桩基础施工装置及其方法技术领域
本发明涉及建筑工程设计与施工的技术领域，特别涉及一种桩基础施工装
置及其方法。
背景技术
在建筑工程设计与施工的技术领域中，用于房屋修、扩建桩基加固的方法
主要有锚杆静压桩、树根桩以及注浆钢管桩等三种主要方法。
1、锚杆静压桩
锚杆静压桩，是锚杆技术和静压桩技术相结合形成的一种桩基础施工工艺，
它是通过在基础上埋设锚杆固定压桩反力架，以建筑物所发挥的自重荷载作为
压桩反力，用千斤顶将桩段从基础中预留或后开凿的桩洞中逐段压入土体中，
然后将桩与基础连接在一起，从而达到提高基础承载力和控制沉降的目的。它
具有施工机械轻便灵活，施工方便，作业面小，可在室内施工并具有能耗低、
无振动、无噪音、无污染等优点，广泛用于各种新老建筑物的地基处理。但是，
锚杆静压桩施工前提是需要建筑物已建好并且能够提供压桩所需要的反力，或
者需要额外搭建可供压桩的锚杆反力架，因此，其工程造价相比其他方法较高。
采用锚杆静压桩，需要暴露基础，开挖沟槽，现场条件不允许大面积暴露基础，
施工难度大，同时，基础薄弱无法提高足够压桩反力。
2、树根桩
树根桩，是指直径不大于300mm，长径比大于30、钻机成孔，一般配有钢
筋笼，采用压力灌注混凝土、水泥砂浆或采用投石压浆方法形成的小直径钢筋
混凝土灌注桩，又称为小直径钻孔灌注桩或者微型桩。由于成桩后的形状如同
“树根”而得名。树根桩可以是垂直的，也可以是倾斜的。树根桩所需施工场地及
操作空间较小，可在室内采用小型钻机进行施工。主要应用于危房加固处理、
房屋加层或接建、挡土墙抗滑加固、建筑物抗浮或基坑围护等。但是树根桩强
度相对其他桩基较低，适用于中、小型建筑加固使用，而且树根桩施工需要泥
浆护壁，极易造成施工场地环境的污染。采用树根桩，对现场环境要求较高，
泥浆护壁及水泥浆对现场环境影响较大，若要保护环境则投入较大，施工周期
较长，成本太高。
3、注浆钢管桩
注浆钢管桩，施工方法包含了传统的锚杆静压桩、坑式静压法，对新建工
程，注浆钢管桩一般采用钻机或洛阳铲成孔，然后植入钢管再封孔注浆的工艺，
采用封孔注浆施工时，应具有足够的封孔长度，保证注浆压力的形成。注浆钢
管桩其承载力最小，仅适用于小型建筑的地基加固，因施工过程需要泥浆，也
极易造成环境污染。注浆钢管桩，现场成孔难度大，承载力较小不能够满足要
求。
地基加固、桩基托换、建筑加层等工程都需要新增桩基础。但是在原有建
筑结构不能拆除或破坏，建筑物无刚性基础、基础较弱、基础不宜暴露或不能
暴露，现场环境保护要求高，空间狭小区域、狭窄过道内、需要紧贴建筑墙根
施工或者隔墙施工等条件限制的前提下，以上三种桩基础施工装置及方法不能
够同时满足本工程软土地质、建筑基础、环境保护要求以及空间局限性等现场
条件，很难完成或者能够完成但是施工周期很长，施工成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种桩基础施工装置，以在空间狭小
区域、狭窄过道内、紧贴建筑墙根施工或隔墙施工等复杂环境条件下和软性土
质条件下进行新增桩基础的施工，以适用于房屋修建、扩建地基加固、桩基托
换、建筑加层等桩基础的施工。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种桩基础施工装置，包
括钢管桩，所述钢管桩包括多节固定连接的钢管，末节所述钢管的底端沿其内
壁方向向上延伸焊接有钢板，末节所述钢管的底端焊接有桩靴，所述桩靴露出
于所述钢管的底端；所述钢管桩的顶端沿其内壁向下延伸设置有用于锤击灌注
到所述钢管桩内的浆料的桩锤；所述桩锤通过卷扬机的绳索固定连接，所述桩
锤通过所述卷扬机垂直提升或下落；所述卷扬机设置在以钢管桩的施工位置为
中心，以一定长度为半径的圆周范围之内。
进一步的，本发明提供的桩基础施工装置，所述桩锤的上端设置有插孔，
所述桩锤还包括与所述插孔相匹配的插销。
进一步的，本发明提供的桩基础施工装置，所述末节所述钢管的底端与所
述钢板之间设置有内衬圈。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种桩基础施工方法，包括以下步
骤：
步骤S1，根据施工现场标识钢管桩的施工位置；
步骤S2，将卷扬机设置在以钢管桩的施工位置为中心，以一定长度为半径
的圆周范围之内的任意位置；
步骤S3，对钢管桩进行吊装，使钢管桩吊装到其施工位置；
步骤S4，在钢管桩内灌入浆料；
步骤S5，对钢管桩的垂直度进行校准，使钢管桩与地平面的垂直度为正负
5％的误差；
步骤S6，将桩锤放入到钢管桩内，对校准后的钢管桩通过桩锤进行锤击打
桩，使钢管桩下沉达到沉桩的目的，并根据浆料的碎屑情况添加浆料；
步骤S7，当钢管桩的下沉深度达到设计要求或满足打桩控制要求后，终止
打桩，以完成桩基础的施工。
进一步的，本发明提供的桩基础的施工方法，还包括将桩锤的轴向中心对
准钢管桩的轴向中心线进行锤击打桩的步骤。
进一步的，本发明提供的桩基础的施工方法，还包括在锤击打桩的钢管桩
的外壁预先设置一条竖直标记线，通过激光垂仪射出的十字线对准所述竖直标
记线，每次锤击后，检查十字线与竖直标记线是否在一条直线上；
进一步的，本发明提供的桩基础的施工方法，当钢管桩的钢管为多节时，
在每锤击一根钢管后，采用激光测距仪测量钢管下沉的米数与预先设定的米数
是否一致的步骤。
进一步的，本发明提供的桩基础的施工方法，当钢管桩为多节钢管时，还
包括将相邻的两节钢管进行接桩的步骤。
进一步的，本发明提供的桩基础的施工方法，所述接桩的方法包括，将相
邻的两节钢管的下节钢管的顶端向其内壁下方通过扩孔器扩充一段距离的内径
后，将上节钢管插入到下节钢管扩孔后的内径内，并在下节钢管与上节钢管的
相交面焊接。
与现有技术相比，本发明的桩基础的施工装置及其方法，是通过对桩锤的
提升及下落对钢管桩进行沉桩的目的。钢管桩下沉时通过桩靴深深的插入土层
中，钢管桩的末节钢管内的钢板用于承载桩锤下落时的锤击重力。桩锤通过所
述卷扬机垂直提升或下落，卷扬机设置在以钢管桩的施工位置为中心的一定长
度为半径的圆周范围之内的任意位置，由于卷扬机的位置的可在钢管桩的施工
位置的中心的圆周范围之内进行调整，因此，在本发明可以在空间狭小区域、
狭窄过道内、紧贴建筑墙根施工或隔墙施工等复杂环境条件下对桩基础进行施
工，还可以在施工现场有软性土质条件，通过调整卷扬机的位置对桩基础进行
施工，以避开软性土质的位置；当施工现场的周边都是软质土质时，可将卷扬
机设置在钢管桩的施工位置的中心，以较远设定长度的距离为半径的圆周范围
之内，以对钢管桩的桩基础进行施工。本发明的卷扬机可以设置在原有建筑物
的外侧或内侧，钢管桩可以设置在原有建筑物的内侧或外侧，因此，具有在复
杂条件下施工方便的优点。可以适用于房屋修建、扩建地基加固、桩基托换、
建筑加层等桩基础的施工。由于本发明的桩基础采用了桩锤和卷扬机，因此，
可以在不拆除或不破坏原有建筑结构，或建筑物无刚性基础、基础较弱、基础
不宜暴露或不能暴露等复杂环境下或者对要求保护现场环境进行桩基础的施
工。也就是说，本发明不受空间局限性的影响，可以在在钢管桩的施工位置为
中心的，以设定距离的半径的圆周范围之内进行调整，通过卷扬机提升或下落
桩锤，以完成对桩基础的施工。
附图说明
图1是本发明一实施例的桩基础施工装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例的钢管桩的结构示意图；
图3是本发明一实施例的桩靴的俯视结构示意图；
图4是本发明又一实施例的桩靴的俯视结构示意图；
图5-6是本发明一实施例的桩基础施工方法中接桩的过程示意图；
图7-9是本发明一实施例的接桩结构示意图。
图中所示：10、地平面，20、原有建筑物，21、原有建筑物地基，30、钢
管桩，31、钢管，311、下节钢管，312、上节钢管，32、钢板，33、桩靴，34、
桩锤，341、插孔，342、插销，35、内衬管，36、焊点，37、套管，38、焊带，
40、浆料，50、卷扬机，51、绳索，60、底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
实施例一
请参考图1至4，本实施例一提供一种桩基础施工装置，包括钢管桩30，
所述钢管桩30包括多节固定连接的钢管31，末节所述钢管31的底端沿其内壁
方向向上延伸焊接有钢板32，末节所述钢管31的底端焊接有桩靴33，所述桩
靴33露出于所述钢管31的底端；所述钢管桩30的顶端沿其内壁向下延伸设置
有用于锤击灌注到所述钢管桩30内的浆料40的桩锤34；所述桩锤34通过卷扬
机50的绳索51固定连接，所述桩锤34通过所述卷扬机50垂直提升或下落；
所述卷扬机50设置在以钢管桩30的施工位置为中心，以一定长度为半径的圆
周范围之内的任意位置，例如设置在建筑物10的外侧或内侧。其中，绳索51
为钢丝绳或尼龙绳。其中，卷扬机50为手动卷扬机或电动卷扬机。
请参考图1至4，其中，桩靴33的俯视结构可以是十字形，也可以是米字
形。十字或米字中间的区域为缝隙，十字或米字形状与桩靴33的侧面围合成锥
形体。本实施方式中，将俯视结构为十字形的桩靴33称为十字尖桩，米字形的
桩靴33称为米字尖桩。十字尖桩和米字尖桩的优点在于，其缝隙在插入土质层
中时，可以减小桩靴33进入土质层的阻力，使钢管桩30通过桩靴快速的插入
到土质层中。
本发明的桩基础的施工装置，是通过对桩锤34的提升及下落对钢管桩30
进行沉桩的目的。钢管桩30下沉时通过桩靴33深深的插入土层中，钢管桩30
的末节钢管内的钢板32用于承载桩锤34下落时的锤击重力。桩锤34通过所述
卷扬机50垂直提升或下落，卷扬机50设置在以钢管桩30的施工位置为中心，
以例如0.1米至10米的一定长度为半径的圆周范围之内，由于卷扬机50的位置
的可在钢管桩30的施工位置的中心的圆周范围之内进行调整，因此，在本发明
可以在空间狭小区域、狭窄过道内、紧贴建筑墙根施工或隔墙施工等复杂环境
条件下对桩基础进行施工，还可以在施工现场有软性土质条件，通过调整卷扬
机的位置对桩基础进行施工，以避开软性土质的位置；还可以在软性土质的表
面铺设底座60，将卷扬机50设置于底座60进行施工作业，使卷扬机50不直接
接触软性土质，通过其表面积大于卷扬机50的底座60，以增大对软性土质的受
力面积，从而使卷扬机50可以在软性土质条件下达到施工作业的目的；当然还
可以在卷扬机50的底部设置轮子，以较为快捷的通过轮子调整卷扬机50与桩
基础的施工位置的距离；当施工现场的周边都是软质土质时，可将卷扬机设置
在钢管桩30的施工位置的中心，以较远长度例如15米至30米为半径的圆周范
围之内，以对钢管桩30的桩基础进行施工。本发明的卷扬机50可以设置在原
有建筑物10的外侧或内侧，钢管桩30可以设置在原有建筑物10的内侧或外侧，
因此，具有在复杂条件下施工方便的优点。可以适用于房屋修建、扩建地基加
固、桩基托换、建筑加层等桩基础的施工。由于本发明的桩基础采用了桩锤34
和卷扬机50，因此，可以在不拆除或不破坏原有建筑结构，或建筑物无刚性基
础、基础较弱、基础不宜暴露或不能暴露等复杂环境下或者对要求保护现场环
境进行桩基础的施工。也就是说，本发明不受空间局限性的影响，可以在在钢
管桩30的施工位置为中心的，以一定长度为半径的圆周范围之内的任意位置进
行调整，通过卷扬机50提升或下落桩锤34，以完成对桩基础的施工。
请参考图5、图6，作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础施工装置，
所述桩锤34的上端设置有贯穿桩锤34的轴向方向的插孔341，所述桩锤34还
包括与所述插孔341相匹配的插销342。本实施方式的钢管桩30的钢管31至少
包括下节钢管311和上节钢管312。插销342与插孔342的设计，是为了是接桩
时，将桩锤34提升到末节钢管的管口位置，本实施方式中末节钢管为下节钢管
311，将插销342穿过桩锤34的插孔341后，横置在下节钢管311的管口位置，
断开卷扬机50的桩锤34固定连接的绳索51，将绳索51穿过上节钢管312后，
再将绳索51与桩锤34固定连接。从而实现接桩的目的。
请参考图2，作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础施工装置，所述末
节所述钢管31的底端与所述钢板32之间设置有内衬圈35。内衬圈35用于支撑
钢板32，在桩锤34下落时，内衬圈35可以增大钢板32的承载能力。还可以将
内衬圈35替换为钢柱。
实施例二
请参考图5至6，本实施例二提供一种采用实施例一的桩基础施工装置的桩
基础施工方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据施工现场标识钢管桩30的施工位置；
步骤S2，将卷扬机50设置在以钢管桩30的施工位置为中心，以一定长度
为半径的圆周范围之内的任意位置；
步骤S3，对钢管桩30进行吊装，使钢管桩30吊装到其施工位置；
步骤S4，在钢管桩30内灌入浆料40；
步骤S5，对钢管桩30的垂直度进行校准，使钢管桩30与地平面10的垂直
度为正负5％的误差；
步骤S6，将桩锤34放入到钢管桩30内，对校准后的钢管桩30通过桩锤
34进行锤击打桩，使钢管桩30下沉达到沉桩的目的，并根据浆料40的碎屑情
况添加浆料40；
步骤S7，当钢管桩30的下沉深度达到设计要求或满足打桩控制要求后，终
止打桩，以完成桩基础的施工。
其中，图5为桩基础施工方法中接桩前的过程示意图；图6桩基础施工方
法中接桩前后的过程示意图。请参考图5，接桩过程中，先将上节钢管312放置
在地平面10上，通过卷扬机50将桩锤34提升后，通过插销342插入桩锤34
的插孔341中，将插销342横置在施工中的下节钢管311的顶端，断开与桩锤
34连接的绳索51，穿入上节钢管312后，再将绳索51与下节钢管311连接；
然后，请参考图6，从桩锤34的插孔341中移除插销342，通过卷扬机50下落
桩锤34使其沉入下节钢管311的底部，将上节钢管312扶正后，与下节钢管311
对准后进行接桩。
本发明的桩基础的施工方法是基于实施例一的桩基础的施工装置，具有桩
基础的施工装置的全部技术效果，适用于房屋修建、扩建地基加固、桩基托换、
建筑加层等桩基础的施工，可以在空间狭小区域、狭窄过道内、紧贴建筑墙根
施工或隔墙施工等复杂环境条件下和软性土质条件下进行新增桩基础的施工。
与现有技术相比，该方法具有施工周期短，不受空间局限性限制的优点。
作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础的施工方法，为了保证钢管桩
30沉桩过程中的垂直度，在施工时，还包括将桩锤34的轴向中心对准钢管桩
30的轴向中心线进行锤击打桩的步骤。还可以每隔3米至5米检查一下桩锤34
与钢管桩30的位置，当有偏差时进行调整的步骤。
作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础的施工方法，为了进一步保证
钢管桩30的沉桩过程中的垂直度，还包括在锤击打桩的钢管桩30(即正在施工
的钢管31)的外壁预先设置一条竖直标记线，通过激光垂仪射出的十字线对准
所述竖直标记线，每次锤击后，检查十字线与竖直标记线是否在一条直线上。
若是在一条直线上，则保证了钢管桩30的垂直度，若不在一条直线上，对钢管
桩30的垂直度进行校准后，再进行锤击打桩的步骤。
作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础的施工方法，还可以在钢管桩
30的内壁设置桩架(未图示)，将桩架套设于桩锤34的外侧，在桩锤34下落过
程中，通过桩架与钢管桩30内壁之间的距离来检查钢管桩30的偏差。
作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础的施工方法，当钢管桩30的钢
管31为多节时，在每锤击一根钢管31后，采用激光测距仪测量钢管31下沉的
米数与预先设定的米数是否一致的步骤。例如在每次锤击一根钢管31后，将激
光测距仪放置在该钢管31的内管壁，将激光测距仪折射出的激光线离钢管31
的内管壁小于3mm，通过激光回弹的读数检查与钢管31实际下沉的深度是否一
致，以检验钢管31插入土质层的深度是否达到设计要求。
请参考图7，作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础的施工方法，当钢
管桩30为多节钢管31时，还包括将相邻的两节钢管31进行接桩的步骤。其中，
接桩的方法包括，将相邻的两节钢管31的下节钢管311的顶端向其内壁下方通
过扩孔器扩充一段距离的内径后，将上节钢管312插入到下节钢管311扩孔后
的内径内，并在下节钢管311与上节钢管312的相交面焊接。通过扩孔工艺的
接桩方法，由于在下节钢管311与上节钢管312的外侧面只有一个相交面，即
只有该一个相交面的焊点36，内侧的相交面，直接插入连接，因此，具有质量
可靠，施工周期短，施工效率高等优点。
请参考图8，作为较佳的实施方式，本发明提供的桩基础的施工方法，还提
供一种接桩方法，在相邻两节钢管31固定连接时，将相邻两节钢管31的端与
端接触对位后，在其相交位置的外侧面覆盖包裹设置有一套管37，套管37应具
有一定长度，例如3mm，以包裹每节钢管31的一部分，并在套管37与每节钢
管31(例如下节钢管311和上节钢管312)的接触面焊接，也就是说，焊点36
分布在套管37的两个相交面，具有两个焊接面。此种接桩方法形成的钢管桩30，
具有结构稳定，抗拉伸能力强等优点，能够承受钢管桩30锤击打桩时的应力与
土质层的反作用力的强度，以避免钢管桩30锤击打桩时，在相邻的两节钢管31
的接桩位置出现断裂的情况。
请参考图8、图9，为了进一步增强相邻两节钢管31的接桩的强度，在套
管的外侧面向相邻两节钢管31的外侧面均匀分布若干个焊带38，本实施方式中
的焊带数量为6个。
本发明不限于上述具体实施方式，凡在本发明的权利要求书的精神和范围
内所作出的各种变化，均在本发明的保护范围之内。