預應力預制構件螺旋式竹節樁及其施工方法與流程

本發明涉及一種預應力預制構件螺旋式竹節樁，主要應用于市政基礎、工業及民用工程建設中的地基加固、改良及防止土方位移等領域。

背景技術：

管樁于20世紀60年代起源于日本，80年代，首先在我國沿海一帶得到應用，后逐步傳入內陸省份。一般混泥土管樁的承載能力取決于兩個參數，一個是管樁端面的大小，另一個是管樁樁身面積的大小。在我國沿海軟弱的地基工程中，管樁端面的承載力占整個管樁承載力的10％～20％左右，管樁樁身與周圍基礎土之間的摩擦力所形成的承載力占整個管樁的80％以上。而目前普通的混泥土管樁形狀上基本是等直徑的圓柱體，此種機構的混泥土管樁的端面面積較小，從而使得管樁的端面承載力較小；另外，此種管樁為等直徑圓柱體，使得樁身表面積較小，使得樁身與周圍的基礎土之間的摩擦力較小，從而使得管樁的承載力較小。

技術實現要素：

本發明的目的就是提供一種承載能力強，穩定性高，施工效率高，成本造價低的樁基工程用樁。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種預應力預制構件螺旋式竹節樁，包括樁體，所述的樁體外壁上軸向間隔設有多個螺旋狀凸體，形成螺旋竹節式形狀；所述的螺旋狀凸體與樁體上下連接面均為坡面，所述樁體上端部設有凸臺，所述的螺旋狀凸體直徑比樁身直徑大100-300mm；所述的凸臺上端面設有連接兩樁體的機械快插件；所述的螺旋式竹節樁有多種組合方式；所述凸臺上端面安裝有下旋用凸盤，所述凸盤用均布的三根螺栓緊固在凸臺上端面上。

所述的螺旋狀凸體與樁身上下連接面均為坡面，所述坡面軸向高度為 50～250mm。

所述的相鄰兩個螺旋狀凸體的間距為800～1500mm。

所述的螺旋狀凸體的外圓周面的軸向寬度為50～200mm。

所述的凸臺直徑為450～2000mm。

所述預應力預制構件螺旋式竹節樁有以下幾種連接方式：預應力預制構件螺旋式竹節樁與其他形式竹節樁連接，預應力預制構件螺旋式竹節樁與管樁之間的連接，預應力預制構件螺旋式竹節樁與其他形式竹節樁、管樁綜合連接。

所述的凸臺上端面設有連接兩樁體的機械快插件。

所述的凸臺上端面安裝有下旋用凸盤，所述凸盤用均布的三根螺栓緊固在凸臺上端面上，所述凸盤可拆卸循環利用。

一種預應力預制構件螺旋式竹節樁的施工方法，包括以下兩種步驟：

其一：

1)平整施工場地，根據施工圖放出實樣；

2)根據施工圖要求開溝槽；

3)將攪拌樁機移動到待施工位置，啟動動力組件，水泥攪拌系統，監控組件，進入攪拌施工，做好一組攪拌樁，然后移位至下一幅樁等待施工；

4)鉆孔樁機就位，履帶吊車將預應力預制構件螺旋式竹節樁吊至鉆孔樁機接樁位置；

5)鉆孔樁機動力頭下移，動力組件上的接樁卡槽與螺旋式竹節樁凸臺上端面的凸盤對接；

6)啟動鉆孔樁機的動力組件，動力組件驅動預應力預制構件螺旋竹節樁旋轉，動力組件里的智能壓力裝置可根據樁體的旋轉速度實時調節壓樁的壓力邊加壓旋轉邊下沉，直至下沉到預設位置，提升動力組件，并將預應力預制構件螺旋式竹節樁凸臺上端面的凸盤連同螺栓一起拆下備用，等待下一節樁的對接；

7)參照步驟4、步驟5中的方法將另一節樁(其他形式竹節樁、管樁)與樁機連接，并通過機械快插件與樁機里的第一根預應力預制構件螺旋式竹節樁連接固定，啟動動力組件，動力組件驅動第二節樁邊加壓旋轉邊下沉，直至預設位置；

8)可根據圖紙要求設計的樁底標高，對接第三節樁、第四節樁，直至達到設計的樁底標高；

9)動力組件上移使動力組件與預應力預制構件螺旋式竹節樁斷開連接，動力組件復位，等待下一組樁的施工；

10)移至第二組繼續施工。

其之二：

1)平整施工場地，根據施工圖放出實樣；

2)將鉆桿連接可伸縮式鉆頭后從預應力預制構件螺旋式竹節樁中心孔下端穿入；

3)將鉆孔樁機移動到待施工位置，履帶吊車進場將步驟2所述的預應力預制構件螺旋式竹節樁吊起移至鉆孔樁機接樁位置；

4)將步驟2所述的預應力預制構件螺旋式竹節樁里的鉆桿連接到鉆孔樁機的第一動力頭內，預應力預制構件螺旋式竹節樁通過凸盤固定在樁機第二動力頭的接樁卡槽里；

5)開啟主機進行監控，控制預先設置的數據：每米下降深度、每米噴漿量、設計樁底標高、設計樁頂標高、總噴漿量和總攪拌時間；

6)啟動水泥漿攪拌系統，將水泥漿通過漿泵對鉆桿進行供漿，同時通過流量儀實時監測供漿量；

7)啟動動力組件，第一動力頭驅動鉆桿旋轉，鉆桿帶動可伸縮式鉆頭邊下沉邊噴漿邊攪拌，第二動力頭帶動預應力預制構件螺旋式竹節樁邊加壓旋轉邊下沉，直至下沉到預設位置，且主機通過垂直度實時監測儀實時監測鉆桿的垂直度，第二個動力頭里的智能壓力裝置可根據樁體的旋轉速度實時調節壓樁的壓力；關閉動力組件，斷開鉆桿與第一動力頭的連接，預應力預制構件螺旋式竹節樁與第二動力頭的連接，兩個動力頭復位，等待下一根樁的對接；

8)參照步驟2、步驟3中的方法將另一節樁(其他形式竹節樁、管樁)與鉆孔樁機連接，并通過機械快插件與埋在樁基里的第一根預應力預制構件螺旋式竹節樁連接固定，啟動動力組件，第一動力頭驅動鉆桿旋轉，鉆桿帶動可伸縮式鉆頭邊下沉邊噴漿邊攪拌，第二動力頭帶動第二節樁邊加壓旋轉邊下沉，直至下沉到設計樁底標高位置；

9)樁機液壓系統向兩動力頭之間的回程油缸施加壓力，油缸活塞伸長，導致第一動力頭上移，然后帶動鉆桿一起上移，可伸縮式鉆頭葉片上的固定銷受剪力后拉斷，上攪拌葉片、回轉葉片、下攪拌葉片收縮，啟動卷揚機，將鉆桿連同可伸縮式鉆頭一起拔出；

10)拆卸鉆桿，可伸縮式鉆頭留待備用，移至第二組繼續施工。

所述施工方法一適用于直徑小于800mm的預應力預制構件螺旋竹節樁；所述的施工方法二適用于直徑大于等于800mm的預應力預制構件螺旋竹節樁。

與現有技術相比，本發明提供的預應力預制構件螺旋式竹節樁設有螺旋式凸體，所述螺旋式凸體有較大的承壓能力，又有較強的抗拔能力。由于多個螺旋式凸體的存在，可增加樁的穩定性和樁的端阻力；采用凸臺設計可以用小直徑的預應力預制構件螺旋式竹節樁代替大直徑的復合配筋樁、高強管樁等各種預制樁，節約材料，降低生產成本，所述樁采用螺旋式竹節設計，沉樁施工時，螺旋竹節鉆進式下沉，可以減小下沉阻力，提高沉樁速度，縮短施工周期。

附圖說明

圖1為樁體結構示意圖

1凸臺 2上端部 3機械快插件 4樁體 5螺旋式凸體 6坡面 7凸盤 8螺栓

圖2為預應力預制構件螺旋竹節樁與其他單一樁之間自由組合示意圖

2-1其他形式竹節樁 2-2管樁 2-3預應力預制構件螺旋竹節樁

圖3為預應力預制構件螺旋竹節樁與其他形式竹節樁、管樁之間的自由組合圖

圖4 攪拌工藝

9攪拌樁機 10攪拌樁截面

圖5 吊樁工藝1

11履帶吊車 12鉆孔樁機

圖6 接樁工藝1

13接樁卡槽

圖7 沉樁工藝1

圖8 兩樁體連接工藝1

圖9 鉆桿樁體安裝工藝

14鉆桿 15可伸縮式鉆頭

圖10 吊樁工藝2

圖11 接樁工藝2

16第一動力頭 17第二動力頭

圖12-1 沉樁工藝2

圖12-2 動力頭復位工藝

圖13 兩樁體連接工藝2

圖14-1 鉆桿拔出工藝

圖14-2 鉆頭回縮示意圖

18上攪拌葉片 19固定銷 20回轉葉片 21下攪拌葉片

圖14-3 鉆頭張開示意圖

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，一種預應力預制構件螺旋式竹節樁，所述的預應力預制構件螺旋式竹節樁包括樁體4，所述樁體外壁上軸向間隔設有多個螺旋狀凸體5，形成螺旋竹節式形狀，所述螺旋狀凸體直徑比樁身直徑大100-300mm，所述螺旋狀凸體相鄰兩個的間距為800～1500mm；所述螺旋狀凸體與樁體上下連接面均為坡面6，所述坡面軸向高度為50～250mm；所述樁體上端部設有凸臺1，凸臺直徑為450-2000mm，所述的凸臺，其上端面設有連接兩樁體的機械快插件3，所述凸臺上端面安裝有下旋用凸盤7，所述凸盤用均布的三根螺栓8緊固在凸臺上端面上由于本發明預應力預制構件螺旋式竹節樁大大提高了樁體的承載能力，抗壓，抗拔能力，螺旋式竹節樁可以用在樁基礎下部，在樁基礎的上部可以根據樁基周邊環境、形狀、地層等情況，工程對 抗壓、抗拔、抗水平力的不同要求，適當選用其他形式竹節樁與復合配筋樁、高強管樁等各種預制樁與預應力預制構件螺旋式竹節樁組合。以下列舉幾種組合方式：

1.預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3與其他形式竹節樁2-1組合，如圖2所示，通過鉆孔樁機12預鉆孔后，用鉆孔樁機將預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3沉入樁基至預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3上端面離地面1米左右，履帶吊車11將另一根其他形式竹節樁2-1與預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3上端面凸臺1通過機械快插件3對接，對接牢固后，用鉆孔樁機12將第二根樁沉入樁基。根據樁基標高設計，若要用到2根及以上其他形式竹節樁2-1，接樁和沉樁方式如前面所述。

2.預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3與管樁2-2組合，如圖2所示，通過鉆孔樁機12預鉆孔后，用鉆孔樁機12將預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3沉入樁基至預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3上端面離地面1米左右，履帶吊車11將另一根管樁2-2與預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3上端面凸臺1通過機械快插件3對接，對接牢固后，用鉆孔樁機12將第二根管樁2-2沉入樁基。根據樁基標高設計，若要用到2根及以上管樁2-2時，接樁和沉樁方式如前面所述。

3.預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3與其他形式竹節樁2-1、管樁2-2組合，如圖3所示，通過鉆孔樁機12預鉆孔后，用鉆孔樁機12將預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3沉入樁基至預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3上端面離地面1米左右，吊車將另一根其他形式竹節樁2-1與預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3上端面凸臺1通過機械快插件3對接，對接牢固后，用鉆孔樁機12將第二根樁沉入樁基，接著用同樣的方式將一根管樁2-2與其他形式竹節樁2-1連接后沉入樁基，根據樁基標高設計，若要用到4根及以上其他形式竹節樁2-1或管樁2-2時，接樁和沉樁方式如前面所述。

4.本發明所述的預應力預制構件螺旋式竹節樁施工法以組合方式1為例進行施工，其具體步驟為：

其一：

1)平整施工場地，根據施工圖放出實樣；

2)根據施工圖要求開溝槽；

3)將攪拌樁機9移動到待施工位置，啟動動力組件，水泥攪拌系統，監控組件，進入攪拌施工，做好一組攪拌樁10，然后移位至下一幅樁等待施工，如圖4所示；

4)鉆孔樁機12就位，履帶吊車11將預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3吊至鉆孔樁機接樁位置，如圖5所示；

5)預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3通過樁體1上端面凸臺1側面上的與樁機凸盤7固定在樁機動力組件上的接樁卡槽13里，如圖6所示；

6)啟動鉆孔樁機12的動力組件，動力組件驅動預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3旋轉，動力組件上的智能壓力裝置可根據樁體的旋轉速度實時調節壓樁的壓力從而達到邊加壓旋轉邊下沉的沉樁效果，直至下沉到預設位置，動力組件下移適當距離后反轉使動力組件與預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3斷開連接，提升動力組件，等待下一節樁的對接，如圖7所示；

7)參照步驟4、步驟5中的方法將另一種竹節樁2-1與樁機連接，并通過機械快插件3與樁機里的第一根預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3連接固定，啟動動力組件，動力組件驅動第二節樁邊加壓旋轉邊下沉，直至預設位置，如圖8所示

8)可根據圖紙要求設計的樁底標高，對接第三節其它形式竹節樁2-1、第四節其它形式竹節樁2-1，直至達到設計的樁底標高；

9)動力組件下移適當距離后反轉使動力組件與預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3斷開連接，動力組件復位，等待下一組樁的施工；

10)移至第二組繼續施工。

其之二：

1)平整施工場地，根據施工圖放出實樣；

2)將鉆桿14連接可伸縮式鉆頭15后從預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3中心孔下端穿入，如圖9所示；

3)將鉆孔樁機12移動到待施工位置，履帶吊車11進場將步驟2所述的預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3吊起移至鉆孔樁機12接樁位置，如圖10所示；

4)將步驟2所述的預應力預制構件螺旋式竹節樁里的鉆桿14連接到鉆孔樁機的第一動力頭16內，預應力預制構件螺旋竹式節樁2-3通過與凸盤7 固定在樁機第二動力頭17的接樁卡槽13里，如圖11所示；

5)開啟主機進行監控，控制預先設置的數據：每米下降深度、每米噴漿量、設計樁底標高、設計樁頂標高、總噴漿量和總攪拌時間；

6)啟動水泥漿攪拌系統，將水泥漿通過漿泵對鉆桿14進行供漿，同時通過流量儀實時監測供漿量；

7)啟動動力組件，第一動力頭16驅動鉆桿14旋轉，鉆桿14帶動可伸縮式鉆頭15邊下沉邊噴漿邊攪拌，第二動力頭17帶動預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3邊加壓旋轉邊下沉，直至下沉到預設位置，且主機通過垂直度實時監測儀實時監測鉆桿的垂直度，第二動力頭里的智能壓力裝置可根據樁體的旋轉速度實時調節壓樁的壓力；關閉動力組件，斷開鉆桿14與第一動力頭16的連接、預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3與第二動力頭17的連接，兩個動力頭復位，等待下一根樁的對接，如圖12-1，圖12-2所示；

8)參照步驟2、步驟3中的方法將另一種竹節樁2-1與鉆孔樁機12連接，并通過機械快插件3與埋在樁基里的第一根預應力預制構件螺旋式竹節樁2-3連接固定，啟動動力組件，第一動力頭驅動鉆桿14旋轉，鉆桿14帶動可伸縮式鉆頭15邊下沉邊噴漿邊攪拌，第二個動力頭17帶動第二節樁邊加壓旋轉邊下沉，直至下沉到設計樁底標高位置，如圖13所示；

9)樁機液壓系統向兩動力頭之間的回程油缸施加壓力，油缸活塞伸長，導致第一動力頭上移，然后帶動鉆桿一起上移，可伸縮式鉆頭15葉片上的固定銷19受剪力后拉斷，上攪拌葉片18、回轉葉片20、下攪拌葉片21收縮，啟動卷揚機，將鉆桿14連同可伸縮式鉆頭15一起拔出，如圖14-1所示；

10)拆卸鉆桿14，可伸縮式鉆頭15留待備用，移至第二組繼續施工。