消散预制管桩沉桩产生的超孔隙水压力的装置及方法与流程

1.本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种消散预制管桩沉桩产生的超孔隙水压力的装置及方法。


背景技术：

2.预制混凝土管桩因其具有强度等级高、质量可靠、造价低廉、施工速度快、可文明施工等优点被工程界广泛应用。管桩是一种挤土桩，沉桩过程中，特别是在饱和软土中或者在桩身有隔水层、桩端为砂层的地层中沉桩，会产生很高的超孔隙水压力，由于土体对桩芯的堵塞效应，超孔隙水压力很难在短时间内消散，随着超孔隙水压力不断升高，土体有效应力会逐渐下降，影响桩基承载力；过高的超孔隙水压力也影响后续管桩的沉桩质量和沉桩速度，甚至威胁邻近建构筑物的安全；超孔隙水压力在施工后一段时间内的消散还会引起土体强度的变化。目前传统解决方法主要是井点降水、预钻孔法、砂井或塑料板排水法等。
3.然而，现有技术的缺点如下：(1)井点降水法在降水过程中容易引起周边地面和建构筑物的沉降；(2)预钻孔法、砂井或塑料板排水法施工工序多，施工效率低，增加成本。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种消散预制管桩沉桩产生的超孔隙水压力的装置及方法，以解决现有技术中超孔隙水压力不便消除，且施工工序多、施工效率低的问题。
5.基于上述目的，本发明提供了一种消散预制管桩沉桩产生的超孔隙水压力的装置，包括管桩、设于管桩端部的端头板和设于端头板底面的桩尖，所述装置还包括用于贯穿端头板以插入管桩桩芯端部内的柔性塞和设于柔性塞的填充腔内且通过吸热融化的填充物，所述柔性塞的插入端面设有用于连通填充腔与管桩桩芯的第一通孔，所述桩尖设有第二通孔，所述填充物吸热融化以使第二通孔与第一通孔连通形成沿管桩桩芯的水力通道。
6.所述柔性塞为梯形橡胶塞；所述梯形橡胶塞的底部敞口，以向内凹陷形成所述填充腔。
7.所述第一通孔为多个，多个第一通孔均布于梯形橡胶塞的顶端中部。
8.所述填充腔为设于柔性塞中部的圆柱形腔体或方形腔体。
9.所述填充物为冰冻块。
10.所述桩尖包括一体成型的底板和尖端加强部，所述底板背离尖端加强部的一面与端头板固定连接，且底板的中部为设置第二通孔的通孔区域，所述第二通孔贯穿通孔区域。
11.所述第二通孔为多个，多个第二通孔均布于通孔区域。
12.所述尖端加强部为十字形肋板。
13.本发明还提供采用所述装置的消散方法，包括如下步骤：
14.步骤一、用保温装置将填充有冰冻块的柔性塞运到工地现场；
15.步骤二、将柔性塞塞入管桩桩芯的端部；
16.步骤三、将桩尖焊接固定于端头板上；
17.步骤四、沉桩施工，待沉桩结束后，冰冻块融化，形成管桩桩芯的水力通道，沉桩产生的超孔隙水压力沿着管桩桩芯消散。
18.本发明的有益效果：
19.(1)本发明能快速消散预制管桩沉桩时产生的超孔隙水压力，具有结构简单、安装方便、排水效果好等优点，能够有效保障工程质量。
20.(2)本发明中采用的特制橡胶塞子，结构简单、安装方便。特制橡胶塞子呈顶端小(直径同管桩桩芯)、底端大(直径比管桩桩芯大)的梯形，其侧壁具有一定厚度和弹性，便于现场塞入桩芯，又能固定住冰冻块。
21.(3)本发明中，通过对普通管桩桩尖进行改造，在其底板上(桩芯区域)开多个小圆孔，在提高了桩基承载能力的同时，使其增添了水力通道的新功能，有利于节约成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图2为本发明桩尖的底视图；
25.图3为本发明梯形橡胶塞的结构示意图；
26.图4为本发明梯形橡胶塞的俯视图。
27.图中标记为：
28.1、管桩；2、管桩桩芯；3、柔性塞；31、橡胶侧壁；32、冰冻块；33、第一通孔；4、桩尖；41、通孔区域；42、底板；43、第二通孔；44、十字形肋板；5、端头板。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
30.需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
31.如图1所示，一种消散预制管桩1沉桩产生的超孔隙水压力的装置，包括管桩1、设于管桩1端部的端头板5和设于端头板5底面的桩尖4，该消散预制管桩1沉桩产生的超孔隙水压力的装置还包括用于贯穿端头板5以插入管桩桩芯2端部内的柔性塞3和设于柔性塞3
的填充腔内且通过吸热融化的填充物，柔性塞3的插入端面设有用于连通填充腔与管桩桩芯2的第一通孔33，桩尖4设有第二通孔43，填充物吸热融化以使第二通孔43与第一通孔33连通形成沿管桩桩芯2的水力通道。该装置采用可以吸热融化的填充物填充于柔性塞3的填充腔内，此时，第一通孔33与第二通孔43在填充物的阻隔作用下不连通，确保沉桩过程中土体无法进入管桩空腔(桩芯)；当沉桩结束填充物融化后，第一通孔33与第二通孔43之间没有阻隔作用而实现连通，进而使得管桩桩芯2内部空腔与管桩1外界环境相连通，使得沉桩产生的超孔隙水压力沿着管桩桩芯2快速消散。
32.其中，端头板一体成型于管桩的端部，且端头板的中部开设有与桩芯连通的孔。柔性塞可穿过端头板中部的孔，之后塞入桩芯端头内部。填充物可采用冰冻块32或其他可以融化的冻块。优选的，填充物采用冰冻块32。柔性塞3可采用橡胶材质或现有其他柔性材质制作。作为一种可选的实施方式，柔性塞3为梯形橡胶塞；梯形橡胶塞的底部敞口，以向内凹陷形成所述填充腔。采用此种外形呈梯形、橡胶侧壁31具有一定壁厚、底部敞口且顶部开设第一通孔33的梯形橡胶塞，由于橡胶塞子呈顶端小(直径同管桩桩芯2)、底端大(直径比管桩桩芯2大)的梯形，其侧壁具有一定厚度和弹性，便于现场塞入桩芯，又能固定住冰冻块32。填充腔可为设于柔性塞3中部的圆柱形腔体或方形腔体。优选的，填充腔为圆柱形腔体，冰冻块32完全契合圆柱形腔体进行填充，柔性塞3周向侧壁与管桩桩芯2形成面接触，便于与管桩桩芯2形成很好的密封效果，且此种结构设置，便于柔性塞3的安装塞入。
33.为了便于提高连通效果，第一通孔33为多个，多个第一通孔33均布于梯形橡胶塞的顶端中部。第一通孔33可为小圆孔、方孔或其他形状的孔。以第一通孔33设置为第一圆孔为例，在梯形橡胶塞的顶端中部开设多个第一圆孔，第一圆孔贯穿梯形橡胶塞的顶壁，形成填充腔与管桩桩芯2的连通通道。
34.作为一种可选的实施方式，桩尖4包括一体成型的底板42和尖端加强部，底板42背离尖端加强部的一面与端头板5固定连接，且底板42的中部为设置第二通孔43的通孔区域41，第二通孔43贯穿通孔区域41。此种结构设置，便于与端头板5固定连接，且便于形成第一通孔33与第二通孔43的直流通效果，减小流通阻力。需要与端头板5固定连接时，可将底板42与端头板5焊接连接，形成很好的固定连接效果。
35.为了便于提高连通效果，第二通孔43为多个，多个第二通孔43均布于通孔区域41。第二通孔43可为小圆孔、方孔或其他形状的孔。以第二通孔43设置为第二圆孔为例，在通孔区域41开设多个第二圆孔，第二圆孔贯穿通孔区域41，形成桩尖4与管桩桩芯2的连通通道。此种桩尖4结构设置，在其底板42上的通孔区域41(对应桩芯区域)开多个第二圆孔，在提高了桩基承载能力的同时，使其增添了水力通道的新功能，有利于节约成本。
36.为了便于提高桩尖4的强度及刚度，作为一种可选的实施方式，尖端加强部为十字形肋板。如图1所示，底板下部的锥形结构即为十字形肋板，即十字形肋板整体呈尖锥状，便于减小阻力。设置时，十字形肋板44应与第二通孔43的位置相错开，避免影响流通效果。
37.采用上述装置进行消散沉桩产生的超孔隙水压力的方法，包括如下步骤：
38.步骤一、用保温装置将填充有冰冻块的柔性塞运到工地现场；
39.步骤二、将柔性塞3塞入管桩桩芯2的端部；
40.步骤三、将桩尖4焊接固定于端头板5上；
41.步骤四、沉桩施工，待沉桩结束后，冰冻块32融化，形成管桩桩芯2的水力通道，沉
桩产生的超孔隙水压力沿着管桩桩芯2消散。
42.具体而言，事先对普通管桩1桩尖4进行改造，在其底板42上的通孔区域41(对应桩芯区域)开多个第二圆孔。在打桩现场，将带有冰冻块32的特制橡胶塞(外形呈梯形、橡胶侧壁31具有一定厚度、顶部带多个第一圆孔、底部敞口)塞入管桩桩芯2。之后将改造后的桩尖4焊接在端头板5的底面上。然后再进行沉桩施工；沉桩结束后，冰冻块32融化，沉桩产生的超孔隙水压力沿着管桩桩芯2快速消散。
43.在安装实施时，橡胶塞和冰冻块32一起冰冻成型，通过保温装置运到打桩现场直接安装，避免橡胶塞在安装前，冰冻块32出现融化的现象。
44.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
45.本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。