一種無隔水栓水下灌注施工裝置及其使用方法與流程

本發明涉及建筑施工技術設備領域，具體是一種無隔水栓水下灌注施工裝置及其使用方法。

背景技術：

鉆孔灌注樁因具有承載力高、可以穿越軟硬土層及施工方便等優點，在我國沿海地區以及內地地基基礎工程中被廣泛使用。該方法具有施工程序簡單、適用面廣、易于掌握、快速、經濟、效果顯著等特點，在樁基施工特別是城市樁基施工中具有非常廣闊的前景。

鉆孔灌注樁施工方法在我國的發展已經有幾十年的歷史，在我國廣泛使用于道路交通、基礎樁基等施工中。最近四五年隨著我國建筑設備機械特別是旋挖鉆機設備的研發及普及，水下灌注也被逐漸認識和應用，現已廣泛應用于工業與民用建筑、公路路基及機場跑道等工程中。旋挖鉆機一般適用粘土、粉土、砂土、淤泥質土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層。旋挖鉆機及施工工藝在我國北方地區已經得到了很快普及。

水下混凝土灌注也稱導管混凝土灌注，是將混凝土通過豎立的導管，依靠混凝土的自重壓力進行水下灌注的方法。是鉆孔成功進行水下灌注成樁質量控制中的關鍵工序，若灌注方法不恰當就會造成斷樁或樁間夾泥等缺陷，甚至造成樁孔報廢和樁基移位，從而給工程項目建設帶來困難及損失。因此，在水下混凝土灌注中改進并運用合理的灌注施工控制措施以確保工程質量顯得十分重要。

無隔水栓水下灌注樁法，顧名思義即在水下灌注過程中，尤其是首次灌注過程中，混凝土與水之間無隔水裝置和設施，不是由混凝土帶著隔水栓排出導管內的水及空氣，而是直接由有強烈勢能的混凝土本身將孔底的水及沉渣激起并排開。

近些年，建筑市場上很多地塊地下水位較高，水下灌注混凝土技術日益成熟，但建筑市場中常出現沒有采取降水措施直接將導管伸到水下進行灌注的情況，極易造成混凝土的水下離析和成樁效果欠佳、出現嚴重質量事故等。這就迫使新型水下灌注技術的產生，使水下灌注方法更簡潔，效果更明顯，工藝流程更易與其他工藝相結合。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種無隔水栓水下灌注施工裝置及其使用方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種無隔水栓水下灌注施工裝置，包括吊具，所述吊具通過鋼絲與料斗的頂部連接，料斗的底部連接導管，導管向下延伸進入到鋼筋籠的內部底端，所述料斗上的外部設有操作平臺，操作平臺的上部最外側上安裝有圍欄，在圍欄上均勻布置安裝有伸縮桿，伸縮桿的頂部設有照明燈。

作為本發明進一步的方案：所述吊具包括吊環A，吊環A安裝在吊臂的末端，吊臂的始端與吊環B連接，所述吊臂設有三根，兩相鄰吊臂之間呈120°。

作為本發明進一步的方案：所述料斗分兩段，上段為圓柱狀，下段為錐狀，圓柱狀的底部與錐狀的頂部連接，在圓柱狀的頂部一周均勻布置有與吊環A相對應的吊環C，圓柱狀與錐狀相接處的圓柱狀的外側一周均勻布置有若干銷孔，所述錐狀的底部出口處安裝有閥門。

作為本發明進一步的方案：所述操作平臺的底部設有銷軸，銷軸與料斗上設置的銷孔對應設置。

作為本發明進一步的方案：所述導管的上端內側設有承口，承口的內部設有承口環，導管的下端設有插口，插口處設有插口環，相鄰導管通過上端導管的插口插入下端導管的承口內實現連接，在連接處的外側設有卡箍進行固定。

作為本發明進一步的方案：所述卡箍包括兩個半圓形的卡槽，兩個卡槽的一端鉸接另一端上設有用于使卡箍連接緊固的頂絲。

上述無隔水栓水下灌注施工裝置的使用方法為：包括以下步驟：

第一步：采用吊裝設備通過吊環B吊起吊具，吊具的底部通過鋼絲將料斗吊起，從而將導管吊起；

第二步：將導管插入到鉆孔的內部；

第三步：向料斗中注入混凝土，待混凝土注入料斗內部的量達到要灌注混凝土的量或滿料斗時，打開閥門，料斗中的混凝土一次性灌入到鉆孔中完成一次灌漿。

第四步：重復第三步中的操作直至灌滿至滿足要求。

與現有技術相比，本發明利用吊車將導管放入樁孔中，上部吊起大型料斗，料斗底部口設有閥門，并在料斗中一次性充滿足夠的混凝土，而后打開料斗底部閥門，料斗中混凝土一次性灌入到鉆孔中，借助其自身重量產生的壓力排除導管內的泥漿及空氣，完成施工；這相比導管栓塞法，少了預先放置合適隔水栓的步驟，也無需對導管內壁的光滑程度做過分苛刻的要求和處理，不但避免了堵管問題，還不需過分處理導管內壁，能夠省下大量的工作量和工作時間。

附圖說明

圖1為整體裝置的結構示意圖；

圖2為料斗的結構示意圖；

圖3為吊具的結構圖；

圖4為操作平臺的結構示意圖；

圖5為導管的剖視圖；

圖6為卡箍的結構示意圖；

圖7為首批混凝土灌注所需混凝土數量計算示意圖；

圖8為漏斗底口高出孔水面或樁頂的必須高度計算示意圖。

圖中：1-吊具、101-吊環A、102-吊臂、103-吊環B、2-鋼絲、3-照明燈、4-伸縮桿、5-圍欄、6-操作平臺、601-銷軸、7-料斗、701-吊環C、702-銷孔、703-閥門、8-導管、801-承口環、802-承口、803-插口、804-插口環、9-鋼筋籠、10-卡箍、1001-卡槽、1002-頂絲。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-8，一種無隔水栓水下灌注施工裝置及其使用方法，包括吊具1，所述吊具1通過鋼絲2與料斗7的頂部連接，料斗7的底部連接導管8，導管8向下延伸進入到鋼筋籠9的內部底端，所述料斗7上的外部設有操作平臺6，操作平臺6的上部最外側上安裝有圍欄5，在圍欄5上均勻布置安裝有伸縮桿4，伸縮桿4的頂部設有照明燈3。照明燈3的設置能夠方便夜間施工。

所述吊具1包括吊環A 101，吊環A 101安裝在吊臂102的末端，吊臂102的始端與吊環B 103連接，所述吊臂102設有三根，兩相鄰吊臂102之間呈120°。

所述料斗7分兩段，上段為圓柱狀，下段為錐狀，圓柱狀的底部與錐狀的頂部連接，在圓柱狀的頂部一周均勻布置有與吊環A 101相對應的吊環C 701，圓柱狀與錐狀相接處的圓柱狀的外側一周均勻布置有若干銷孔702，所述錐狀的底部出口處安裝有閥門703。

所述操作平臺6的底部設有銷軸601，銷軸601與料斗7上設置的銷孔702對應設置。

所述導管8的上端內側設有承口802，承口802的內部設有承口環801，導管8的下端設有插口803，插口803處設有插口環804，相鄰導管8通過上端導管的插口803插入下端導管的承口802內實現連接，在連接處的外側設有卡箍10進行固定。

所述卡箍10包括兩個半圓形的卡槽1001，兩個卡槽1001的一端鉸接另一端上設有用于使卡箍10連接緊固的頂絲1002。

上述無隔水栓水下灌注施工裝置的使用方法為：包括以下步驟：

第一步：采用吊裝設備通過吊環B吊起吊具，吊具的底部通過鋼絲將料斗吊起，從而將導管吊起；

第二步：將導管插入到鉆孔的內部；

第三步：向料斗中注入混凝土，待混凝土注入料斗內部的量達到要灌注混凝土的量或滿料斗時，打開閥門，料斗中的混凝土一次性灌入到鉆孔中完成一次灌漿。

第四步：重復第三步中的操作直至灌滿至滿足要求。

利用吊車將導管放入樁孔中，上部吊起大型料斗，料斗底部口處設有閥門，并在料斗中一次性充滿足夠的混凝土，而后打開閥門，料斗中混凝土一次性灌入到鉆孔中，借助其自身重量產生的壓力排除導管內的泥漿及空氣，完成施工。

這相比導管栓塞法，少了預先放置合適隔水栓的步驟，也無需對導管內壁的光滑程度做過分苛刻的要求和處理。不但避免了堵管問題，僅不需過分處理導管內壁一條無隔水栓法就能省下很大的工作量和工作時間。

在操作規范、料斗高度等參數計算無誤的情況下，無隔水栓水下灌注樁最終效果和質量與傳統的導管栓塞法無異，在樁體的完整性和整個施工過程是否順利等方面要優于導管栓塞法。

與導管栓塞法水下混凝土灌注相比，無隔水栓法施工方便、簡單、省時省力、經濟成本更低。不會產生因隔水栓安放位置不準確或導管內部有殘留混凝土塊等而產生堵管的情況。但要注意首次澆灌時，初灌量應將導管底端能一次埋入0.8～1.5m，并且導管內存留的混凝土高度，足以抵制鉆孔內的泥漿侵入導管。

無隔水栓水下灌注樁施工工法適用條件廣泛，一般采用水下灌注方式的，均應是鉆機設備成孔，若地層巖土松散，鉆機成孔過程中還需泥漿或護筒護壁。該法較適宜于地下水位不高的樁基工程，孔中水柱高度不宜大于10m。對于孔深方面，一般的鉆孔基本都可以實施無隔水栓水下灌注法，只是孔深不能過淺（小于4m）或過深（大于20m），過淺會導致首批混凝土的灌入量太多溢出造成浪費和增加后期處理的成本；過深會因為導管內壁摩擦的原因造成下落勢能減弱，影響灌注效果。孔徑要求為0.6-1.0m。

通過所了解實例得出：遼寧某電廠采用此工藝，孔徑0.6m，孔深8-10m，水位高度6.0m，采用此方法效果特別好；北新集團大廈基坑支護項目支護樁樁徑1.0m也很好的采用了這種方法并取得良好效果。

無隔水栓水下灌注樁法，是使用吊裝設備，將導管起吊到一定的高度，在料斗中一次性充滿足夠的混凝土，待混凝土足夠后，將料斗底部蓋板或臨時栓塞打開，料斗中混凝土一次性灌入到鉆孔中，在接觸到泥漿的瞬間，巨大的沖擊能量產生很高的沖擊壓力，排除導管內的泥漿，從而起到排出導管內泥漿的作用。

無隔水栓水下灌注樁法的原理比較簡單。上部料斗中收集足夠埋住底部導管管口的混凝土量，而后一次性灌入到鉆孔中，充滿導管的混凝土的勢能瞬間轉化成動能，混凝土在高速下落的過程中，與導管中的泥漿接觸，借助混凝土自身重量產生的壓力將導管內的泥漿和水擠到導管外部，再配合導管的上提，完成整個樁體的灌注作業。

無隔水栓水下灌注樁法施工原理的相關計算：

按照導管初次埋置深度h2=1.5m，填充導管底部間隙h3=0.5m，孔內靜止水位至樁底最大深度為10m，孔內泥漿和水混合重度為γ漿=12N/m3，混凝土重度γ砼=24N/m3計算。

1、首批混凝土灌注所需混凝土數量計算：

其所需要的混凝土的數量按下式計算（如圖7）：

H砼=h2-h3=1.5+0.5=2.0m

h1≥γ漿H漿/γ砼=12*（10-2）/24=4.0m

V首≥πr2h1+πR2H砼=π*0.1252*4+π*0.52*2=1.77m3

式中：V：首次混凝土所需數量m3；

r：導管半徑m；

R：樁孔半徑m；

H砼：灌注首批混凝土時所需井孔內混凝土面至孔底的高度m；

h1：井孔混凝土面高度達到H砼時，導管內混凝土的高度m；

h2：導管初次埋置深度m；

h3：導管底端距鉆孔底部距離m；

H漿：井孔內混凝土面以上泥漿和水混合物的深度m。

2、首批混凝土下落的沖擊能：

E=0.5m*v2（其中v=gt，沖擊力F=mg）

因此E沖擊=0.5*（ρV1+ρV2）*（gt）2=0.5*（2.4*1000kg/m3*2m*0.52*3.14+2.4*1000kg/m3*4m*0.1252*3.14）*（10*）2=317925J

式中：E沖擊：混凝土在水面上5.0m處下落的沖擊能J；

m：首批混凝土質量kg；

v：混凝土下落速度m/s

t：混凝土下落時間s

V1：管外混凝土高度下孔內的混凝土體積m3；

V2：除去管外混凝土高度下的管內混凝土體積m3。

3、灌注漏斗高度的計算：

在灌注末期，漏斗底口高出孔水面或樁頂的必須高度計算（如圖8）：

h砼≥（Pc+γ漿H漿）/γ砼=（150+12*1）/24=6.75m

式中：h砼：井內混凝土面以上，導管內混凝土（計算至漏斗底口）高度m；

Pc：使導管內混凝土下落至導管底并將導管外的混凝土頂升時所需要的超壓力。；

H砼：井孔內混凝土面以上的泥漿與水混合物深度m。

主要參數表：

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。