一种组合式吊打锤击沉管灌注桩施工系统及方法与流程

1.本发明涉及沉管灌注桩施工技术，具体涉及一种组合式吊打锤击沉管关注桩施工系统及方法。


背景技术：

2.沉管灌注桩是土木建筑工程中众多类型桩基础中的一种，采用与桩的设计尺寸相适应的钢管(即套管)，在端部套上桩尖后沉入土中后，在套管内吊放钢筋骨架，然后边浇筑混凝土边振动拔管，利用拔管时的振动捣实混凝土而形成所需要的灌注桩。这种沉管灌注桩适用于在有地下水、流砂、淤泥的情况。
3.近年来，沿海地区及周边建筑基础施工中，由于传统的沉管灌注桩在填砂层、中砂层部位下压钢护筒压桩力大，压桩困难，部分桩孔在极限状态下仍然无法下压护筒，在实际的施工中通过先行引孔的穿透填砂层、中砂层的方式来辅助沉管施工。
4.沉管灌注桩的施工方法有两种，一种是采用静压沉管灌注桩机台的静压沉管施工工艺，另一种是采用高桩架液压锤击沉管灌注桩机台，锤击沉管灌注桩施工工艺。然而目前静压沉管灌注桩机台大部分都改装成静压预制管桩机台，现留存的能满足压力值施打能力的静压沉管灌注桩机械数量少且老旧，后期维修率高。高桩架液压锤击沉管灌注桩机台市面更是少之又少，受沿海风力影响，高桩架液压锤击沉管灌注桩机台出于安全因素考虑无法安排夜间加班施工。并且，外用步履式高桩架液压锤击打桩机进行施工，液压打桩锤、钢套管、高频振动锤均安装与打桩机导向支架上，导向支架用于钢护筒的导向定位，但是，这种装置在施工过程中由于设备庞大且架设高度高设备移动速度慢施工效率低；该种设备在市场上资源少，对于无法满足现场施工进度要求；施工过程钢套管安装打桩设备上，只能在桩基从沉管到完成桩基施工拔管后才能进行下一根桩基施工，无法实行工序流水穿插施工。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种组合式吊打锤击沉管灌注桩施工系统及方法。
6.本发明采用的技术方案为：一种组合式吊打锤击沉管灌注桩施工系统，包括引孔系统、打桩系统和助拔系统，其中，
7.所述引孔系统包括引孔机和定位护筒，所述引孔机的动力端与定位护筒的上端相连，用于将定位护筒垂直压入土体内，并从定位护筒内取土；定位护筒压入至土体内设定深度后，与引孔机脱离；
8.所述打桩系统包括履带吊、液压打桩锤和钢套管，所述履带吊的起吊端与液压打桩锤相连，液压打桩锤的击打端向下正对钢套管的上端，钢套管与定位护筒同轴配置，液压打桩锤用于将若干钢套管依次从定位护筒内打入土体内；
9.所述助拔系统包括高频振动锤，高频振动锤用于将钢套管从土体内拔出。
10.按上述方案，所述定位护筒顶部安装有限位环板，限位环的内圈与钢套筒适配；在限位环板下方安装限位钢筋，限位钢筋位于定位护筒内壁与钢套管的外壁之间，用于对钢套管进行限位。
11.按上述方案，所述限位环板为分体式结构，由两个半环形板拼接而成，两个半环形板的上部设有把手。
12.按上述方案，首节钢护筒的下端安装有桩靴。
13.按上述方案，所述桩靴的下端为尖状。
14.按上述方案，所述桩靴上连接有抗浮笼钢筋倒钩，抗浮笼钢筋倒钩可与桩基钢筋笼底部的钢筋井字架相连。
15.按上述方案，高频振动锤的下端设有夹具，夹具的下端形成径向向内的凸起；所述钢套管的上部外壁开设有与凸起适配的卡孔，拔管时，夹具的凸起卡入钢套管卡孔内，高频振动锤边振动边利用夹具向上提拉钢套管。
16.本发明还提供了一种组合式吊打锤击沉管灌注桩施工方法，该工艺包括以下步骤：
17.步骤一、构建桩基施工数据库,导出现场桩基施工数据；
18.步骤二、施工准备；提供如权利要求1～7中任意一项所述施工系统的各设备，根据预测桩基的施工长度配备合适的钢护筒焊接制作，桩靴及抗浮笼钢筋倒钩焊接加工固定在首节钢护筒的端部；
19.步骤三、引孔系统工作，引孔机引孔下定位护筒；
20.步骤四、打桩系统工作，使多节钢套管依次穿过定位护筒进入土体成孔；
21.步骤五、灌注桩成桩后，利用助拔系统上拔钢套管。
22.按上述方案，步骤一的具体方法为：
23.首先，利用bim技术进行桩长预测：依据地勘报告整理出各勘测点地层标高数据，在cad软件中批量生成各个地勘勘测点的三维点位坐标，拟合出三维曲线坐标网；
24.其次，将三维曲线坐标网导入至ug软件中，根据地勘报告中各个地勘勘测点的地质土层情况，对场地地形地质进行拟合建模，构建场地地形地质模型，将工程桩基的坐标点位投影至拟合的场地地形地质模型上，提取高程数据；
25.最后，在revit软件中使用dynamo进行可视化编程，批量生成预判桩基模型；基于场地地形地质模型和工程桩基模型，从而构建桩基施工数据库,导出现场桩基施工数据。
26.本发明的有益效果为：
27.1、设备投产快，施工工效高。本发明在现有高桩架锤击工艺的基础上取消了导向支架，采用履带吊吊打液压锤直接锤击的方式进行沉管施工，设备现货充足，无需改装，可立即投产施工，施工效率高，成桩速度快，保证了工期进度。
28.2、单桩承载力高，成桩质量稳定可靠。设置钢桩靴，保证孔内无沉渣，在钢桩靴上焊制挂钩并在钢筋笼底部与井字架使其连接在一起，防止拔管浇筑混凝土时浮笼；同时锤击过程钢套管进行全护筒跟进，有效避免了成桩过程中塌孔、缩径、夹杂、断桩等情况的发生，锤击过程中将周边土体进行挤压密实，有效增大了桩身的侧阻力，增大了桩身的承载力。采用高频振动锤上拔钢套管，将钢套管和钢筋笼通过高频振动有效分离，同时起到混凝土振动密实作用，确保了桩基施工质量。
29.3、沉桩能力强，周转利用率高。设计桩靴，可通过调节液压冲击锤的行程高度或增加油泵数量等形式，确保锤击过程桩靴能够穿透厚砂层、碎裂状夹层或孤石等高密实或坚硬土层，达到有效成孔的目的；同时重复周转利用钢护筒，确保桩基成孔达到流水施工状态，降低成本。
30.4、适用性广，环保效益好。该工艺不仅适用于厚砂层、高水位、强腐蚀等各类复杂地质条件，且可通过焊接钢套管灵活选择桩长(可达40多米)、桩径，实现动态设计。成桩无需泥浆护壁,无泥浆排放，对场地及周边环境污染小，安全文明高，节约成本。
31.5、本发明的各设备资源充足，可以有效的解决步履式高桩架液压锤击打桩机设备资源不足的问题；且履带吊与步履式高桩架液压锤击打桩机相比，行动灵活，节省了移机时间，提高了施工功效。打桩系统与钢套管之间是相对独立的，可在一个施工时间段内同时进行多根桩基的成孔，实现钢筋笼吊桩、混凝土浇筑等工序在桩基间流水施工，节约工期。
附图说明
32.图1为本发明中引孔系统的结构示意图。
33.图2为本发明中沉管系统的结构示意图。
34.图3为本发明中拔管系统的结构示意图。
35.图4为本发明中高频振动锤的卡具与定位护筒的连接示意图。
36.图5为本发明中桩靴与抗浮笼钢筋倒钩的连接示意图。
37.图6为本实施例中限位环板的位置示意图。
38.图7为本实施例中限位钢筋的位置示意图。
39.其中：1、引孔机；2、定位护筒；3、履带吊；4、液压打桩锤；5、钢套管；6、桩靴；7、抗浮笼钢筋倒钩；8、高频振动锤；8.1、夹具；9、限位环板；9.1、把手；9.2、半环形板；10、限位钢筋。
40.具体实施方法
41.为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
42.如图1～3所示的一种组合式吊打锤击沉管灌注桩施工系统，包括引孔系统、打桩系统和助拔系统，其中，
43.所述引孔系统包括引孔机1和定位护筒2，所述引孔机1的动力端与定位护筒2的上端相连，用于将定位护筒2垂直压入土体内，并从定位护筒2内取土；定位护筒2压入至土体内设定深度后，与引孔机1脱离；
44.所述打桩系统包括履带吊3、液压打桩锤4和钢套管5，所述履带吊3的起吊端与液压打桩锤4相连，液压打桩锤4的击打端向下正对钢套管5的上端，钢套管5与定位护筒2同轴配置，液压打桩锤4用于将若干钢套管5依次从定位护筒2内打入土体内；
45.所述助拔系统包括高频振动锤8，高频振动锤8用于将钢套管5从土体内拔出。
46.本发明中，所述引孔机1、履带吊3、液压打桩锤4和高频振动锤8均为行业内成熟设备，这里不再赘述。
47.优选地，如图5和图6所示，所述定位护筒2顶部安装有限位环板9，限位环9的内圈与钢套筒5适配；在限位环板9下方安装限位钢筋10，限位钢筋10位于定位护筒2内壁与钢套管5的外壁之间，用于对钢套管5进行限位。优选地，所述限位环板9为分体式结构，由两个半
环形板9.2拼接而成，两个半环形板9.2的上部设有把手9.1。如图5所示，本实施例中，在定位护筒2的顶部安装限位环板9、内部加焊四根限位钢筋10(采用直径为25的钢筋制作)，对钢套管5进行内部限位，可有效保障钢护筒5的垂直度，保证了吊打锤击成孔的垂直度。
48.优选地，首节钢护筒的下端安装有桩靴6，所述桩靴6的下部为尖状；桩靴6为钢制结构。本实施例中，所述桩靴6与首节钢套管5采用点焊临时固定连接，能确保整体吊起不脱落即可，锤击钢套管5沉桩时由于受冲击力作用，桩靴6可脱离首节钢套管。
49.优选地，所述桩靴6上连接有抗浮笼钢筋倒钩7，抗浮笼钢筋倒钩7可与桩基钢筋笼底部的钢筋井字架相连。在混凝土浇筑中，混凝土对桩基钢筋笼会有一个向上的浮力，利用抗浮笼钢筋倒钩钩7住钢筋笼底部的钢筋井字架，可有效防止钢筋笼上浮。施工时，钢筋井字架焊接在桩基钢筋笼的底部，下放桩基钢筋笼时使抗浮笼钢筋倒钩7钩住钢筋井字架。
50.优选地，如图4所示，高频振动锤8的下端设有夹具8.1，夹具8.1的下端形成径向向内的凸起；所述钢套管5的上部外壁开设有与凸起适配的卡孔，拔管时，夹具8.1的凸起卡入钢套管5卡孔内，高频振动锤8边振动边利用夹具8.1向上提拉钢套管5。
51.本发明中，所述引孔机1为双动力头引孔机1，具体地，为履带式长螺旋多功能钻机；其中一个动力头进行定位护筒2的安装及下压，另一个动力头进行定位护筒2内取土工作，两个动力头同步工作。引孔机1的配置均为现有技术，这里不再赘述。
52.一种组合式吊打锤击沉管灌注桩施工方法，该工艺包括以下步骤：
53.步骤一、构建桩基施工数据库,导出现场桩基施工数据。具体方法为：
54.首先，利用bim技术进行桩长预测：依据地勘报告整理出各勘测点地层标高数据，在cad软件中批量生成各个地勘勘测点的三维点位坐标，拟合出三维曲线坐标网；
55.其次，将三维曲线坐标网导入至ug软件中，根据地勘报告中各个地勘勘测点的地质土层情况，对场地地形地质进行拟合建模，构建场地地形地质模型，将工程桩基的坐标点位投影至拟合的场地地形地质模型上，提取高程数据；
56.最后，在revit软件中使用dynamo进行可视化编程，批量生成预判桩基模型；基于场地地形地质模型和工程桩基模型，从而构建桩基施工数据库,导出现场桩基施工数据，如施工长度、坐标等。
57.步骤二、施工准备。
58.提供如上所述施工系统的各设备，根据预测桩基的施工长度配备合适的钢护筒焊接制作，桩靴6及抗浮笼钢筋倒钩7焊接加工后，通过点焊固定在首节钢套管5的端部。
59.步骤三、引孔系统工作，引孔机1引孔下定位护筒2。
60.采用双动力头引孔机1，其中一个动力头进行定位护筒2的安装及下压，另一个动力头进行定位护筒2内取土工作，两动力头同时工作。
61.由于钢套管5锤击过程中上部无限位措施，无法保证桩基成孔的垂直度，为有效解决上述问题，在土体下部进行引孔，引孔过程中安装定位护筒2，确保对钢套管5进行有效限位，保证成孔的垂直度。
62.步骤四、打桩系统工作，使多节钢套管5依次穿过定位护筒2进入土体成孔。
63.利用吊打锤击成孔：将履带吊3和液压打桩锤4连接，形成锤击装置；将首节钢套管5放入定位护筒2内，并利用限位环板9和限位钢筋10限位；启动液压打桩锤4击打首节钢套管5的上端，直至首节钢套管5的上端进入定位套筒内；再依次锤击其他各节钢套管5，使各
钢套管5进入土体内成孔。
64.锤击过程中钢套管5遇砂层或中砂层进尺困难的情况下，可通过降低液压冲击锤的行程高度、增加油泵数量、增加锤击力度等多种组合形式，确钢桩管能够保穿透中砂层，达到有效成孔的目的。
65.步骤五、灌注桩成桩后，利用助拔系统拔管。
66.吊打锤击成孔后，在钢护筒内下放桩基钢筋笼，使抗浮笼钢筋倒钩7钩住桩基钢筋笼底部的钢筋井字架；浇筑混凝土，边浇筑混凝土边采用高频振动锤8上拔钢套管。上拔护筒过程中通过高频振动将钢套管5与桩基钢筋笼和桩靴6可有效进行分离，同时振动密实混凝土，有效避免了浮笼情况的发生，确保了桩基施工质量。
67.最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。