CN103046544A - 自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头。自旋桩包括有桩轴及螺旋叶片；叶片的升角即叶片与桩轴交界处的绕设角度为50°-85°，形状可为平板形和波形，截面可为矩形和梯形，叶片可连续设置或分层设置；桩体材料采用钢、钢筋、钢纤维和混凝土制作；沉桩采用压入方式，期间，桩周土对螺旋叶片的反力产生对桩轴的分布扭矩，克服桩周摩阻力产生的扭矩，使桩旋转下沉；自旋桩可抗压、抗拔和抗水平力，亦可拔出后重复使用。自旋桩腰设置于桩的中段，自旋桩头设置于桩的底端，二者形状与自旋桩类同，但较自旋桩短，且叶片为连续设置，随桩一起压入土中。本发明所需施工设备普通，技术经济性能好，值得推广应用。

Description

自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头

技术领域

   本发明涉及自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头，属于建筑技术领域。

背景技术

   桩基础因地质适应性好、承载力高、沉降小，应用广泛。桩按截面形状分，有实心方桩、空心方桩、管桩；除常见的等截面桩外，按外观形状分，有扩底桩、挤扩桩、螺旋桩、楔形桩等。桩按施工方法分，有非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。按承载机理分，有摩擦桩和端承桩。其中，螺旋桩为摩擦桩，与同直径同长度的直桩相比，其承载力较高，具有较好的技术经济性能。螺旋桩按施工方法分，有非挤土的灌注螺旋桩和挤土的预制螺旋桩。灌注螺旋桩的成桩质量对施工机械和场地要求较高，养护周期长。相对于灌注螺旋桩，预制螺旋桩可采用钢或高强混凝土，桩身质量好，对场地适应性强，无泥浆排放，沉桩快。

   普通预制螺旋桩，一般为单螺旋叶片，叶片升角（螺旋叶片与桩轴交界处绕设角度）较小，一般为5°-30°，施工须采用旋入方式沉桩（桩顶亦须有适当压力）。在沉桩过程中，桩身须承受较大扭矩，桩身材料多采用钢，造价较高；如果桩身采用混凝土，施工须采用适当措施以保证沉桩过程中桩身不承担过大的扭矩，比如，桩身截面为外圆内方，方孔内插入方钢棒，扭转方钢棒带动桩旋转下沉，从而减少桩身承受的扭矩，但这对桩的制作要求较高。实际上，普通预制螺旋桩在长期的工作状态中一般承受轴力及少量弯矩和剪力，并不承担扭矩，而在短暂的沉桩过程中却需承担扭矩，这就造成了材料利用的不充分甚至不合理，如混凝土适宜抗压，不适宜抗扭，承担扭矩将使桩身造价偏高；另外，施加较大的扭矩需要较大的机械装置，设备投资较高。

   桩基工程中，经常使用预制桩头，桩头的作用一般是堵头或破土。比如，在沉管灌注桩施工时，先将预制好的混凝土桩头置于钢管底端，使用振动沉管打桩机将桩头打入地下，这时桩头的作用一般是堵头；在预制桩施工时，在预制桩底端安装钢桩头，这时桩头的作用一般是破土。在灌注桩工程中，还经常使用扩大桩身或桩底的方法，比如，挤扩桩、珠盘桩、爆扩桩、夯扩桩等，采用增大土体承压面积的方法提高基桩承载力；载体桩，采用挤密桩端土体的方法提高基桩承载力。上述预制桩头，截面尺寸没有扩大，不能直接提高基桩承载力；而扩大桩身或桩底的方法一般用于灌注桩。

   

发明内容

   本发明的目的，一是克服上述旋入式螺旋桩存在的在沉桩过程中施工扭矩较大的不足，提出了一种压入式螺旋桩，即自旋桩；二是借鉴预制桩头、扩大桩身或桩底的方法，采用与自旋桩同样的入土机制，提出了一种设置于桩身中段的自旋桩腰，和一种设置于桩底的自旋桩头。

   本发明中的自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头（下文统称为自旋体），均包括有桩轴及螺旋叶片。桩轴周围绕设螺旋叶片，螺旋叶片的升角即螺旋叶片与桩轴交界处的绕设角度为50°― 85°。

   自旋体的桩轴可为圆形、圆环形（管形）或者正多边形。

   自旋体的螺旋叶片可分为单螺旋结构与多螺旋结构，多螺旋结构的叶片呈中心旋转对称布置。螺旋叶片沿环向（升角方向）可为平板形或波形，沿径向可为矩形或梯形截面。自旋桩的螺旋叶片为连续设置或分层设置，自旋桩腰及自旋桩头的螺旋叶片为连续设置。

   自旋体的材料可为钢、钢筋混凝土、预应力混凝土、预应力高强混凝土、钢纤维混凝土及其组合。

   自旋桩在施工时，在桩轴上部设抱紧装置，抱紧点沿桩轴周围均匀布置，防止桩偏斜；抱紧装置与加压装置之间设置滚动轴承，比如双向推力球轴承；沉桩期间，对桩顶施加压力，不施加扭矩，土对螺旋叶片的反力对桩产生分布扭矩，克服桩周围摩阻力产生的扭矩，推动桩旋转下沉。

  自旋桩腰设置于预制桩的中段，如桩腰设置于桩的连接处，在桩腰的上端、或下端、或上下两端设置滚动轴承；桩腰亦可附着于桩身上，形成裙状，在桩腰与桩身之间设置滚动轴承。

   自旋桩头分为平头形和尖锥形。自旋桩头设置于预制桩的底端，在桩头与预制桩的连接处设置滚动轴承，如在预制桩的底端与桩头的顶端相连处设置滚动轴承；预制桩的底端亦可插入桩头内，在与桩头的底端相连处设置滚动轴承。

   本发明改变了普通螺旋桩的叶片布置，提出了一种新的沉桩入土机制及相应的施工方法。主要措施有四项：

   一、加大螺旋叶片升角。升角达到50°-85°，利用桩周围土的反力产生分布扭矩，克服桩周围摩阻力产生的扭矩，使自旋体旋转；桩轴承受的扭矩沿桩长分散分布，无需象普通螺旋桩那样在桩顶或桩两端施加集中扭矩。

   二、采用多螺旋叶片。自旋体的多螺旋叶片采用中心旋转对称布置，使桩轴承受的局部扭矩对称分布并均匀化，从而减小局部扭矩。

   三、采用滚动轴承连接。施工时，对桩顶仅施加压力，不施加扭矩，确保桩不受集中扭矩。（1）自旋桩的连接：在自旋桩的桩顶采取抱紧措施，抱紧点沿桩轴周围均匀布置，防止桩偏斜；在抱紧装置与加压设置之间设置滚动轴承，如双向推力球轴承。（2）自旋桩腰的连接：桩腰设置于桩的连接处时，在桩腰的上端、或下端、或上下两端设置滚动轴承；桩腰亦可附着于桩身上，形成裙状，在桩腰与桩身之间设置滚动轴承。（3）自旋桩头的连接：在自旋桩头与预制桩的连接处设置滚动轴承，如在预制桩的底端与桩头的顶端相连处设置滚动。

   四、优化螺旋叶片形状。螺旋叶片沿环向（升角方向）可制作为波形，增加叶片的空间刚度及强度，同时又可减小旋转阻力。螺旋叶片沿径向可制作为梯形截面，减少叶片的应力集中程度。

   上述措施大大减少了沉桩过程中的自旋体所受的扭矩，使得短暂的沉桩过程与长期的工作状态所承受的荷载状况基本一致，这为充分合理利用桩体材料奠定了技术基础。

   本发明的有益效果：

   与普通桩相比较，上述自旋体扩大了桩与周围土体的承压面积，有利于提高基桩的承载力。自旋桩可抗压、抗拔和抗水平力。钢制或预应力混凝土自旋桩还可拔出后重复使用。自旋桩在沉桩入土过程中承受的扭矩很小，与其它压入式桩的施工装置基本相同；自旋桩腰及自旋桩头可与普通预制桩联合应用，亦不改变现有施工装置。因此，本发明技术经济性能好，便于推广应用。

 

附图说明

   图1、2为本发明带单螺旋叶片的自旋桩示意图。

   图3、4为本发明带双螺旋叶片的自旋桩示意图。

   图5、6为本发明带三螺旋叶片的自旋桩示意图。

   图7、8为本发明带四螺旋叶片的自旋桩示意图。

   图9为本发明钢制板形螺旋叶片示意图。

   图10为本发明钢制波形螺旋叶片示意图。

   图11为本发明混凝土梯形截面螺旋叶片示意图。

   图12为本发明自旋桩顶部施工机具安装示意图。

   图13、14为本发明自旋桩腰及与预制桩桩身连接示意图。

   图15、16为本发明自旋桩头及与预制桩桩底连接示意图。

图中1为桩轴、2为螺旋叶片、3为加压装置、4为滚动轴承、5为抱紧装置、6为自旋桩腰、7为自旋桩头。

具体实施方式

   下面结合附图对发明做进一步说明：   

   工厂预制阶段：桩轴1材料可采用钢材，亦可采用混凝土（含钢筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等），或者采用钢与混凝土的组合。当桩轴1采用钢管或钢管混凝土时，相应的螺旋叶片2材料采用钢板。当桩轴1采用混凝土时，相应的螺旋叶片2材料亦采用混凝土。

  工地施工阶段：（1）自旋桩施工：在桩顶设抱紧装置5，抱紧点沿桩轴1周围均匀布置，防止桩偏斜；在抱紧装置5与加压设置3之间设置滚动轴承4，如双向推力球轴承；沉桩时，对桩轴1顶施加压力，不施加扭矩，桩周土推动桩旋转下沉。（2）自旋桩腰6施工：自旋桩腰6设置于预制桩轴1的中段，如自旋桩腰6设置于桩轴1和桩轴1的连接处，在自旋桩腰6的上端、或下端、或上下两端设置滚动轴承4；亦可采取抱紧装置5使自旋桩腰6附着于桩轴1上，形成裙状，在自旋桩腰6与桩轴1之间设置滚动轴承4；沉桩时，对桩轴1顶施加压力，不施加扭矩，桩周土推动自旋桩腰6旋转而桩轴1不转，自旋桩腰6随桩轴1下沉。（3）自旋桩头7施工：自旋桩头13设置于预制桩11的底端，在自旋桩头7与预制桩的连接处设置滚动轴承4，如在预制桩的底端与桩头7的顶端相连处设置滚动轴承4；预制桩的底端亦可插入桩头7内，在与桩头7的底端相连处设置滚动轴承4。

Claims (10)

1.自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头，其特征在于，均包括有桩轴及螺旋叶片，桩轴周围绕设螺旋叶片，螺旋叶片的升角即螺旋叶片与桩轴交界处的绕设角度为50°― 85°。

2.根据权利要求1所述的自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头，其特征在于，螺旋叶片分为单螺旋结构与多螺旋结构，多螺旋结构的叶片呈中心旋转对称布置。

3.根据权利要求1所述的自旋桩、自旋桩腰及自旋桩头，其特征在于，所述螺旋叶片沿环向即升角方向可为平板形或波形，沿径向可为矩形或梯形截面。

4.根据权利要求1所述中的自旋桩，其特征在于，所述桩轴上部设抱紧装置，抱紧点沿桩轴周围均匀布置，抱紧装置上部设加压装置，抱紧装置与加压装置之间设置滚动轴承。

5.根据权利要求1所述中的自旋桩腰，其特征在于，所述自旋桩腰设置于预制桩的中段，桩腰连接上下桩，桩腰的上端、或下端、或上下两端设置滚动轴承；或桩腰附着于桩轴上，形成裙状，桩腰与桩身之间设置滚动轴承。

6.根据权利要求1所述中的自旋桩头，其特征在于，所述自旋桩头设置于预制桩的底端，在桩头与预制桩的连接处设置滚动轴承；或预制桩的底端插入桩头内，在与桩头的底端相连处设置滚动轴承。

7.根据权利要求1或2或3或4所述中的自旋桩，其特征在于，所述自旋桩的螺旋叶片为连续设置或分层设置。

8.根据权利要求1或2或3或5所述中的自旋桩腰，其特征在于，所述自旋桩腰的螺旋叶片为连续设置。

9.根据权利要求1或2或3或6所述中的自旋桩头，其特征在于，所述自旋桩头的螺旋叶片为连续设置。

10.根据权利要求1所述的自旋桩、自旋桩腰，其特征在于，所述桩头底部分为平头形和尖锥形。

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