一种混凝土桩基的施工装置及施工工艺 【技术领域】
本发明涉及一种建筑领域基础工程用的混凝土灌注桩的施工装置及施工工艺。
背景技术
目前建筑工程的地基混凝土灌注桩的成型方法有很多种，包括夯扩和静压两种。现有的夯扩桩技术采用重锤夯击成孔，在夯击过程中，随着夯击的重锤的下降护筒跟着下降对桩的孔壁进行保护，形成桩孔，然后在桩孔内填入建筑垃圾，继续夯击，在桩的下端形成桩端散体承力台，再在桩孔内填入干硬性混凝土，继续夯击形成桩端固体承力台，桩端散体承力台和桩端固体承力台与桩身一起承担建筑物的荷载。中国专利CN1243159C的发明就公开了这样一种技术。因为该技术造价低而被广泛采用。但是，这种桩基施工的工艺具有下述缺点：1、该工艺采用重锤夯击时会产生振动，既影响相邻已完成桩的质量，又对临近建筑产生一定的危害。2、由于采用该工艺时，其单桩竖向承载力只能由经验推断而得，而且又由于地质条件千差万别，所以对承载力的推断的可靠性差，施工质量不易控制。因此限制了其自身的发展。
中国专利CN1837505A公开了一种静力挤压混凝土桩的施工方法，其专利文献试图解决振动问题。但是此专利存在以下缺点：根据其专利内容的描述，它在外管内填入砖石后用内管挤压外管内的砖石时，其内管不伸出到外管底部的下面，内管只是在外管内对砖石进行挤压，压力表上显示的压力达到设计值时即停止，这样做的缺点是：1、由于内管下端未压出外管下端，此时外管内的填料与外管之间存在很大的摩擦力，压力表此时的读数，大部分来源于这种摩擦阻力，形成压力表读数偏高的假象，实际作用于桩底部扩大头上的压力并未达到设计值，造成桩基的承载力不足，形成施工隐患。2、此专利文件中描述的内管的下端未封口，这样不能实现对物料的挤压，也就是不能打桩。如果将内管下端制成锥形头，又容易将物料挤压到内管和外管之间，形成管塞，增大内管和外管之间的压力，有可能将外管挤爆，因此内管下端制成锥形头也不能施工。3、此专利文件公开的技术中只在外管内填入砖石等散体材料，将这些散体材料压入外管底部周围，形成散体的砖石扩大头。这些散体的扩大头在建筑物形成后，桩身压在这些散体材料上，有些桩身很可能会刺穿散体材料，造成沉降过大，使建筑物因为不均匀沉降而遭到破坏。4、此专利文件中提及的在外管内放置钢筋笼灌注混凝土后提升外管时，用受到静压油缸向下压力的内管顶住混凝土，这样会将钢筋笼标高压低、压坏，使其扭曲变形，使桩身的结构受损，影响承载力。
发明内容：
本发明需要解决的技术问题是提供一种承载力大且均匀一致的混凝土桩的静压施工装置及施工方法。
本发明是这样实现的：
本发明的混凝土桩基的施工装置是采用顶压式静压桩机械，顶压式静压桩机械包括底座、支架以及设置在支架上的连接有压力表的液压缸，还包括与顶压式静压桩机械连接的护筒及内管，内管的长度大于护筒的长度，内管的外径略小于护筒的内径；内管下端设置有平头封堵。
上述技术方案的进一步改进在于：在护筒的侧壁上开有加料口；加料口可以有一个或者多个。
本发明的混凝土桩基的施工装置的进一步改进在于：在护筒上设置有震动混凝土的震动装置。
本发明的施工的工艺步骤包括：
1、将护筒和置于护筒中的内管用液压缸逐步压入桩位处的土中，并到达设计深度；该深度是具有承载力较高的、相对稳定的土层；
2、提起内管从护筒的加料口中填入一定量的建筑垃圾，如砖石、瓦片等；
3、放下内管压在建筑垃圾上，用顶压式静压桩机械的液压缸把建筑垃圾压出护筒外；
4、重复步骤2.3直到内管下端压出护筒外时液压表的读数仍大于设计值时，停止挤压建筑垃圾，该设计值要保证相邻桩不受破坏并最大限度地调动桩下土体受力；此时在护筒底部的建筑垃圾形成桩端散体承力台。
5、提起内管分次从护筒加料口中加入一定量的干硬性混凝土，分次用液压缸通过内管将干硬性混凝土压出护筒外，从而在护筒底部建筑垃圾桩端散体承力台上形成混凝土桩端固体承力台，桩端固体承力台是桩身和桩端散体承力台过渡部分，通过此过渡部分使桩身的力均匀的分散到桩端散体承力台上，不产生冲切破坏，充分调动桩端散体承力台及其下面的土体共同参与受力；
6、提出内管，在护筒中放置钢筋笼，灌注桩身混凝土，边提护筒边用震动装置震动护筒或提起护筒后用震动棒震捣成桩。
本发明的施工方法的进一步改进在于，为了制做大承载力的灌注桩，在完成上述工艺步骤1到5后，继续进行下面的工艺操作：
(1)、提起内管，在护筒中灌注混凝土到另一设计高度；
(2)、向护筒中加入一定量的干硬性混凝土，把内管放下，压在上述干硬性混凝土上，提升护筒到护筒下端和内管的下端一样高时停止；
(3)、用液压缸向下压内管和护筒，压下量为0.5～1m；
(4)、重复步骤2、3直到干硬性混凝土量达到设计值，形成桩身上的一个混凝土中间凸台；
(5)、重复上述步骤1、2、3、4，在桩的不同高度上即不同的土层上形成多个中间凸台，充分调动各个土层参与受力；
(6)、提起内管，放入钢筋笼，灌注混凝土，边提护筒边用震动装置震动护筒或提起护筒后用震动棒震捣成桩。
由于采用上述技术方案，本发明所取得的技术进步是：
由于本发明采用了在桩孔的底部分次压入散体物料和干硬性混凝土的方法，在桩身下面形成桩端固体承力台和桩端散体承力台，使桩身的承载力大大增强，桩身所承载的荷载可以通过桩端固体承力台分散到桩端散体承力台上，再分散到桩端散体承力台下面的土层中，使各个桩的承载能力均匀一致，防止了桩身刺穿散体材料的可能性，避免了建筑物沉降过大或因为不均匀沉降使建筑物遭到破坏。
本发明的方法中，压力表的读数是在内管下端压出护筒外时才读取，此时内管与外管及其内部的填料之间的摩擦力大大减小，此时液压表的读数反应的才是真实的单桩承载力特征值。在实际施工中，从压力表的读数上可以明确反应出这样的现象：当内管没有伸出护筒时，压力表的读数很大，当内管伸出护筒时，压力会突然减小，因此只有当内管伸出护筒外时，压力表读数才反应的承力台的承载能力，这时从压力表的读数就可以知道承力台所能承受的压力大小，这样的好处是施工参数明确，施工质量容易控制，而不是再靠经验来推算承载力，减少了人为误差。
由于本发明的施工方法的整个施工过程全部用液压完成，避免了夯扩桩所带来的振动，避免了对相临已完成桩及工地周围建筑物的影响，其成桩质量均匀可靠，差异性小。
本发明的施工装置中，将内管底部的锥头改为平头，容易将物料向下推进，使物料不致于挤压到内管和外管之间形成管塞，避免了将外管挤爆的可能。
本发明的施工装置的内管的长度大于护筒的长度，保证了内管压下时，能够伸出护筒之外，确保压力读数准确，并形成桩端固体承力台和桩端散体承力台的扩大头。
在护筒的侧壁上开有一个或者多个加料口，可以在制做桩端固体承力台和桩端散体承力台时，不必将内管完全提出护筒之外，就能在侧面的加料口加料，不但加料迅速，而且避免了内管提出护筒外面后再次进入护筒时需要重新对正的复杂操作，使施工简便迅速。而且在制作多个桩身上的混凝土中间凸台时，能够方便的在不同高度的加料口处加料。在桩身上制作出混凝土中间凸台后可以加大灌注桩的承载力，从而用于高层建筑。
在护筒上设置震动混凝土的震动装置，在灌注桩身混凝土后提升护筒的过程中，可以边提升边震动护筒，从而将护筒内的混凝土震实，节约提起护筒后再用震动棒震捣桩内混凝土的工序，加快施工进度。
附图说明：
图1到图4为是本发明主要的施工工艺过程示意图；
图5为大承载力桩的结构示意图。
其中：1、液压缸，2、内管，3、震动装置，4、加料口，5、护筒，6、平头封堵，7、桩端散体承力台，8、桩端固体承力台，9、中间凸台，10、钢筋笼。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明的混凝土桩基的施工装置是采用顶压式静压桩机械，顶压式静压桩机械主要包括底座、支架以及设置在支架上的能够上下移动位置的连接有压力表的液压缸1，还包括与静压桩机械连接的护筒5及内管2，护筒5及内管2位于液压缸1的下面，并用钢索、滑轮连接在支架上；内管2配合在护筒5内，内管2的长度大于护筒5的长度，使内管压下时能够伸出到护筒的下面，内管的外径略小于护筒的内径；内管2下端设置有平头封堵6。在护筒5的侧壁上开有多个加料口4；在护筒5上部还设置有震动混凝土的震动装置3。
实施例1
利用上述施工装置制作直筒灌注桩时的工艺步骤如下：
1、将护筒5和置于其中的内管2用液压缸1逐步压入桩位处的土中，并到达设计深度，如图1所示；
2、提起内管2从护筒的加料口4中填入一定量的建筑垃圾，如砖石、瓦片等；
3、放下内管压在建筑垃圾上，用顶压式静压桩机械的液压缸1把建筑垃圾压出护筒5外，建筑垃圾扩散到护筒下面的土中；
4、重复步骤2.3直到内管下端压出护筒外时液压表的读数仍大于设计值时，停止挤压建筑垃圾，此时在护筒底部的建筑垃圾形成桩端散体承力台7，如图2所示；
5、提起内管分次从护筒的加料口中加入一定量的干硬性混凝土，分次用液压缸通过内管将干硬性混凝土压出护筒外，从而在护筒底部建筑垃圾形成的桩端散体承力台上再形成混凝土桩端固体承力台8，如图3所示；
6、提出内管，在护筒中放置钢筋笼10，灌注桩身混凝土，边提护筒边用震动装置3震动护筒，待护筒提出后形成桩身，如图4所示。
实施例2
利用本发明的施工装置制作带中间凸台的大承载力灌注桩时的工艺步骤如下：
按实施例1的步骤1到5做好桩端散体承力台和桩端固体承力台后，继续进行下面的工艺操作：
1、提起内管，在护筒中灌注混凝土到另一设计高度；
2、通过加料口向护筒中加入一定量的干硬性混凝土，把内管放下，压在上述干硬性混凝土上，提升护筒到护筒下端和内管的下端一样高时停止；
3、用液压缸向下压内管和护筒，压下量为0.5～1m；
4、重复步骤2、3直到干硬性混凝土量达到设计值，形成桩身上的一个混凝土中间凸台9；
5、重复上述步骤1、2、3、4，在桩的不同高度上即不同的土层上形成多个中间凸台9；
6、提起内管，放入钢筋笼，灌注混凝土，然后提起护筒，再用震动棒震捣成桩，如图5所示。