专利名称：一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置及其使用方法
技术领域：
本发明属于软土地基处理及桩基础技术领域，特别涉及一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置及其使用方法。
背景技术：
桩基础处理软弱土地基中，当由于地面堆载、地下水位下降及湿陷性黄土遇水等因素造成土体沉降大于桩体沉降时，桩侧土对桩身产生向下的负摩阻力。负摩阻力的产生不仅不能为承担上部荷载做出贡献，反而要产生作用于桩身且与荷载方向相同的下拉荷载，可能造成桩端地基的屈服或破坏、桩身破坏、上部结构物不均匀沉降等一系列问题，给工程结构安全带来了严重隐患。负摩阻力的作用深度有一定范围，即整个桩体只有中性点以上部分才受到负摩阻力，中性点具体深度与桩周土体性质、持力层性质和桩顶荷载大小等因素有关。目前，减小基桩负摩阻力常用的方法是桩身浙青涂层法，即在预制桩体中性点以上范围内涂一层5 10 mm厚的浙青，但该方法只能用于预制桩，对于在高速公路、高速铁路等软土地基处理工程中广泛应用的沉管灌注桩并不适用，同时浙青涂料对地下水环境存在一定的污染。在本发明之前，“一种消除桩基负摩阻力的装置”(专利号ZL201020517004. 4)和“一种防止负摩阻力的装置”(专利号ZL 200920156095. 0)公布了在预制桩体与周围土体之间设置套管等卸荷装置的方法，通过卸荷装置来消除加载到桩身的负摩阻力，这种方法虽能在一定程度上减小负摩阻力，但施工成本和工程造价相对较高；“用于现浇混凝土桩的表面部分光滑部分有螺纹的塑料套管”(专利号ZL 200720035479. 8)公布了一种用于现浇混凝土桩的半光滑、半螺纹塑料套管法，该塑料套管加工难度较大，且在无防护的情况下向塑料套管内直接浇筑混凝土容易造成套管的损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，消除桩基负摩阻力所带来的危害，提高桩基承载力，同时控制桩体上部的成形质量，提出一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置及其使用方法。一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置，其特征在于在桩模外设置双层钢套管，内钢套管和外钢套管通过夹持器连接并固定于振动锤下方；在双层钢套管下部设置内嵌的、带钩状钢筋的环形混凝土预制体；筒状双层塑料薄膜置于内、外钢套管之间，并通过薄膜上的环扣固定于环形预制体的钩状钢筋上。所述的内钢套管与桩模之间的空隙为(Tl cm,内钢套管与外钢套管的间距为2 5cm。所述的内、外钢套管长度相等，且大于预先设计的中性点深度。 所述的外钢套管表面标有刻度，控制双层钢套管的打入深度。所述的环形混凝土预制体下端有尖角，上端可以内嵌于双层钢套管下部，其上对称设置6条钩 状钢筋。所述的环扣设在筒状双层塑料薄膜的末端。所述装置可用于沉管灌注桩减小桩侧负摩阻力，具体方法为桩模沉入土体后，将双层钢套管连同里面的塑料薄膜和环形混凝土预制体一起采用静压或振动的方式沉入预先设计的深度，待沉管灌注桩浇筑的混凝土达到一定强度后，再将钢套管拔出地面，筒状双层塑料薄膜和环形混凝土预制体则会因侧向土压力而留在地基中，从而消除桩基负摩阻力所带来的危害。将其用于沉管灌注桩施工中，具体技术步骤为
(I)平整场地，桩机就位，将与桩模连接的活瓣桩尖对准桩位，利用桩机和桩模自重，把桩尖竖直压入地基中，并向桩模空腔内注入一定量的混凝土以避免泥沙等进入桩模内。(2)启动振动机，将桩模振动沉入土中至设计深度。(3)将环形混凝土预制体套在桩模外，筒状双层塑料薄膜一端通过环扣系紧或钩挂于环形预制体的钩状钢筋上，另一端通过绳子的辅助拉入双层钢套管内并保持平直，将双层钢套管用夹持器连接固定，摆放到环形预制体的上方并嵌入。(4)将夹持器固定于振动锤下方，开启振动锤，将双层钢套管连同里面的塑料薄膜和环形混凝土预制体一起采用静压或振动的方式沉入土中，并通过外套管表面标明的刻度来控制打入深度。(5)待双层钢套管沉入预先设计的深度后，取下振动锤和夹持器，通过进料口向桩模空腔内注入混凝土。(6)当填充料灌满后，再次启动振动机和卷扬机，一边振动，一边拔桩模，在拔管过程中，应向沉管内补加填充料，以满足灌注量的要求。(7)待桩模拔出地面、所浇筑的混凝土达到一定强度后，再次将内管和外管通过夹持器连接并固定于振动锤下方，开启振动锤，将双层钢套管向上拔出。(8)筒状双层塑料薄膜和环形混凝土预制体因侧向土压力而留在地基中，向双层塑料薄膜外侧的缝隙中注入适量的膨润土泥浆以增强润滑效果。本发明的优点和效果在于通过在沉管灌注桩外侧、中性点以上深度范围内打入筒状双层塑料薄膜，从而降低桩体中性点以上桩-土界面的摩擦系数，有效消除桩基负摩阻力所带来的不利因素；通过设置环形混凝土预制体，有效解决钢套管上拔时塑料薄膜的回带问题，而环形混凝土预制体留在中性点位置上，充分利用桩身范围内土层的承载作用，进一步提高桩基承载力，优化加固效果，同时钢套管还可以控制桩体上部的成形质量。该技术装置实施方便，成本低廉，辅助成桩效果好。
图I为本发明的结构示意 图2为图I中A的局部放大 图3为本发明的俯视 图中，I为振动锤，2为夹持器,3为外钢套管,4为筒状双层塑料薄膜,5为内钢套管,6为钩状钢筋，7为环形混凝土预制体,8为桩模,9为活瓣桩尖,10为环扣。图4为本发明装置用于沉管灌注桩施工的步骤示意图，其中(I)为振动沉桩模，(2)为桩模沉管完成，双层套管等装置就位，(3)为压入双层套管等装置，(4)为取下振动锤和夹持器，(5)为浇注混凝土填料，振动、拔管形成灌注桩，(6)为振动拔管完成桩身浇注，
(7)为振动拔出双层套管，(8)适当注入 膨润土泥浆，最终成桩。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。本发明的保护范围并不受本实施方式的描述局限，而是以权利要求的范围加以限定。一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置，如图f 3所示，在桩模8外设置双层钢套管，内钢套管5和标有刻度的外钢套管3通过夹持器2连接并固定于振动锤I下方；在双层钢套管下部设置内嵌的、带钩状钢筋6的环形混凝土预制体7 ;筒状双层塑料薄膜4置于内、外钢套管之间，并通过薄膜上的环扣10固定于环形预制体7的钩状钢筋6上。一种减小沉管灌注桩负摩阻力技术装置的使用方法，如图4(1)所示，先平整场地，桩机就位，将与桩模8连接的活瓣桩尖9对准桩位，利用桩机和桩模自重，把桩尖竖直压入地基中，并向桩模空腔内注入一定量的混凝土以避免泥沙等进入桩模内；如图4 (2)所示，启动振动机，将桩模8振动沉入土中至设计深度，并将环形混凝土预制体7套在桩模外，筒状双层塑料薄膜4 一端通过环扣10系紧或钩挂于环形预制体的钩状钢筋6上，另一端通过绳子的辅助拉入双层钢套管内并保持平直，将双层钢套管用夹持器2连接固定，摆放到环形预制体的上方并嵌入；如图4 (3)所示，将夹持器2固定于振动锤I下方，开启振动锤，将双层钢套管连同里面的塑料薄膜4和环形混凝土预制体7 —起采用静压或振动的方式沉入土中，并通过外套管3表面标明的刻度来控制打入深度；如图4 (4)所示，待双层钢套管沉入预先设计的深度后，取下振动锤I和夹持器2 ;如图4 (5)所示，通过进料口向桩模8空腔内注入混凝土，当填充料灌满后,再次启动振动机和卷扬机,一边振动,一边拔桩模,在拔管过程中，应向沉管内补加填充料，以满足灌注量的要求；如图4 (6)所示，桩模拔出地面，等待所浇筑的混凝土达到一定强度；如图4 (7)所示，再次将内管5和外管3通过夹持器2连接并固定于振动锤I下方，开启振动锤，将双层钢套管向上拔出；如图4 (8)所示，筒状双层塑料薄膜4和环形混凝土预制体7因侧向土压力而留在地基中，向双层塑料薄膜外侧的缝隙中注入适量的膨润土泥浆以增强润滑效果，最终在沉管灌注桩外侧、中性点以上深度范围内形成筒状双层塑料隔膜。
权利要求
1.一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置，其特征在于在桩模外设置双层钢套管，内钢套管和外钢套管通过夹持器连接并固定于振动锤下方；在双层钢套管下部设置内嵌的、带钩状钢筋的环形混凝土预制体；筒状双层塑料薄膜置于内、外钢套管之间，并通过薄膜上的环扣固定于环形预制体的钩状钢筋上。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述的内钢套管与桩模之间的空隙为(Tl cm，内钢套管与外钢套管的间距为疒5 cm;所述的内、外钢套管长度相等，且大于预先设计的中性点深度。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述的外钢套管表面标有刻度，控制双层钢套管的打入深度。
4.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述的环形混凝土预制体下端有尖角，上端内嵌于双层钢套管下部，其上对称设置6条钩状钢筋。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述的环扣设在筒状双层塑料薄膜的末端。
6.根据权利要求I所述的一种减小沉管灌注桩负摩阻力技术装置的使用方法，具体技术步骤为 (1)平整场地，桩机就位，将与桩模连接的活瓣桩尖对准桩位，利用桩机和桩模自重，把桩尖竖直压入地基中，并向桩模空腔内注入一定量的混凝土以避免泥沙等进入桩模内； (2)启动振动机,将桩模振动沉入土中至设计深度； (3)将环形混凝土预制体套在桩模外，筒状双层塑料薄膜一端通过环扣系紧或钩挂于环形预制体的钩状钢筋上，另一端通过绳子的辅助拉入双层钢套管内并保持平直，将双层钢套管用夹持器连接固定，摆放到环形预制体的上方并嵌入； (4)将夹持器固定于振动锤下方，开启振动锤，将双层钢套管连同里面的塑料薄膜和环形混凝土预制体一起采用静压或振动的方式沉入土中，并通过外套管表面标明的刻度来控制打入深度； (5)待双层钢套管沉入预先设计的深度后，取下振动锤和夹持器，通过进料口向桩模空腔内注入混凝土； (6)当填充料灌满后,再次启动振动机和卷扬机,一边振动,一边拔桩模,在拔管过程中，应向沉管内补加填充料，以满足灌注量的要求； (7)待桩模拔出地面、所浇筑的混凝土达到一定强度后，再次将内管和外管通过夹持器连接并固定于振动锤下方，开启振动锤，将双层钢套管向上拔出； (8)筒状双层塑料薄膜和环形混凝土预制体因侧向土压力而留在地基中，向双层塑料薄膜外侧的缝隙中注入适量的膨润土泥浆以增强润滑效果。
全文摘要
本发明涉及一种减小沉管灌注桩负摩阻力的技术装置及其使用方法，其特征在于在桩模外设置双层钢套管，内管和外管通过夹持器连接并固定于振动锤下方；筒状双层塑料薄膜置于内、外套管之间，并通过薄膜末端的环扣固定于双层套管下部设置的环形混凝土预制体上。本发明通过将双层钢套管连同里面的塑料薄膜和环形预制体一起采用静压或振动的方式沉入预先设计的深度，待沉管灌注桩浇筑的混凝土达到一定强度后，再将钢套管拔出地面，而双层塑料薄膜和环形预制体则会留在地基中，从而降低桩体中性点以上桩-土界面的摩擦系数，消除桩基负摩阻力所带来的危害，提高桩基承载力，同时控制桩体上部的成形质量。该装置实施方便，成本低廉，辅助成桩效果好。
文档编号E02D5/38GK102628269SQ20121013028
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者刘汉龙, 孔纲强, 金辉, 陈力恺 申请人:河海大学