CN105672252A - 一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置及其施工方法，本发明的装置，包括预制空心桩，预制空心桩底部设置有闭口桩尖，闭口桩尖前端设置有排气装置，可防止含气土层中气体喷发引起的工程灾害，降低人员和财产损失，可增强含气土层范围内桩端和桩侧土体承载能力，降低施工后桩基的沉降变形，本发明装置的施工方法，施工操作方便简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种排气装置及其施工方法，更具体地说，涉及一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置及其施工方法。
背景技术
含气土层以分布在沼泽湿地、河口、三角洲以及湖泊和海床中的含气沉积物最为常见。我国的长江三角洲、辽东湾滩海地区、黄河三角洲外海海域、山东半岛滨浅海、南黄海、杭州湾、舟山群岛、长江口、珠江口、东海和南海陆架的地质普查中均发现海床浅部存在浅层气的赋存证据，显示出我国近海海域从北到南分布有大面积的含气土层。含气土层中的浅层气埋藏浅，成因复杂。一般从地表以下20m到1500m的各类地层均有分布，而又相对集中在第四系和第三系。个别地区存在于石炭一二叠系，更老的地层因受储盖层条件的限制而分布较少。从气源条件来看，既有生物气，又有煤成气、油型气、水溶气，甚至还有生物降解气和低成熟气等。从分布的地层来看，第四系以生物气为主，第三系以油型气为主，石炭一二叠系含煤地层以煤层气为主。上海及其它一些东南沿海城市如杭州、广州等，是我国经济发展最快的地区，在这些地区开发利用地下空间的步伐正日益加快，而在这些沿海地区都有浅层气的分布，土中蕴含的大量气体也逐渐成为重要工程灾害源。为了消除或减轻浅层气地质灾害对地下工程的影响，保证地下工程的安全施工和运营，有必要对浅层气地质灾害进行深入的研究，制定出合理、可靠的工程处理方式。目前，各类基础设施建设陆续会在含气土层地质区域内开展，由于桩基是富含含气土区域经常采用的基础形式，而灌注桩已被工程实践证明不适用于含气土层，所以预制桩是一种相对可行的桩型。但预制桩施工又会涉及施工的可靠性和工后沉降问题，所以迫切需要即能够在含气土层施工，又可以提高含气土层承载力的装置和方法，最好还能有效利用这种清洁能源。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服上述的不足，提供了一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置及其施工方法，采用本发明的技术方案，作用机理符合含气土层桩基施工的灾变规律，设计中充分考虑了含气土的工程特性，布置形式简单，布置灵活，施工操作简便，适用于各种含气土层的预制桩施工，可防止含气土层中气体喷发引起的工程灾害，降低人员和财产损失，可增强含气土层范围内桩端和桩侧土体承载能力，降低施工后桩基的沉降变形。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，包括预制空心桩，所述的预制空心桩底部设置有由钢或混凝土制成的闭口桩尖，所述的闭口桩尖前端设置有排气装置；所述的排气装置包括下端密封的排气管道和设于排气管道内的排气/液管、高压注水/浆管，所述的排气管道内设有分隔板，位于分隔板上方的排气管道穿过闭口桩尖伸入预制空心桩内，位于分隔板下方的排气管道管壁上设置多个滤孔；所述的高压注水/浆管上端连接止回阀后与注水机或注浆机连通，高压注水/浆管下端穿过分隔板伸至排气管道底部；所述排气/液管上端连接流量表和压力控制阀后与排气/液阀相连，排气/液管下端伸至排气管道底部。
更进一步地，位于所述的分隔板下方的高压注水/浆管管壁上开设有多个注水/浆孔；位于所述的分隔板下方的排气/液管管壁上开设有多个进气/液孔。
更进一步地，所述的多个注水/浆孔三个一组被分为多组，间隔分布在高压注水/浆管管壁不同的截面上，同一截面上的三个注水/浆孔相互错开布置；所述的多个进气/液孔四个一组被分为多组，间隔分布在排气/液管管壁不同的截面上，同一截面上的四个进气/液孔相对布置；所述的多个滤孔五个一组被分为多组，间隔分布在排气管道管壁不同的截面上，同一截面上的五个滤孔相对布置。
更进一步地，所述的排气/液阀的出口连接气液分离装置。
更进一步地，所述的预制空心桩为预制混凝土管桩或预制混凝土空心方桩或预制空心钢桩。
更进一步地，所述的预制空心桩与闭口桩尖采用焊接或胶接的方式连接。
本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的施工方法，其步骤为：
1)闭口桩尖前端设置有排气装置，排气装置中位于分隔板上方的排气管道穿过闭口桩尖，排气装置中排气/液管的下端穿过分隔板伸至排气管道底部，排气装置中高压注水/浆管下端穿过分隔板伸至排气管道底部；
2)将排气装置内的排气/液管上端和高压注水/浆管上端分别通过弯管与预制空心桩内的排气/液管和高压注水/浆管连接，再将闭口桩尖采用焊接或胶接的方式连接于预制空心桩底部；
3)采用动力或静力压桩法，进行预制空心桩施工；
4)在排气装置进入含气土层时，先将预制空心桩内的高压注水/浆管与注水机连通，并打开排气/液阀，注入高压水的压力根据土层深度控制在2～10MPa，此时高压水从高压注水/浆管进入排气管道内冲洗自滤孔进入的杂质，使得杂质经排气/液管排出，然后再通过控制流量表和压力控制阀使得自滤孔进入的气体有序地从排气/液管排出，当排气装置处体趋于密实后再继续压桩施工；
5)在预制空心桩桩端进入含气土层后，边按照步骤4)进行冲洗和排气工作边进行压桩施工；
6)在预制空心桩桩端达到设计标高后，重复步骤4)中冲洗和排气工作，直到气体释放趋于稳定，土体密实度达到预定要求为止，此时根据实际情况选择关闭排气/液阀门，预制空心桩内的高压注水/浆管与注浆机连通，对排气装置进行封闭，或者保持排气/液阀开启的状态。
更进一步地，所述的步骤4)、步骤5)和步骤6)中排出的气/液体通过气液分离装置进行收集储存再利用。
更进一步地，所述的步骤2)中预制空心桩需要接桩时，先将相邻两节预制空心桩内的排气/液管和高压注水/浆管通过弯管连接，再采取焊接或胶接的方式连接相邻的两预制空心桩。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其预制空心桩底部设置有由钢或混凝土制成的闭口桩尖，闭口桩尖前端设置有排气装置，结构简单，安装方便，使得含气土层中气体通过排气装置排出，排气效果好，可防止含气土层中气体喷发引起的工程灾害，降低人员和财产损失，也可增强含气土层范围内桩端和桩侧土体承载能力，降低基桩的沉降变形，适用于陆地和近海区域桩基施工；
(2)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其高压注水/浆管上端连接止回阀后与注水机或注浆机连通，能够防止高压水或回流，高压注水/浆管下端穿过分隔板伸至排气管道底部，便于冲洗排气管道内杂质；
(3)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其排气/液管上端连接流量表和压力控制阀后与排气/液阀相连，利用流量表和压力控制阀实现有序排气的目的，从而防止含气土层扰动后导致的地基失稳、桩架坍塌和预制桩施工失效，可保证基桩施工的可靠性和安全性，排气/液管下端伸至排气管道底部，便于排气；
(4)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其位于分隔板下方的高压注水/浆管管壁上开设有多个注水/浆孔，多个注水/浆孔三个一组被分为多组，间隔分布在高压注水/浆管管壁不同的截面上，同一截面上的三个注水/浆孔相互错开布置，360°全方位冲洗，冲洗效果好，确保排气通道通畅；
(5)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其位于分隔板下方的排气/液管管壁上开设有多个进气/液孔，多个进气/液孔四个一组被分为多组，间隔分布在排气/液管管壁不同的截面上，同一截面上的四个进气/液孔相对布置，排气/液管的排气效果好；
(6)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其位于分隔板下方的排气管道管壁上设置多个滤孔，多个滤孔五个一组被分为多组，间隔分布在排气管道管壁不同的截面上，同一截面上的五个滤孔相对布置，排气管道的排气效果好；
(7)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其排气/液阀的出口连接气液分离装置，实现气液分离后排出气体作为清洁能源再利用的目的；
(8)本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的施工方法，其施工操作方便简单，在排气装置进入含气土层后，判定含气土层气压和土层状态，通过控制排气的措施，从而防止含气土层扰动后导致的地基失稳、桩架坍塌和预制桩施工失效，在预制空心桩施工过程中有序排气，可保证预制空心桩施工的可靠性和安全性，而预制空心桩施工完成后控制排气，增加桩端土体的密实度，提高桩端持力层土体强度，减少施工后变形，对逐渐聚集浅层气进行采集再利用。
附图说明
图1为本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的结构示意图；
图2为本发明中排气装置的结构示意图。
示意图中的标号说明：1、预制空心桩；2、高压注水/浆管一；3、排气/液管一；4、桩尖；5、管道；51、分隔板；52、滤孔；6、气/液管二；61、进气/液孔；7、高压注水/浆管二；71、注水/浆孔；8、弯管；9、止回阀；10、固定件；11、流量表；12、压力控制阀；13、排气/液阀；14、气液分离装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1和图2，本实施例的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，包括预制空心桩1，预制空心桩1为预制混凝土管桩或预制混凝土空心方桩或预制空心钢桩均可；预制空心桩1底部设置有由钢或混凝土制成的闭口桩尖4，预制空心桩1与闭口桩尖4采用焊接或胶接的方式连接；闭口桩尖4前端设置有排气装置，布置形式简单，布置灵活，使得含气土层中气体通过排气装置排出，排气效果好，可防止含气土层中气体喷发引起的工程灾害，降低人员和财产损失，也可增强含气土层范围内桩端和桩侧土体承载能力，降低基桩的沉降变形，适用于陆地和近海区域桩基施工；排气装置包括下端密封的排气管道5和设于排气管道5内的排气/液管6、高压注水/浆管7，排气管道5内设有分隔板51，位于分隔板51上方的排气管道5穿过闭口桩尖4伸入预制空心桩1内，位于分隔板51下方的排气管道5管壁上设置多个滤孔52，用于含气土层中气体进入排气管道5内，本实施例中多个滤孔52五个一组被分为多组，间隔分布在排气管道5管壁不同的截面上，同一截面上的五个滤孔52相对布置，确保排气管道5的排气效果好；高压注水/浆管7上端连接止回阀9后与注水机或注浆机连通，止回阀9能够防止高压水或回流，高压注水/浆管7下端穿过分隔板51伸至排气管道5底部，便于冲洗排气管道内杂质，确保排气通道通畅，本实施例中位于分隔板51下方的高压注水/浆管7管壁上开设有多个注水/浆孔71，多个注水/浆孔71三个一组被分为多组，间隔分布在高压注水/浆管7管壁不同的截面上，同一截面上的三个注水/浆孔71相互错开布置，360°全方位冲洗，冲洗效果好，确保排气通道通畅；排气/液管6上端连接流量表11和压力控制阀12后与排气/液阀13相连，利用流量表11和压力控制阀12实现有序排气的目的，从而防止含气土层扰动后导致的地基失稳、桩架坍塌和预制桩施工失效，可保证基桩施工的可靠性和安全性，排气/液管6下端伸至排气管道5底部，便于排气，本实施例中位于分隔板51下方的排气/液管6管壁上开设有多个进气/液孔61，多个进气/液孔61四个一组被分为多组，间隔分布在排气/液管6管壁不同的截面上，同一截面上的四个进气/液孔61相对布置，排气管道的排气效果好；为了实现气液分离后排出气体作为清洁能源再利用的目的，排气/液阀13的出口连接气液分离装置14，气液分离装置14为现有技术，在此就不再赘述了。
本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的施工方法，其步骤为：
1)闭口桩尖4前端设置有排气装置，排气装置中位于分隔板51上方的排气管道5穿过闭口桩尖4，排气装置中排气/液管6的下端穿过分隔板51伸至排气管道5底部，排气装置中高压注水/浆管7下端穿过分隔板51伸至排气管道5底部；
2)将排气装置内的排气/液管6上端和高压注水/浆管7上端分别通过弯管8与预制空心桩1内的排气/液管6和高压注水/浆管7连接，再将闭口桩尖4采用焊接或胶接的方式连接于预制空心桩1底部，而当预制空心桩1需要接桩时，先将相邻两节预制空心桩1内的排气/液管6和高压注水/浆管7通过弯管8连接，再采取焊接或胶接的方式连接相邻的两预制空心桩1，本实施例中预制空心桩1内的排气/液管6和高压注水/浆管7通过固定件10捆绑在一起；
3)采用动力或静力压桩法，进行预制空心桩1施工；
4)在排气装置进入含气土层时，先将预制空心桩1内的高压注水/浆管7与注水机连通，并打开排气/液阀13，注入高压水的压力根据土层深度控制在2～10MPa，此时高压水从高压注水/浆管7进入排气管道5内冲洗自滤孔52进入的杂质，使得杂质经排气/液管6排出，然后再通过控制流量表11和压力控制阀12使得自滤孔52进入的气体有序地从排气/液管6排出，当排气装置处体趋于密实后再继续压桩施工，而排出的气/液体通过气液分离装置14进行收集储存再利用；
5)在预制空心桩1桩端进入含气土层后，边按照步骤4进行冲洗和排气工作边进行压桩施工，而排出的气/液体通过气液分离装置14进行收集储存再利用；
6)在预制空心桩1桩端达到设计标高后，重复步骤4中冲洗和排气工作，直到气体释放趋于稳定，土体密实度达到预定要求为止，排出的气/液体通过气液分离装置14进行收集储存再利用，此时根据实际情况选择关闭排气/液阀13门，预制空心桩1内的高压注水/浆管7与注浆机连通，对排气装置进行封闭，或者保持排气/液阀13开启的状态，排出的气/液体通过气液分离装置14进行收集储存再利用。
本发明的方法施工操作方便简单，在排气装置进入含气土层后，判定含气土层气压和土层状态，通过控制排气的措施，从而防止含气土层扰动后导致的地基失稳、桩架坍塌和预制桩施工失效，在预制空心桩施工过程中有序排气，可保证预制空心桩施工的可靠性和安全性，而预制空心桩施工完成后控制排气，增加桩端土体的密实度，提高桩端持力层土体强度，减少施工后变形，对逐渐聚集浅层气进行采集再利用。
本发明的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置及其施工方法，作用机理符合含气土层桩基施工的灾变规律，设计中充分考虑了含气土的工程特性，布置形式简单，布置灵活，施工操作简便，适用于各种含气土层的预制桩施工，可防止含气土层中气体喷发引起的工程灾害，降低人员和财产损失，可增强含气土层范围内桩端和桩侧土体承载能力，降低施工后桩基的沉降变形。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，包括预制空心桩(1)，其特征在于：所述的预制空心桩(1)底部设置有由钢或混凝土制成的闭口桩尖(4)，所述的闭口桩尖(4)前端设置有排气装置；所述的排气装置包括下端密封的排气管道(5)和设于排气管道(5)内的排气/液管(6)、高压注水/浆管(7)，所述的排气管道(5)内设有分隔板(51)，位于分隔板(51)上方的排气管道(5)穿过闭口桩尖(4)伸入预制空心桩(1)内，位于分隔板(51)下方的排气管道(5)管壁上设置多个滤孔(52)；所述的高压注水/浆管(7)上端连接止回阀(9)后与注水机或注浆机连通，高压注水/浆管(7)下端穿过分隔板(51)伸至排气管道(5)底部；所述排气/液管(6)上端连接流量表(11)和压力控制阀(12)后与排气/液阀(13)相连，排气/液管(6)下端伸至排气管道(5)底部。
2.根据权利要求1所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其特征在于：位于所述的分隔板(51)下方的高压注水/浆管(7)管壁上开设有多个注水/浆孔(71)；位于所述的分隔板(51)下方的排气/液管(6)管壁上开设有多个进气/液孔(61)。
3.根据权利要求2所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其特征在于：所述的多个注水/浆孔(71)三个一组被分为多组，间隔分布在高压注水/浆管(7)管壁不同的截面上，同一截面上的三个注水/浆孔(71)相互错开布置；所述的多个进气/液孔(61)四个一组被分为多组，间隔分布在排气/液管(6)管壁不同的截面上，同一截面上的四个进气/液孔(61)相对布置；所述的多个滤孔(52)五个一组被分为多组，间隔分布在排气管道(5)管壁不同的截面上，同一截面上的五个滤孔(52)相对布置。
4.根据权利要求3所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其特征在于：所述的排气/液阀(13)的出口连接气液分离装置(14)。
5.根据权利要求4所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其特征在于：所述的预制空心桩(1)为预制混凝土管桩或预制混凝土空心方桩或预制空心钢桩。
6.根据权利要求5所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置，其特征在于：所述的预制空心桩(1)与闭口桩尖(4)采用焊接或胶接的方式连接。
7.一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的施工方法，其步骤为：
1)闭口桩尖(4)前端设置有排气装置，排气装置中位于分隔板(51)上方的排气管道(5)穿过闭口桩尖(4)，排气装置中排气/液管(6)的下端穿过分隔板(51)伸至排气管道(5)底部，排气装置中高压注水/浆管(7)下端穿过分隔板(51)伸至排气管道(5)底部；
2)将排气装置内的排气/液管(6)上端和高压注水/浆管(7)上端分别通过弯管(8)与预制空心桩(1)内的排气/液管(6)和高压注水/浆管(7)连接，再将闭口桩尖(4)采用焊接或胶接的方式连接于预制空心桩(1)底部；
3)采用动力或静力压桩法，进行预制空心桩(1)施工；
4)在排气装置进入含气土层时，先将预制空心桩(1)内的高压注水/浆管(7)与注水机连通，并打开排气/液阀(13)，注入高压水的压力根据土层深度控制在2～10MPa，此时高压水从高压注水/浆管(7)进入排气管道(5)内冲洗自滤孔(52)进入的杂质，使得杂质经排气/液管(6)排出，然后再通过控制流量表(11)和压力控制阀(12)使得自滤孔(52)进入的气体有序地从排气/液管(6)排出，当排气装置处体趋于密实后再继续压桩施工；
5)在预制空心桩(1)桩端进入含气土层后，边按照步骤4)进行冲洗和排气工作边进行压桩施工；
6)在预制空心桩(1)桩端达到设计标高后，重复步骤4)中冲洗和排气工作，直到气体释放趋于稳定，土体密实度达到预定要求为止，此时根据实际情况选择关闭排气/液阀(13)门，预制空心桩(1)内的高压注水/浆管(7)与注浆机连通，对排气装置进行封闭，或者保持排气/液阀(13)开启的状态。
8.根据权利要求7所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的施工方法，其特征在于：所述的步骤4)、步骤5)和步骤6)中排出的气/液体通过气液分离装置(14)进行收集储存再利用。
9.根据权利要求7所述的一种用于含气土层中预制桩施工的可控排气装置的施工方法，其特征在于：所述的步骤2)中预制空心桩(1)需要接桩时，先将相邻两节预制空心桩(1)内的排气/液管(6)和高压注水/浆管(7)通过弯管(8)连接，再采取焊接或胶接的方式连接相邻的两预制空心桩(1)。
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