SD打桩方法及设备与流程

本发明属于管桩施工领域，尤其是一种打桩方法以及实施该方法的设备。

背景技术：

基坑围护特别是深基坑围护结构的类型，通常有钢桩、现场灌注桩、复合水泥搅拌桩和预制桩等。预制桩又分为实心方桩和预应力管桩。钢板桩受力性能好、施工速度快和场地整洁，但造价极昂贵，一般工地不采用。现场灌注桩，受力性能较好挤密效应小，但施工速度慢，场地脏乱不环保，工程造价较高。复合水泥搅拌桩受力性能差，只能在浅基坑和非重要基坑使用。预制桩和预应力管桩受力性能良好，施工速度快，场地整洁，经济性较好。但此类桩往往都存在着挤土效应高，容易对基坑中已施工完成的工程桩产生挤密而导致工程桩损坏断裂，对邻边的建构筑物也容易因挤密过大而产生次生损坏。

上述制约着预应力管桩在基坑围护中的推广与应用。如何既发挥预应力管桩在基坑使用中的优点又能同时解决挤密效应是一个亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种SD打桩方法，以克服现有技术存在的缺陷。

本发明采用的技术方案是：一种SD打桩方法，包括如下步骤：

步骤1、采用深层搅拌机在某一预先设计的围护桩位上钻进松土，降低土壤的粘聚力；跳过至少一个桩位，在另一围护桩位上继续进行钻进松土；

步骤2、采用打桩机在已松土的位置上依序打入管桩，通过跳松土跳打桩的方式减少挤土效应，并增加抗倾复力矩；

重复步骤1和步骤2，直到预定桩位上全部打入管桩。

优选的，在所述步骤1中，深层搅拌机每次跳过的桩位数量相同。所述管桩的口径大于等于800mm。

优选的，在所述步骤2中，打桩时，采用配套的防气阻装置，所述防气阻装置包括环形上顶板、与环形上顶板平行设置的环形下顶板，以及两端分别与环形上顶板和环形下顶板固定连接的若干个传力板；所述环形上顶板、环形下顶板的中央设置有出气孔，相邻传力板之间的空隙与出气孔连通，以形成散气通道。所述管桩的端部设置有环形开口式桩靴。

一种用于所述SD打桩方法的打桩装置，包括深层搅拌机、打桩机，以及防气阻装置，所述防气阻装置包括环形上顶板、与环形上顶板平行设置的环形下顶板，以及两端分别与环形上顶板和环形下顶板固定连接的若干个传力板；所述环形上顶板、环形下顶板的中央设置有出气孔，相邻传力板之间的空隙与出气孔连通，以形成散气通道。

一种打桩方法，包括如下步骤：对预定的围护桩位进行标记，依次在相间的桩位上进行松土和打桩，直到所有的桩位上全部打入管桩。

优选的，对预定的围护桩位进行标记的过程进一步为：按照顺序依次将围护桩位标记为有序数字1、2、3……N，N自然数。

优选的，依次在相间的桩位上进行松土和打桩的过程进一步为：依次在第1、3、5……、2k+1围护桩位上进行松土和打桩；然后在第2、4、6……2k围护桩位上进行松土和打桩，k为自然数。

实施本发明能够获得的有益效果是：能够大幅度减轻围护桩对周围土的挤密效应；同时不排土、不排浆，施工环境整洁卫生；还能够降低施工成本和提高施工效率；最后本发明能增加基坑抗倾复性能。

附图说明

图1是本发明实施例的工艺流程一。

图2是本发明实施例的工艺流程二。

图3a和图3b分别是采用现有技术与本发明的方案时，土壤进入管桩内腔的效果图。

图4a和图4b分别是采用本发明和顺序松打方案时的原理图。

图5a、图5b和图5c分别是防气组装置的使用示意图、纵剖面图和横剖面图。

具体实施方式

需要说明的是，在本申请中，SD的含义为：S为汉语拼音song，松土的第一字母，D为打桩的打da的第一个字母，二者放在一起，SD的汉语理解为松土/打桩的意思。因此，本申请也可以成为一种松土/打桩施工方法，或者根据其施工特点称其为间隔松土-打桩施工方法，或一种跳松土-跳打桩方法。

如图1和图2所示，本发明的SD打桩方法包括如下步骤：

步骤1：将预定围护桩位置标号，例如采用按照桩位的顺序将其标记为1、2、……，N，N为自然数。当然，技术人员可以根据需要比较成字母、字符或其他数字，例如标记成公差不为1的等差数列。

步骤2：采用搅拌机，例如单轴水泥深层搅拌机，依次在第奇数个桩位上进行松土，打桩机在其后依次在已松土的桩位上进行打桩。将奇数桩位上打完桩后，再在偶数桩位上进行松土和打桩，直到打桩过程结束。

从上述过程可以看出：该技术方案的核心内容是跳松土-跳打桩，即间隔至少一个桩位再进行松土和打桩，而不是依次在所有的桩位上进行打桩。本方案将施工设备和施工方案有效、有序地组合在一起，附加一些施工的边界条件，起到安全、有效、最大限度地减少管桩的挤密效应的作用，是一种能够充分而又最大化的发挥大口径预应力管桩在围护结构中优秀的抗弯、抗压、抗水平推力和抗倾覆性能优点的施工方法。

同样，也可以间隔两个或以上，间隔2个桩位时，通过三个循环进行松土和打桩。以此可以类推其他类型。在一般工况下，比较方便的施工方案是间隔一个桩位进行打桩，通过两个循环，即奇数桩位松土-打桩循环和偶数桩位松土-打桩循环即可完工。

在优选的实施例中，本方案的相关要求如下：

松土引孔：引孔直径限制：直径＝管桩的内径D。一可保证凡经搅动过的土最大限度的挤入管桩腔内，管桩外壁土壤保持原有未受搅动，未受剪切，内聚力C值不变，则管桩对土壤的摩擦力没有改变，没损失，不因采用此方法而改变原来设计模型，二是两管桩之间由于土壤未受搅动，土壤防水抗渗透效果较好。

引孔深度，按照设计围护桩桩长度减3米。是对围护管桩更好地起到固根作用，增强管桩底的嵌固作用。

松土搅拌工艺不加水泥，可适当加水引钻松土。这是为了更好地润滑钻头，减少松土摩擦，同时加入适量的水使得土壤软化阻力减力，有利于松土深度最大化，土壤进入管桩腔内最大化。

施工流向必须跳引跳松。宜：引孔松土的作业量≈打桩的作业量。松土与打桩量匹配，理由是虽然松过土但未及时进行打桩土壤不因时间滞长而重新固结，从而减小土壤进入管桩腔内的效率。

打桩：垂直对位准确，垂直度控制在0.3％，使管桩与松土位最大限度的重复不跑偏。管桩采用环形开口式桩靴，或不采用任何桩靴，因为只有管桩底部敞开，土壤才能挤进腔内。。采用防气阻装置：由于桩位土经过钻松以后，桩的贯入速度加大(最大10米/秒)，桩位土在瞬时向管桩内腔挤入，快速压缩了腔内的空气，腔内空气若没有释放之处，就行成气阻，这种气阻起到了两个破坏作用，一是将管桩沿竖向方向膨胀挤开裂；二是阻碍土壤向上挤入减少管桩腔内进土量。

管桩直径≥800。一是管桩直径大抗弯性能强，经济合理；二是内腔大，挤入土壤量多，额外增加G×D/2抗倾覆力矩较多。管桩中的混凝土采用特制防腐混凝土，以重量份数计，混凝土包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5。

其中，所述减水增效剂的结构式为：

式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。

实验1-8

注：对照组为采用普通减水剂的混凝土，其3d强度为130Mpa，28d强度为135Mpa。

施工方式为流水式跳打。在当日台班内将引孔松土的孔位桩打完，不滞留余量。

设计：当计算超过悬臂受力时宜增加开放式拉锚和封闭式内支撑。管桩基坑外围的防水、防淤、水泥土搅拌桩，基坑内侧被动区加固等措施，这些措施取舍以设计计算需要确定。

在设计本方案时，以及实际实施时，申请人对该方案的技术原理进行了深入地分析和研究。

如图3a和图3b所示。在现有技术中，不松土，而直接将管桩打入土壤，尽管也采用开放式桩靴或无桩靴，土壤挤入管桩内腔一般在25％左右，仍有75％空腔体积，管桩对周围土的挤密效应仍很大，没有达到高效率减少挤密效应的目的，具体见图3a。产生这种现象的原因有两点：一是孔径内土壤没有受到剪切，土壤粘聚力C值未丧失，二是孔塞效应阻碍土壤向管桩腔内挤入。

而按照本方法，先用深搅机在孔径内先进行松土后打桩，其效果为土壤挤入管桩腔内80％，大大减轻了管桩的挤密效应，具体见图3b，其原理就是松搅土壤破坏土壤的粘聚力C。

如图4a和图4b所示，实践中发现凡是实行跳松跳打工艺，土壤进入管桩腔内均能进入75％-80％。而不实行跳松跳打，按序松序打，则第一根松土打桩土壤进入管桩腔内效率较高可达80％，第二根率减到50％，到第三根率减到30％，不难看出土壤进入管桩腔内效率是呈递减曲线。出现这种现象可以从理论上解释为：跳松跳打由于隔栅约束作用，阻碍土壤挤密的传递，土壤挤入管桩内腔体积多，而序松序打是土壤挤密产生了传递，所以效率就衰减，直至无效率。

与现有取土施工的方案进行对比，本发明的特点和优势如下：松土只是破坏桩位下土壤的粘聚力，使土壤松散，便于后续打管桩时土壤向管桩空腹内壁聚集。使用的机械为比较轻巧便捷的单轴深搅桩机。而取土就是将桩位下的土取出运走后在进行植桩，使用的长螺旋钻机比较笨重，如二者比较具有下列不同：

松土经济性好，取土经济较差，一般松土只占取土造价的1/3。松土工艺简易，取土工艺复杂。松土现场环境干净，取土需要堆土，装土，运土，现场卫生环境差。松土形成的管桩腔内土柱塞，能增加桩的抗倾覆力矩，取土没有此功能。松土对孔径外土壤不产生挠动，不破坏管桩外壁与土的周围摩擦力，有利于基坑防水，防淤。而取土由于钻孔内土壤的取出，在侧压力作用下土壤向孔内收缩坍塌，特别是可塑、流塑的淤泥层瞬时坍塌更明显，这样就形成了孔外土的挠动变形，降低了管桩与土壤的摩擦力，同时由于土壤挠动容易形成地下水通道，使土壤向内基坑内流失，基坑侧向位移增大，降低基坑的整体安全性。具体如表1所示。

表1

工程实例：

(1)该工程主楼33层，深基坑采用PHC-600(130)管桩：236根满堂布置比较密集，周边围护桩采用大直径PHC-800(110)管桩，桩长15米，238根。开挖深度6.6米，围护桩顶面设置混凝土内支撑一道：此案例施工的难点表现为，F1主楼地板下采用的承载管桩因桩位布置较密集，土壤挤密应力大，工程中已经采用应力释放孔来解决工程桩上浮问题，若围护桩在不采取任何措施情况下，直接将大口径管桩施打下去，则必然产生主楼工程桩与围护管桩土壤挤密应力叠加，造成主楼承压桩上节被挤裂挤断的严重后果。为了解决此工程难题，将本发明应用到该工程的围护桩施工中。实践证明效果特佳，表现在以下三个突出方面：

a:大直径围护管桩施工中没有出现周围土壤隆起现象。表明：本发明对控制和减少大口径管桩挤密应力起到良好作用。b:增加了GxD/2的抗倾覆弯矩，使基坑更加稳定安全。c：有效保护了主楼已施工承压桩的结构安全，工程结束后桩基检测单位对118根工程桩进行了检测。达到Ⅰ类桩111根，Ⅱ类桩7根，无Ⅲ类桩。工程质量达到优良(此结果证明SD工法对工程桩不被挤裂挤断，起了核心作用，效果显著(附低应变动测报告)。

总之，本发明用单轴水泥土深层搅拌机(简称单轴深搅机)在围护桩位上先进行钻进松土，将土壤剪切开，使之失去粘聚力C；然后用锤击打桩机对准松过土的桩位将大口径管桩(Ф800管桩)打到设计深度，这样做目的就是将松过的桩位土集中挤入(Ф800管桩)空心内腔，不再向管桩外壁排挤，从而实现既最大幅度的减少管桩的挤土效应，又能增加G×D/2KN·M的抗倾复力矩，G为管桩内腔挤入土的重量，D为管桩内径。最后，通过流水作业、跳松土、跟进跳打桩(跳打的间距≥1个桩位)的方式，本发明的效果非常突出。