專利名稱：振動(dòng)灌注混凝土樁施工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種灌注混凝土樁的施工裝置，屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域中基礎(chǔ)工程專用的混凝土灌注樁的灌注和振動(dòng)用的施工裝置，在施工現(xiàn)場(chǎng)邊沉管邊灌注，邊提管邊振動(dòng)，最后制成密實(shí)的混凝土灌注樁。
樁基是高層建筑、大型廠房、重型設(shè)備、橋梁和碼頭等常用的基礎(chǔ)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外在加密松砂地基和加固粘性土地基時(shí)，采用振沖法進(jìn)行施工(基礎(chǔ)工程學(xué)，陳仲頤、葉書(shū)麟主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社1990年10月出版，528至534頁(yè))，所用主體施工裝置為振沖器，是一種中空軸立式潛水電動(dòng)機(jī)經(jīng)軟軸直接帶動(dòng)振動(dòng)頭振動(dòng)的短柱狀機(jī)具。施工時(shí)用起重機(jī)吊起振沖器，啟動(dòng)潛水電動(dòng)機(jī)，使振沖器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，振沖器下沉和成孔。振沖器下沉到土中預(yù)定深度后，加以清孔，就可以從地面向孔中逐段添加填料。每段填料均在振動(dòng)作用下被振擠密實(shí)，達(dá)到所要求的密實(shí)度后，提升振沖器，再添加上一段填料，再振擠密實(shí)，再提升振沖器和添加更上一段添料。如此重復(fù)操作，直至地面。從而在地基中形成一根大直徑的密實(shí)樁身。但施工中噪音大，振動(dòng)也大，成孔深度也不大(18米以內(nèi))，對(duì)于有地下水、淤泥和流沙等地基很難進(jìn)行加固。
另外一種簡(jiǎn)單的就地灌注樁施工方法(基礎(chǔ)工程學(xué)，陳仲頤、葉書(shū)麟主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社1990年10月出版，278至284頁(yè))是在一個(gè)長(zhǎng)鋼管底部放進(jìn)一個(gè)預(yù)制樁頭，由長(zhǎng)鋼管把預(yù)制樁頭壓沉至土中預(yù)定深度，再在長(zhǎng)鋼管內(nèi)放入長(zhǎng)的鋼筋籠，灌注混凝土和拔出長(zhǎng)鋼管，從而在地基中形成一根灌注混凝土樁。但灌注進(jìn)混凝土容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，并且其中水泥漿容易被地下水所稀釋，另外樁的一部分截面被淤泥、流砂等軟土擠壓后容易形成縮頸乃至斷樁、移位等，所以不易形成均勻密實(shí)和承載能力高的樁身。
本實(shí)用新型的目的是把以上兩種現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出一種新的灌注混凝土樁的施工方法和相應(yīng)的裝置。采用邊沉管邊加灌料，邊提管邊振動(dòng)的方法，制成密實(shí)的混凝土灌注樁。
本實(shí)用新型的任務(wù)是以如下方式完成的在一根下粗上細(xì)的鋼管中央裝設(shè)一個(gè)潛水電動(dòng)機(jī)，潛水電動(dòng)機(jī)通過(guò)軟軸直接帶動(dòng)振動(dòng)頭振動(dòng)。鋼管底部放進(jìn)一個(gè)預(yù)制樁頭，利用鋼管把預(yù)制樁頭壓沉至土中；從鋼管上部加料口加灌混凝土料，同時(shí)在鋼管頂部接上另一根鋼管，再沉管、再加灌料，再接管再加灌料，直至預(yù)制樁頭到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高。根據(jù)振動(dòng)能使流塑狀態(tài)下的混凝土均勻密實(shí)的原理，接通潛水電動(dòng)機(jī)的電源，使振動(dòng)頭振動(dòng)，同時(shí)提升鋼管，卸鋼管和補(bǔ)灌混凝土料；繼續(xù)提升鋼管、卸管和補(bǔ)灌混凝土料，直至把鋼管全部提出。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作情況。


圖1A是本實(shí)用新型近底部的縱向剖面圖。
圖1B是本實(shí)用新型中變徑鋼管上部和接管下部的縱向剖面圖。
圖2是本實(shí)用新型1－－1線的橫向剖面圖。
圖3是本實(shí)用新型沿2－－2線的橫向剖面圖。
圖4是本實(shí)用新型沿3－－3線的剖面圖。
圖5是本實(shí)用新型沿4－－4線的側(cè)視圖。
圖6是本實(shí)用新型在水中施工示意圖。
參照
圖1A和
圖1B，本實(shí)用新型主要由鋼管(1)、變徑鋼管(3)、多個(gè)接管(26)、預(yù)制樁頭(14)、潛水電動(dòng)機(jī)(4)、軟軸(6)和振動(dòng)頭(7)組成。通過(guò)支架(9)把具有保護(hù)罩(8)的潛水電動(dòng)機(jī)(4)固定在鋼管(1)的上部中央(請(qǐng)同時(shí)參閱圖3)。潛水電動(dòng)機(jī)(4)通過(guò)軟軸(6)直接帶動(dòng)振動(dòng)頭(7)振動(dòng)。振動(dòng)頭(7)完全伸入預(yù)制樁頭(14)中的樁頭預(yù)留洞(15)中。鋼管(1)底部具有加勁板(12)，經(jīng)壓板(13)和傳力板(16)壓向預(yù)制樁頭(14)。依靠掛鉤(18)和斜板(17)把預(yù)制樁頭(14)臨時(shí)固定在鋼管(1)的底部(請(qǐng)同時(shí)參閱圖5)，斜板(17)與水平面的夾角為10度至12度。鋼管(1)的頂部靠螺栓(2)固定住變徑鋼管(3)。變徑鋼管(3)的頂部具有接管套環(huán)(22)。轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓(25)套在轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓軸(23)上，從接管套環(huán)內(nèi)側(cè)放進(jìn)套環(huán)軸槽(27)中，與接管(26)下部的環(huán)形連接板(24)連接，把接管(26)臨時(shí)固定在變徑鋼管(3)的頂部。每個(gè)接管(26)下部具有環(huán)形連接板(24)，頂部具有接管套環(huán)(22)。接管(26)與接管(26)之間也通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓軸(23)、轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓(25)、套環(huán)軸槽(27)臨時(shí)固定起來(lái)。變徑鋼管(3)的上部設(shè)有加料口(19)、擋板(20)和補(bǔ)強(qiáng)板(21)；每個(gè)接管(26)上部也設(shè)有加料口(19)、擋板(20)和補(bǔ)強(qiáng)板(21)(
圖1B頂部沒(méi)示出)。變徑鋼管(3)頂部和各接管(26)頂部的接管套環(huán)(22)的外徑與預(yù)制樁頭(14)的直徑相等，所以在沉管過(guò)程中主要是預(yù)制樁頭(14)和各接管套環(huán)(22)與孔壁土接觸，起到孔道內(nèi)壓桿的中點(diǎn)或支點(diǎn)的作用，防止壓桿失穩(wěn)變形。
參照
圖1A、
圖1B、圖2、圖3和圖4，潛水電動(dòng)機(jī)(4)的三相電源導(dǎo)線(29)外為導(dǎo)線保護(hù)軟管(10)、受導(dǎo)線保護(hù)板(30)、軟管夾子(11)和接管套環(huán)(22)上的導(dǎo)線槽(28)的保護(hù)向上引出。潛水電動(dòng)機(jī)(4)與三相電源導(dǎo)線(29)交界處設(shè)防水密封圈(5)，潛水電動(dòng)機(jī)(4)的轉(zhuǎn)軸與保護(hù)罩(8)底部的交界處也設(shè)防水密封圈(5)。
本實(shí)用新型根據(jù)下述原理達(dá)到提高灌注混凝土樁質(zhì)量的目的。
(a)流塑狀態(tài)下的松疏混凝土在振動(dòng)力的作用下，石子、砂和水泥漿的位置會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，水泥漿帶動(dòng)砂子向下移動(dòng)，填充石子間的空隙；另一方面，石子會(huì)互相靠近，其間的空隙減少，將原空隙中的多余的水泥和砂子擠走，形成均勻密實(shí)的混凝土整體。所以即使有部分混凝土在注入時(shí)產(chǎn)生了離析現(xiàn)向，經(jīng)振動(dòng)也不會(huì)影響整個(gè)混凝土樁的質(zhì)量。
(b)受振動(dòng)的混凝土在上部混凝土的重力作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力，使樁四周的混凝土緊壓孔壁土，一方面增加了樁側(cè)面與孔壁土之間的摩擦力，提高了樁本身的承載能力；另一方面阻止地下水和軟弱土向混凝土內(nèi)滲透，避免樁截面縮頸現(xiàn)象的發(fā)生。
(c)振動(dòng)對(duì)混凝土中水泥漿與石子間的粘結(jié)力及水泥漿與管內(nèi)壁的吸附力都有干擾作用而使其減??；提管過(guò)程中，下部孔道中的壓力下降，對(duì)鋼管(1)內(nèi)的混凝土產(chǎn)生向下的吸引力；加上混凝土自重的作用，管內(nèi)混凝土就不易隨管上升，可避免斷樁或樁截面混凝土不足現(xiàn)象的出現(xiàn)。
(d)在沉管和提管的全過(guò)程中，注入的混凝土在卸出之前都在管內(nèi)，由接頭縫隙及加料口(19)和擋板(20)間的縫隙滲入管中的地下水量很少，水泥漿不易被稀釋，所以不會(huì)對(duì)管內(nèi)混凝土的質(zhì)量帶來(lái)大的影響。
圖6是本實(shí)用新型在水中施工示意圖。與陸地施工作業(yè)不同，變徑鋼管(3)和各接管(26)上部的加料口(19)、擋板(20)和補(bǔ)強(qiáng)板(21)全部取消而封閉起來(lái)，按以下七個(gè)步驟進(jìn)行。
(a)按樁位用鉆孔機(jī)鉆孔至鋼筋籠(32)的底部位置后，提出鉆頭，移走鉆機(jī)；(b)放入套管(31)和鋼筋籠(32)到鉆孔底；(c)將預(yù)制樁頭(14)臨時(shí)用掛鉤(18)掛在斜板(17)上，從變徑鋼管(3)頂端注滿混凝土后入水。當(dāng)變徑鋼管(3)頂端到便于接管操作位置的高度時(shí)，將接管(26)放入接管套環(huán)(22)內(nèi)，用轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓(25)連接緊；(d)繼續(xù)入水，當(dāng)接管(26)頂端到接管操作位置高度時(shí)，從剛接上的接管(26)頂端注滿混凝土后再入水；到預(yù)制樁頭(14)進(jìn)入土層后，轉(zhuǎn)動(dòng)最上一節(jié)接管(26)，使掛鉤(18)從斜板(17)上脫鉤；(e)往土層中沉管、接管、注混凝土，到預(yù)制樁頭(14)到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高位置為止；(f)給潛水電動(dòng)機(jī)(4)接通電源，使振動(dòng)頭(7)振動(dòng)，同時(shí)提管；當(dāng)一節(jié)接管(26)提出水面后，卸管，并從下一節(jié)接管(26)頂端補(bǔ)注混凝土；(g)繼續(xù)提管、卸管、補(bǔ)注混凝土到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高位置為止(樁的頂端可在水中，也可在水面以上)。最后將鋼管(1)提出水面。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了樁身混凝土均勻密實(shí)和承載能力有所提高以外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)(a)成樁效果高，可以用較小型的打樁機(jī)具達(dá)到大型打樁機(jī)具的打樁效果。
沉管過(guò)程中，主要是預(yù)制樁頭(14)和各接管套環(huán)(22)與孔壁土接觸，側(cè)向摩擦阻力很?。划?dāng)樁端阻力較大時(shí)，可用振動(dòng)頭(7)振動(dòng)預(yù)制樁頭(14)，干擾樁端下面土層結(jié)構(gòu)，減小樁端阻力，提高沉樁效率；提管時(shí)，管內(nèi)混凝土對(duì)管內(nèi)壁的吸附力受振動(dòng)干擾而減小，同時(shí)管外的孔壁土與各接管套環(huán)(22)的摩擦力也受振動(dòng)而減小，所以提管所需的提升力減小。總之，沉管快，提管也快，且所需設(shè)備的動(dòng)力也小。
(b)節(jié)約水泥和鋼材，造價(jià)低廉。
根據(jù)樁的受力狀態(tài)，一般的樁可分段使用不同標(biāo)號(hào)的混凝土，下部樁身采用低標(biāo)號(hào)的，上部采用C15或C20，可減少水泥用量；鋼筋只需上部配置，減少鋼材用量。樁本身造價(jià)僅為預(yù)制鋼筋混凝土樁的一半左右。另外本實(shí)用新型裝置本身的造價(jià)也較低廉。
(c)適用范圍廣泛。
不僅克服了現(xiàn)有灌注混凝土樁施工技術(shù)中的許多困難，而且能在水中灌注密實(shí)的混凝土樁，從而在很多場(chǎng)合可以取代預(yù)制鋼筋混凝土樁。
(d)制作簡(jiǎn)便，操作容易，且便于管理。
由于裝置本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以制作簡(jiǎn)便；另外施工工藝不復(fù)雜，不需要采用別的輔助技術(shù)措施。沉管時(shí)用靜力壓樁機(jī)施力，噪音小，振動(dòng)也??；提管時(shí)用起重機(jī)起吊。分開(kāi)作業(yè)，便于管理，施工現(xiàn)場(chǎng)也容易保證安全。
本實(shí)用新型所用潛水電動(dòng)機(jī)(4)、軟軸(6)和振動(dòng)頭(7)等均可在市場(chǎng)上購(gòu)到，防水密封圈(5)的安裝措施也為現(xiàn)有技術(shù)，具體實(shí)施本實(shí)用新型時(shí)還需注意以下三方面(a)樁頭預(yù)留洞(15)的直徑比振動(dòng)頭(7)的直徑大6至8cm，混凝土的骨料可進(jìn)入其空隙。在沉管過(guò)程中，當(dāng)需開(kāi)動(dòng)振動(dòng)頭(7)振動(dòng)預(yù)制樁頭(14)、干擾樁端下土的結(jié)構(gòu)減小樁端阻力時(shí)，不致產(chǎn)生空振。
(b)變徑鋼管(3)上部管的內(nèi)截面面積略小于鋼管(1)內(nèi)截面面積減去潛水電動(dòng)機(jī)(4)截面面積后剩下的面積，使混凝土下落時(shí)呈擴(kuò)散趨勢(shì)。
(c)保護(hù)罩(8)的頂部夾角不超過(guò)20度。
權(quán)利要求1.一種屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域中基礎(chǔ)工程專用的振動(dòng)灌注混凝土樁施工裝置，在鋼管(1)中央裝有潛水電動(dòng)機(jī)(4)，通過(guò)軟軸(6)與振動(dòng)頭(7)相連，其特征是(1.1)鋼管(1)頂部固定有變徑鋼管(3)；鋼管(1)底部具有加勁板(12)，經(jīng)壓板(13)和傳力板(16)壓向預(yù)制樁頭(14)；依靠斜板(17)和掛鉤(18)把預(yù)制樁頭(14)臨時(shí)固定在鋼管(1)的底部；(1.2)通過(guò)支架(9)把帶保護(hù)罩(8)的潛水電動(dòng)機(jī)(4)固定在鋼管(1)的上部中央；三相電源導(dǎo)線(29)外為導(dǎo)線保護(hù)軟管(10)，經(jīng)導(dǎo)線保護(hù)板(30)、軟管夾子(11)和接管套環(huán)(22)上的導(dǎo)線槽(28)向上引出；(1.3)振動(dòng)頭(7)完全伸入預(yù)制樁頭(14)中的樁頭預(yù)留洞(15)中；(1.4)變徑鋼管(3)頂部具有接管套環(huán)(22)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓軸(23)、轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓(25)、套環(huán)軸槽(27)和接管(26)下部環(huán)形連接板(24)把接管(26)臨時(shí)固定在變徑鋼管(3)頂部；每個(gè)接管(26)頂部具有接管套環(huán)(22)，下部具有環(huán)形連接板(24)，接管(26)與接管(26)之間也通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓軸(23)、轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓(25)、套環(huán)軸槽(27)臨時(shí)固定起來(lái)；(1.5)變徑鋼管(3)上部和每個(gè)接管(26)上部設(shè)有加料口(19)、擋板(20)和補(bǔ)強(qiáng)板(21)。
2.按權(quán)利要求1所述的振動(dòng)灌注混凝土樁施工裝置，其特征是(2.1)樁頭預(yù)留洞(15)的直徑比振動(dòng)頭(7)的直徑大6至8cm；(2.2)潛水電動(dòng)機(jī)(4)的保護(hù)罩(8)的頂部夾角不超過(guò)20度；潛水電動(dòng)機(jī)(4)與三相電源導(dǎo)線(29)交界處設(shè)防水密封圈(5)，潛水電動(dòng)機(jī)(4)的轉(zhuǎn)軸和保護(hù)罩(8)的底部交界處也設(shè)防水密封圈(5)；(2.3)變徑鋼管(3)上部?jī)?nèi)截面面積略小于鋼管(1)內(nèi)截面面積減去潛水電動(dòng)機(jī)(4)截面面積所剩的面積；(2.4)各接管套環(huán)(22)的外徑與預(yù)制樁頭(14)的直徑相等。
專利摘要一種屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域中基礎(chǔ)工程專用的振動(dòng)混凝土樁施工裝置，是中空軸立式潛水電動(dòng)機(jī)經(jīng)軟軸直接帶動(dòng)振動(dòng)頭振動(dòng)的長(zhǎng)柱狀機(jī)具，在其上再加接多根接管。邊沉管邊注入混凝土，再邊提管邊振動(dòng)混凝土。根據(jù)振動(dòng)使流塑狀態(tài)下的混凝土均勻密實(shí)的原理，最后制成密實(shí)的灌注混凝土樁。本裝置簡(jiǎn)單易行，不僅能在有地下水、淤泥和流砂等場(chǎng)地直接施工，而且能在水中直接灌搗混凝土樁，從而可以取代預(yù)制混凝土樁。
文檔編號(hào)E02D5/38GK2100418SQ9120634
公開(kāi)日1992年4月1日 申請(qǐng)日期1991年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月22日
發(fā)明者王昌貴 申請(qǐng)人:王昌貴