一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法与流程

本发明涉及建筑技术领域，特别涉及一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法。

背景技术：

近一个世纪以来，桩基础广泛应用于工业与民用建筑物、高耸构筑物及铁路、公路、桥梁建筑与道路经济领域。

按制作施工方法，桩基可分为挤土桩、非挤土桩和部分挤土桩三大类。其中，挤土桩包括预先设置桩、沉管灌注桩、福兰克桩等有40余种。其中振动沉管灌注桩是一种广泛适用于普通混凝土环境中的施工方式。振动沉管灌注桩是利用振动桩锤、振动冲击桩锤将桩管沉入土中，然后灌注混凝土而成。

振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。单打法是一般正常的沉管方法，它是将桩管沉入到设计要求的深度后，边灌注混凝土边拔管，最后成桩。适用于含水量较小的土层，且宜采用预先设置桩尖。桩内灌满混凝土后，先振动，在开始拔管，边振边拔，每拔一段距离停拔再振动5-10s，如此反复进行，直至桩管全部拔出。

反插法是在拔管过程中边振边拔，每次拔管05.-1.0m，向下反插0.3-0.5m，如此反复并保持振动，直至桩管全部拔出。在桩尖处1.5m范围内，宜多次反插以扩大桩的局部端面。

复打法是在单打法施工完拔出桩管后，立即在原桩位再放置第二桩尖，再第二次下沉桩管，将原桩位未凝结的混凝土向四周土中挤压，扩大桩径，然后再第二次灌混凝土和拔管。采用全长复打的目的是提高桩的承载力。

在工程实践中，由上述各方法形成的振动灌注桩普遍存在单位桩体积承载力较低的问题。

因此，如何克服现有技术中的振动灌注桩单位桩体积承载力低的 问题，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法，利用该方法成型的灌注桩单位体积承载能力比较强。

为解决上述技术问题，本发明提供一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法，该方法包括以下步骤：

S0、预先设置符合施工场地设计要求的桩孔，并组装振动桩锤、控制系统和带金枪头的振动杆；

S1、开启控制系统电源，将位于孔口标高位置的金枪头下放置于所述桩孔的孔底以下预定距离或达到系统激振力，并向所述桩孔内填充预定量的垫层材料；

S2、提升所述金枪头使其位于所述桩孔的孔底以上第一预定高度，启动振动杆向下运动至第二预定高度；

S3、判断所述金枪头的受力是否达到系统激振力，如果达到系统激振力，则继续进行胀径作业；否则，重复步骤S2。

可选的，所述步骤S1中的垫层材料的具体为干硬性混凝土或生石灰、黏土与碎石的混合拌合料。

可选的，所述步骤S2具体为：

S21、提升振动杆，使振动杆上金枪头位于孔底以上0.4-0.6m；

S22、启动振动杆向下运动至桩孔的孔底以下0.8-1.2m。

可选的，所述步骤S3中是否达到系统激振力的判断依据为：判断所述振动杆的向下位移速度是否大于预设速度，如果此时振动杆的位移速度小于等于所述预设速度，则达到系统激振力；否则，未达到系统激振力。

可选的，所述步骤S3中胀径作业具体为：

S31、提升振动杆，使振动杆的金枪头位于所述桩孔的孔底以上0.8-1.2m，向所述桩孔内填充预定量的干硬性混凝土；

S32、将振动杆下沉0.8-1m，判断所述金枪头所受力是否达到系 统激振力，如果达到系统激振力，则进入步骤S31；否则，进入步骤S33；

S33、再次提升振动杆，使振动杆的金枪头位于所述桩孔的孔底以上预定距离，然后重复步骤S32。

可选的，所述步骤S31结束，进入步骤S32之前，还进一步增加以下判断：

S312、判断振动杆上金枪头与所述桩孔孔口标高的距离，当所述振动杆的金枪头与所述桩孔孔口标高之间距离低于预定值时，将所述振动杆金枪头的高度放置在距离所述桩孔孔口标高预定值位置，并结束胀径作业；否则，进入步骤S32。

可选的，步骤S312中结束胀径作业后，还进行以下步骤：

S34、在桩顶非胀径段灌注混凝土，同时以一定速度提升振动杆，边振捣边提升将该处混凝土振捣密实，振动杆全部露出后，关闭振动桩锤。

可选的，所述步骤S1中振动桩锤为免共振变频电动振动桩锤。

可选的，在工作过程中，所述金枪头所承受的竖向总压力等于水平总压力。

桩孔底内填充的垫层材料可以为干硬性混凝土或生石灰、黏土与碎石的混合拌合料，这样有利于彻底消除孔底虚土和排除桩端土产生塑性变形的可能性。并且，这样有利于在桩端夯出一个扩大头，以增大桩端承载面积。

在一种优选的实施方式中，振动桩锤为免共振变频电动振动桩锤，在相同的电机功率情况下，该桩锤与变径灌注桩采用的DZ系列电动振动桩锤相比，更加环保、节能、安全、高效等优势。具体优势如下：

1、前者因无共振，故噪音为后者的1/2-1/3左右；

2、前者因无共振，故振动振幅为后者的1/15左右；

3、前者可变频，故能量消耗为后者的2/3左右，即节能1/3；

4、后者在共振时，对整体机架损害较大，甚至造成事故，前者 因无共振，设备的安全性较后者好；

5、前者具有能量转化系统，停机只需几秒钟，也可平稳快速启动；后者没有能量快速转化系统，停机过程历时时间长，可见前者效率比后者高很多。

附图说明

图1为本发明一种具体实施方式中振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法的流程图；

图2为本发明施工方法各阶段的桩基示意图。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法，利用该方法成型的灌注桩单位体积承载能力比较强。

针对背景技术中提到的技术问题，本发明进行了深入研究和探索，经过研究发现，造成现有技术中桩单位体积承载能力差的主要原因在于：现有技术成孔时孔壁处于松弛状态，桩所穿过的土层侧壁摩阻力未能发挥出来；并且孔底土层亦处于松弛状态，加之成孔时清孔不彻底，孔底或多或少留有虚土，桩端阻力亦不能发挥出来。

在上述研究的基础上，本文进一步提出了解决背景技术问题的技术方案，请参见以下描述。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明一种具体实施方式中振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法的流程图；图2为本发明施工方法各阶段的桩基示意图。

本发明提供了一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法，灌注桩施工主要包括三个阶段夯底阶段、胀径阶段、振捣阶段，当然在进行夯底阶段之前必然存在预先设置符合施工场地设计要求桩孔阶段，具体地，桩孔的预先设置阶段可以按以下步骤进行：

S01、定位放线：成桩前，在施工场地按设计需求尺寸定位放线；

S02、安装螺旋钻孔机，对准桩位标记；

S03、开动螺旋钻孔机钻取桩孔，达到预设深度后停止钻，提出钻杆并放置孔口护筒；

S04、沉放钢筋笼至预设计要求深度。

上述步骤结束后，进行以下步骤：

S0、组装振动桩锤、控制系统和带金枪头的振动杆；

其中，振动桩锤可以使用免共振变频电动振动桩锤，优选使用DZP系列免共振变频电动振动桩锤，在相同的电机功率情况下，该桩锤与变径灌注桩采用的DZ系列电动振动桩锤相比，更加环保、节能、安全、高效等优势。具体优势如下：

1、前者因无共振，故噪音为后者的1/2-1/3左右；

2、前者因无共振，故振动振幅为后者的1/15左右；

3、前者可变频，故能量消耗为后者的2/3左右，即节能1/3；

4、后者在共振时，对整体机架损害较大，甚至造成事故，前者因无共振，设备的安全性较后者好；

5、前者具有能量转化系统，停机只需几秒钟，也可平稳快速启动；后者没有能量快速转化系统，停机过程历时时间长，可见前者效率比后者高很多。

相应地，控制系统主要控制本文中振动桩锤、振动杆等工作部件动作，故也是根据本文中所使用振动桩锤、振动杆等部件专门设置，准确控制各部件可靠动作。控制系统还可以包括GPRS通讯模块自动控制，将现场主要部件的工作信息传输至专业人员的显示界面上，例如手机等部件。主要工作信息包括设备代码、桩点编号、桩孔直径、孔底深度(孔口标高到孔底的距离)、夯底次数(胀径阶段向下位移1m动作的次数)、胀径个数(胀径阶段动作+动作的个数，还要记录个数中的次数)、完工时间。

本文所使用的金枪头的结构与现有技术也截然不同，本文中金枪头由若干锥状结构连接构成，包括底部圆锥面，该底部圆锥面的顶角 夹角范围为：45°-65°，还包括第一圆锥台、第二圆锥台，底部圆锥面、第一圆锥台、第二圆锥台自下而上连接，并且相邻两者通过一圆柱面过渡连接。在反插作业时，其所受的竖向总压力和水平总压力相等。

具体地，夯底阶段主要步骤为：

S1、开启控制系统电源，将位于孔口标高位置的金枪头下放置于桩孔的孔底以下预定距离或达到系统激振力，并向桩孔内填充预定量的垫层材料；

一般地，金枪头放置于桩孔的孔底以下1m左右；此时桩孔底端内填充的垫层材料可以为干硬性混凝土或生石灰、黏土与碎石的混合拌合料，这样有利于彻底消除孔底虚土和排除桩端土产生塑性变形的可能性。

S2、提升金枪头使其位于桩孔的孔底以上第一预定高度，启动振动杆向下运动第二预定高度；具体地，提升金枪头使其位于桩孔的孔底以上0.4-0.6m左右，启动振动杆向下运动0.8-1.2m左右；

一般地，桩机包括桩机主体，卷扬，卷扬中缠绕有钢丝绳，桩机主体的顶部设置有定滑轮，卷扬钢丝绳的自由端绕过定滑轮连接振动桩锤，振动杆的上下位移是通过控制卷扬钢丝绳的收放实现的，卷扬钢丝绳的收放是通过变频电机的转动实现。

S3、判断金枪头的受力是否达到系统激振力，如果达到系统激振力，则继续进行胀径作业；否则，重复步骤S2。

这样有利于在桩端夯出一个扩大头，以增大桩端承载面积。

上述各实施例中，步骤S3中是否达到系统激振力的判断依据为：判断所述振动杆的向下位移速度是否大于预设速度，如果此时振动杆的位移速度小于等于所述预设速度，则达到系统激振力；否则，未达到系统激振力。例如在一种具体施工环境中，预设速度为10mm/sec，当振动杆向下位移速度小于等于10mm/sec时，控制系统认为金枪头受力达到系统激振力；当振动杆向下位移速度大于10mm/sec时，控制系统认为金枪头受力未达到系统激振力，继续进行步骤S2。

当然，激振力的判断不局限于速度，还可以为直接测量力等方式。

在上述实施例的基础上，当夯底阶段结束后，进入胀径作业阶段，胀径作业具体为：

S31、提升振动杆，使振动杆的金枪头位于所述桩孔的孔底以上0.8-1.2m，向所述桩孔内填充预定量的干硬性混凝土；

S32、将振动杆下沉0.8-1m，判断所述金枪头所受力是否达到系统激振力，如果达到系统激振力，则进入步骤S31；否则，进入步骤S33；该处系统激振力的判断与上述夯底阶段判断相同，在此不做赘述。

S33、再次提升振动杆，使振动杆的金枪头位于所述桩孔的孔底以上预定距离，然后重复步骤S32。预定距离可以为1m，也可以为其他数值。

所述步骤S31结束，进入步骤S32之前，还进一步增加以下判断：

S312、判断振动杆上金枪头与桩孔孔口标高的距离，当所述振动杆的金枪头与所述桩孔孔口标高之间距离低于预定值(预定值优选1m)时，将所述振动杆金枪头的高度放置在距离所述桩孔孔口标高预定值位置，并结束胀径作业；否则，进入步骤S32。

桩身向外扩张一定直径(胀径)，将桩侧土摩阻力改变为桩侧土对桩的挤压力(成剪力形式)。桩身可以采用强度等级为C40的干硬性混凝土制成，以增大桩身混凝土的刚度和强度。

胀径作业结束后，进入振捣阶段，振捣阶段的主要操作步骤为：

S34、在桩顶非胀径段灌注混凝土，同时以一定速度提升振动杆，边振捣边提升将该处混凝土振捣密实，振动杆全部露出后，关闭振动桩锤。

上述各实施例中的振动杆可以采用壁厚大于等于16mm的厚壁无缝钢管。

以上对本发明所提供的一种振动夯底胀径干硬性混凝土灌注桩施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的 方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。