一种碎石桩桩管的振沉方法技术

本发明专利技术公开了一种碎石桩桩管的振沉方法,包括以下步骤：步骤一，利用碎石桩船上的振动锤将桩管振沉入土体；步骤二，当桩管底部遇到密实度变大的土体，使得振动锤在达到设备最大功率后仍无法将桩管继续振沉至设计标高时，计算要额外增加的振动质量F

【技术实现步骤摘要】
一种碎石桩桩管的振沉方法


[0001]本专利技术涉及一种碎石桩桩管的振沉方法。

技术介绍

[0002]碎石桩由于能够提高土体的相对密实度和干密度，提高土体的地基承载力和抗液化能力，同时在荷载下能够形成竖直的排水通道，施工相对快速，越来越多地使用在地基加固工程上。而沉管法施工的碎石桩土层分别具有置换、挤密和振密等作用，桩和桩间土构成复合地基，使地基承载力提高，变形减少，并可消除土层的液化，尤其适合运用在填海成陆后大面积地基处理上。运用碎石桩复合地基后，地基的承载力特征值可达到180kPa。
[0003]随着振动锤功率的增加，专用碎石桩设备的研发，沉管碎石桩呈现桩长变长，桩径变大，置换率变大的趋势。如舟山某填海造陆项目，设计桩径为1m，桩长为40m。
[0004]碎石桩施工过程分为沉桩阶段、投料阶段和拔桩阶段。沉桩阶段是使用振沉设备(通常是液压振动锤或电动振动锤)，将桩管打入设计桩底标高。在开始施工前，施工单位会根据地质条件、桩径桩长等设计参数对振动锤进行设备选型，包括选择功率、激振力、偏心矩等参数。但是施工过程中常会出现局部土体密实度较大的现象，使得振动锤在达到设备最大功率后仍无法将桩管打入设计标高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种碎石桩桩管的振沉方法，它通过提前向桩管内填入碎石料，使得振动质量增大，达到提高桩管在沉桩过程中贯入量的目的。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：一种碎石桩桩管的振沉方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，利用碎石桩船上的振动锤将桩管振沉入土体；
[0008]步骤二，当桩管底部遇到密实度变大的土体，使得振动锤在达到设备最大功率后仍无法将桩管继续振沉至设计标高时，计算要额外增加的振动质量F
额
，即计算需要提前填入桩管内的碎石料的重量；
[0009]要使振动锤将桩管贯入土体，需要满足如下不等式(1)：
[0010]向下的力F
下
＞向上的力F
上
ꢀꢀ
(1)
[0011]F
下
＝沉桩激振力+振动锤的非振动重量+桩管的重量；
[0012]F
上
＝动侧摩阻力+动端阻力+浮力；
[0013]沉桩激振力由振动锤的振动质量产生，当振动锤达到最大功率时，沉桩激振力也达到最大值；振动锤的非振动质量为振动锤本身的固有参数；桩管的重量在桩管的直径和长度确定后为固定值；
[0014]动侧摩阻力按以下公式(2)计算：
[0015]TV
(侧)
＝up
×
(Ψsi
×
qsia1×
ls1+Ψsi
×
qsia2×
ls2)
ꢀꢀ
(2)
[0016]公式(2)中，TV
(侧)
为动侧摩阻力t；up为桩管的外周长m；Ψsi为直径侧阻效应系数，
按简明施工计算手册表5
‑
18选取，取Ψsi＝1；qsia1为泥面下第一层土体的动侧摩阻力kPa，按法国PTC公司的动侧摩阻力参考值，考虑内外动侧摩阻力的综和值，参考预制桩，按简明施工计算手册表5
‑
15，将qsia1乘以修正系数1.2；ls1为泥面下第一层土体的厚度m；qsia2为泥面下第二层土体的动侧摩阻力kPa；ls2为泥面下第二层土体的厚度m；
[0017]动端阻力按以下公式(3)计算：
[0018][0019]公式(3)中，R
v(底)
为动端阻力；N为标贯击数；e为自然常数；φ为常数，取0.0652；S为桩管的底面积cm2；I为振动锤作用在桩管底部土体的动量，按以下公式(4)计算：
[0020]I＝kw/g
ꢀꢀ
(4)
[0021]公式(4)中，k为振动锤的偏心矩kg/m；w为振动锤的角速度rad/s；g为重力加速度N/kg；
[0022]浮力与桩管的体积成正比；
[0023]F
浮
＝V
×
ρ；V为碎石桩的体积m；ρ为水的密度10kg/m3；
[0024]当F
下
＜F
上
时，桩管将无法振沉至设计底标高，需要额外增加振动质量F
额
＝F
上
‑
F
下
；
[0025]计算一次性将桩管填满的碎石的总质量M
桩管
＝L
桩
×
π
×
r2×
碎石容重；L
桩
为桩管的长度；r为桩管的内径；
[0026]步骤三，向桩管内填入重量为额外增加振动质量F
额
对应的碎石料；
[0027]步骤四，继续使用振动锤振沉管桩，直至将桩管振沉至设计底标高；
[0028]步骤五，向桩管内加入剩余的碎石料＝M
桩管
‑
F
额
，再进行后续的拔管流程。
[0029]上述的碎石桩的桩管振沉方法，其中，进行步骤二时，若F
额
＞M
桩管
，说明振动锤的选型错误，要改用更大功率的振动锤。
[0030]上述的碎石桩的桩管振沉方法，其中，进行步骤三时，若F
额
＝M
桩管
，即向桩管内填入一次性将桩管填满的碎石的总质量M
桩管
。
[0031]本专利技术的碎石桩的桩管振沉方法具有以下特点：
[0032]1、在碎石桩的桩管振沉过程中，当振动锤在达到设备最大功率后贯入量不再增加，即桩尖尚未到达设计底标高时，提前向桩管填入碎石料，使得振动质量增大，达到提高桩管在沉桩过程中贯入量的目的，使得桩管顺利打入设计底标高。
[0033]2、利用碎石桩自身的成桩材料增加振动质量，没有额外增加施工成本和施工时间，且操作简单、方便。
附图说明
[0034]图1是进行本专利技术的碎石桩桩管的振沉方法中步骤一时的状态图；
[0035]图2是进行本专利技术的碎石桩桩管的振沉方法中步骤三时的状态图；
[0036]图3是进行本专利技术的碎石桩桩管的振沉方法中步骤四时的状态图。
具体实施方式
[0037]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0038]请参阅图1至图3，本专利技术的碎石桩桩管的振沉方法,包括以下步骤：
[0039]步骤一，利用碎石桩船1上的振动锤10将桩管2振沉入土体(见图1)；
[0040]步骤二，当桩管底部遇到密实度变大的土体，使得振动锤在达到设备最大功率后仍无法将桩管继续振沉至设计标高时，计算要额外增加的振动质量F
额
，即计算提前填入桩管内的碎石料的重量；
[0041]要使振动锤将桩管贯入土体，需要满足如下不等式(1)：
[0042]向下的力F
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碎石桩桩管的振沉方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，利用碎石桩船上的振动锤将桩管振沉入土体；步骤二，当桩管底部遇到密实度变大的土体，使得振动锤在达到设备最大功率后仍无法将桩管继续振沉至设计标高时，计算要额外增加的振动质量F
额
，即计算需要提前填入桩管内的碎石料的重量；要使振动锤将桩管贯入土体，需要满足如下不等式(1)：向下的力F
下
＞向上的力F
上
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)F
下
＝沉桩激振力+振动锤的非振动重量+桩管的重量；F
上
＝动侧摩阻力+动端阻力+浮力；沉桩激振力由振动锤的振动质量产生，当振动锤达到最大功率时，沉桩激振力也达到最大值；振动锤的非振动质量为振动锤本身的固有参数；桩管的重量在桩管的直径和长度确定后为固定值；动侧摩阻力按以下公式(2)计算：TV
(侧)
＝up
×
(Ψsi
×
qsia1×
ls1+Ψsi
×
qsia2×
ls2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)公式(2)中，TV
(侧)
为动侧摩阻力t；up为桩管的外周长m；Ψsi为直径侧阻效应系数，按简明施工计算手册表5
‑
18选取Ψsi＝1；qsia1为泥面下第一层土体的动侧摩阻力kPa，将qsia1乘以修正系数1.2；ls1为泥面下第一层土体的厚度m；qsia2为泥面下第二层土体的动侧摩阻力kPa；ls2为泥面下第二层土体的厚度m；动端阻力按以下公式(3)计算：公式(3)中，R
v(底)
为动端阻力；N为标贯击数；e为自然常数；φ为常数，取0.06...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭，郑荣平，胡金雄，骆加权，卢益峰，蔡晓男，
申请(专利权)人：中交第三航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：