沉桩辅助装置及沉桩辅助方法与流程

本发明涉及一种沉桩辅助装置及沉桩辅助方法。

背景技术：

1、目前桩基施工主要分为钻孔灌注桩与预制桩两种。钻孔灌注桩成本低，工艺简单，但施工时间较长，产生的泥浆对现场环境污染较大。预制桩中的混凝土桩的施工方法有静压桩、锤击桩等，其施工速度快，但施工时产生的挤土效应及锤击振动对周边土壤及结构体影响较大，使用受到较大限制。

2、钢管桩施工工艺简单，施工速度快，强度高，是高架桥梁、大型建筑基础的首选桩型。但在城市基础设施钢管桩桩基施工工过程中，钢管桩施工过程中极易因地质情况复杂，持力层过深等原因出现沉桩困难，桩基无法顺利达到设计标高的情况。同时，在城市环境中，受周边建筑、交通等影响，无法对钢管桩使用锤击沉桩方法，极大影响施工效率，采用免共振液压振动锤沉桩。

3、钢管桩振动锤施工原理是利用桩的垂直上下振动，造成桩周边土体处于强迫振动状态，使桩附近的土壤颗粒迅速液化，减少了对桩的动摩擦力，从而使桩周边土体强度显著降低，破坏桩与土体间的粘结力，桩在自身重量和激振力的作用下逐渐沉入土中。但钢管桩在沉桩过程中如遇复杂地层，因免共振振动锤的沉桩能力有限，可能无法将钢管桩顺利沉至设计标高，强行沉桩易导致桩头开裂以及振动锤故障。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中沉桩遇到复杂地层时沉桩机械的沉桩能力不足的缺陷，提供一种沉桩辅助装置及一种沉桩辅助方法。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、一种沉桩辅助装置，包括吊机、振动锤和工程桩，所述工程桩的部分沉入在土体中，所述吊机吊接所述振动锤，所述振动锤包括夹具，所述沉桩辅助装置还包括套件，所述振动锤通过所述夹具夹持所述套件，所述套件和所述工程桩同轴设置，所述套件能够在振动锤的作用下沉入土体中并套设在所述工程桩的外周。

4、在本方案中，采取上述结构形式，吊机吊接振动锤，同时振动锤通过夹具夹持套管，吊机作为移动平台可以直接将套管移动至需要辅助沉桩的工程桩位置，套件和工程桩同轴设置，工程桩沉入土体的位置也定位了套件需要沉入的位置，振动锤开启后，套件在振动锤的作用下沉入土体中并套设在所述工程桩的外周，再将套件从土体中上拔出来，这个过程中，降低了工程桩外侧的土体对工程桩的侧摩擦力，因此能对沉桩困难的工程桩进行快速辅助沉桩，提高了工程桩的沉桩效率，施工过程中也不会对周边环境有额外影响。

5、较佳地，所述套件和/或所述工程桩的材质为钢。

6、在本方案中，采取上述结构形式，钢套件结构强度高，抗压抗拉，沉入复杂的土体的过程中不容易发生断裂。钢桩的结构强度很高，承载力强，且施工速度快。

7、较佳地，所述套件为套管；和/或，所述工程桩为管桩。

8、在本方案中，采取上述结构形式，管桩的截面较小，沉桩时挤土量小，对土壤的扰动小，对邻近建筑物的影响也较小。套件为套管，截面较小，沉桩时挤土量小，容易沉入土体中。

9、较佳地，所述振动锤为免共振液压振动锤。

10、在本方案中，采取上述结构形式，采用免共振液压振动锤进行沉桩，免共振液压振动锤施工过程中的振动频率大于任何由土壤自身频率造成的共振，因而施工过程中对周边土体的位移和土体的压力较小。免共振液压振动锤的振幅使土体液化，改变土体摩擦力，不易产生挤土效应。

11、较佳地，所述夹具的数量为两个，两个所述夹具沿所述套件的径向方向对称夹持在所述套件上。

12、在本方案中，采取上述结构形式，相对设置的两个夹具沿所述套件的径向方向夹持在套件上。如果设置一个夹具夹持套件，可能存在夹具的夹口较小不能完整的夹住套件而只能夹持在套件上某一处边的问题，以至于振动锤在套件上的作用点和套件的垂直轴线存在偏心，并最终影响套件沉入土体的过程中的垂直度。相对设置的两个夹具沿套件的径向方向夹持在套件上可以避免夹具的夹口较小不能完整的夹住套件带来的不利影响，保证套件沉入土体过程中的垂直度。

13、一种沉桩辅助方法，包括以下步骤：

14、s1、在工程桩已经部分沉入土体的情况下，根据沉桩困难的工程桩的直径尺寸大小，选择尺寸略大于所述工程桩的套件；

15、s2、利用沉桩机械将所述套件沉入土体中并套设在所述工程桩的外周，所述套件沉入土体的深度为第一距离；

16、s3、上拔所述套件，所述套件被上拔的高度为第二距离；

17、s4、重复步骤s2和步骤s3，其中，每一次将套件沉入土体的深度大于上一次将套件沉入土体的深度，直至所述套件沉入土体的深度大于或等于所述工程桩的设计深度；

18、s5、上拔所述套件并将所述套件从土体中完全拔出；

19、s6、利用所述沉桩机械对所述工程桩进行沉桩。

20、在本方案中，在工程桩已经部分沉入土体的情况下，根据沉桩困难的工程桩的大小，选择略大于工程桩的套件；根据沉桩机械的荷载能力和土体的复杂程度确定好套件下沉的第一距离，套件在完成沉入到工程桩的设计深度的过程中，对套件往复进行沉入和上拔的操作，每一次将套件沉入土体的深度大于上一次将套件沉入土体的深度，逐次在第一距离的基础上增加套件沉入土体的深度，始终保证套件在土体中遇到的阻力安全可控，不至于卡死在土体当中；在套件沉入土体的深度大于或等于工程桩的设计深度时，将套件完全从土体中拔出，此时工程桩外侧的土体对工程桩的侧摩擦力已经因为套件之前的沉入而显著降低，此时再对工程桩进行沉桩会变得更为快速和顺利，工程桩沉桩阻力减小，并提高了工程桩的沉桩效率，施工过程中也不会对周边环境有额外影响。

21、较佳地，在步骤s2中，所述第一距离的取值范围为1m-2m；

22、和/或，在步骤s3中，所述第一距离和所述第二距离一致；

23、和/或，在步骤s4中，每一次将所述套件沉入土体的深度为上一次将所述套件沉入土体的深度加上所述第一距离。

24、在本方案中，第一距离的范围为1m-2m，适用于一般的施工环境，同时也不至于让振动锤的荷载过重造成振动锤损坏；第二距离和第一距离一致，方便计算和确定下一次套件沉入土体的深度；每一次将所述套件沉入土体的深度为上一次将所述套件沉入土体的深度加上所述第一距离，保证套件每次下沉遇到的土体的阻力始终安全可控，即在振动锤的荷载能力范围之内。

25、较佳地，在步骤s2中，所述沉桩机械为振动锤；

26、和/或，在步骤s3中，利用吊机对所述套件进行上拔。

27、在本方案中，在城市环境等震动受限的施工情况下，无法使用传统打桩机施工，宜使用振动锤沉桩；吊机作为移动平台，方便对套件进行上拔操作。

28、较佳地，在步骤s4中，如果所述套件的长度小于所述工程桩的设计深度，增加一节延长套件，所述沉桩机械先与所述套件的上端脱离，在所述套件的上端安装所述延长套件，再通过所述沉桩机械与所述延长套件连接。

29、在本方案中，在套件的长度达不到工程桩的设计深度时，增加一节延长套件，延长套件和套件相连接并在沉桩机械的作用下沉入土体中，通过此种方式以达到工程桩的设计深度。

30、较佳地，所述延长套件通过电焊连接的方式安装至所述套件的上端。

31、在本方案中，延长套件和套件之间可以用电焊焊接，操作简便且强度高，使用安全，接头连接简单，施工速度快。

32、本发明的积极进步效果在于：吊机吊接振动锤，同时振动锤通过夹具夹持套管，吊机作为移动平台可以直接将套管移动至需要辅助沉桩的工程桩位置，套件和工程桩同轴设置，工程桩沉入土体的位置也定位了套件需要沉入的位置，振动锤开启后，套件在振动锤的作用下沉入土体中并套设在所述工程桩的外周，再将套件从土体中上拔出来，这个过程中，降低了工程桩外侧的土体对工程桩的侧摩擦力，因此能对沉桩困难的工程桩进行快速辅助沉桩，提高了工程桩的沉桩效率，施工过程中也不会对周边环境有额外影响。