專利名稱：自平衡下沉大直徑管樁及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沉入樁及其施工方法，屬于土木工程深基礎(chǔ)工程中的樁基工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在土木工程深基礎(chǔ)施工中，現(xiàn)有的深基礎(chǔ)類型主要有樁基基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)，樁基
礎(chǔ)有沉入樁和灌注樁(現(xiàn)澆樁)兩大類。
1)沉入樁 含預(yù)制混凝土矩形樁(邊長250 500mm)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(①400mm 550mm)、和由日本引進的PHC樁(預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁、直徑800mm 1200mm)及大型管 柱(直徑1550mm 5800mm)。鋼樁有型鋼樁和鋼管樁(最大直徑1000mm 1200mm)。
沉入樁的工藝路線是靠錘擊、強力振動、射水沖沉和管腔內(nèi)除土等方法，突破樁的 側(cè)摩阻和端阻、使樁下沉到持力層或預(yù)定深度。因其錘擊、強力振動噪聲對環(huán)境影響，在城 鎮(zhèn)及其附近已很少使用；只有①400mm 550mm預(yù)應(yīng)力管樁和PHC樁，在沿海軟土地區(qū)還在 應(yīng)用。鋼樁因耗鋼量大、本來就很少應(yīng)用，目前只有在部分成樁困難或特殊要求下在需較強 穿透力的地層還有應(yīng)用。 振動下沉管柱由1957年武漢長江大橋成功使用①1550mm混凝土管柱后，在深水 橋梁基礎(chǔ)中發(fā)展較快。由武漢長江大橋①1550mm混凝土管柱到南京長江大橋①3600mm預(yù) 應(yīng)力混凝土管柱到贛江大橋直徑①5800mm最大直徑管柱。但由于管柱下沉靠施加強大振 動力、其振動力要求大于2倍的管柱重力，使振動沉樁機功率太大，受振動力制約管柱的長 度和直徑都不可能再大，同時因振動力對周邊建筑物(如護岸等)和管柱本身損傷等影響， 目前已很少使用。 鉆孔沉埋空心樁近十多年來在河南、湖南等地試用，其途徑是先成孔、后分節(jié)沉入 管樁、最后環(huán)形間隙填石壓漿成樁。受鉆孔制約其最大直徑在3m左右，環(huán)形間隙填石壓漿 與空心樁殼結(jié)成一體，其質(zhì)量可靠性和穩(wěn)定性受多種因素影響，尚待進一步探索，多年來只 在湖南常德澧水大橋等幾座橋梁試用、未見推廣。
2)鉆孔灌注樁 其方法是先成孔、后灌注混凝土成樁。近30年來在施工工藝、機械設(shè)備及檢測技 術(shù)等方面都取得了長足進展，直徑2. 5m 3m、樁長超過100m的大直徑超長樁成功使用，在 深基礎(chǔ)中顯示強大優(yōu)勢，成為橋梁基礎(chǔ)中的首選形式。 鉆孔樁由于成孔設(shè)備及圍巖穩(wěn)定、達到樁徑2. 5m 3m、最大4m，已經(jīng)做了很大努 力，樁徑再增大、難度很大。 由于樁徑增大、使空心管樁倍受關(guān)注，鉆孔樁空心成樁問題始終沒有突破。
鉆孔樁受樁徑制約，大中跨橋梁的樁基只能采用群樁承臺的結(jié)構(gòu)形式，群樁在軸 力、彎矩荷載作用下、單樁承載力極不均勻，其最大、最小值之比達到3 4，甚至出現(xiàn)負值 (一側(cè)樁受壓、另一側(cè)樁受拉)既增大了樁長、更增加基礎(chǔ)圬工量。鉆孔樁在深水和很厚的湖海相沉積軟土覆蓋層中，都需設(shè)置很長的護筒；如海灣大橋。2. 5m 2. 8m、長125m樁基 中、護筒長45m，南京長江二橋護筒長42m，舟山連島工程樁長110m、護筒長45m 60m，有些 長樁永久性鋼護筒已接近樁長的1/2 1/3 ;再加上鉆孔樁先天存在的泥漿中灌注混凝土 成樁，混凝土強度的穩(wěn)定性、可靠度低及樁側(cè)阻、端阻的降低和鉆孔排污問題都少有突破， 這些都制約了鉆孔樁的發(fā)展。
2沉井基礎(chǔ) —般用于入土較深、荷載很大的大型深基礎(chǔ)。其沉入主要靠自重克服井壁摩阻、井 內(nèi)全斷面除土降低端阻下沉。因之壁厚受自重和沉入阻抗制約，井壁較厚。
壁厚t^ Tp/Yc(ip井壁摩阻力、Yc混凝土容重)排水下沉時(設(shè)t p = 35KN/m2、 y c = 25KN/m3) ， t > 35KN/m2/25KN/m3 = 1. 4m ;
水中或不排水下沉時(t p = 35KN/m2、 y ' c = 15KN/m3) ， t > 35KN/m2/15KN/m3 = 2. 3m ; 在跨徑100m以下的橋梁，橋墩樁基豎向荷載在15000KN以下，直徑①3m 8m沉 井采用壁厚1. 5m 2. 5m，圬工量太大。 總之、從上述深基礎(chǔ)施工工藝路線看都是靠自重和外加動力作功，如錘擊、強力振 動、射水及井內(nèi)除土等克服樁側(cè)摩阻和端阻、使樁或沉井下沉或直接鉆孔埋置到預(yù)定的持 力層和深度，建成深基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自平衡下沉大直徑管樁以及施工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)
施工效率低、成本高、對施工機械功率要求高、對周邊建筑物以及管樁本身影響大的技術(shù)問
題，并解決大直徑管樁施工困難的技術(shù)問題。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種自平衡下沉大直徑管樁，管樁樁體包括至少兩節(jié)管樁，其特征在于所述管樁 樁體的直徑為①3m ①15m，上下相鄰兩節(jié)管樁之間設(shè)有中繼間，中繼間內(nèi)均勻間隔安裝 有一組中繼千斤頂，中繼千斤頂?shù)牡鬃O(shè)在上節(jié)管樁的下端面，中繼千斤頂?shù)纳炜s桿頂在 下節(jié)管樁的上端面，在相鄰兩個中繼千斤頂之間的管樁體內(nèi)交錯間隔設(shè)置有預(yù)留孔道，每 個預(yù)留孔道內(nèi)穿有一根拉桿，一組拉桿將各節(jié)管樁直線相連，每個拉桿的下端部在最下節(jié) 管樁的下端面上連接有錨固件，每個拉桿的上端部在最上節(jié)管樁的上端面上安裝有穿心式 千斤頂。 所述中繼間是上下兩節(jié)管樁之間的環(huán)形間隙，或者是均布在每節(jié)管樁下端面、用 于容置千斤頂?shù)陌佳?，凹穴上方的管樁樁體上有加寬牛腿，在環(huán)形間隙或凹穴外側(cè)的上節(jié) 管樁樁體外側(cè)連接遮擋鋼板，在上節(jié)管樁的下端面連接密封橡膠圈，中繼間和預(yù)留孔道7 在管樁就位、并取出中繼千斤頂后由混凝土封閉。 —種自平衡下沉大直徑管樁在無水地層的施工方法，其特征在于施工步驟如下
步驟一，在工廠或現(xiàn)場分節(jié)預(yù)制管樁樁體； 步驟二，將管樁運至沉樁位置，使下節(jié)管樁沉入地下，在下節(jié)管樁內(nèi)安裝除泥設(shè) 備； 步驟三，接高安裝上節(jié)管樁，用一組拉桿穿過上下節(jié)管樁的預(yù)留孔道，每個拉桿的下端部在下節(jié)管樁的下端面上連接有錨固件，每個拉桿的上端部在上節(jié)管樁的上端面上安 裝有一組穿心式千斤頂，將各節(jié)管樁直線相連為一體，在下節(jié)管樁與上節(jié)管樁2之間的中 繼間內(nèi)均勻?qū)ΨQ設(shè)置一組中繼千斤頂； 步驟四，除泥設(shè)備保持挖土，使上節(jié)管樁與下節(jié)管樁下沉入地下；
步驟五，接高安裝另一上節(jié)管樁，拉桿將各節(jié)管樁直線相連； 步驟六，將中繼間內(nèi)的一組中繼千斤頂同步啟動，以上節(jié)管樁的自重和上節(jié)管樁 樁側(cè)的摩擦阻力為支撐，向下頂壓下節(jié)管樁下沉一個行程； 步驟七，再同步啟動上述各節(jié)管樁頂部的穿心式千斤頂，以下節(jié)管樁的阻抗為支 撐，推動上節(jié)管樁向下跟進下沉一個行程； 步驟八，重復(fù)步驟四至七的操作，循環(huán)往復(fù)，直至所需樁深，這樣使上下節(jié)管樁相 互支撐、交替頂壓下沉，利用上節(jié)管樁自身摩阻的一部分作支撐，克服下節(jié)管樁的阻抗，實 現(xiàn)分節(jié)自平衡下沉； 步驟九，各節(jié)管樁均下沉到預(yù)定位置后，先封底、然后拆除中繼千斤頂和穿心式千 斤頂，用混凝土封閉中繼間，緊固拉桿，在預(yù)留孔道內(nèi)壓漿，從而使各節(jié)管樁連成整體；
步驟十，用貧混凝土、片石或砂礫回填管樁空心，或者按設(shè)計要求不回填，設(shè)置符 合樁柱合一結(jié)構(gòu)受力要求和樁與墩柱聯(lián)接需要的管樁頂蓋板。 所述步驟二中先在沉樁位置預(yù)挖基坑，其基坑的底寬和深度大于下節(jié)管樁的直徑 和高度，再使下節(jié)管樁由基坑內(nèi)沉入地下；除泥設(shè)備是挖斗式挖土機或吸泥機；步驟四，在 接高安裝另一上節(jié)管樁后，基坑內(nèi)填入回填土直至上節(jié)管樁頂側(cè)。 所述下節(jié)管樁的長度是3-4米，管壁厚度為直徑的1/10 1/8，靠下節(jié)管樁的自重 沉入地面以下。 所述管樁外側(cè)環(huán)向?qū)ΨQ設(shè)置四根錨樁，深度為2m 6m ;管樁頂?shù)睦瓧U與管樁頂面 橫梁連接，橫梁上面安裝一組穿心式千斤頂，用穿心式千斤頂加壓輔助管樁下沉，達到第二 節(jié)管樁入土后、啟動中繼千斤頂，開始分節(jié)自平衡下沉。 —種自平衡下沉大直徑管樁在水下的施工方法，其特征在于施工步驟如下 步驟一，在工廠或現(xiàn)場分節(jié)預(yù)制管樁樁體，將二至三節(jié)管樁組成一段預(yù)拼管樁，每
兩節(jié)管樁的交接邊緣處沿環(huán)向均勻?qū)ΨQ間隔設(shè)有中繼間，中繼間內(nèi)安裝有一組中繼千斤
頂，在與中繼千斤頂?shù)慕诲e位置，還在各節(jié)管樁的體內(nèi)沿環(huán)向均勻?qū)ΨQ間隔設(shè)置有一組預(yù)
留孔道，每個預(yù)留孔道內(nèi)穿有一根拉桿，拉桿的下端部連接有緊固件，上端部由一組穿心式
千斤頂張拉錨固，將二至三節(jié)管樁直線相連組成一段預(yù)拼管樁，運至施工現(xiàn)場； 步驟二，在管樁的周圍打四根錨樁，將預(yù)拼管樁吊入樁位，扶正就位，在四根錨樁
的頂部連接橫梁，同時安裝環(huán)向支撐，在橫梁上安裝四個穿心式千斤頂； 步驟三，在管樁內(nèi)安裝除泥設(shè)備，進行管樁內(nèi)除泥，同步啟動穿心式千斤頂，使預(yù) 拼管樁整體被頂壓下沉，直至預(yù)拼管樁的第一節(jié)管樁和二節(jié)管樁全部沉入土中；
步驟四，管樁入土深度到達自平衡沉入深度后，卸掉穿心式千斤頂、橫梁，同步啟 動中繼千斤頂，以頂壓預(yù)拼管樁的第二、三節(jié)管樁的自重和樁側(cè)的摩擦阻力為支撐，向下頂 壓頂壓預(yù)拼管樁的第一節(jié)管樁下沉一個行程； 步驟五，預(yù)拼管樁的第二、三節(jié)管樁以錨樁作支撐，同步啟動上述的一組穿心式千 斤頂頂壓預(yù)拼管樁的第二、三節(jié)管樁跟進一個行程，實現(xiàn)自平衡下沉；
7
步驟六，再接高一段管樁，重復(fù)以上步驟四至步驟五的操作，循環(huán)往復(fù)，直至所需 樁深，這樣上下節(jié)管樁相互支撐、交替頂壓下沉，利用上段管樁自身摩阻的一部分作支撐， 克服下沉段管樁的阻抗，實現(xiàn)分節(jié)自平衡下沉； 步驟七，管樁下沉到預(yù)定位置后，用水下混凝土封底、管腔排水后拆除中繼千斤 頂，用混凝土封閉中繼間，為防止中繼間進水在中繼間上下節(jié)端面設(shè)置封閉環(huán)，粘接防水橡 膠圈，在上下節(jié)管樁壓緊時將橡膠圈壓縮1/3 1/2防止中繼間進水，緊固拉桿，在預(yù)留孔道 內(nèi)壓漿，從而使各節(jié)管樁連成整體； 步驟八，用貧混凝土、片石或砂礫回填管樁空心，或者按設(shè)計要求不回填，設(shè)置符 合樁柱合一結(jié)構(gòu)受力要求和樁與墩柱聯(lián)接需要的管樁頂蓋板。 所述自平衡下沉大直徑管樁在水中下沉時，為固定管樁位置和初始階段管樁下沉 導向，及輔助頂壓，預(yù)先沿管樁外圍環(huán)向?qū)ΨQ位置沉入四根定位鋼管樁，定位樁的鋼管直徑 及入土深度根據(jù)承受水平力大小彈性阻抗及抗拔力需要確定。 所述管樁在水中周圍打四根定位鋼管樁，四根定位鋼管樁之間安裝環(huán)向支撐，環(huán) 向支撐至少為二道；一道沉入水中接近河底，另一道浮在水面。 所述預(yù)拼管樁第一、二節(jié)最小長度取5m，第三節(jié)根據(jù)需要選定長度5m 10m，各管 樁節(jié)間設(shè)中繼間，安裝防水中繼千斤頂，拉桿穿入預(yù)留孔道并予緊錨固，管腔內(nèi)置入充氣膠 囊，并與管樁頂格柵連接，浮運時膠囊充氣，使管樁浮起，管樁就位后，卸除管樁頂格柵，取 出充氣膠囊；中繼間上下節(jié)端面設(shè)置密封環(huán)和橡膠圈。 本發(fā)明的自平衡下沉大直徑管樁，在一、二節(jié)管樁入土后，啟動中繼千斤頂，靠上 節(jié)管樁自重和管樁側(cè)摩阻做支撐頂壓下節(jié)管樁下沉，然后靠下節(jié)管樁阻抗支撐，拉上節(jié)管 樁跟進下沉，這樣相互支撐、交替頂壓下沉。利用管樁自身摩阻的一部分作支撐克服下沉段 管樁的阻抗，實現(xiàn)自平衡沉入。
有益效果 (1)本發(fā)明的自平衡下沉大直徑管樁采用全斷面除土靠部分管樁自重和摩阻做支 撐，頂壓另一部分管樁、克服阻抗下沉，這樣兩節(jié)管樁互為支撐交替頂壓下沉，改變沉入樁 和沉井全靠錘擊，強力震動和自重克服摩阻下沉的工藝路線。使管樁下沉不受自重制約，管 樁壁厚按結(jié)構(gòu)受力需要和構(gòu)造要求選定，可以做成薄壁，壁厚一般為樁徑的1/20左右。與 靠自重下沉的沉井壁厚1. 5m 2. 5m相比，壁厚可減少70%，圬工量降低50%以上。與沉入 樁和振動下沉管柱相比，不需錘擊、強力震動等強大外力作功，使基礎(chǔ)工程費用可降低20% 以上。 (2)本發(fā)明的自平衡下沉大直徑管樁適用于樁徑①3m 10m、最大直徑可達 ①15m、在橋梁基礎(chǔ)中、可按需要選擇跨徑100m以下橋墩基礎(chǔ)的樁徑和樁長、采用樁柱合一 的結(jié)構(gòu)形式、不設(shè)承臺。 (3)本發(fā)明的自平衡下沉大直徑管樁樁底斷面大、剛度大，可充分利用端承和樁 側(cè)彈性阻抗，一般情況下、端承可占總承載力的50% 70%，鉆孔樁在同樣條件下端承只 占15% 20%。自平衡下沉大直徑管樁與鉆孔樁相比，突破了樁徑最大3m 4m的制約， 同時解決了空心成樁的難題，用管樁柱合一的基礎(chǔ)代替群樁承臺的結(jié)構(gòu)形式，樁長可縮短 1/3 1/2。橋墩基礎(chǔ)工程可降低造價20%以上。 (4)本發(fā)明的自平衡下沉大直徑管樁除用于橋梁基礎(chǔ)外，在水利、港工、海洋工程中也有廣闊的使用前途，在地鐵頂管等暗挖工程中作為臨設(shè)工程的豎井和泵房豎井在直徑 15m以內(nèi)可廣泛使用。


圖1為本發(fā)明自平衡下沉大直徑管樁的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A-A剖面圖； 圖3為自平衡下沉大直徑管樁在無水地層用予挖基坑填埋法施工步驟一的示意 ； 圖4為自平衡下沉大直徑管樁在無水地層用予挖基坑填埋法施工步驟二的示意 ； 圖5為自平衡下沉大直徑管樁在無水地層用予挖基坑填埋法施工步驟三的示意 ； 圖6為自平衡下沉大直徑管樁在無水地層用予挖基坑填埋法施工步驟四的示意 ； 圖7為本發(fā)明采用錨樁頂壓法施工的俯視狀態(tài)示意圖； 圖8為本發(fā)明采用錨樁頂壓法施工的主視狀態(tài)示意圖； 圖9為本發(fā)明在水下施工時在管樁周圍設(shè)置定位鋼管樁樁位的示意圖； 圖10為本發(fā)明在水下施工時制作預(yù)拼管樁的示意圖； 圖11為圖10的右視示意圖； 圖12為本發(fā)明在水下施工時定位樁及環(huán)向支撐的示意圖； 圖13是圖12的主視示意圖； 圖14為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟一的示意圖； 圖15為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟二的示意圖； 圖16為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟三的示意圖； 圖17為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟四的示意圖； 圖18為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟五的示意圖； 圖19為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟六的示意圖； 圖20為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟七的示意圖； 圖21為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟八的示意圖； 圖22為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟九的示意圖； 圖23為本發(fā)明在水下采用輔助頂壓法施工的步驟十的示意圖； 圖24為在管樁管壁外側(cè)中繼間上下端面設(shè)密封環(huán)和防水橡膠圈的示意圖。 附圖標記l-下節(jié)管樁、2-上節(jié)管樁、3-中繼間、4-中繼千斤頂、5-穿心式千斤
頂、6_拉桿、7_預(yù)留孔道、8_除泥設(shè)備、9_鋼板滑動套、10-地面、11-另一上節(jié)管樁、12-橫
梁、13-錨樁、14-定位鋼管樁、15_自平衡下沉大直徑管樁、16-樁頂格柵、17-錨固件、
18-套筒、19-套管、20-定位銷、21-環(huán)向支撐、22-定位鋼管樁、23-加寬牛腿、24-密封環(huán)和
防水橡膠圈、25-水面、26-基坑、27-遮擋鋼板。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明 參見圖1-圖2，一種自平衡下沉大直徑管樁，管樁樁體包括至少兩節(jié)管樁，其特征在于所述管樁樁體的直徑為①3m ①15m，上下相鄰兩節(jié)管樁之間設(shè)有中繼間3，中繼間內(nèi)均勻間隔安裝有一組中繼千斤頂4，中繼千斤頂4的底座設(shè)在上節(jié)管樁的下端面，中繼千斤頂4的伸縮桿頂在下節(jié)管樁的上端面，在相鄰兩個中繼千斤頂之間的管樁體內(nèi)交錯間隔設(shè)置有預(yù)留孔道7，每個預(yù)留孔道內(nèi)穿有一根拉桿6， 一組拉桿6將各節(jié)管樁直線相連，每個拉桿的下端部在最下節(jié)管樁的下端面上連接有錨固件17，每個拉桿的上端部在最上節(jié)管樁的上端面上安裝有穿心式千斤頂5。 參見圖2-圖4，所述中繼間3是上下兩節(jié)管樁之間的環(huán)形間隙，或者是均布在每節(jié)管樁下端面、用于容置千斤頂?shù)陌佳ǎ佳ㄉ戏降墓軜稑扼w上有加寬牛腿23，在環(huán)形間隙或凹穴外側(cè)的上節(jié)管樁樁體外側(cè)連接遮擋鋼板27，在上節(jié)管樁的下端面連接密封橡膠圈24，中繼間3和預(yù)留孔道7在管樁就位、并取出中繼千斤頂后由混凝土封閉。
中繼間泛指兩節(jié)管樁之間用于安裝中繼千斤頂?shù)脑O(shè)備間，其原本含義是中間加力站，在管樁自平衡下沉中出現(xiàn)的中繼間是指任意二節(jié)管樁間留有的環(huán)形間隙及在其間安裝的一組中繼千斤頂，中繼千斤頂環(huán)向?qū)ΨQ布置若干臺是為了滿足總頂力及均勻分布。兩節(jié)管樁間的中繼間可以是平行環(huán)形的間隙，也可以是凹穴形。如果千斤頂總頂力很大，需設(shè)置千斤頂較多時，各千斤頂之間間隔不是很大時，即不留凹形槽，而是在上、下兩節(jié)管樁端平面間留平行間隙，其中均勻設(shè)置千斤頂。如果設(shè)置千斤頂較少(如4臺6臺)，千斤頂間距較大(一般大于2m以上)時，可設(shè)置凹形槽以減小整環(huán)的間隙，這樣可以把環(huán)形間隙壓縮到最小量20cm-30cm，如不設(shè)凹形槽，環(huán)形間隙最小應(yīng)大于千斤頂最小高度40cm-50cm，如果設(shè)置千斤頂很多，8臺10臺以上，其間距不大，沒有設(shè)置凹形槽的條件或意義，此時即不留凹形槽而是保留二管樁端平臺的平行間隙，其大小一般50cm左右。 自平衡下沉大直徑管樁沉入施工要分別按陸地無水地層沉入和水中沉入兩種情況考慮。自平衡下沉大直徑管樁在陸地和無水地層下沉。 (1)管樁可在工廠或現(xiàn)場分節(jié)(分段)預(yù)制，運至沉樁位置安裝、拼接，或在樁位就地預(yù)制，分節(jié)接高下沉。 (2)初始階段管樁靠自重只能下沉4m 5m、此時第二節(jié)管樁尚未入土不具備自平衡下沉條件，解決初始階段下沉、可采用三種方法，分述如下
1)預(yù)挖基坑埋填法 參見圖3-圖6，在樁位處預(yù)挖4m 5m深基坑，在基坑底面上安裝或澆筑第一、二節(jié)管樁，靠自重由基坑底沉入4m 5m，然后回填肥槽將第二節(jié)管樁埋入土中、接高第三節(jié)管樁后，啟動中繼千斤頂，開始分節(jié)自平衡下沉。
2)加大底節(jié)自重法 將下節(jié)管樁壓縮到最短(3m)，加厚下節(jié)管樁壁厚到(1/10 1/8) D，使底節(jié)自重增加到一般情況的2 3倍，靠自重沉入地面以下；接高第二節(jié)管樁、靠兩節(jié)管樁自重可下沉6m 7m，然后啟動中繼千斤頂、開始分節(jié)自平衡下沉。
3)錨樁加壓法 參見圖7-圖8，沿管樁外側(cè)環(huán)向?qū)ΨQ設(shè)置4根錨樁[①60cmX (4m 6m)]抗拔力
1300KN ;管樁頂預(yù)埋拉桿與管樁頂面橫梁聯(lián)接，安裝4臺穿心式千斤頂(YC-60)、用千斤頂加壓輔助管樁下沉，達到第二節(jié)管樁入土后、啟動中繼千斤頂、開始分節(jié)自平衡下沉。
(3)管樁下沉到預(yù)定位置后，先封底、然后拆除中繼千斤頂、封閉中繼間、緊固拉桿、孔道壓漿使各節(jié)管樁聯(lián)成整體。 (4)管樁空心可用貧混凝土、片石或砂礫回填，按設(shè)計要求也可以不回填，管樁頂
蓋板要考慮樁柱合一結(jié)構(gòu)受力要求和樁與墩柱聯(lián)接的需要。 2、自平衡下沉大直徑管樁在水中下沉施工方法參見圖14-圖23。
(1)當水深小于管樁直徑時，管樁不能浮運，只能架設(shè)棧橋或筑島，將管樁分段托
運到樁位，用吊裝設(shè)備分段起吊就位，拼裝接高。如水中筑島時，亦可在樁位澆注預(yù)制，分段接高。 (2)水中下沉自平衡下沉大直徑管樁，為固定管樁位置和初始階段管樁下沉導向，及輔助頂壓，應(yīng)預(yù)先沿管樁外圍環(huán)向?qū)ΨQ位置沉入4根定位鋼管樁，定位樁的鋼管直徑及入土深度應(yīng)根據(jù)承受水平力大小彈性阻抗及抗拔力需要確定。 (3)水深大于管樁直徑時，應(yīng)采用浮運就位，浮運前管樁應(yīng)預(yù)拼。管樁可在工廠或現(xiàn)場分段預(yù)制，在岸邊設(shè)置預(yù)拼臺座，將分段管樁拼接成一整體。管樁預(yù)拼長度可根據(jù)水深及河床情況選定分節(jié)長度及預(yù)拼總長度。 (4)預(yù)拼管樁第一、二節(jié)最小長度取5m第三節(jié)可根據(jù)需要選定長度5m 10m，各管樁節(jié)間要設(shè)中繼間安裝防水千斤頂，同時將拉桿穿入拉桿孔道并予緊錨固，保證預(yù)拼成整體的管樁在浮運、起吊扶正階段管樁的整體強度及剛度管腔置入充氣膠囊，并與管樁頂格柵連接，浮運時膠囊充氣，使管樁浮起，拖運到樁位。
(5)管樁水中下沉 1)管樁在水中扶正就位后，補打第四根定位樁。安裝環(huán)向支撐，將四根定位樁聯(lián)接為一整體空間裝置。環(huán)向支撐最少二道；一道沉入水中接近河底；一道浮在水面。水深超過10m時可適量增加環(huán)形支撐，增加定位樁的整體性和剛度。在管樁下沉過程中提高導向效果。 2)管樁就位后，卸除管樁頂格柵，取出充氣膠囊，安裝除泥設(shè)備；抓斗或吸泥機，準備管樁內(nèi)除土下沉。 3)管樁在水中下沉的初始階段，水深小于自沉水深時，因管樁重力小于初始階段摩阻力，管樁無法沉入，需依靠錨樁提供輔助頂壓力強迫管樁下沉，直到管樁完成初始階段下沉。管樁第一、二節(jié)全部沉入土中，即可開始以一二節(jié)管樁，互為支承，交替頂壓自平衡下沉，直到預(yù)定深度。錨樁頂壓力應(yīng)依管樁直徑、水深和土質(zhì)摩阻力，經(jīng)計算決定。管樁的輔助頂壓力，由四根錨樁分擔，每根錨樁的抗拔力應(yīng)大于輔助頂壓力的1/4。
4)管樁在水中下沉初始階段，水深大于自沉水深時；可靠管樁重力和第二節(jié)管樁阻抗力。開動第一中繼間頂壓第一節(jié)管樁下沉。初始階段下沉至入土深度達到，第一、二節(jié)管樁全部入土，即可開始自平衡下沉，直到預(yù)定深度。管樁自沉入水深應(yīng)依管樁直徑、水深及土質(zhì)摩阻，經(jīng)沉入階段受力分析確定。
(6)水中封閉中繼間 1)深水中沉入管樁，為封閉中繼間防水需要，在管樁預(yù)制時靠管壁外側(cè)中繼間上下端面，預(yù)留20厘米寬封閉環(huán)，并在上節(jié)端面粘接防水橡膠圈；其上下節(jié)管樁間距，在中繼
11間壓縮封閉狀態(tài)下約5厘米(具體尺寸可經(jīng)防水膠圈壓縮量試驗確定)如果管樁壁厚不
足，可在管樁壁內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿安裝千斤頂，或改用小噸位小直徑千斤頂。 2)管樁下沉到預(yù)定深度，采用水下封閉方法封底。由潛水工移出中繼間支承墊塊
和中繼千斤頂。擦洗干凈封閉環(huán)部位接觸面，啟動管樁頂面穿心式千斤頂，張緊拉桿達到預(yù)
定噸位后錨固，將橡膠圈壓縮到1/2 1/3使中繼間完全密封、防水。 3)在中繼間密封防水和管樁封底完成后，管樁內(nèi)抽水，進行中繼間封閉及管樁聯(lián) 接工作，此前應(yīng)驗算封底混凝土斷面厚度及強度，按水面到樁底的總高度水壓力計算。同時 要校核管樁抽水排空時外側(cè)環(huán)向土壓力及靜水壓力下管樁的承壓強度，環(huán)向側(cè)壓力取管樁 封底高度上lm部位壓強計算。 4)管樁內(nèi)排水后進行中繼間封閉工作，焊接預(yù)留鋼筋(內(nèi)側(cè))支模澆混凝土，及孔 道拉桿壓漿錨固工作。整根管樁內(nèi)多處中繼間可同時封閉及管樁聯(lián)接工作。
以上為本發(fā)明的典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。
權(quán)利要求
一種自平衡下沉大直徑管樁，管樁樁體包括至少兩節(jié)管樁，其特征在于所述管樁樁體的直徑為Φ3m～Φ15m，上下相鄰兩節(jié)管樁之間設(shè)有中繼間(3)，中繼間內(nèi)均勻間隔安裝有一組中繼千斤頂(4)，中繼千斤頂?shù)牡鬃O(shè)在上節(jié)管樁的下端面，中繼千斤頂?shù)纳炜s桿頂在下節(jié)管樁(1)的上端面，在相鄰兩個中繼千斤頂之間的管樁體內(nèi)交錯間隔設(shè)置有預(yù)留孔道(7)，每個預(yù)留孔道內(nèi)穿有一根拉桿(6)，一組拉桿(6)將各節(jié)管樁直線相連，每個拉桿的下端部在最下節(jié)管樁的下端面上連接有錨固件(17)，每個拉桿的上端部在最上節(jié)管樁(2)的上端面上安裝有穿心式千斤頂(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自平衡下沉大直徑管樁，其特征在于所述中繼間(3)是上 下兩節(jié)管樁之間的環(huán)形間隙，或者是均布在每節(jié)管樁下端面、用于容置千斤頂?shù)陌佳?，凹?上方的管樁樁體上有加寬牛腿(23)，在環(huán)形間隙或凹穴外側(cè)的上節(jié)管樁樁體外側(cè)連接遮擋 鋼板(27)，在上節(jié)管樁的下端面連接密封橡膠圈(24)，中繼間(3)和預(yù)留孔道(7)在管樁 就位、并取出中繼千斤頂后由混凝土封閉。
3. —種權(quán)利要求1或2所述自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于施工步驟 如下步驟一，在工廠或現(xiàn)場分節(jié)預(yù)制管樁樁體；步驟二，將管樁運至沉樁位置，使下節(jié)管樁(1)沉入地下，在下節(jié)管樁(1)內(nèi)安裝除泥設(shè)備(8);步驟三，接高安裝上節(jié)管樁(2)，用一組拉桿(6)穿過上下節(jié)管樁的預(yù)留孔道(7)，每個 拉桿的下端部在下節(jié)管樁的下端面上連接有錨固件(17)，每個拉桿的上端部在上節(jié)管樁的 上端面上安裝有一組穿心式千斤頂(5)，將各節(jié)管樁直線相連為一體，在下節(jié)管樁(1)與上 節(jié)管樁(2)之間的中繼間內(nèi)均勻?qū)ΨQ設(shè)置一組中繼千斤頂(4);步驟四，除泥設(shè)備(8)保持挖土，使上節(jié)管樁(2)與下節(jié)管樁(1)下沉入地下；步驟五，接高安裝另一上節(jié)管樁(ll)，拉桿(6)將各節(jié)管樁直線相連；步驟六，將中繼間內(nèi)的一組中繼千斤頂(4)同步啟動，以上節(jié)管樁(2)的自重和上節(jié)管 樁樁側(cè)的摩擦阻力為支撐，向下頂壓下節(jié)管樁(1)下沉一個行程；步驟七，再同步啟動上述各節(jié)管樁頂部的穿心式千斤頂(5)，以下節(jié)管樁(1)的阻抗為 支撐，推動上節(jié)管樁(2)向下跟進下沉一個行程；步驟八，重復(fù)步驟四至七的操作，循環(huán)往復(fù)，直至所需樁深，這樣使上下節(jié)管樁相互支 撐、交替頂壓下沉，利用上節(jié)管樁自身摩阻的一部分作支撐，克服下節(jié)管樁的阻抗，實現(xiàn)分 節(jié)自平衡下沉；步驟九，各節(jié)管樁均下沉到預(yù)定位置后，先封底、然后拆除中繼千斤頂和穿心式千斤頂 (5)，用混凝土封閉中繼間，緊固拉桿，在預(yù)留孔道內(nèi)壓漿，從而使各節(jié)管樁連成整體；步驟十，用貧混凝土、片石或砂礫回填管樁空心，或者按設(shè)計要求不回填，設(shè)置符合樁 柱合一結(jié)構(gòu)受力要求和樁與墩柱聯(lián)接需要的管樁頂蓋板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于所述步驟二中先在沉樁位置預(yù)挖基坑(26)，其基坑的底寬和深度大于下節(jié)管樁的直徑和高度，再使 下節(jié)管樁(1)由基坑內(nèi)沉入地下；除泥設(shè)備是挖斗式挖土機或吸泥機；步驟四，在接高安裝 另一上節(jié)管樁(11)后，基坑內(nèi)填入回填土直至上節(jié)管樁頂側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于所述下節(jié)管樁的長度是3-4米，管壁厚度為直徑的1/10 1/8，靠下節(jié)管樁(1)的自重沉入地面以 下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于所述管樁 外側(cè)環(huán)向?qū)ΨQ設(shè)置四根錨樁(13)，深度為2m 6m;管樁頂?shù)睦瓧U(6)與管樁頂面橫梁(12) 連接，橫梁(12)上面安裝一組穿心式千斤頂，用穿心式千斤頂加壓輔助管樁下沉，達到第 二節(jié)管樁入土后、啟動中繼千斤頂，開始分節(jié)自平衡下沉。
7. —種權(quán)利要求1或2所述自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于施工步驟 如下步驟一，在工廠或現(xiàn)場分節(jié)預(yù)制管樁樁體，將二至三節(jié)管樁組成一段預(yù)拼管樁，每兩節(jié) 管樁(2)的交接邊緣處沿環(huán)向均勻?qū)ΨQ間隔設(shè)有中繼間3，中繼間內(nèi)安裝有一組中繼千斤 頂(4)，在與中繼千斤頂?shù)慕诲e位置，還在各節(jié)管樁的體內(nèi)沿環(huán)向均勻?qū)ΨQ間隔設(shè)置有一組 預(yù)留孔道(7)，每個預(yù)留孔道內(nèi)穿有一根拉桿(6)，拉桿的下端部連接有緊固件，上端部由 一組穿心式千斤頂(5)張拉錨固，將二至三節(jié)管樁直線相連組成一段預(yù)拼管樁，運至施工 現(xiàn)場；步驟二，在管樁的周圍打四根錨樁(13)，將預(yù)拼管樁吊入樁位，扶正就位，在四根錨樁 的頂部連接橫梁(12)，同時安裝環(huán)向支撐(21)，在橫梁(12)上安裝四個穿心式千斤頂；步驟三，在管樁內(nèi)安裝除泥設(shè)備(8)，進行管樁內(nèi)除泥，同步啟動穿心式千斤頂，使預(yù)拼 管樁整體被頂壓下沉，直至預(yù)拼管樁的第一節(jié)管樁和二節(jié)管樁全部沉入土中；步驟四，管樁入土深度到達自平衡沉入深度后，卸掉穿心式千斤頂、橫梁，同步啟動中 繼千斤頂(4)，以頂壓預(yù)拼管樁的第二、三節(jié)管樁的自重和樁側(cè)的摩擦阻力為支撐，向下頂 壓頂壓預(yù)拼管樁的第一節(jié)管樁下沉一個行程；步驟五，預(yù)拼管樁的第二、三節(jié)管樁以錨樁作支撐，同步啟動上述的一組穿心式千斤頂 頂壓預(yù)拼管樁的第二、三節(jié)管樁跟進一個行程，實現(xiàn)自平衡下沉；步驟六，再接高一段管樁，重復(fù)以上步驟四至步驟五的操作，循環(huán)往復(fù)，直至所需樁深， 這樣上下節(jié)管樁相互支撐、交替頂壓下沉，利用上段管樁自身摩阻的一部分作支撐，克服下 沉段管樁的阻抗，實現(xiàn)分節(jié)自平衡下沉；步驟七，管樁下沉到預(yù)定位置后，用水下混凝土封底、管腔排水后拆除中繼千斤頂，用 混凝土封閉中繼間，為防止中繼間進水在中繼間上下節(jié)端面設(shè)置封閉環(huán)，粘接防水橡膠圈， 在上下節(jié)管樁壓緊時將橡膠圈壓縮1/3 1/2防止中繼間進水，緊固拉桿，在預(yù)留孔道內(nèi)壓 漿，從而使各節(jié)管樁連成整體；步驟八，用貧混凝土、片石或砂礫回填管樁空心，或者按設(shè)計要求不回填，設(shè)置符合樁 柱合一結(jié)構(gòu)受力要求和樁與墩柱聯(lián)接需要的管樁頂蓋板。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于所述自平 衡下沉大直徑管樁在水中下沉時，為固定管樁位置和初始階段管樁下沉導向，及輔助頂壓， 預(yù)先沿管樁外圍環(huán)向?qū)ΨQ位置沉入四根定位鋼管樁(14)，定位樁的鋼管直徑及入土深度根 據(jù)承受水平力大小彈性阻抗及抗拔力需要確定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于所述管樁 (15)在水中周圍打四根定位鋼管樁(22)，四根定位鋼管樁之間安裝環(huán)向支撐(21)，環(huán)向支 撐至少為二道；一道沉入水中接近河底，另一道浮在水面。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自平衡下沉大直徑管樁的施工方法，其特征在于所述預(yù)拼 管樁第一、二節(jié)最小長度取5m，第三節(jié)根據(jù)需要選定長度5m 10m，各管樁節(jié)間設(shè)中繼間 (3)，安裝防水中繼千斤頂(4)，拉桿(6)穿入預(yù)留孔道并予緊錨固，管腔內(nèi)置入充氣膠囊， 并與管樁頂格柵(16)連接，浮運時膠囊充氣，使管樁浮起，管樁就位后，卸除管樁頂格柵， 取出充氣膠囊；中繼間上下節(jié)端面設(shè)置密封環(huán)和橡膠圈(24)。
全文摘要
一種自平衡下沉大直徑管樁及其施工方法，管樁樁體包括至少兩節(jié)管樁，管樁樁體的直徑為Φ3m～Φ15m，上下相鄰兩節(jié)管樁之間設(shè)有中繼間，中繼間內(nèi)均勻間隔安裝有一組中繼千斤頂，中繼千斤頂?shù)牡鬃O(shè)在上節(jié)管樁的下端面，中繼千斤頂?shù)纳炜s桿頂在下節(jié)管樁的上端面，在相鄰兩個中繼千斤頂之間的管樁體內(nèi)交錯間隔設(shè)置有預(yù)留孔道，每個預(yù)留孔道內(nèi)穿有一根拉桿，一組拉桿將各節(jié)管樁直線相連，每個拉桿的下端部在最下節(jié)管樁的下端面上連接有錨固件，每個拉桿的上端部在最上節(jié)管樁的上端面上安裝有穿心式千斤頂。中繼間和預(yù)留孔道在管樁到底取出中繼千斤頂后由混凝土封閉。施工中不需錘擊、強力震動等外力作功，降低了施工造價，提高了效率。
文檔編號E02D7/20GK101736744SQ20091031228
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者張子良, 張惲 申請人:張子良