专利名称：大直径全套管灌注桩施工方法
技术领域：
本发明涉及一种大直径全套管灌注桩施工方法，特别是涉及通过夯底使桩端持力层一定范围内土层夯实挤密、通过夯扩在桩端由夯扩填料形成扩大头的大直径全套管灌注桩施工方法。
大直径全套管灌注桩施工方法，是一种已经实际应用的灌注桩施工技术，它是采用钢制套管逐节反复旋转压入土中，通过冲抓斗取土成孔。遇到大块石头等障碍物，可用十字冲锤予以击碎后，再用冲抓斗抓土。在桩孔深度达到设计的持力层后，再下钢筋笼，浇筑桩身混凝土，并边浇筑边起拔套管，直到完成。由于整个成桩过程中孔壁由钢套管保护，不必采用泥浆护壁，因而可以避免泥浆护壁对承载力的削弱，使桩侧摩阻力得到充分发挥。此外，该施工方法具有震动小、噪声低、无污染以及对周边地基影响小等优点，并可以进行人工清底，施工质量稳定可靠。但由于桩孔深度达到设计的持力层后，接着就下钢筋笼，浇筑混凝土桩身，致使持力层的纵向承载力未能在固有值的基础上得到进一步的提高，需要桩的数量多，遇到土质不是很好的情况下，还必须加深桩孔，直到达到承载力能够符合设计要求的持力层，这样就加大了此类灌注桩的施工成本。
本发明的目的在于提供一种改进的大直径全套管灌注桩的施工方法，通过该施工方法可以提高桩端持力层的纵向承载力从而提高大直径桩的纵向承载力，在持力层上面形成扩大头以增加桩端支撑面积，进一步提高大直径桩的纵向承载力，并且施工过程易于控制、施工质量稳定可靠。
本发明的目的是这样实现的一种大直径全套管灌注桩施工方法，包括旋转压入套管冲抓成孔至设计深度和下钢筋笼浇筑桩身混凝土，边浇筑边起拔套管，直至完成，其特征在于在旋转压入套管冲抓成孔至设计深度之后，先进行夯底处理，再进行夯扩处理，夯底过程由夯底填料夯沉量控制，夯扩过程由夯扩填料夯沉量和填料量双重控制，桩身直径d、桩端扩大头直径D、扩高h以及夯底和夯扩过程的单次夯击能是针对具体地质条件和设计要求确定的，夯扩过程中夯扩填料的单次填料量hi及总的填料量∑hi满足关系式D=4Vπh=Σhihd=αd]]>具体方法如下(1)填入一定管高的夯底填料；(2)起吊冲击夯锤，以不小于6米的落距夯击孔底，直到将夯底填料夯出管外，此时记录最后三击夯沉量；(3)重复工序(1)和(2)，直到最后三击夯沉量每次都小于50mm为止；(4)灌入管内一定管高的干硬性混凝土夯扩填料并旋转提拔套管，套管提拔高度小于管内干硬性混凝土的高度，并且应当确保本次停夯时将夯扩填料夯出管外；(5)起吊冲击夯锤，以不小于6米的落距夯击孔底，直到单击夯沉量小于50mm；(6)重复工序(4)和(5)，并测定管内混凝土高度，直到达到设计扩高，且混凝土填方量不少于计算用量。
在实际应用本发明时，对不同的地质条件和设计要求，应事先进行工艺试验，确定桩身直径d、桩端扩大头直径即有效的扩孔直径D、扩高h以及夯底和夯扩过程中的单次夯击能，根据公式D=4Vπh=Σhihd=αd]]>可以计算出夯扩过程中单次填料量hi及总的填料量∑hi。表示填料量多少的单位可以直接使用体积单位，也可以将体积单位换算成比较直观且易于控制的管高。施工工序(1)-(3)步是夯底过程，其主要功能是进行桩端持力层土质加固，工序(4)-(6)步是夯扩过程，其主要功能是形成具有一定高度和扩径的扩大头，增加桩端支撑面积。夯底过程除了自身能够提高持力层的承载力以外，还保证了夯扩过程能够控制，夯扩时夯扩填料不是向下沉，而是向四周扩，套管提拔高度小于管内干硬性混凝土夯扩填料的高度，并且应当确保每次停夯时将夯扩填料夯出管外，大直径灌注桩施工方法决定了桩孔壁成为圆孔状，进一步保证了每次将夯扩填料夯出管外后所成的形状一致，近似为鼓形，每次夯扩填料的填方量相同可以使每次形成的鼓形体大小相同，因此夯扩结束后夯扩头的整体形状是可以预知的和确定的，近似为圆柱。在遇到地下水位以下夯扩施工，还必须进行混凝土封底，确保套管下端口始终位于管内混凝土面以下。
设计时计算可参考《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)，最终的设计依据仍应以现场静载试验为准。单桩竖向极限承载力标准值，按下式计算QUK=QSK+QPK=u∑ψsikqsiklsi+βψpQpkAp式中u--桩身周长；lsi--桩侧第i层土的厚度；Ap--桩端面积；qsik--桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，按干作业钻孔桩取值；qpk--桩径为800mm的极限端阻力标准值，按干作业钻孔桩取值；
ψsik，ψp--大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数；β--夯实提高系数1．4-2．0；由公式可知桩端面积Ap和夯实提高系数β增加可以提高单桩竖向极限承载力标准值。桩端阻力也可参考沉管灌注桩(带预制桩尖)的有关参数，这时β值取1．0。
假设扩大头为圆柱体，扩大头尺寸可根据夯扩填料填方量确定，D=4Vπh=Σhihd=αd]]>式中D--桩端扩大头直径；d--桩身直径；α--夯填系数；hi--每次填入夯扩填料的管内高度；h--夯扩后总高。
本发明在桩孔深达设计持力层后，增加了夯底和夯扩两个过程，将夯底填料填入管底并采用冲击夯锤进行强力夯击的夯底过程，可使桩端持力层一定范围内的土层夯实挤密，大大提高桩端持力层的承载力；通过夯击夯扩填料在持力层上面由夯扩填料形成扩大头的夯扩过程，增加了桩端支撑面积，能进一步提高大直径桩的竖向承载力。由于增加了夯底过程，使得夯扩过程形成扩大头的形状和大小能够计算和控制，具体计算时可以参照本发明给出的根据填方量确定扩大头尺寸的计算公式。夯底和夯扩过程易于控制，施工质量可靠稳定，而且整个成桩过程保留了一般大直径全套管灌注桩施工方法的优点。本发明与取土扩底桩施工方法相比具有承载力提高幅度大，节省材料等优点；与普通夯扩桩相比，成桩直径和成桩深度均大为提高，其直径可达800--1500mm，深度可达30m以上，单桩承载力可达5000KN以上，可作为大跨度、高荷载、以及对沉降变形较为敏感的建筑物和构筑物的桩基。由于单桩承载力的提高，便可以减少桩的数量，因此本发明能够减少桩基工程的总造价。
本工法主要适用于存在良好桩端持力层的地基，持力层厚度不小于2．5m或3倍桩径，荷载以竖向压力为主，桩端土层为含水层时应采取特殊措施。桩端持力层土质不同，夯底夯扩处理后承载力提高的幅度也不同，砂土和粉土的处理效果要优于粘性土。一般经夯扩处理后，桩端承载力比干作业桩可提高40％--100％，比泥浆护壁桩可提高200％--300％。
下面将结合附图和具体实施方案对本发明作进一步的详述。
图1是大直径全套管灌注桩夯扩底示意图；图2是磨桩机冲抓取土成孔示意图；图3是填入夯底填料示意图；图4是夯击夯底填料至套管外示意图；图5是填入干硬性混凝土夯扩填料并起拔套管示意图；图6是夯击干硬性混凝土夯扩填料并在持力层上面形成扩大头的示意图；图7是下放钢筋笼后浇砼成桩示意图；其中，图2至图7是表示大直径全套管灌注桩施工方法的分步骤示意图。图1中，1为磨桩机，2为套管，3为液压工作站，4为冲击夯锤，5为吊车，6为夯扩头；图2中7为冲抓斗。
本发明的几个实施例，都是针对不同的地质条件和设计要求确定桩身直径d、桩端扩大头直径D、扩高h以及夯底和夯扩过程的单次夯击能，并根据公式D=4Vπh=Σhihd=αd]]>确定夯扩过程中夯扩填料的单次填料量hi及总的填料量∑hi。选择的施工设备如下1．MZ型液压摇动式全套管灌注桩机(简称磨桩机)；2．冲抓斗；3．冲击夯锤；4．配套设备双卷筒履带吊车(15t以上)等，所选施工设备的技术参数主要取决于所成全套管灌注桩的直径。
实施例1桩径在800-1000mm的范围内，磨桩机1的型号为MZ-1(800／1000)，具体技术参数如下1．钳口切换(mm)φ800-φ1000，2．钳口高度(mm)4503．压管行程(mm)5504．磨桩角度(度)27°5．磨桩推力(KN)1080(两缸合力)6．提升缸(KN)11807．冲抓斗7(KN)20-258．冲锤4(KN)40-609．磨桩机1尺寸(M)4．7×2．2×1．510．自重(KN)140首先利用磨桩机1旋转压入套管2冲抓成孔至设计深度，之后按下述程序施工
(1)填入管高为400mm、粒径为40-80mm的碎石夯底填料；(2)起吊冲击夯锤4，以6米的落距夯击孔底，直到将夯底填料夯出套管2外，此时记录最后三击夯沉量；(3)重复工序(1)和(2)，直到最后三击夯沉量每次都小于50mm为止；(4)灌入管内干硬性混凝土C25夯扩填料400mm管高，旋转提拔套管2为200mm高度；(5)起吊冲击夯锤4，以6米的落距夯击孔底，直到单击夯沉量小于50mm，此时干硬性混凝土夯扩填料已经被夯出管外；(6)重复工序(4)和(5)，并测定管内混凝土高度，直到达到设计扩高，且混凝土填方量不少于计算用量。
最后，下钢筋笼，浇筑桩身混凝土，边浇筑边起拔套管2，直到完成。
实施例2桩径在1000-1200mm的范围内，磨桩机1型号为MZ-2(1000／1200)，具体技术参数如下1．钳口切换(mm)φ1000-φ12002．钳口高度(mm)5503．压管行程(mm)6504．磨桩角度(度)27°5．磨桩推力(KN)1280(两缸合力)6．提升缸(KN)13807．冲抓斗7(KN)25-358．冲锤4(KN)60-809．磨桩机1尺寸(M)5．5×2．5×1．5410．自重(KN)180首先利用磨桩机1旋转压入套管2冲抓成孔至设计深度，之后按下述程序施工(1)填入管高为300mm、粒径为40-80mm的碎石夯底填料；(2)起吊冲击夯锤4，以6米的落距夯击孔底，直到将夯底填料夯出套管2外，此时记录最后三击夯沉量；(3)重复工序(1)和(2)，直到最后三击夯沉量每次都小于50mm为止；(4)灌入管内干硬性混凝土夯扩填料400mm管高，旋转提拔套管2为200mm高度；(5)起吊冲击夯锤4，以6米的落距夯击孔底，直到单击夯沉量小于50mm，此时干硬性混凝土已经被夯出管外；(6)重复工序(4)和(5)，并测定管内混凝土高度，直到达到设计扩高，且混凝土填方量不少于计算用量。
最后，下钢筋笼，浇筑桩身混凝土，边浇筑边起拔套管2，直到完成。
实施例3桩径在1200-1500mm的范围内，磨桩机1的型号为MZ-3(1200／1500)，具体技术参数如下1．钳口切换(mm)φ1200-φ15002．钳口高度(mm)5503．压管行程(mm)6004．磨桩角度(度)25°5．磨桩推力(KN)1680(两缸合力)6．提升缸(KN)20007．冲抓斗7(KN)35-508．冲锤4(KN)80-1009．磨桩机1尺寸(M)6．0×2．8×1．610．自重(KN)200首先利用磨桩机1旋转压入套管2冲抓成孔至设计深度，之后按下述程序施工(1)填入管高为300mm、粒径为40-80mm的碎石夯底填料；(2)起吊冲击夯锤4，以6米的落距夯击孔底，直到将夯底填料夯出套管2外，此时记录最后三击夯沉量；(3)重复工序(1)和(2)，直到最后三击夯沉量每次都小于50mm为止；(4)灌入管内干硬性混凝土夯扩填料400mm管高，旋转提拔套管2为200mm高度；(5)起吊冲击夯锤4，以7米的落距夯击孔底，直到单击夯沉量小于50mm，此时干硬性混凝土已经被夯出管外；(6)重复工序(4)和(5)，并测定管内混凝土高度，直到达到设计扩高，且混凝土填方量不少于计算用量。
最后，下钢筋笼，浇筑桩身混凝土，边浇筑边起拔套管2，直到完成。
实施例4桩径在800-1000mm的范围内，磨桩机1的型号为MZ-1(800／1000)，具体技术参数如下1．钳口切换(mm)φ800-φ10002．钳口高度(mm)4503．压管行程(mm)5504．磨桩角度(度)27°
5．磨桩推力(KN)1080(两缸合力)6．提升缸(KN) 11807．冲抓斗7(KN) 20-258．冲锤4(KN) 40-609．磨桩机1尺寸(M)4．7×2．2×1．510．自重(KN)140首先利用磨桩机1旋转压入套管2冲抓成孔至设计深度，之后按下述程序施工(1)填入管高为400mm添加水泥的碎石夯底填料；(2)起吊冲击夯锤4，以7米的落距夯击孔底，直到将夯底填料夯出套管2外，此时记录最后三击夯沉量；(3)重复工序(1)和(2)，直到最后三击夯沉量每次都小于50mm为止；(4)灌入管内干硬性混凝土夯扩填料400mm管高，旋转提拔套管2为200mm高度；(5)起吊冲击夯锤4，以7米的落距夯击孔底，直到单击夯沉量小于50mm，此时干硬性混凝土已经被夯出管外；(6)重复工序(4)和(5)，并测定管内混凝土高度，直到达到设计扩高，且混凝土填方量不少于计算用量。
最后，下钢筋笼，浇筑桩身混凝土，边浇筑边起拔套管2，直到完成。
权利要求
1．一种大直径全套管灌注桩施工方法，包括旋转压入套管冲抓成孔至设计深度和下钢筋笼浇筑桩身混凝土，边浇筑边起拔套管，直至完成，其特征在于在旋转压入全套管冲抓成孔至设计深度之后，先进行夯底处理，再进行夯扩处理，夯底过程由夯底填料夯沉量控制，夯扩过程由夯扩填料夯沉量和填料量双重控制，桩身直径d、桩端扩大头直径D、扩高h以及夯底和夯扩过程中的单次夯击能是针对具体地质条件和设计要求确定的，夯扩过程中夯扩填料的单次填料量hi及总的填料量∑hi满足关系式D=4Vπh=Σhihd=αd]]>具体方法如下(1)填入一定管高的夯底填料；(2)起吊冲击夯锤，以不小于6米的落距夯击孔底，直到将夯底填料夯出管外，此时记录最后三击夯沉量；(3)重复工序(1)和(2)，直到最后三击夯沉量每次都小于50mm为止；(4)灌入管内一定管高的干硬性混凝土夯扩填料并旋转提拔套管，套管提拔高度小于管内干硬性混凝土的高度，并且应当确保本次停夯时将夯扩填料夯出管外；(5)起吊冲击夯锤，以不小于6米的落距夯击孔底，直到单击夯沉量小于50mm；(6)重复工序(4)和(5)，并测定管内混凝土高度，直到达到设计扩高，且混凝土填方量不少于计算用量。
2．根据权利要求1所述的大直径全套管灌注桩施工方法，其特征在于工序(1)填入的夯底填料为碎石或添加干硬性混凝土的碎石。
3．根据权利要求1或2所述的大直径全套管灌注桩施工方法，其特征在于夯扩过程中每次夯扩填料的填方量相同。
全文摘要
一种大直径全套管灌注桩的施工方法,其主要特征在于在旋转压入套管冲抓成孔至设计深度之后,通过夯击夯底填料使桩端持力层一定范围内的土层夯实挤密,提高持力层的纵向承载力,通过夯击夯扩填料形成扩大头,增加桩端支撑面积,从而提高大直径桩的纵向承载力,且夯底和夯扩过程能够和易于控制,施工质量可靠稳定。其优点是本发明桩端承载力比干作业桩可提高40%－100%,比泥浆护壁桩可提高200%－300%。
文档编号E02D5/44GK1293291SQ9912194
公开日2001年5月2日 申请日期1999年10月18日 优先权日1999年10月18日
发明者柳建国, 刘波, 何大为, 李保健, 罗雪音, 钟冬波, 王力生, 宋发, 韩晓猛, 施岌, 刘富华 申请人:柳建国, 刘波