水力自激振荡射流振动沉桩装置及沉桩工艺

摘要

本发明涉及一种水力自激振荡射流振动沉桩装置及沉桩工艺，其技术方案是：钢筋混凝土桩体为板桩，顶部中间设有方形桩头和吊环，通过振动锤连接装置与振动锤部分连接；在所述的板桩的底部设有带有自激振荡射流喷嘴的射流管，通过通水管、快速对接活动弯头与高压水泵组连接；振动锤部分通过整体吊具与吊装设备的吊钩连接。有益效果是：能够解决不同地层施工工艺技术，同时较大的提高施工效率，保证施工质量，克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足，解决坚硬粘土地层沉桩速度和击穿地下障碍物难题；解决了沉桩过程中桩体底部2m两侧原状土不被破坏问题，采取桩体两侧灌沙使桩体两侧扰动土被置换成细沙并快速固结。

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉桩装置及沉桩工艺，特别涉及一种水力自激振荡射流振动沉桩装置及沉桩工艺。

背景技术

目前，现有的钢筋混凝土预制桩的沉桩工艺传统工艺有：锤击式沉桩、静压式沉桩、振动式沉桩、冲水辅助沉桩、振动法辅助沉桩等工艺。其中，锤击式沉桩工艺和静压式沉桩工艺与本发明涉及不大不作陈述；射水法沉桩工艺由于水冲沉桩过程中桩体侧原状土被扰动短期内不能固结；以上沉桩工艺在坚硬粘土地层进桩速度很难提高；地层中遇到障碍物时需打开挖取出障碍物或移桩位。

现有的专利技术有：中国专利号为ZL200610070402.4的《水力插板及使用方法》包括钢筋砼桩板及其内垂直安设的过水管，底部横向安设的与过水管相连通的水量分配管，一侧安设的滑道，另一侧安设的滑板，顶部安设的提升吊环和埋设的预留钢筋，还包括所述钢筋砼桩板上、滑道、滑板的两侧设置的垂向隔水道。一种水力插板及使用方法，包括(A)用起吊设备将钢筋砼桩板起吊，通过过水道和水量分配管以水力喷射的方式下入地层，将另一块钢筋砼桩板的滑板从已下入地层的桩板的缺口空心方钢滑道中插进，下入地层，还包括(B)各板间的整体连接，首先用冲水管冲洗隔水道，然后下入长条形模袋并注满水泥浆，使板间形成与板外完全隔绝的内腔室；(C)在该内腔室中的空心方钢中下入注浆管道，自下而上地注满水泥浆，整个板间结合部将形成一种带有夹心钢板的钢筋砼整体结构；(D)现浇顶部横梁或不浇顶部横梁，其存在的问题是：一是仅采用水力喷射的方式实现沉桩，出现沉桩过程中桩体底部2m两侧原状土被破坏较大的问题桩体四周土体在喷射水流和排出的泥沙水的作用下，桩体和四周土体形成5~15cm的缝隙，单靠自流回淤措施短期内难以恢复，造成桩体不稳；二是射流管切割地层的能力不足，遇到坚硬粘土地层或地下障碍物时，其沉桩效率降低，难以穿透障碍物。

中国专利号ZL2012100208516.6的《一种高压射流振动沉桩装置及沉桩工艺》，公开了一种高压射流振动沉桩装置，所述地面部件包括垂直激振力发生器，与垂直激振力发生器相连的夹桩器，所述垂直激振力发生器的下部连接外高压接头，所述外高压接头连接高压射流发生器，所述地下部件包括夹桩器下端连接的内接头，与内接头相连的射流管，所述射流管的端部设置高压射流喷嘴，所述射流管和高压射流喷嘴之间设置有水平激振力发生器，高压射流发生器喷射注浆或注水，喷射液体形成高压液柱切割、粉碎和液化土壤，水平激振力发生器产生水平方向振动力，对切割、粉碎和液化的土壤进行振动处理，将桩体快速压入地层并进入到预定的沉桩深度，能够明显解决难、异地层施工技术，同时极大的提高施工效益和施工质量。但是该发明主要用于圆形沉桩，而且单独使用，另外，采用的射流管和高压射流喷嘴不是普通喷嘴，与本发明的设计思路不同。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种水力自激振荡射流振动沉桩装置及沉桩工艺。

一种水力自激振荡射流振动沉桩装置，包括钢筋混凝土桩体、带有自激振荡射流喷嘴的射流管、通水管、快速对接活动弯头、高压胶管、高压水泵组、振动锤部分和整体吊具，所述的钢筋混凝土桩体为板桩，顶部中间设有方形桩头和吊环，通过振动锤连接装置与振动锤部分连接；所述的板桩的两侧面分别设有桩体凸榫槽和桩体凹榫槽，桩体凸榫槽和桩体凹榫槽的长度与板桩的长度相同，桩体凸榫槽和桩体凹榫槽的内侧设有相互对称的半圆形凹槽，两组或两组以上的板桩相连时形成一个上下相通的圆形通道，圆形通道内设有通水管；在所述的板桩的底部设有带有自激振荡射流喷嘴的射流管，通过通水管、快速对接活动弯头与高压水泵组连接；所述的振动锤部分通过整体吊具与吊装设备的吊钩连接。

上述的整体吊具由主吊索钢丝绳、副吊索钢丝绳、调向滑轮组、主吊索钢管撑、吊装卡环组成，主吊索钢管撑的两端固定主吊索钢丝绳，主吊索钢丝绳的两个末端分别固定吊装卡环，通过吊装卡环固定钢筋混凝土桩体，所述主吊索钢丝绳的顶部通过主吊钩连接；所述的主吊索钢管撑的中段固定有调向滑轮组，调向滑轮组缠绕副吊索钢丝绳，副吊索钢丝绳的底部连接振动锤部分，顶部与副吊钩连接。

上述的带有自激振荡射流喷嘴的射流管由射流管、自激振荡射流喷嘴、自锁快速母接头组成，射流管下安装多个自激振荡射流喷嘴，射流管的一端设有自锁快速母接头，所述的射流管安装在钢筋混凝土桩体的底部，并且带有倾斜角度。

一种水力自激振荡射流振动沉桩工艺，包括以下步骤实现： 

第一、将钢筋混凝土桩体两侧的凸榫槽倚靠在已安装完毕混凝土桩体一侧的凹榫槽内，利用水力自激振荡射流的力量将土层切开使板桩缓慢沉入地下，启动振动锤加快沉桩速度，当板桩下沉到设计标高以上2~3m时，停止水力自激振荡射流，同时在板桩的两侧泥面缝隙内投放细沙，采用振动沉桩将板桩继续下沉至设计标高；

第二、压力灌浆，将细石混凝土通过通水管注入两个板桩之间的圆形通道，泥面以下部分充满细石混凝土后将通水管拔出，泥面以上部分灌浆采用膜袋灌注细石混凝土；

第三、现浇帽梁，将钢筋混凝土板桩顶部的预留钢筋统一绑扎水平钢筋后现浇混凝土，做到横向整体连接。

一种水力自激振荡射流振动沉桩工艺，包括以下更具体步骤实现：

（1）先安装整体吊具、水力自激振荡射流管、通水管、快速对接专用弯头、连接供水胶管、振动锤；

（2）起吊板桩，板桩体应呈竖向垂直状态；

（3）开动水力自激振荡射流系统，射流管向下射水切割地层，泥浆沿板桩四周空隙排出，板桩在水力自激振荡射流切割地层和自身重力的作用下沉入地层；

（4）开动电动振动锤，加快沉桩速度，当板桩下沉到设计标高以上2~3m时，停止水力自激振荡射流，同时在板桩的两侧泥面缝隙内投放细沙，将板桩继续下沉至设计标高，在桩体两侧灌沙使桩体两侧扰动土在振动的作用下被置换成细沙并快速固结；

（5）在易冲刷根基的区域施工应附加抛石护坦或抛石护脚来保证板桩的稳定性；

（6）压力灌浆，将通水管利用杠杆逆时针扭转，使通水管脱离射流管的圆形通道，顶端连接混凝土压力管道开动混凝土压力输送泵，细石混凝土注入两桩之间，挤压松软泥土，同时慢慢提升通水管，使两桩结合部泥面以下部分充满细石混凝土后将通水管拔出；泥面以上部分灌浆待泥面以下混凝土达到初凝状态采用清水冲洗其结合面，采用膜袋灌注细石混凝土充满泥面以上的圆形通道，满足接缝密封不透水的功能；

（7）现浇帽梁，将板桩顶部的预留钢筋统一绑扎水平钢筋后浇筑混凝土，做到横向整体连接形成钢筋混凝土整体连续墙。

本发明的有益效果是：能够解决不同地层施工工艺技术，同时较大的提高施工效率，保证施工质量，克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足，解决坚硬粘土地层沉桩速度和击穿地下障碍物难题；解决了沉桩过程中桩体底部2m两侧原状土被破坏问题，采取桩体两侧灌沙使桩体两侧扰动土被置换成细沙并快速固结。

附图说明

图1是本发明桩体结构示意图；

图2是自激振荡喷嘴示意图；

图3是本发明桩体正立面示意图；

图4是本发明桩体侧立面示意图；

图5是本发明桩体俯视示意图；

图6是传统桩体结构截面示意图；

图7是本发明整体吊具示意图；

图8是振动冲击锤示意图；

图9是本发明带有自激振荡射流喷嘴的射流管安装示意图；

图10是本发明带有自激振荡射流喷嘴的射流管侧立面示意图；

图11是专利号为ZL200610070402.4的水力插板工艺中射流管安装示意图；

图12是专利号为ZL200610070402.4的水力插板射流管侧立面示意图；

图13是本发明桩体沉入地层侧立面示意图；

图14是本发明多块桩体沉入地层连接正立示意图；

图15是本发明多块桩体连接俯视示意图；

图16是本发明施工状态示意图；

上图中：钢筋混凝土桩体1、桩体凸榫槽1.1、桩体凹榫槽1.2、方形桩头1.3、预留钢筋1.4、吊环1.5；带有自激振荡射流喷嘴的射流管2、射流管2.1、自激振荡射流喷嘴2.2、自锁快速母接头2.3、通水管3、快速对接活动弯头4、高压胶管5、高压水泵组6、振动锤部分7、振动锤7.1、振动锤连接装置7.2、整体吊具8、主吊索钢丝绳8.1、副吊索钢丝绳8.2、调向滑轮组8.3、主吊索钢管撑8.4、吊装卡环8.5、吊装设备9、主吊钩9.1、副吊钩9.2、细沙10、灌注接缝11。

具体实施方式

结合附图1-16，对本发明作进一步的描述：

本发明提到的一种水力自激振荡射流振动沉桩装置，包括钢筋混凝土桩体1、带有自激振荡射流喷嘴的射流管2、通水管3、快速对接活动弯头4、高压胶管5、高压水泵组6、振动锤部分7和整体吊具8，所述的钢筋混凝土桩体1为板桩，顶部中间设有方形桩头1.3和吊环1.5，通过振动锤连接装置7.2与振动锤部分7连接；所述的板桩的两侧面分别设有桩体凸榫槽1.1和桩体凹榫槽1.2，桩体凸榫槽1.1和桩体凹榫槽1.2的长度与板桩的长度相同，桩体凸榫槽1.1和桩体凹榫槽1.2的内侧设有相互对称的半圆形凹槽，两组或两组以上的板桩相连时形成一个上下相通的圆形通道，圆形通道内设有通水管3；在所述的板桩的底部设有带有自激振荡射流喷嘴的射流管2，通过通水管3、快速对接活动弯头4与高压水泵组6连接；所述的振动锤部分7通过整体吊具8与吊装设备9的吊钩连接。

其中，整体吊具8由主吊索钢丝绳8.1、副吊索钢丝绳8.2、调向滑轮组8.3、主吊索钢管撑8.4、吊装卡环8.5组成，主吊索钢管撑8.4的两端固定主吊索钢丝绳8.1，主吊索钢丝绳8.1的两个末端分别固定吊装卡环8.5，通过吊装卡环8.5固定钢筋混凝土桩体1，所述主吊索钢丝绳8.1的顶部通过主吊钩9.1连接；所述的主吊索钢管撑8.4的中段固定有调向滑轮组8.3，调向滑轮组8.3缠绕副吊索钢丝绳8.2，副吊索钢丝绳8.2的底部连接振动锤部分7，顶部与副吊钩9.2连接。

其中，带有自激振荡射流喷嘴的射流管2由射流管2.1、自激振荡射流喷嘴2.2、自锁快速母接头2.3组成，射流管2.1下安装多个自激振荡射流喷嘴2.2，射流管2.1的一端设有自锁快速母接头2.3，所述的射流管2.1安装在钢筋混凝土桩体1的底部，并且带有倾斜角度。

一种水力自激振荡射流振动沉桩工艺，包括以下步骤实现： 

第一、将钢筋混凝土桩体两侧的凸榫槽倚靠在已安装完毕混凝土桩体一侧的凹榫槽内，利用水力自激振荡射流的力量将土层切开使板桩缓慢沉入地下，启动振动锤加快沉桩速度，当板桩下沉到设计标高以上2~3m时，停止水力自激振荡射流，同时在板桩的两侧泥面缝隙内投放细沙10，采用振动沉桩将板桩继续下沉至设计标高；

第二、压力灌浆，将细石混凝土通过通水管注入两个板桩之间的圆形通道，泥面以下部分充满细石混凝土后将通水管拔出，泥面以上部分灌浆采用膜袋灌注细石混凝土；

第三、现浇帽梁，将钢筋混凝土板桩顶部的预留钢筋统一绑扎水平钢筋后现浇混凝土，做到横向整体连接。

一种水力自激振荡射流振动沉桩工艺，包括以下更具体步骤实现：

（1）先安装整体吊具、水力自激振荡射流管、通水管、快速对接专用弯头、连接供水胶管、振动锤；

（2）起吊板桩，板桩体应呈竖向垂直状态；

（3）开动水力自激振荡射流系统，射流管向下射水切割地层，泥浆沿板桩四周空隙排出，板桩在水力自激振荡射流切割地层和自身重力的作用下沉入地层；

（4）开动电动振动锤，加快沉桩速度，当板桩下沉到设计标高以上2~3m时，停止水力自激振荡射流，同时在板桩的两侧泥面缝隙内投放细沙，将板桩继续下沉至设计标高，在桩体两侧灌沙使桩体两侧扰动土在振动的作用下被置换成细沙并快速固结；

（5）在易冲刷根基的区域施工应附加抛石护坦或抛石护脚来保证板桩的稳定性；

（6）压力灌浆，将通水管利用杠杆逆时针扭转，使通水管脱离射流管的圆形通道，顶端连接混凝土压力管道开动混凝土压力输送泵，细石混凝土注入两桩之间，挤压松软泥土，同时慢慢提升通水管，使两桩结合部泥面以下部分充满细石混凝土后将通水管拔出；泥面以上部分灌浆待泥面以下混凝土达到初凝状态采用清水冲洗其结合面，采用膜袋灌注细石混凝土充满泥面以上的圆形通道，满足接缝密封不透水的功能；

（7）现浇帽梁，将板桩顶部的预留钢筋统一绑扎水平钢筋后浇筑混凝土，做到横向整体连接形成钢筋混凝土整体连续墙。

本发明与现有技术相比：和传统混凝土板桩结构截面（基坑手册15.2.1图15-3中c）相比加大了凹凸榫槽中的注浆管槽尺寸，改进后既保留了凹凸榫槽的结构形式又能使灌注细石混凝土顺畅，同时给通水管道留出空间。

和传统混凝土板桩工艺及现有的发明专利号为ZL200610070402.4的水力插板及使用方法相比增加了凸出桩顶的方形桩头，改进后保留了桩顶预留钢筋保证和现浇帽梁结合成整体，解决振动锤连接装置安装位置。

关于射流管的改进，现有的发明专利号ZL200610070402.4水力插板及使用方法，射流管，安装平行于板桩桩端，而本发明的射流管安装时带有一定的倾斜角度，改进后插入时能产生推力使板桩结合紧密。

关于水流喷射孔的改进，现有的发明专利号为ZL200610070402.4的水力插板及使用方法，水流喷射孔为电钻钻孔，孔的直径为2—8mm；而本发明将多个自激振荡喷嘴根据切割地层需要安装在射流管上，改进后的射流管切割地层的能力大大提高。

关于通水管的改进，现有的发明专利号为ZL200610070402.4的水力插板及使用方法，通水管安装是预埋在混凝土板桩的中心位置；而本发明将通水管安装在桩体的端侧的半圆形结构通道内(凹榫槽侧)，改进后保留了原有的通水功能，同时作为灌浆的压力管道，最后拔出重复使用。

快速对接活动弯头的发明使用，它的特点两端可同时实现快速对接，实现多角度变动，密封可靠的连接装置。一端和通水管快速对接，另一端和高压胶管快速对接，对接后可转动来释放胶管受压时的扭力。它的使用是水力沉桩准备工作效率提高50%以上。

整体吊具的发明使用，解决预制板桩吊点和振动锤的吊点都在中心位置且互不影响的问题，简化了振动锤与桩体连接装置，解决了本发明桩体大，选用振动锤小的 特点。

水冲沉桩和振动沉桩完美结合，解决水冲沉桩过程中桩体底部深度两米两侧原状土被破坏问题，从而避免了桩体不稳的问题；解决桩体两侧扰动土被置换成细沙并快速固结。