一种用于穿越深厚密实砂(砾)层的PHC管桩沉桩装置

摘要

一种用于穿越深厚密实砂（砾）层的PHC管桩沉桩装置，包括:PHC管桩（2）,上部和下部连有桩帽（1）和桩靴（3）,进浆管（4）、进气管（6）、排气管（5）穿过桩帽（1）上的孔装在PHC管桩（2）的內孔中。其优点是：一、保证返浆顺利溢出；二、防止过度冲刷；三、可以定量控制进浆管、进气管、排气管下放位置，保证穿透效果及质量。四、将传统冲水改为冲浆，浆液采用传统的钻探用泥浆加5%-10%左右的水泥及0.2%的缓凝剂调配而成，确保冲刷砂（砾）层过程中，不易塌孔及发生流砂现象，不过度冲刷，保证引孔质量及PHC管桩的侧摩阻力。五、设计合理，结构简单，安装操作方便，密闭性可靠，穿透效果好，经济实用。

说明书

技术领域

 本发明涉及基础工程技术领域，具体地说是一种新型的用于穿越深厚密实砂（砾）层的PHC管桩沉桩装置。

背景技术

PHC管桩与钻孔灌注桩相比具有造价低廉、施工周期短、环保且工程质量易于保证等诸多优点，在高层建筑、工业厂房中广泛使用。尤其是在一些工业厂房中，用于放置精密仪器设备，在厂房使用过程中对地基沉降的要求非常高，因此必须增加PHC管桩的深度，穿越深厚密实砂（砾）层，达到更稳定的持力层，而这些深厚密实砂（砾）层标贯击数一般均大于50击，不论是静压还是锤击沉桩，均遇到无法沉桩穿越的问题。

解决方法一般是采用水冲气举引孔沉桩，但传统的沉桩设备在使用过程中遇到以下问题：一、桩头处未设置密封固定装置及排气管，如新型PHC桩及水冲气举静压沉桩法（专利号：200410061106.9），未设置密封固定装置及排气管，在施工过程中，注水及注气压力不易保证和控制，有时压力过大，造成过度冲刷，施工质量无法保证，桩头返浆四处飞溅，埋下安全隐患；压力过小桩靴回水孔及出水孔活塞可能无法正常打开，造成无法冲水，或大块砂砾无法随浆液一起返出；再如一种用于钢筋混凝土预制桩沉桩的冲水设备（专利号：02278050.5），它是由进水管、进气管、腔体、套管和出水管构成，无排气管，该专利虽提到上部密封装置，但未进行详细描述，是否能起到密封作用尚不明确；二、在冲水过程中，砂（砾）层易发生塌孔、流砂，甚至如果邻孔也采用此种方法沉桩时，会出现砂（砾）层掏空连通等情况，造成施工后的承载力不稳定和施工质量不易控制等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计合理、结构简单穿越深厚密实砂（砾）层的PHC管桩沉桩设备，以从根本上解决现有技术存在的问题。

本发明的一种用于穿越深厚密实砂（砾）层的PHC管桩沉桩装置，包括:PHC管桩,上部和下部连有桩帽和桩靴,进浆管、进气管及排气管穿过桩帽上的孔装在PHC管桩的內孔中。

所述的进浆管、进气管、排气管上端部分别设置有可以控制的进浆阀、进气阀、排气阀;下端分别设置有高压喷嘴、进气管过滤阀,排气管过滤阀。

所述的桩帽,包括:帽体侧方开有出浆管，帽体的上金属隔板上有供进浆管、进气管、排气管下放的空心区域及密闭固定装置A与 Aˊ其中密闭固定装置通过活动页片连接，密闭固定装置A与上金属隔板为一体，密闭固定装置Aˊ的下金属挡板Bˊ略高于上金属隔板，可以绕着活动页片）活动，下金属挡板Bˊ形状及大小与空心区域B相匹配，通过螺栓孔、利用螺栓连接密封，也可以视情况通过其他固定方式（如卡扣等）固定，帽体与PHC管桩及进浆管、进气管、排气管接触处有防止浆液溢出的胶套（垫）。

所述的桩靴，包括:靴体侧壁有桩靴回浆（孔）阀，底部有桩靴出浆（孔）阀，其中桩靴回浆（孔）阀及出浆（孔）阀为简易单向阀，桩靴回浆（孔）阀正向承受的极限压力为0.5~1MPa, 出浆（孔）阀承受的正向极限压力为2MPa左右，而逆向极限压力可近似认为无穷大，当压力达到极限压力时单向阀破坏冲开，变为出浆孔及回浆孔。

所述的泵入注浆管的浆液为传统的钻探用泥浆加5%-10%左右的水泥及0.2%的缓凝剂调配而成，确保不过度冲刷砂（砾）层及塌孔，保证引孔质量及PHC管桩的侧摩阻力不会因砂（砾）层冲刷扰动而减小。

本发明一种用于穿越深厚密实砂（砾）层的PHC管桩沉桩设备优点是：

一、增加了桩帽，形成密闭空腔，便于通过排气阀及出浆阀控制压力，保证返浆顺利溢出，防止其四处飞溅，确保桩靴出浆（孔）阀及桩靴回浆（孔）阀顺利打开；

二、增加排气孔，施工过程压力得到控制，防止过度冲刷；

三、增加上部密闭固定装置A及Aˊ，保证了空腔的密闭性，压力易于保证，可以定量控制进浆管、进气管、排气管下放位置，保证穿透效果及质量。

四、将传统冲水改为冲浆，浆液采用传统的钻探用泥浆加5%-10%左右的水泥及0.2%的缓凝剂调配而成，确保冲刷砂（砾）层过程中，不易塌孔及发生流砂现象，不过度冲刷，保证引孔质量及PHC管桩的侧摩阻力。

五、本发明集成了现有水冲气举引孔沉桩设备的优点，同时，对现有水冲气举引孔沉桩设备的技术不足从根本上进行了改进，设计合理，结构简单，安装操作方便，密闭性可靠，穿透效果好，经济实用。

附图说明

图1 —本发明结构示意图。

图2 —桩帽结构大样图。

图3 —桩靴结构大样图。

图4 —上部密封固定装置结构大样图。

图中：1-桩帽、2-PHC管桩、3-桩靴、4-进浆管、5-排气管、6-进气管、7-土层、8-空腔、12-出浆管、13-活动页片、14-螺栓、15-上金属隔板、16-胶套（垫）、121-出浆阀、181~183-螺栓孔、31-回浆（孔）阀、32-出浆（孔）阀、33-合金钻齿、41-进浆阀、51-排气阀、61-进气阀、42-高压喷嘴、52-进气管过滤阀、62-排气管过滤阀、A-密闭固定装置A叶片、Aˊ-密闭固定装置Aˊ叶片、B-上金属隔板空心区域、Bˊ-密闭固定装置Aˊ下金属挡板。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

如图2、4所示，桩帽（1）侧方开有出浆管（12），桩帽（1）的上金属隔板（15）上有供进浆管（4）、进气管（6）、排气管（5）下放的空心区域（B）及密闭固定装置（A）及（Aˊ）,其中密闭固定装置（A）及（Aˊ）通过活动页片（13）连接，密闭固定装置（A）与上金属隔板（15）为一体，密闭固定装置（Aˊ）的下金属挡板（Bˊ）略高于上金属隔板（15），可以绕着活动页片（13）活动，下金属挡板（Bˊ）形状及大小与空心区域（B）相匹配，密闭固定时通过螺栓孔（181）、（182）及（183）利用螺栓连接密封，桩帽（1）与PHC管桩（2）及进浆管（4）、进气管（6）、排气管（5）接触处有防止浆液溢出的胶套（垫）（16）；

如图3所示，桩靴（3）侧壁有桩靴回浆（孔）阀（31），底部有桩靴出浆（孔）阀（32），其中桩靴回浆（孔）阀（31）及出浆（孔）阀（32）为简易单向阀，桩靴回浆（孔）阀（31）正向承受的极限压力为0.5~1MPa, 出浆（孔）阀（32）承受的正向极限压力为2MPa左右，而逆向极限压力可近似认为无穷大，当压力达到极限压力时单向阀破坏冲开，变为出浆孔（32）及回浆孔（31）。

本发明具体实施步骤：

如图1所示，将桩靴（3）焊接在PHC桩（2）的桩脚上，待进入深厚密实砂（砾）层无法沉桩时，将桩帽（1）用螺栓（14）固定在PHC桩（2）的桩头上，将进浆管（4）、进气管（6）及排气管（5）通过空心区域（B）下放至预定深度，利用固定密封装置（A）及（Aˊ）将进浆管（4）、进气管（6）及排气管（5）固定密封，形成密闭空腔（8）；

打开进浆阀（41）及出浆阀（121），浆液进入密闭空腔（8），空腔（8）内气体从出浆阀（121）排出，继续泵入浆液，待浆液从出浆阀（121）溢出时，关闭出浆阀（121），继续缓慢加压泵浆，当压力首先达到桩靴（3）的回浆（孔）阀（31）的正向极限压力时，回浆（孔）阀（31）将被破坏压开，形成回浆孔（（31）），然后打开进气阀（61），同时泵入高压浆液及压缩空气，当压力达到桩靴出浆（孔）阀（32）的正向极限压力时，出浆（孔）阀被破坏冲开，形成出浆孔（32）；

然后，依靠高压浆液及高压气流冲击粉碎砂（砾）层，混合浆液进入桩靴出浆孔（32）侧向回浆孔（31）通过空腔（8）从出浆管（12）溢出，根据内部压力情况，视情况打开排气阀（51），控制内部压力，防止过度冲刷，连续不断形成空隙，使PHC桩体（2）缓慢穿越深厚密实砂（砾）层；

可根据实际砂（砾）层冲刷及桩体下沉情况，打开固定密封装置（A）及（Aˊ），重新调整进浆管（4）、进气管（6）及排气管（5）的下放位置，重复上述步骤，待冲刷至深厚密实砂（砾）层底层0~0.5m时，停止冲刷，撤去桩帽（1）及进浆管（4）、进气管（6）及排气管（5），按常规方法继续沉桩。