基于玻纤金属聚乙烯三复合管的筒桩施工工艺及其专用成孔器技术领域
本发明属于建筑工程领域，具体是指新型的筒桩的施工工艺及其专用成孔器，特别是指基于玻纤金属聚乙烯三复合管的筒桩施工工艺及其专用成孔器。
背景技术
混凝土筒桩是一种常用的工程桩体，广泛应用在地下施工工程中。目前传统的预制混凝土管桩都是埋设于地下，其主要缺点是：在施工过程中有明显的挤土作用，削弱了作为建筑物地基的承载能力。
本发明人提出了一种新的混凝土筒桩的施工方法，如中国专利公开号CN1221056A《埋于软地基的混凝土筒体的施工方法及压入式一次成孔器》的技术方案，该方法利用压入式一次成孔器将混凝土筒体底部的桩靴压入软地基中，同时实现同步排土，并一次性灌注混凝土形成混凝土筒桩，相较于上述第一种施工方法，不仅施工速度快捷，而且无需取土和复土，降低工程费用，而且对土层的原始结构影响小，提供了混凝土筒桩的承载能力。然而，该施工方法只能适用于陆地，而对于水域（如海洋水域或者江河湖泊）内打桩却无法适用。因为该法在施工时，在灌入混凝土后，且混凝土为凝固前，需要将外护壁套筒和内护壁套筒向上拉出，如将此施工方法应用于水域，将外护壁套筒和内护壁套筒向上拉出时，露出的混凝土并没有完全硬化，而直接受到水域的冲击，直接导致混凝土被冲散而无法成型。
为此，本发明人进一步研发了一种应用于水域的现浇混凝土筒桩的施工工艺及其专用成孔器，如中国专利公开号103321215A所示。该施工过工艺通过在外护壁套筒内设置外护壁留置层，在灌注混凝土时，外护壁套筒的外护壁留置层和桩靴保持位置不动且外护壁留置层上端与压盖分离，灌注的混凝土与外侧的外护壁留置层以及下端的桩靴连成一起，形成混凝土筒桩。然而该施工工艺仍然存在以下缺点：
（1）需要在施工时需要上拔内护壁套筒等部件，难以进行斜桩施工；
（2）在灌注混凝土时，需要钢筋笼作为骨架，施工成本高，工时长，施工难度较大。
为此，本发明人进一步研发了一种筒桩的施工工艺及其专用成孔器，参见中国专利公开号为CN103938619A。该工艺利用高强度塑料管作为筒桩的护壁，在成桩后留置于土层或水体中，具有能方便进行斜桩施工，且成桩高效经济的优点。
但是，该工艺在使用过程中，仍然存在一些问题：
在施工时，需要用用振动锤施加于塑料管上进行破土施工，然而，在现有的高强度塑料管虽然强度足够高，但是却在施工过程中容易出现裂纹，即高强度塑料管的耐纵向震动的冲击能力不足，另外一方面，在塑料管的加工领域，高强度与耐震动冲击（防破裂能力）是两种方向的性能指标，在实现高强度的同时，直接导致耐震动冲击（防破裂能力）不足，塑料管易裂和易碎，因此，有必要对此进行进一步改进。
发明内容
本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于玻纤金属聚乙烯三复合管的筒桩施工工艺，该工艺能方便进行斜桩施工，且成桩高效经济，同时还能够很好地解决现有技术中高强度塑料管易震动碎裂问题。
本发明的另一个目的是提供一种适用于上述筒桩实施工艺的专用成孔器。
为实现本发明的第一个目的，包括以下工序：
（1）在护壁外管和护壁内管之间形成的筒腔的底部装上环形且带有切削刃的桩靴；该护壁外管和护壁内管均为玻纤金属聚乙烯三复合管，该玻纤金属聚乙烯三复合管包括作为基管的钢管层、热熔旋塑复合于钢管层内壁的聚乙烯层、以及复合于钢管层外壁上的玻纤层，钢管层厚度：聚乙烯层厚度：玻纤层厚度为（5~40）:（8~14）:（2~5）；
（2）将桩靴置于施工位置，并且在护壁外管和护壁内管外端通过通过振动施力压头振动施压，桩靴随同护壁外管和护壁内管一起进入施工地基体；
（3）待桩靴完全进入施工地基体的标定位置后，形成双管筒桩；或者待桩靴完全进入施工地基体的标定位置后，抽取护壁外管或护壁内管，形成单管筒桩；或者待桩靴完全进入施工地基体的标定位置后，在护壁外管和护壁内管之间灌注混凝土，形成混凝土筒桩。通过本设置，本发明的采用玻纤金属聚乙烯三复合管作为护壁外管和护壁内管，该聚乙烯层和玻纤层能对钢管层起到非常好的防腐防护，同时该玻纤金属聚乙烯三复合管的结构特点，具有非常好的耐震动冲击能力；其聚乙烯层采用热熔旋塑工艺复合，该方式使得成型后的聚乙烯层有类似螺旋弹簧的内在结构，在施工震动破土时，能够有效缓冲震动力对聚乙烯层的破坏，防止聚乙烯层破裂。此外，更为重要的一点，由于玻璃纤维是一种非常好的保温材料，玻纤层的设置，使得护壁外管和护壁内管具有非常好的保温效果，由此使得筒桩附近的温度变化不会快速传递给护壁外管和护壁内管中的钢管层与聚乙烯层的复合面上，能够有效防止二者之间因剧烈的温差变化所带来的热胀冷缩而出现相互脱离。
进一步设置是所述的步骤（2）中桩靴随同护壁外管和护壁内管一起斜向进入施工地基体，进行斜向筒桩施工。该斜向是指桩靴随同护壁外管和护壁内管一体的进入方向与施工地基体的基准面的垂直方向相偏离。
进一步设置是所述的钢管层采用螺旋焊接钢管。通过本设置，螺旋焊接钢管是指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后再焊接成的、表面有接缝的钢管。这种钢管结构具有较好的耐震动冲击能力，且生产成本低，易于降低筒桩施工成本。
进一步设置是所述的钢管层的内壁上设置有金属丝网，所述的聚乙烯层通过热熔旋塑工艺复合于金属丝网的内壁侧。通过本设置，提高了聚乙烯层与钢管层之间复合强度。
进一步设置是所述的玻纤层是采用浸润不饱和树脂的玻璃纤维进行电脑控制连续缠绕工艺制备。
为实现本发明的第二个发明目的，其技术方案是包括有同心设置的护壁内管和护壁外管，该护壁外管和护壁内管均为玻纤金属聚乙烯三复合管，该玻纤金属聚乙烯三复合管包括作为基管的钢管层、热熔旋塑复合于钢管层内壁的聚乙烯层、以及复合于钢管层外壁上的玻纤层，钢管层厚度：聚乙烯层厚度：玻纤层厚度为（5~40）:（8~14）:（2~5），该护壁内管和护壁外管之间的空腔为筒腔，所述的筒腔的底部开口且与桩靴向下抵压接触配合，该桩靴的下端设置有切削刃，所述的护壁内管和护壁外管的上端固定设置有振动施力压头。
综上所述，本发明的优点是：
（1）施工工艺便捷高效，成本低；
（2）可根据工程需要打斜桩施工；
（3）成桩工艺不产生二次性污染泥浆，环保效果好；
（4）可以在不同水深条件的一次性成桩；
（5）成桩形式灵活，可根据实际工程需要，形成单管筒桩、双管筒桩或混凝土双管筒桩。
（6）将本发明的工艺应用于水体施工时，能在不同水体深度区域内一次性沉桩，尤其是在水深较大的水体施工创造条件。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1本发明具体实施方式结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为玻纤金属聚乙烯三复合管的结构示意图；
图4为本发明的结合螺旋钻机的施工示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
如图1-4所示的本发明的具体实施方式，该施工工艺所用的专用成孔器，如图1所示，包括有同心设置的护壁内管1和护壁外管2，该护壁外管2和护壁内管1均为玻纤金属聚乙烯三复合管，该玻纤金属聚乙烯三复合管包括作为基管的钢管层a1、热熔旋塑复合于钢管层内壁的聚乙烯层a2、以及复合于钢管层外壁上的玻纤层a3，钢管层厚度：聚乙烯层厚度：玻纤层厚度为（5~40）:（8~14）:（2~5）；该护壁内管1和护壁外管2之间的空腔为筒腔3，所述的筒腔3的底部开口且与桩靴4向下抵压接触配合，该桩靴4的下端设置有切削刃41，所述的护壁内管1和护壁外管2的上端固定设置有振动施力压头5。
本实施例所述的玻纤金属聚乙烯三复合管，所述的钢管层a1采用螺旋焊接钢管，所述的钢管层a1的内壁上设置有金属丝网a4，所述的聚乙烯层a2通过热熔旋塑工艺复合于金属丝网的内壁侧，所述的玻纤层a3是采用浸润不饱和树脂的玻璃纤维进行电脑控制连续缠绕工艺制备。
此外，本实施例振动施力压头5优选为高频振动锤或者变频振动锤，该振动施力压头采用夹持器6与护壁外管2和护壁内管1的上端夹持固定。
本发明的施工工艺是包括以下工序：
（1）在护壁外管2和护壁内管1之间形成的筒腔3的底部装上环形且带有切削刃的桩靴4；该护壁外管2和护壁内管1均为玻纤金属聚乙烯三复合管；
（2）将桩靴4置于施工位置并在振动施力压头上施压，桩靴4随同护壁外管2和护壁内管1一起进入施工地基体；本实施例该施工地基体可以是土层、砂层或者水体层。
（1）待桩靴4完全进入施工地基体的标定位置后，形成双管筒桩；或者待桩靴完全进入施工地基体的标定位置后，抽取护壁外管或护壁内管，形成单管筒桩；或者待桩靴完全进入施工地基体的标定位置后，在护壁外管和护壁内管之间灌注混凝土，形成混凝土筒桩。。
本实施例在施工时，所述的步骤（2）中桩靴4随同护壁外管2和护壁内管1一起斜向进入施工地基体，进行斜向筒桩施工，即斜桩施工。
另外，对于施工深度较大的筒桩，本实施例所述的护壁外管2和护壁内管1可由多段玻纤金属聚乙烯三复合管通过管端对焊连接或者法兰焊接连接。
另外，对于土层底部或水体底部有坚硬岩石的施工地基体，所述的护壁内管1的内腔中设置有用于进行嵌岩桩施工的螺旋钻机7。螺旋钻机7的螺旋钻71为本领域嵌岩桩施工的常用装置，其具有边钻边取岩土的功能。