本發(fā)明涉及建筑施工技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種無(wú)隔水栓水下灌注施工裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

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(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)沿海地區(qū)以及內(nèi)地地基基礎(chǔ)工程中被廣泛使用。該方法具有施工程序簡(jiǎn)單、適用面廣、易于掌握、快速、經(jīng)濟(jì)、效果顯著等特點(diǎn)，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(guó)的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史，在我國(guó)廣泛使用于道路交通、基礎(chǔ)樁基等施工中。最近四五年隨著我國(guó)建筑設(shè)備機(jī)械特別是旋挖鉆機(jī)設(shè)備的研發(fā)及普及，水下灌注也被逐漸認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、公路路基及機(jī)場(chǎng)跑道等工程中。旋挖鉆機(jī)一般適用粘土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層。旋挖鉆機(jī)及施工工藝在我國(guó)北方地區(qū)已經(jīng)得到了很快普及。

水下混凝土灌注也稱導(dǎo)管混凝土灌注，是將混凝土通過(guò)豎立的導(dǎo)管，依靠混凝土的自重壓力進(jìn)行水下灌注的方法。是鉆孔成功進(jìn)行水下灌注成樁質(zhì)量控制中的關(guān)鍵工序，若灌注方法不恰當(dāng)就會(huì)造成斷樁或樁間夾泥等缺陷，甚至造成樁孔報(bào)廢和樁基移位，從而給工程項(xiàng)目建設(shè)帶來(lái)困難及損失。因此，在水下混凝土灌注中改進(jìn)并運(yùn)用合理的灌注施工控制措施以確保工程質(zhì)量顯得十分重要。

無(wú)隔水栓水下灌注樁法，顧名思義即在水下灌注過(guò)程中，尤其是首次灌注過(guò)程中，混凝土與水之間無(wú)隔水裝置和設(shè)施，不是由混凝土帶著隔水栓排出導(dǎo)管內(nèi)的水及空氣，而是直接由有強(qiáng)烈勢(shì)能的混凝土本身將孔底的水及沉渣激起并排開(kāi)。

近些年，建筑市場(chǎng)上很多地塊地下水位較高，水下灌注混凝土技術(shù)日益成熟，但建筑市場(chǎng)中常出現(xiàn)沒(méi)有采取降水措施直接將導(dǎo)管伸到水下進(jìn)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(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量事故等。這就迫使新型水下灌注技術(shù)的產(chǎn)生，使水下灌注方法更簡(jiǎn)潔，效果更明顯，工藝流程更易與其他工藝相結(jié)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)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(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種無(wú)隔水栓水下灌注施工裝置，包括吊具，所述吊具通過(guò)鋼絲與料斗的頂部連接，料斗的底部連接導(dǎo)管，導(dǎo)管向下延伸進(jìn)入到鋼筋籠的內(nèi)部底端，所述料斗上的外部設(shè)有操作平臺(tái)，操作平臺(tái)的上部最外側(cè)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(shè)有照明燈。

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

作為本發(fā)明進(jìn)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(huán)A相對(duì)應(yīng)的吊環(huán)C，圓柱狀與錐狀相接處的圓柱狀的外側(cè)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(mén)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述操作平臺(tái)的底部設(shè)有銷軸，銷軸與料斗上設(shè)置的銷孔對(duì)應(yīng)設(shè)置。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述導(dǎo)管的上端內(nèi)側(cè)設(shè)有承口，承口的內(nèi)部設(shè)有承口環(huán)，導(dǎo)管的下端設(shè)有插口，插口處設(shè)有插口環(huán)，相鄰導(dǎo)管通過(guò)上端導(dǎo)管的插口插入下端導(dǎo)管的承口內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接，在連接處的外側(cè)設(shè)有卡箍進(jìn)行固定。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述卡箍包括兩個(gè)半圓形的卡槽，兩個(gè)卡槽的一端鉸接另一端上設(shè)有用于使卡箍連接緊固的頂絲。

上述無(wú)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(shè)備通過(guò)吊環(huán)B吊起吊具，吊具的底部通過(guò)鋼絲將料斗吊起，從而將導(dǎo)管吊起；

第二步：將導(dǎo)管插入到鉆孔的內(nèi)部；

第三步：向料斗中注入混凝土，待混凝土注入料斗內(nèi)部的量達(dá)到要灌注混凝土的量或滿料斗時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)，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(fù)第三步中的操作直至灌滿至滿足要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用吊車將導(dǎo)管放入樁孔中，上部吊起大型料斗，料斗底部口設(shè)有閥門(mén)，并在料斗中一次性充滿足夠的混凝土，而后打開(kāi)料斗底部閥門(mén)，料斗中混凝土一次性灌入到鉆孔中，借助其自身重量產(chǎn)生的壓力排除導(dǎo)管內(nèi)的泥漿及空氣，完成施工；這相比導(dǎo)管栓塞法，少了預(yù)先放置合適隔水栓的步驟，也無(wú)需對(duì)導(dǎo)管內(nèi)壁的光滑程度做過(guò)分苛刻的要求和處理，不但避免了堵管問(wèn)題，還不需過(guò)分處理導(dǎo)管內(nèi)壁，能夠省下大量的工作量和工作時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1為整體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為料斗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為吊具的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為操作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為導(dǎo)管的剖視圖；

圖6為卡箍的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為首批混凝土灌注所需混凝土數(shù)量計(jì)算示意圖；

圖8為漏斗底口高出孔水面或樁頂?shù)谋仨毟叨扔?jì)算示意圖。

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

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1-8，一種無(wú)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(guò)鋼絲2與料斗7的頂部連接，料斗7的底部連接導(dǎo)管8，導(dǎo)管8向下延伸進(jìn)入到鋼筋籠9的內(nèi)部底端，所述料斗7上的外部設(shè)有操作平臺(tái)6，操作平臺(tái)6的上部最外側(cè)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(shè)有照明燈3。照明燈3的設(shè)置能夠方便夜間施工。

所述吊具1包括吊環(huán)A 101，吊環(huán)A 101安裝在吊臂102的末端，吊臂102的始端與吊環(huán)B 103連接，所述吊臂102設(shè)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(huán)A 101相對(duì)應(yīng)的吊環(huán)C 701，圓柱狀與錐狀相接處的圓柱狀的外側(cè)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(mén)703。

所述操作平臺(tái)6的底部設(shè)有銷軸601，銷軸601與料斗7上設(shè)置的銷孔702對(duì)應(yīng)設(shè)置。

所述導(dǎo)管8的上端內(nèi)側(cè)設(shè)有承口802，承口802的內(nèi)部設(shè)有承口環(huán)801，導(dǎo)管8的下端設(shè)有插口803，插口803處設(shè)有插口環(huán)804，相鄰導(dǎo)管8通過(guò)上端導(dǎo)管的插口803插入下端導(dǎo)管的承口802內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接，在連接處的外側(cè)設(shè)有卡箍10進(jìn)行固定。

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

上述無(wú)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(shè)備通過(guò)吊環(huán)B吊起吊具，吊具的底部通過(guò)鋼絲將料斗吊起，從而將導(dǎo)管吊起；

第二步：將導(dǎo)管插入到鉆孔的內(nèi)部；

第三步：向料斗中注入混凝土，待混凝土注入料斗內(nèi)部的量達(dá)到要灌注混凝土的量或滿料斗時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)，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(fù)第三步中的操作直至灌滿至滿足要求。

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

這相比導(dǎo)管栓塞法，少了預(yù)先放置合適隔水栓的步驟，也無(wú)需對(duì)導(dǎo)管內(nèi)壁的光滑程度做過(guò)分苛刻的要求和處理。不但避免了堵管問(wèn)題，僅不需過(guò)分處理導(dǎo)管內(nèi)壁一條無(wú)隔水栓法就能省下很大的工作量和工作時(shí)間。

在操作規(guī)范、料斗高度等參數(shù)計(jì)算無(wú)誤的情況下，無(wú)隔水栓水下灌注樁最終效果和質(zhì)量與傳統(tǒng)的導(dǎo)管栓塞法無(wú)異，在樁體的完整性和整個(gè)施工過(guò)程是否順利等方面要優(yōu)于導(dǎo)管栓塞法。

與導(dǎo)管栓塞法水下混凝土灌注相比，無(wú)隔水栓法施工方便、簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、經(jīng)濟(jì)成本更低。不會(huì)產(chǎn)生因隔水栓安放位置不準(zhǔn)確或?qū)Ч軆?nèi)部有殘留混凝土塊等而產(chǎn)生堵管的情況。但要注意首次澆灌時(shí)，初灌量應(yīng)將導(dǎo)管底端能一次埋入0.8～1.5m，并且導(dǎo)管內(nèi)存留的混凝土高度，足以抵制鉆孔內(nèi)的泥漿侵入導(dǎo)管。

無(wú)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(yīng)是鉆機(jī)設(shè)備成孔，若地層巖土松散，鉆機(jī)成孔過(guò)程中還需泥漿或護(hù)筒護(hù)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(duì)于孔深方面，一般的鉆孔基本都可以實(shí)施無(wú)隔水栓水下灌注法，只是孔深不能過(guò)淺（小于4m）或過(guò)深（大于20m），過(guò)淺會(huì)導(dǎo)致首批混凝土的灌入量太多溢出造成浪費(fèi)和增加后期處理的成本；過(guò)深會(huì)因?yàn)閷?dǎo)管內(nèi)壁摩擦的原因造成下落勢(shì)能減弱，影響灌注效果?？讖揭鬄?.6-1.0m。

通過(guò)所了解實(shí)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(tuán)大廈基坑支護(hù)項(xiàng)目支護(hù)樁樁徑1.0m也很好的采用了這種方法并取得良好效果。

無(wú)隔水栓水下灌注樁法，是使用吊裝設(shè)備，將導(dǎo)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(shí)栓塞打開(kāi)，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(chǎn)生很高的沖擊壓力，排除導(dǎo)管內(nèi)的泥漿，從而起到排出導(dǎo)管內(nèi)泥漿的作用。

無(wú)隔水栓水下灌注樁法的原理比較簡(jiǎn)單。上部料斗中收集足夠埋住底部導(dǎo)管管口的混凝土量，而后一次性灌入到鉆孔中，充滿導(dǎo)管的混凝土的勢(shì)能瞬間轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，混凝土在高速下落的過(guò)程中，與導(dǎo)管中的泥漿接觸，借助混凝土自身重量產(chǎn)生的壓力將導(dǎo)管內(nèi)的泥漿和水?dāng)D到導(dǎo)管外部，再配合導(dǎo)管的上提，完成整個(gè)樁體的灌注作業(yè)。

無(wú)隔水栓水下灌注樁法施工原理的相關(guān)計(jì)算：

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

1、首批混凝土灌注所需混凝土數(shù)量計(jì)算：

其所需要的混凝土的數(shù)量按下式計(jì)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(shù)量m3；

r：導(dǎo)管半徑m；

R：樁孔半徑m；

H砼：灌注首批混凝土?xí)r所需井孔內(nèi)混凝土面至孔底的高度m；

h1：井孔混凝土面高度達(dá)到H砼時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土的高度m；

h2：導(dǎo)管初次埋置深度m；

h3：導(dǎo)管底端距鉆孔底部距離m；

H漿：井孔內(nèi)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(zhì)量kg；

v：混凝土下落速度m/s

t：混凝土下落時(shí)間s

V1：管外混凝土高度下孔內(nèi)的混凝土體積m3；

V2：除去管外混凝土高度下的管內(nèi)混凝土體積m3。

3、灌注漏斗高度的計(jì)算：

在灌注末期，漏斗底口高出孔水面或樁頂?shù)谋仨毟叨扔?jì)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(nèi)混凝土面以上，導(dǎo)管內(nèi)混凝土（計(jì)算至漏斗底口）高度m；

Pc：使導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落至導(dǎo)管底并將導(dǎo)管外的混凝土頂升時(shí)所需要的超壓力。；

H砼：井孔內(nèi)混凝土面以上的泥漿與水混合物深度m。

主要參數(shù)表：

上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。