一种PCC桩桩模及超长PCC桩的施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种桩基施工机具及方法，特别涉及一种PCC桩桩模及超长PCC桩的施工方法。
背景技术
现浇混凝土大直径管桩(简称为PCC桩，专利号02112538.4和01273182.X)采用振动方式将钢质内外双层套管空腔结构在闭合的活瓣桩靴保护下，沉入地基设计深度，通过混凝土分流器向该结构空腔中均匀注入混凝土，然后振动拨出该空腔结构，活瓣桩靴在该空腔结构拨出时自动分开，混凝土注入空腔结构拨出后形成的环形槽内，形成现浇混凝土薄壁管桩。PCC桩外直径一般为1.0～1.5米，壁厚为10～15厘米，沉模管的长度20～25米。PCC桩以较少的混凝土用量得到较大的承载力，因此是一种经济合理、性价比优越的桩型，该技术已经成功应用于高速公路、高速铁路等大面积软基处理工程中。
在实际工程中，会遇到桩模沉管大于25米的超长桩的问题。在上部结构荷载较大、软弱土层较为深厚、沉降变形要求严格等情况下，较短的桩长往往不能满足设计的需要，因此需要增加桩长，以达到增大桩基承载力和减小桩基沉降的目的。
现有PCC桩施工机具高度一般为23～28m，桩模为整根钢管，无接头，由于桩模长度不能超过施工机具的高度，因此地基处理深度仅为20～25m。这一局限严重限制了PCC桩这种经济实用、性价比优越的桩型的推广应用。要增加PCC桩的桩长，就必须增大桩模的长度。考虑到施工机具自身的稳定性，按照现有的施工方法，已不能再增加施工机具的高度，考虑到运输方便，单根桩模长度也不能太长，桩模必须限制在28米以下。现有技术中通过接长桩模的方法来增加施工的桩长的方法尚无法用于PCC桩，由于PCC桩桩模存在内外两层套管，桩模连接时必须考虑内外两层套管都要连接，而内管连接时被外管挡住，没有可操作的空间，因此传统的连接方法不适用于超长PCC桩的连接。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种PCC桩的桩模及其超长PCC桩的施工方法，能够克服现有方法存在的桩模长度受施工机具限制、地基处理深度有局限的缺陷，使PCC桩可施工的桩长大大增加。
本发明的PCC桩桩模通过采用以下技术方案实现：
一种PCC桩桩模，采用内外套管结构，其特征在于：桩模由依次连接的进料段、中间段和桩尖段组成，各段间的连接可拆卸；各段在连接端其内管长于外管，在连接处内管间直接连接，外管间由外管连接段连接。
本发明中，所述的桩模由进料段、中间段和桩尖段组成，其中各段桩模均由内外两层套管组成，在内外两层套管之间设置中隔板，中隔板两端分别与内外套管固定连接，以固定内外套管的位置。
各段之间可以依次进行活动连接，如采用常用的螺栓连接。所述的中间段可以为一段或多段。所述的桩尖段下端连接活瓣桩靴或预制桩靴。
各段连接端的内管和外管均可设置加强段，加强段套管壁厚大于该段非加强段的其它部分，通常为其3～5倍。各段进行连接时，如进料段与中间段或桩尖段连接，或中间段与进料段和桩尖段连接时，或各中间段进行连接时，内管通过各段的内管加强段直接连接，外管通过外管的加强段和外管连接段连接。
所述的外管连接段由两个半圆形曲面钢模组成。容易理解，外管连接段两个钢模闭合后形成与外管直径相同的圆环，其高度等于连接处内外管的长度差。
上述PCC桩桩模可用于超长PCC桩的施工。其技术方案如下：
一种超长PCC桩的施工方法，采用内外套管结构的桩模，其特征在于桩模由由依次活动连接的进料段、一段或多段中间段和桩尖段组成，包括以下步骤：
(1)将桩尖段吊到桩位，进料段与桩尖段连接；
(2)开启振动锤，振动沉模，使桩尖段沉入地基中；
(3)拆开进料段与桩尖段的连接，将进料段提升到机具顶部；
(4)将中间段吊到桩位，使中间段两端分别与进料段和桩尖段连接；
(5)开启振动锤，振动沉模，使中间段沉入地基中；若中间段为多段，重复步骤(3)～(5)，直到沉入桩模达到设计桩长；
(6)通过进料口投料，并开启桩机设备，振动拔管；
(7)拔管过程中，当进料段到达机具顶部时，拆除一段中间段，再将进料段与下一段桩模连接后，继续振动拔管，直到拔出桩尖段。
本发明的技术效果在于，克服了施工机具高度的限制，通过各段桩模连接，使PCC桩可施工的桩长大大增加，从而实现超长PCC桩施工。由于桩模中间段可拆卸，因此可适应不同桩长的需要，且方便运输。桩模各段之间仅通过螺栓进行连接，技术简单，操作方便。增加PCC桩桩长之后，性价比优越的PCC桩桩型应用范围更广，超长PCC桩的优越性主要在于：(1)超长PCC桩充分发挥了桩侧内外摩阻力，使PCC桩具有较高的单桩承载力，因此PCC桩的应用范围不再局限于本发明前常用的复合地基，而可以作为独立的桩基础，直接与上部结构连接，用于高层建筑、桥梁等地桩基础。(2)超长PCC桩地基处理深度大，因此大大增加了软基加固区的深度，使PCC桩可以处理更加深厚的软基，处理深度不局限于20～30m，因此应用范围更广。(3)超长PCC桩大大增加了加固区软弱土层的压缩模量，且加固区深度大，因此极大地减小了加固区的变形。超长PCC桩由于处理深度大大增加，能打穿所有软弱土层，以较好的土层作为持力层，且不存在软弱下卧层的问题，因此下卧层沉降也很小。加固区和下卧层变形都很小，说明地基表面沉降很小，因此可广泛应用于对沉降控制要求很高的工程，如高速铁路等。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
【附图说明】
图1本发明PCC桩桩模的结构示意图；
图2本发明PCC桩桩模的轴向剖面图；
图3图1A局部放大图；
图4图2B局部放大图；
图5外管连接段的俯视图。
【具体实施方式】
如图1～图5所示，PCC桩桩模为内外两层圆形套管，外管直径1m，内管直径0.7m，套管壁厚1.5cm。桩模由进料段3、中间段11和桩尖段12组成。桩模进料段3长4m，上端与振动锤1直接连接，施工过程中固定不拆卸。为了增加沉桩时的作用力，振动锤1可采用高频液压式的振动锤。根据设计桩长，中间段11可以为一段或多段，每段中间段11长15m。桩尖段12下段连接活瓣桩靴13，桩尖段12长度为15m。各段桩模两端连接处都设置了外管加强段4和内管加强段5，加强段厚度为5cm，加强段内外套管之间设置了中隔板10，以固定内外套管的位置，中隔板10的厚度为1.5cm，宽度和高度均为15cm。各段桩模两端连接处内管通过连接螺栓7直接连接，外管通过外管连接段6采用连接螺栓7连接。外管连接段6由两个半圆环形曲面钢模组成，上下截面各有十六个螺栓孔14，外管连接段6可自由拆卸。
一种超长PCC桩的施工方法，具体步骤如下：
(1)用桩机设备的钢丝绳将桩尖段12吊到桩位，并通过桩机龙门支架固定。
(2)将已与高频液压振动锤1连接好的进料段3移到桩尖段12正上方，两者的内外套管竖向对齐，使上下两段管螺栓孔对齐。
(3)在外管连接段6安装之前，可通过上、下两段外管之间的空隙将连接螺栓7放入内管加强段5的加强段螺栓安装孔8，插入连接螺栓孔，并拧紧该螺栓。该内管连接处共需十六个连接螺栓7。
(4)将外管连接段6放到进料段3和桩尖段12的外管加强段4之间，并对齐螺栓孔14。将连接螺栓7通过加强段4的螺栓安装孔8或外管连接段6螺栓安装孔9插入螺栓孔14，并拧紧该螺栓。该外管连接处上、下共需三十二个连接螺栓7。
(5)开启沉桩设备，利用高频液压振动锤的自重和振动压力，使桩尖段12在活瓣桩靴13闭合的保护下沉入地基中，当进料段3与桩尖段12的连接段接近地表时，停止沉入。
(6)将进料段3与桩尖段12的连接段的螺栓拆卸。拆卸的顺序与安装顺序正好相反，先拆除外管连接处的三十二个连接螺栓7，然后将外管连接段6移开，再通过移开外管连接段6之后形成的空隙拆除内管连接处的十六个连接螺栓7。
(7)开启桩机设备，将桩模进料段3提高到设备顶部。
(8)用桩机设备的钢丝绳将桩模中间段11吊到桩位，桩模中间段11上端与桩模进料段3竖向对齐，桩模中间段11下端与桩模桩尖段12竖向对齐，使上下两段管螺栓孔对齐，并通过桩机龙门支架固定。
(9)将中间段11上端与进料段3通过连接螺栓7和外管连接段6进行连接，将桩模中间段11下端与桩模桩尖段12也通过连接螺栓7和外管连接段6进行连接，连接的具体实施方式同步骤(3)和(4)。
(10)开启沉桩设备，利用振动锤1的自重和振动压力，将中间段11在活瓣桩靴13闭合的保护下沉入地基中，当进料段3与桩模中间段11的连接段接近地表时，停止沉入。
(11)根据PCC桩的设计桩长，中间段11可以为一段或多段。若为多段，拆卸进料段3与中间段11的连接段的螺栓，然后重复步骤(7)～(10)，直到桩模沉入深度达到设计桩长。
(12)通过进料口2灌注混凝土，然后开启桩机设备，边振动边拔管，拔管过程中活瓣桩靴13在混凝土重力作用下打开，混凝土由此下落到地基中形成的环形空腔内，形成PCC桩。
(13)拔管过程中，当进料段3到达设备顶部时，拆除一段中间段11，再将进料段3继续与下一段桩模进行连接后，继续拔管，直到拔出桩尖段12。桩模拆卸与安装方法同步骤(3)、(4)和(6)。
经过上述步骤，一根超长PCC桩浇注完成。