。施工完后按相关规范要求进行浸水静载荷试验，载荷加至6000KN时，三个试桩的总沉降量分别为16毫米、20毫米、18毫米。本实施例的具体施工步骤为第一步采用旋挖钻在桩径处钻孔直径600毫米，直至第③层园砾层表面；第二步用钢丝绳牵引一根直径500毫米，长度为33米的钢管放入孔底；第三步用钢丝绳牵引一个直径为400毫米，重量为3. 5吨的柱型重锤放入钢管内，锤心对准孔中心，提升高度为10米，先对孔底园砾层连续夯击20次，最后五击惯入度小于25毫米；第四步将重锤提出孔口，向钢管内第一次投入0. 5m3的干硬性混凝土，干硬性混凝土塌落度为3厘米；第五步将重锤放入钢管内，并将钢管上提1.5米，放松纤引钢管的钢丝绳用重锤对钢管底部的干硬性混凝土进行夯击，重锤提升高度为10米，连续夯击15次，按以上步骤再进行第二次投料和夯击。经测量桩底端混凝土高度为0. 8米，证明扩大头的直径大于 1000毫米；第六步将一个直径为500毫米，长度为31. 2米的钢筋笼放入钢管内直至干硬性混凝土表面；第七步通过导管向钢管内灌注桩体混凝土，边灌注边提升钢管，并分三段拆除钢管，桩体混凝土灌注至设计桩顶标高，钢管同时提出孔外，所说的桩体混凝土塌落度为16 厘米。
权利要求
1.一种大深度或大直径机械扩底灌注桩的施工方法，其特征在于具体施工步骤是 第一步从地面桩位处钻孔或挖孔直至卵石层、园砾层、砂层或强风化岩层表面； 第二步用钢丝绳牵引一根直径小于桩孔直径的钢管放入孔底；第三步用钢丝绳牵引一个柱型重锤放入钢管内，对孔底卵石层、园砾层、砂层或强风化岩层进行反复强夯，并使其密实；第四步将重锤提出孔口，向钢管内投入干硬性混凝土，并将钢管提升，钢管提升的高度小于向钢管内投入的干硬性混凝土的高度；第五步将重锤放入钢管内，用重锤对钢管底部干硬性混凝土反复夯击，使干硬性混凝土向周边挤压，在桩底端形成扩大头；如此反复多次，使扩大头直径满足设计要求； 第六步将钢筋笼安放于钢管内直至干硬性混凝土扩大头表面； 第七步先通过导管向钢管内灌注一定高度的桩体混凝土，然后将孔内钢管提升至孔外或边灌注桩体混凝土边提升钢管至孔外。
2.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于从地面桩位处钻孔或挖孔，孔的直径为600-1500毫米，孔深大于30米，并直至桩持力层的卵石层、园砾层、砂层或强风化岩表
3.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于用钢丝绳牵引一根直径小于桩孔直径的钢管放入孔底，所述的钢管直径小于桩孔直径20毫米以上，长度由如下两方面因素确定A、孔内土层无夹砂层，夹碎石层时，钢管在孔中的长度大于锤在钢管内提升的高度；B、孔内土层有夹砂层，夹碎石层时，钢管在孔中的长度大于夹层顶面高度。
4.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于用钢丝绳牵引一个柱型重锤放入钢管内，对孔底卵石层、园砾层、砂层或强风化岩层进行反复强夯，并使其密实，密实程度以锤提升一定高度夯击五次的贯入度小于50毫米来确定；柱型重锤的重量为3T-10T，锤的直径小于孔内钢管直径。
5.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于所说的干硬性混凝土的塌落度为2 厘米-5厘米；所说的桩体混凝土塌落度为14厘米-22厘米。
6.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于向钢管内投入一定量的干硬性混凝土，并将钢管提升一定高度是指钢管底端不高出干硬性混凝土表面，保证夯击干硬性混凝土时孔周的土不落入干硬性混凝土内。
7.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于用重锤对钢管底部干硬性混凝土反复夯击，使其干硬性混凝土向周边挤扩，在桩底端形成扩大头，扩大头的直 径为800毫米-2000毫米。
8.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于将钢筋笼安放于钢管内直至干硬性混凝土扩大头顶面，钢筋笼顶标高与设计桩顶标高相同。
9.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于通过导管向钢管内灌注一定高度的桩体混凝土，一定高度是指如果孔内土层无夹砂层，夹碎石层，其灌注高度大于钢管外虚土高度；如果孔内土层有夹砂层，夹碎石层，其灌注高度大于夹砂层或夹碎石层顶表面标尚ο
10.根据权利要求1所说的施工方法，其特征在于第一次混凝土灌注面高于钢管外虚土时，或第一次混凝土灌注面高于夹砂层或夹碎石层顶表面标高时，可将钢管提出孔外，再灌注桩身混凝土 ；也可边灌注混凝土边提升钢管；直至混凝土灌注至设计标高，钢管提升至孔外。
全文摘要
一种大深度或大直径机械扩底灌注桩的施工方法，在已钻的桩孔内安放一根比桩孔直径小的钢管，用一个柱型重锤对持力层反复强夯使其密实，再向钢管内投入一定量的干硬性混凝土，用重锤对钢管底部的干硬性混凝土反复夯击，使其向四周挤压形成一个扩大头，从而大大提高单桩的承载力，保证了工程质量，降低了工程成本；本发明特别适用于大厚度自重湿陷性黄土，大厚度回填土层，或有一个比较好的桩端持力层，如卵石层、圆砾层、砂层或强风化岩层。
文档编号E02D5/44GK102268877SQ20111016806
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者刘清洁 申请人:刘清洁