一种消减大面积管桩施工时桩底脱空的装置及施工方法

本发明涉及管桩施工方法，特别涉及一种消减大面积管桩施工时桩底脱空的装置及施工方法。

背景技术：

1、在目前的建筑土木工程等基础设施建设中，管桩的应用十分广泛，该桩型具有价格低、便于运输、制作工艺成熟、单桩承载力高、校可接成任意长度，不受施工机械能力和施工条件局限、成桩效率高、施工噪声小和无泥浆环境污染等优点。但在沿海软土地基中，由于软土具有高压缩性、低渗透性、高触变性和流动性等特性，管桩在软土地基施工时，会对周围的软土造成一定的影响，由于软土含水量都较高，根据有效应力原理，这样会使土体孔隙水压力升高造成土体扰动，土体移动破坏，导致周围土体隆起，即使未破坏的土体也会因孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变，导致土体的垂直隆起和水平方向的位移，产生明显的挤土效应，造成近邻已压入的管桩产生上浮，造成桩底脱空，使桩的承载力达不到设计要求；也会造成桩位偏移和桩身翘曲折断等质量事故。尤其是在大面积桩施工中这种桩底脱空现象更加明显，对管桩和后续工程的影响更加显著。因此需要采用一定的施工措施和方法消减大面积沉桩时的桩底脱空，减小对管桩和对后续施工的影响。

2、一般传统的减少沉桩挤土效应传统方法为合理安排压桩顺序、控制沉桩速率、布设应力释放孔、尽量降低设备自重对地基的不良影响、设防挤沟和预钻取土再压桩等措施减少施工引发的土中应力。但对于高压缩性、低渗透性、高触变性和流动性的软土地基这种处理措施效果并不理想，甚至施工效率也很受影响。因此，本专利改变思路，着重从解决桩底脱空的方法考虑，用新的思路和方法，消减大面积管桩施工时的桩底脱空，提高施工效率。

技术实现思路

1、本发明提供一种新的方法去消减大面积管桩施工时桩底脱空，与过往的施工方法有所不同，不刻意去避免桩底脱空，着重去处理消除桩底脱空。利用十字桩尖的形状特殊性，改装十字桩尖，把桩尖改装成一个有一定高度(20cm)的装置，在桩尖下端制作4个小孔(直径40-50mm左右)分别布置在桩尖十字刀片所分割的四个部分，小孔旁边焊接两块有一定厚度铁片，一块较短的垂直于桩尖的平面，一块较长的铁片倾斜布置与小孔外，与较短铁片和桩尖平面形成一个三角区域，且铁片的宽度均大于小孔的直径，并在桩尖的上端制作一个伸出管桩内部的螺纹，再在桩顶标记一个定位孔，将钢管精准插入管桩内并与旋入桩尖的螺纹，若需要驳接管桩也是如上处理，插入定位装置和在桩顶标记定位孔，之后将另一根钢管插入管桩内并旋入下面的钢管的螺纹，重复如上操作直至完成沉桩，十字桩尖小孔在压桩过程中保持闭合，在完成压桩和钢管插入时，将软管和钢管连接，通过钢管、软管和泵浆机，把预制的水泥浆灌入钢管，灌浆后浆液会填充满改装过的十字桩尖，最终通过桩尖底部的四个小孔排出浆液，把桩底脱空部分充实，解决管桩上升和桩底脱空的现象，提高承载力，与传统施工处理方法相比大大提高施工效率，降低工程预算。

2、本发明的目的通过下述技术方案实现：

3、步骤1、改装十字桩尖，把桩尖改装成一个有一定高度(10cm)且空心的装置，在桩尖下端制作4个直径40-50mm左右的小孔分别布置在桩尖十字刀片所分割的四个部分，小孔外部焊接两块有一定厚度铁片，一块较短的垂直于桩尖的平面，一块较长的铁片倾斜布置与小孔外，与较短铁片和桩尖平面形成一个三角区域，且铁片的宽度均大于小孔的直径，在桩尖上端靠管桩内部部分装上伸出的螺纹，并在桩尖上端开一个和螺纹直径一样的小孔。

4、步骤2、进行管桩的施工，完成后，在桩顶找到正中央，标记其位置并制作一个定位孔安装在桩顶。

5、步骤3、从桩顶的定位孔精准插入钢管，最终精准旋入桩尖上端伸出的螺纹，完成其固定。

6、步骤4、若要进行管桩驳接，完成驳接管桩驳接并完成沉管后，在驳接管桩的桩顶找到正中央，标记其位置并制作一个定位孔安装在驳接管桩的桩顶。

7、步骤5、从驳接管桩桩顶的定位孔精准插入钢管，精准旋入上一根管桩伸出的螺纹，完成其固定。

8、步骤6、若还要进行管桩驳接，则重复步骤4和步骤5。

9、步骤7、完成完整的沉桩后，将软管连接最后一根钢管的上部螺纹并与泵浆机相连。

10、步骤8、将预制好的水泥浆通过泵浆机、软管、钢管、十字桩尖上端的小孔和下端的四个小孔泵入桩底脱空处。

11、步骤9、当泵浆机感受到一定的压强，则表示桩底脱空处被填充满了，可以停止注浆。

12、步骤10、完成上述操作后，把钢管从桩尖的螺纹处用相反方向旋转出来，然后拔出钢管，完成对钢管的回收。

13、进一步的，步骤1所述改装十字桩尖，使得桩尖变成一个有一定高度且空心的圆柱状物体，使得十字桩尖在随后的灌浆过程中，水泥浆会注满这个桩尖，然后从十字桩尖下端所开的四个小孔流出水泥浆，达到填充桩尖下部脱空的目的。

14、进一步的，步骤1所述在十字桩尖上端所开的小孔处焊上一个伸出管桩内部的螺纹，使十字桩尖可以在后续步骤中可以与插进来的钢管通过这个螺纹连接，起到钢管对准十字桩尖和固定钢管的作用，桩尖上端的小孔的作用是把随后注浆通过钢管的水泥浆灌入桩尖的内部和桩底脱空处。

15、进一步的，步骤1所述在十字桩尖下端的四个小孔外部都焊接两块铁片与桩尖平面形成一个三角形区域，其目的是让两块铁片在沉管的过程中使得泥土不通过桩尖下端敞开的四个小孔进入十字桩尖的内部或者管桩内部，因为在沉桩过程中桩尖受力竖直向上，泥土会被铁片所阻挡，往铁片四周扩散，达到保护的效果。

16、进一步的，步骤2所述桩顶的定位装置是与管桩内径一样的环形装置，并在环形铁圈中通过两根铁杆定位一个正中央的铁环，其直径比钢管直径稍大，这个定位装置可直接安装在桩顶处。

17、进一步的，步骤3所述精准插入钢管是可以通过桩顶的定位孔轻松完成，因为两点确定一条直线，若有所偏移进行适当的微调即可；当钢管精准进入管桩，当接触到桩尖的螺纹即可将其旋入，达到固定钢管和对接十字桩尖上端小孔的功能。

18、进一步的，步骤5所述第二根钢管精准插入驳接管桩后，第二根钢管旋入第一根钢管上部的螺纹，其原理和桩尖上端伸出的螺纹一样，使两根钢管可以连接，不过连接处有一个特殊的装置，其作用是使两根钢管连接后便锁死连接处，唯有在后续步骤回收钢管时通过人为的操作将其分开，这样的目的可以保证在回收钢管时，反方向旋转钢管时能分离的只有最下面的那条钢管和桩尖的螺纹，这样上部的钢管之间也还是紧紧锁死，不会因为反方向旋转导致钢管之间分离。

19、进一步的，步骤8所述将预制好的水泥浆通过泵浆机、软管、钢管、十字桩尖上端的小孔和下端的四个小孔泵入桩底脱空处，在步骤1所焊接的两块铁片所形成的的三角形区域为十字桩尖下端的四个小孔出浆提供空间，不影响小孔的功能，此时水泥浆可以顺畅通过桩尖下端四个小孔泵入桩底脱空处，完成对脱空处的填充。

20、进一步的，步骤10所述用完成注浆后，用相反方向旋转即可把钢管拔出，因为钢管之间有一个完成连接后便将其锁死(只能通过人为才能将其分开)的装置，所以相反方向旋转松开的只有最下面的钢管和十字桩尖上端伸出的螺纹，完成桩尖和钢管之间的分离。

21、进一步的，步骤10把钢管拔出来时每一节都要通过人为的去把锁紧钢管的装置去解锁，把钢管分离开来，回收的钢管还可以继续使用在其他管桩施工上。

22、更进一步的，所选的水泥浆是固化速率较快的所以在施工不久后管桩的承载力和稳定性就会有所提升，达到工程要求。

23、作为本发明的优选方案，由于步骤1中，为了保护出浆孔，焊接铁片和桩尖平面所形成的三角形区域，在下沉管桩的施工阶段，会有一定的概率土体进入三角形区域，导致最后出浆不顺畅。因此，将三角形区域设计成一个装置，它可以在沉桩过程中保持闭合，即和桩尖下端平面重合，而在完成沉桩后出现桩底脱空后，通过地面遥控，使此装置打开，即达到能使水泥浆从开好的桩尖下端小孔流出的空间为止，这样对于出浆小孔会有更好的保护。

24、与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

25、(1)提供一种在大面积管桩施工条件下，消减桩底脱空的施工技术和方法，装置简单，易操作。对于现场施工解决软土地基的桩底脱空和提升桩基承载力效率有重要参考意义；

26、(2)所需的材料和装置简单，其成本低；

27、(3)灌注的水泥浆解决了挤土效应带来的不良后果，大大提高单桩的承载力；

28、(4)安装的装置对于十字桩尖以及管桩的整体影响并不大，对于桩的施工的影响不大，不影响施工效率；

29、(5)与传统的施工方法截然不同，能大大提高施工效率，降低工程造价。