一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法与流程

1.本发明属于钢管静压桩施工技术领域，具体涉及一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法。


背景技术：

2.钢管静压桩是一种广泛应用的既有建筑物地基加固技术，它是通过基础以上的主体结构提供压桩反力，采用液压装置将预制钢管分段压入地层中，每一节预制钢管之间进行接桩处理，达到设计桩长及设计压桩力后，进行地基基础拖换，最终在既有建筑基础下形成一根完整的钢管静压桩，提高建筑物的地基承载力，防止建筑物的不均匀沉降，从而达到地基加固的效果。
3.现如今常规的钢管静压桩地基加固采用等截面桩，针对黄土地层，随着压桩深度的增加，压桩力需不断增加，而上部结构提供的压桩反力有限或局部遇到坚硬土层时，不能很好的压入静力桩，需要采用引孔等措施，其措施存在造价高昂、施工复杂、效果不稳定等问题；另外，常规的钢管静压桩一般采用外表面涂防腐层、增加防腐余量和阴极保护的防腐处理方式，当桩身位于地下水位附近或周围出现地表水下渗的情况时，桩身在干湿交替状态下，发生腐蚀的可能性增大，腐蚀时间变短，容易存在处理不到位、防腐年限短等问题，因此，缺少一种变截面钢管静压桩的施工方法，在实现地基加固的同时，降低施工难度，提高静力桩的适用范围。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，本发明通过在基础下设置变截面钢管静压桩，降低了钢管静压桩施工过程中的压桩阻力，从而有利于钢管静压桩的施工，加固了既有建筑物的地基，形成对建筑物基础的有效支撑，通过设置连接件，便于连接变截面钢管静压桩，确保了分节压桩时钢管静压桩的轴线相重合，从而避免了下压过程中钢管静压桩的角度发生偏移，操作简单、便捷，实用性强。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：步骤一、开挖压桩区：从地面向下开挖压桩区，所述压桩区的底面与基础底部之间的距离为2m，在所述基础下方的所述压桩区内放置引导座；
6.步骤二、对变截面钢管静压桩进行压桩作业：
7.步骤201、准备变截面钢管静压桩：制作多节第一钢管静压桩和多节第二钢管静压桩，所述第一钢管静压桩的直径大于所述第二钢管静压桩的直径；
8.步骤202、顶推变截面钢管静压桩：在第一节第一钢管静压桩的一端设置桩尖，然后对第一节第一钢管静压桩进行顶推，具体过程如下：
9.步骤2021、在第一节第一钢管静压桩顶端安装顶推组件；其中，所述顶推组件包括设置在第一节第一钢管静压桩顶端上的第一垫板、设置在基础底部的第二垫板和设置在所
述第一垫板和所述第二垫板之间的液压千斤顶；
10.将第一节第一钢管静压桩竖直放置并穿过引导座，然后开启液压千斤顶，将第一节第一钢管静压桩压入黄土地层中；
11.步骤2022、接桩：取下顶推组件，在第一节第一钢管静压桩的顶端安装连接件，然后在所述连接件上固定第一节第二钢管静压桩；其中，所述连接件包括平板，所述平板的上部设置有套接在第一节第二钢管静压桩内的上套筒，所述平板的下部设置有套接在第一节第一钢管静压桩内的下套筒，所述平板的中心位置开设有供第一注浆管穿过的第一注浆孔，所述第一注浆孔的四周设置有多个第一溢浆孔；
12.步骤2023、按照步骤2021所述的方法，对第一节第二钢管静压桩进行顶推；
13.步骤2024、按照步骤2022所述的方法，在第一节第二钢管静压桩顶端连接第二节第一钢管静压桩；
14.多次重复步骤2021至步骤2024，交替完成第i+1节第一钢管静压桩和第i节第二钢管静压桩的顶推，至桩尖达到设计深度，形成变截面钢管静压桩；其中，i为大于2的正整数；
15.步骤三、浇筑变截面钢管静压桩：将第一注浆管伸入变截面钢管静压桩内至抵接桩尖，通过所述第一注浆管向变截面钢管静压桩内注入注浆体，第一钢管静压桩内的注浆体通过当前第一钢管静压桩上的连接件中的第一溢浆孔溢出至第二钢管静压桩与黄土地层的间隙中，并在第二钢管静压桩的外侧形成保护层；
16.步骤四、安装补充桩并进行地基基础拖换：
17.在变截面钢管静压桩伸出压桩区底面的一端设置补充桩，通过第二注浆管向所述补充桩注浆，然后在所述补充桩上设置拖换组件，通过所述拖换组件向所述补充桩施压，并将短柱放置在所述补充桩和第二垫板之间，使基础对变截面钢管静压桩形成反力；
18.所述拖换组件包括设置在所述补充桩上的拖换件和设置在所述拖换件上的两个机械千斤顶，两个所述机械千斤顶分别位于所述补充桩的两侧，且所述机械千斤顶的柱塞端抵接基础的下部；
19.步骤五、压桩区回填：取下拖换组件，在压桩区中浇筑混凝土至与室外地面齐平，使变截面钢管静压桩与基础连接为一体。
20.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：在步骤201中，当液压千斤顶工作到最大进程时，缩回液压千斤顶的柱塞端，并在液压千斤顶与第二垫板之间放置垫块，然后再次启动液压千斤顶顶推钢管静压桩，循环放置所述垫块至第一垫板与压桩区底面之间的距离为10cm～20cm。
21.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：所述引导座包括两个呈对称布设的方盒，所述方盒为一端开口的空心方盒，所述空心方盒开口端的上板和下板上均开设有半圆缺口，所述空心方盒开口端的左板和右板上均设置有第一固定板，所述第一固定板中穿设有连接两个所述方盒的第一螺栓。
22.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：多个所述第一溢浆孔以平板的中心为圆心周向均匀布设，且所述第一溢浆孔位于上套筒和下套筒之间。
23.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：步骤三中，注入注浆体后静置2小时，若注浆液面出现下降情况，则进行二次补注注浆体，直至注浆体液面未出现下降情况。
24.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：第一钢管静压桩和第二钢管静压桩的内部均设置有定位架，所述定位架为中心贯通的漏斗形构件。
25.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：所述补充桩的两端均设置有封端板，所述封端板上开设有第二溢浆孔和供第二注浆管穿过的第二注浆孔。
26.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：所述封端板上还设置有与补充桩相适应的环形凹槽。
27.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：所述拖换件包括两个呈对称布设且分别安装有机械千斤顶的拖板，所述拖板上开设有与短柱相适应的槽型缺口，所述拖板的下部设置有第一竖板，所述第一竖板上靠近所述槽型缺口的一侧设置有第二竖板，所述拖板和所述第二竖板上均设置有第二固定板，所述第二固定板中穿设有连接两个所述拖板的第二螺栓。
28.上述的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，其特征在于：所述第一竖板上远离所述槽型缺口的一侧设置有肋板。
29.本发明与现有技术相比具有以下优点：
30.1、本发明操作简便、快捷，因为钢管静压桩直径越小，压桩时钢管静压桩与黄土地层之间的阻力就越小，从而有利于钢管静压桩的施工，通过在第二钢管静压桩的外侧设置保护层，增强了第二钢管静压桩与土层的侧摩阻力，也提高了单桩承载力，通过在基础下设置变截面钢管静压桩，降低了施工难度，且实现了地基加固的目的，对既有建筑物基础进行了有效支撑，便于推广使用。
31.2、本发明针对变截面钢管静压桩的接桩部位设置了连接件，确保了分节压桩时钢管静压桩的轴线相重合，从而避免了下压过程中钢管静压桩的角度发生偏移，影响施工质量，使用效果可靠稳定，通过在平板上部设置上套筒，在平板下部设置下套筒，提高了接桩时的工作效率，避免了焊接时钢管静压桩移位而造成的返工。
32.3、本发明通过设置多个垫块与液压千斤顶配合，解决了小型的液压千斤顶顶推长度有限的问题，同时，液压千斤顶与油泵连接，油泵上设置有压力表，工作人员通过压力表获取当前压桩的压力值，进而确定钢管静压桩是否顶推到位，实用性强。
33.综上所述，本发明通过在基础下设置变截面钢管静压桩，降低了钢管静压桩施工过程中的压桩阻力，从而有利于钢管静压桩的施工，加固了既有建筑物的地基，形成对建筑物基础的有效支撑，通过设置连接件，便于连接变截面钢管静压桩，确保了分节压桩时钢管静压桩的轴线相重合，从而避免了下压过程中钢管静压桩的角度发生偏移，操作简单、便捷，实用性强。
34.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
35.图1为本发明的方法流程框图。
36.图2为本发明步骤二的结构示意图。
37.图3为图2的a处放大图。
38.图4为图3顶推时的结构示意图。
39.图5为本发明连接件的结构示意图。
40.图6为图5中的b-b剖视图。
41.图7为本发明卡箍件的结构示意图。
42.图8为本发明步骤三的结构示意图。
43.图9为本发明步骤四的结构示意图。
44.图10为本发明拖换件和封端板的组合关系示意图。
45.图11为本发明封端板的结构示意图。
46.图12为本发明定位架的结构示意图。
47.图13为本发明步骤五的结构示意图。
48.附图标记说明:
49.1—基础；
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2—压桩区；
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3—黄土地层；
50.4—第一钢管静压桩；
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5—第二钢管静压桩；
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6—连接件；
51.6-1—平板；
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6-2—上套筒；
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6-3—下套筒；
52.6-4—第一注浆孔；
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6-5—第一溢浆孔；
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7—保护层；
53.8—桩尖；
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9—第一垫板；
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10—第二垫板；
54.11—液压千斤顶；
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12—垫块；
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13—引导座；
55.13-1—方盒；
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13-2—半圆缺口；
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13-3—第一固定板；
56.13-4—第一螺栓；
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14—机械千斤顶；
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15—短柱；
57.16—拖换件；
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16-1—拖板；
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16-2—槽型缺口；
58.16-3—第一竖板；
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16-4—第二竖板；
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16-5—肋板；
59.16-6—第二固定板；
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16-7—第二螺栓；
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17—封端板；
60.17-1—第二注浆孔；
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17-2—第二溢浆孔；
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17-3—环形凹槽；
61.18—定位架；
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19—补充桩；
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20—第一注浆管。
具体实施方式
62.如图1至图13所示，本发明的一种黄土地层变截面钢管静压桩施工方法，包括以下步骤：
63.步骤一、开挖压桩区：从地面向下开挖压桩区2，所述压桩区2的底面与基础1底部之间的距离为2m，在所述基础1下方的所述压桩区2内放置引导座13。
64.实际施工时，压桩区2的纵截面为l型，l型压桩区2的一边位于基础1的侧部并伸向室外地面，l型压桩区2的另一边位于基础1的底部且与室外地面平行，即基础1底部的一部分为压桩区2的顶部，基础1底部的另一部分在黄土地层3中，开挖压桩区2时，采用小型挖掘机和人工挖掘配合的方式，避免对基础1产生扰动。
65.步骤二、对变截面钢管静压桩进行压桩作业：
66.步骤201、准备变截面钢管静压桩：制作多节第一钢管静压桩4和多节第二钢管静压桩5，所述第一钢管静压桩4的直径大于所述第二钢管静压桩5的直径。
67.步骤202、顶推变截面钢管静压桩：在第一节第一钢管静压桩4的一端设置桩尖8，然后对第一节第一钢管静压桩4进行顶推，具体过程如下：
68.步骤2021、在第一节第一钢管静压桩4顶端安装顶推组件；其中，所述顶推组件包括设置在第一节第一钢管静压桩4顶端上的第一垫板9、设置在基础1底部的第二垫板10和
设置在所述第一垫板9和所述第二垫板10之间的液压千斤顶11。
69.将第一节第一钢管静压桩4竖直放置并穿过引导座13，然后开启液压千斤顶11，将第一节第一钢管静压桩4压入黄土地层3中。
70.本实施例中，如图4所示，当液压千斤顶11工作到最大进程时，缩回液压千斤顶11的柱塞端，并在液压千斤顶11与第二垫板10之间放置垫块12，然后再次启动液压千斤顶11顶推钢管静压桩，循环放置所述垫块12至第一垫板9与压桩区2底面之间的距离为10cm～20cm。
71.实际施工时，液压千斤顶11与油泵连接，油泵上设置有压力表，工作人员通过压力表获取当前压桩的压力值，进而确定钢管静压桩是否顶推到位。
72.本实施例中，如图7所示，所述引导座13包括两个呈对称布设的方盒13-1，所述方盒13-1为一端开口的空心方盒，所述空心方盒开口端的上板和下板上均开设有半圆缺口13-2，所述空心方盒开口端的左板和右板上均设置有第一固定板13-3，所述第一固定板13-3中穿设有连接两个所述方盒13-1的第一螺栓13-4。
73.实际使用时，通过设置半圆缺口13-2，便于将两个方盒13-1卡箍在钢管静力桩的外侧，再利用第一螺栓13-4穿过方盒13-1同侧的两个第一固定板13-3，从而将两个方盒13-1连接为一体。
74.步骤2022、接桩：如图5和图6所示，取下顶推组件，在第一节第一钢管静压桩4的顶端安装连接件6，然后在所述连接件6上固定第一节第二钢管静压桩5；其中，所述连接件6包括平板6-1，所述平板6-1的上部设置有套接在第一节第二钢管静压桩5内的上套筒6-2，所述平板6-1的下部设置有套接在第一节第一钢管静压桩4内的下套筒6-3，所述平板6-1的中心位置开设有供第一注浆管20穿过的第一注浆孔6-4，所述第一注浆孔6-4的四周设置有多个第一溢浆孔6-5。
75.实际施工时，通过在平板6-1的一面设置卡接第二钢管静压桩5的上套筒6-2，在平板6-1的另一面设置卡接第一钢管静压桩4的下套筒6-3，将下套筒6-3插入第一钢管静压桩4中，焊接第一钢管静压桩4和平板6-1，再将上套筒6-2插入第二钢管静压桩5中，焊接第二钢管静压桩5和平板6-1，实现对第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5的连接固定，还提高了第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5连接处的承载力，且平板1、上套筒6-2和下套筒6-3的中心处于同一铅垂线上，有利于保证第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5的轴线相重合，避免了下压过程中钢管静压桩的角度发生偏移，影响施工质量。
76.需要说明的是，下套筒6-3和平板6-1的连接部位与平板6-1边缘之间的距离大于第一钢管静压桩4的壁厚，即第一钢管静压桩4的外侧壁均与平板6-1边缘之间存在距离，便于焊接第一钢管静压桩4与平板6-1，上套筒6-2与第一溢浆孔6-5之间的距离大于第二钢管静压桩5的壁厚，便于使第一溢浆孔6-5位于第二钢管静压桩5的外侧。
77.步骤2023、按照步骤2021所述的方法，对第一节第二钢管静压桩5进行顶推。
78.步骤2024、按照步骤2022所述的方法，在第一节第二钢管静压桩5顶端连接第二节第一钢管静压桩4。
79.实际施工时，将连接件6翻转，使上套筒6-2位于下套筒6-3的下方，再将上套筒6-2插入第二钢管静压桩5中，将下套筒6-3插入第一钢管静压桩4中，实现在第二钢管静压桩5顶端连接第一钢管静压桩4。
80.多次重复步骤2021至步骤2024，交替完成第i+1节第一钢管静压桩4和第i节第二钢管静压桩5的顶推，至桩尖8达到设计深度，形成变截面钢管静压桩；其中，i为大于2的正整数。
81.需要说明的是，完成第i节第一钢管静压桩4和第i节第二钢管静压桩5的交替顶推后，按照步骤2022所述的方法，再次在第i节第二钢管静压桩5的顶端连接第i+1节第一钢管静压桩4，并按照步骤2021所述的方法，完成对第i+1节第一钢管静压桩4的顶推，有效避免了第i节第二钢管静压桩5的保护层7溢出至压桩区2中，如图2所示。
82.步骤三、浇筑变截面钢管静压桩：如图8所示，将第一注浆管20伸入变截面钢管静压桩内至抵接桩尖8，通过所述第一注浆管20向变截面钢管静压桩内注入注浆体，第一钢管静压桩4内的注浆体通过当前第一钢管静压桩4上的连接件6中的第一溢浆孔6-5溢出至第二钢管静压桩5与黄土地层3的间隙中，并在第二钢管静压桩5的外侧形成保护层7。
83.本实施例中，多个所述第一溢浆孔6-5以平板1的中心为圆心周向均匀布设，且所述第一溢浆孔6-5位于上套筒6-2和下套筒6-3之间。
84.实际施工时，因为黄土地层3的特性，第一钢管静压桩4形成的桩孔直径大于第二钢管静压桩5的直径，所以黄土地层3与第二钢管静压桩5之间留有间隙，第二钢管静压桩5下部的第一钢管静压桩4内的注浆体通过第一溢浆孔6-5向上溢出至间隙中，第二钢管静压桩5上部的第一钢管静压桩4内的注浆体通过第一溢浆孔6-5向下溢出至间隙中，从而使注浆体包裹第二钢管静压桩5的外侧壁，形成保护层7，通过交替布设第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5，使得每节第二钢管静压桩5的外侧均能形成保护层7，有效避免了第二钢管静压桩5与黄土地层3接触，增强了增强了第二钢管静压桩5与黄土地层3的侧摩阻力，即提高了变截面钢管静压桩的承载力；其中，注浆体的抗压强度不小于30mpa。
85.本实施例中，如图12所示，第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5的内部均设置有定位架18，所述定位架18为中心贯通的漏斗形构件。
86.实际施工时，定位架18位于第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5内部的中段，通过设置定位架18为中心贯通的漏斗形构件，便于贯入第一注浆管20时，第一注浆管20顺势从漏斗形构件的中心通过，从而保证第一注浆管20处于第一钢管静压桩4和第二钢管静压桩5的垂直中心线上，有利于均匀注浆，且操作过程简单、快速，先将第一注浆管20插入变截面钢管静压桩中，再向第一注浆管20中注入注浆体，边注浆边上提第一注浆管20直至完全抽出第一注浆管20，使变截面钢管静压桩中充满注浆体。
87.需要说明的是，定位架18中心的开孔与第一注浆管20相适应且小于第一注浆孔6-4，有利于减缓注浆体返浆。
88.本实施例中，注入注浆体后静置2小时，若注浆液面出现下降情况，则进行二次补注注浆体，直至注浆体液面未出现下降情况。
89.步骤四、安装补充桩并进行地基基础拖换：如图9所示，在变截面钢管静压桩伸出压桩区2底面的一端设置补充桩19，并通过第二注浆管向所述补充桩19注浆，然后在所述补充桩19上设置拖换组件，通过所述拖换组件向所述补充桩19施压，并将短柱15放置在所述补充桩19和第二垫板10之间，使基础1对变截面钢管静压桩形成反力。
90.所述拖换组件包括设置在所述补充桩19上的拖换件16和设置在所述拖换件16上的两个机械千斤顶14，两个所述机械千斤顶14分别位于所述补充桩19的两侧，且所述机械
千斤顶14的柱塞端抵接基础1的下部。
91.本实施例中，如图11所示，所述补充桩19的两端均设置有封端板17，所述封端板17上开设有第二溢浆孔17-2和供第二注浆管穿过的第二注浆孔17-1；封端板17上还设置有与补充桩19相适应的环形凹槽17-3。
92.实际使用时，补充桩19为空心钢管，在变截面钢管静压桩的上部依次焊接一个封端板17、补充桩19和另一个封端板17，通过在封端板17上开设第二溢浆孔17-2，便于浇筑补充桩19时，通过第二溢浆孔17-2观察是否已注浆完成，即当浆液从补充桩19上端的第二溢浆孔17-2中溢出时，表示浇筑完成。
93.本实施例中，如图10所示，所述拖换件16包括两个呈对称布设且分别安装有机械千斤顶14的拖板16-1，所述拖板16-1上开设有与短柱15相适应的槽型缺口16-2，所述拖板16-1的下部设置有第一竖板16-3，所述第一竖板16-3上靠近所述槽型缺口16-2的一侧设置有第二竖板16-4，所述第一竖板16-3上远离所述槽型缺口16-2的一侧设置有肋板16-5，所述拖板16-1和所述第二竖板16-4上均设置有第二固定板16-6，所述第二固定板16-6中穿设有连接两个所述拖板16-1的第二螺栓16-7。
94.实际施工时，通过在两个拖板16-1上分别安装一个抵接基础1的机械千斤顶14，便于将基础1的荷载传递给补充桩19，进而传递给变截面钢管静压桩，通过在拖板16-1上开设槽型缺口16-2，便于通过人力敲击将短柱15沿槽型缺口16-2向内移动，直至短柱15的垂直中心线与补充桩19的垂直中心线重合。
95.需要说明的是，一个拖板16-1下部的第二竖板16-4的数量为两个，两个第二竖板16-4分别位于槽型缺口16-2两侧，便于利用拖板16-1、第一竖板16-3和两个第二竖板16-4形成矩形空间，将两个拖板16-1放置在封端板17上，从而将封端板17限制在矩形空间内，利用第二螺栓16-7连接两个拖板16-1上的第二固定板16-6和相邻两个第二竖板16-4上的第二固定板16-6，从而将拖换件16挂接在封端板17上。
96.需要说明的是，通过均匀布设多个肋板16-5，提高了拖板16-1的承载力，保证了拖换件16的稳定性。
97.步骤五、压桩区回填：取下拖换组件，在压桩区2中浇筑混凝土至与室外地面齐平，使变截面钢管静压桩与基础1连接为一体。
98.实际施工时，回填的混凝土强度等级不小于c20，且不小于基础1的混凝土强度等级，如图13所示，回填时，采用分层振捣回填，确保混凝土与基础1之间不留间隙。
99.本发明提供了一种针对黄土地层3的变截面钢管静压桩的施工方法，因为钢管静压桩直径越小，压桩时钢管静压桩与黄土地层3之间的阻力就越小，从而有利于钢管静压桩的施工，通过在第二钢管静压桩5的外侧设置保护层7，增强了第二钢管静压桩5与黄土地层3的侧摩阻力，即提高了变截面钢管静压桩的承载力，通过在基础1下设置变截面钢管静压桩，降低了施工难度，且实现了地基加固的目的，对既有建筑物的基础1进行了有效支撑。
100.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。