CN103114584B - 旋挖桩桩壳结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋挖桩桩壳结构，包括钢筋笼和由钢筋砼制成的直管段，所述直管段一端与钢筋笼一端配合连接；所述直管段由1～30节钢筋砼管拼接而成。所述钢筋砼管包括管体，所述管体内含有若干纵筋及若干箍筋，所述管体两端或一端连接部位设置有用于将两相邻管体定位并连接成一体式结构的钢筋连接结构。该旋挖桩桩壳结构中的直管段通过各钢筋砼管拼接而成，不仅运输、安装方便，在旋挖桩孔出现偏差时，还可以在安装钢筋砼管的过程中进行纠正。旋挖桩桩壳结构中的直管段与积土止落装置能够有效防止松土层落土掉入桩孔底部以及成型桩中，提高了成桩质量，同时积土止落装置还具有支撑直管段的作用。

Description

旋挖桩桩壳结构

技术领域

本发明涉及一种旋挖桩桩壳结构，属于建筑用基础建材结构。

背景技术

在公路、铁路、桥梁和大型建筑的基础桩施工过程中，基桩施工方法从传统的人工挖掘到机械的旋挖桩施工，经历了不断技术创新的过程。传统桩孔采用人工挖掘，在人工挖孔桩的底部扩大直径，称为人工挖孔扩底桩，这类桩由于其受力性能可靠，不需大型机具设备，施工操作工艺简单，可直接检查桩底岩土层情况，单桩承载力高，无环境污染，所以在各地应用较为普遍。但是，该类桩孔存在如下不足：挖孔中劳动强度较大，单桩施工速度较慢，尤其是安全性较差，容易出现塌方等险情，当土层中可能有腐殖质物产生的气体逸散到孔中时，桩孔底部还会沉积大量有毒气体，给施工安全带来安全隐患。

进一步，为了克服上述不足，旋挖桩技术得到广泛运用，所谓旋挖桩，即由旋挖钻机施工的桩型，全称旋挖钻孔灌注桩，工程上简称旋挖桩，由于使用机械作业，对工人人数要求不高，可节省很大的人工费用，故广泛应用于公路、铁路、桥梁和大型建筑的基础桩施工。采用旋挖钻机成孔，首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

但是，现有旋挖桩技术存在如下弊端（尤其是旋挖桩孔上部为松土层（回填土层），下部为岩石层）：其一，当桩孔上层具有回填土等松土层时，在旋挖桩孔中进行混凝土浇筑过程中，随着浇筑过程中的震动，松土层中的部分会掉入混凝土桩体中，给桩的质量带来隐患；其二，无法清除旋挖桩底部的软层，使之达到工程标准（桩孔底部软层厚度小于5cm）。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明结合旋挖桩存在的上述弊端，提出在旋挖桩孔成型后，在底部设置旋挖桩桩壳结构，解决方便人工或机械清除旋挖桩底部的软层的问题；

进一步，本发明还解决旋挖桩孔中的上部松土层松土容易掉入旋挖桩孔底部，对基桩质量造成隐患的问题，而提供具有积土止落装置的新型旋挖桩桩壳结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种旋挖桩桩壳结构，其特征在于，包括钢筋笼和由钢筋砼制成的直管段，所述直管段一端与钢筋笼一端配合连接；所述直管段由1～30节钢筋砼管拼接而成。

进一步，所述钢筋砼管包括管体，所述管体内含有若干纵筋及若干箍筋，所述管体两端或一端连接部位设置有用于将两相邻管体定位并连接成一体式结构的钢筋连接结构。

进一步，所述钢筋连接结构为套接方式；在管体的一端设有凸环段，在管体的另一端设有与所述凸环段配合的套接段；所述凸环段由若干垂直布置的主筋及周向布置的箍筋组成；所述凸环段的上端还设有收口锥状段，所述收口锥状段由若干倾斜布置的主筋及若干周向布置的箍筋构成。

进一步，所述钢筋连接结构为对接方式；在管体的两端沿管壁分别向外延伸螺杆段，由套筒进行对接。

进一步，还包括至少一设于直管段的积土止落装置，该积土止落装置为环状结构，所述环状结构的内边附着于旋挖桩桩壳直管段上并与所述直管形状相适应。

进一步，所述积土止落装置为可收折环状结构。

进一步，所述可收折环状结构为环状密封充气袋，所述环状密封充气袋周向设于旋挖桩桩壳的直管段外壁，充气袋设有高压气嘴。

进一步，所述可收折环状结构为倒伞形结构；所述倒伞形结构为环状托盘，所述托盘周向设于旋挖桩桩壳的直管段外壁，由骨架和环状托板组成；

所述托板周向设于旋挖桩桩壳的直管段外壁，所述骨架由多个杆状件构成环形阵列设于环形托板的下方，对环形托盘进行支撑；所述杆状件的一端与旋挖桩桩壳的直管段外壁通过可转动连接件连接，另一端与托板下方固定连接，通过可转动连接件实现托板的打开和收折。

进一步，所述可转动连接件包括安装环、铰接件、弹簧和保险绳，所述安装环包括从上到下设于旋挖桩桩壳的直管段外壁的第一、第二和第三安装环，所述骨架各杆状件内侧通过所述铰接件与第二安装环铰接；弹簧设于环状托盘下方，弹簧的一端与杆状件中部或外侧连接，另一端与第三安装环连接，保险绳穿设于第一安装环且一端与所述杆状件中部或外侧连接，另一端设于直管段入口处。

进一步，所述环形托板为帆布、橡胶或塑料之一的柔性防护材料构成。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、该旋挖桩桩壳结构中的直管段通过各钢筋砼管拼接而成，不仅连接可靠，具有较高的强度；而且，方便安装和运输，在旋挖桩孔出现偏差时，还可以在安装钢筋砼管的过程中进行纠正。

2、旋挖桩桩壳结构中的直管段设置积土止落装置，有效防止松土层落土掉入桩孔底部以及成型桩中，大大提高了成桩质量，同时积土止落装置还具有支撑直管段的作用。

3、钢筋连接结构不仅能保证成型桩中各钢筋砼管连接处的结构强度，还能保证在安装过程中实现各钢筋砼管在垂直方向上的准确对位（定位）。

4、钢筋砼管的长度分别为1m、2m或5m，故针对不同深度的桩孔，均能通过钢筋砼管拼接而成，通用性较强。

附图说明

图1是本发明旋挖桩桩壳结构的结构示意图。

图2是本发明旋挖桩桩壳结构中钢筋连接结构为套接方式的示意图。

图3是本发明旋挖桩桩壳结构中钢筋连接结构为对接方式的示意图。

图4是本发明旋挖桩桩壳结构中积土止落装置的第1种实施方式的示意图，该图中弹簧和保险绳内侧连接直管段的位置为圆箍。

图5是本发明旋挖桩桩壳结构中第1种积土止落装置的实施方式的示意图，该图中弹簧和保险绳内侧连接直管段的位置为预埋件。

图6是在图4的基础上添加了柔性防护材料的示意图。

图7是本发明旋挖桩桩壳结构中第2种积土止落装置的实施方式的剖视图，该图中示出了充气袋与直管段连接用的连接带。

图8是本发明旋挖桩桩壳结构中第2种积土止落装置的实施方式的示意图。

图9是本发明旋挖桩桩壳结构使用状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图，对本发明作进一步详细说明。

实施例1：如图1所示，一种旋挖桩桩壳结构，包括钢筋笼3（可采用现有技术中的钢筋笼），在钢筋笼3一端（图1中钢筋笼上端）布置有由钢筋砼制成的直管段1（可为圆形或方形，钢筋笼形状作对应设计即可，即整体上旋挖桩桩壳结构可以呈圆形，也可以呈方形）。所述直管段1下端与钢筋笼3上端配合连接（既可以固定连接，也可以是可拆卸式固定连接），直管段1可以是一整体式结构，即直管段一次浇筑成型，也可以是分体式结构（由若干等长或不等长的钢筋砼管拼接而成）。

参见图2，直管段1由若干等长或不等长的钢筋砼管拼接而成。钢筋砼管中的主筋在管端具有延伸段，相邻管的主筋间通过螺栓连接或焊接，本实施例采用如下方式固接：所述钢筋砼管包括管体100，所述管体100内含有若干纵筋11及若干箍筋12，所述管体100两端或一端连接部位设置有用于将两相邻管体定位并连接成一体式结构的钢筋连接结构。

所述钢筋连接结构为套接方式；在管体100的一端设有凸环段411，在管体100的另一端设有与所述凸环段411配合的套接段；所述凸环段411由若干垂直布置的主筋及周向布置的箍筋组成；所述凸环段411的上端还设有收口锥状段412，所述收口锥状段412由若干倾斜布置的主筋及若干周向布置的箍筋构成。

本发明直管段1由多节钢筋砼管拼接而成，根据深度需要1～30节。其优点是，当旋挖桩孔在钻孔过程中出现偏差，该偏差可通过安装钢筋砼管的过程来纠正。在安装过程中，钢筋连接结构上部的收口锥状段能够保证偏移的钢筋砼管实现准确定位，即保证各钢筋砼管在垂直方向上共轴布置。

需要说明的是，所述钢筋连接结构还可以采用对接方式，见图3：在管体100的两端沿管壁分别向外延伸螺杆段421、422，由套筒423进行对接。本实施例中，两相邻的管体100需要连接时，一一对应的上、下延伸段（螺杆段）相互对准，然后将预固定于上/下延伸段（螺杆段）的套筒423往相反方向旋拧，一一对应的上、下延伸段的连接处（间隙）位于套筒423内即实现一一对应的上、下延伸段（螺杆段）固定连接。

为了在浇筑过程中管间连接处不漏混凝土，可以在直管段连接处外侧周向设置一环板82，在直管段端部外周预埋若干螺栓81，环板82固定于螺栓上。当管间连接处是非密封状态（具有空隙，在浇筑过程中混凝土会从该空隙溢出），均可采用上述结构来防止混凝土的溢出。

本发明还解决旋挖桩孔中的上部松土层松土容易掉入旋挖桩孔底部，对基桩质量造成隐患的问题，在直管段1下端布置一个环状积土止落装置2（积土止落装置也可以布置二个，三个或者更多），积土止落装置为可收折环状结构，所述环状结构的内边附着于旋挖桩桩壳直管段上并与所述直管形状相适应；所述环状结构的外边在打开状态与旋挖桩孔的形状和大小一致。

实施例2：参见图4-6，所述积土止落装置2包括：由若干杆状件环形阵列而成的骨架211，骨架内侧（内孔）与直管段通过铰接件铰接（活动连接均可，能保证骨架在竖向上自由活动即可）；设于骨架上的柔性防护材料212；设于各杆状件下方的弹簧213，弹簧上端与杆状件中部或外侧连接，下端与直管段连接（下端与直管段外周连接，即可以在直管段外周预设一圆箍，弹簧下端与圆箍连接，圆箍可以是铁圈等）；设于各杆状件上方的保险绳214，保险绳下端与杆状件中部或外侧连接，上端设于直管段入口处（上端设于直管段背离钢筋笼端，保险绳长度要足够长，便于旋挖桩桩壳结构沉入桩孔中后，施工人员可操作保险绳上端对积土止落装置进行调节）。

具体而言，该积土止落装置呈“倒伞”形式。该装置附于预制直管段上，骨架可采用钢筋、型钢，骨架内侧铰接在直管段上，骨架可绕着铰接处上下转动。各根骨架之间铺设柔性防护材料，柔性防护材料具有强度高、柔性好、易折叠、韧性好等特点，如帆布、塑料、橡胶或其他材料等。骨架下方设置若干倾斜布置的弹簧，各弹簧上端固定于骨架外侧或者中部，下端与直管段固接，弹簧收紧（自然状态），骨架就连带柔性防护材料一同打开。骨架上方设置若干保险绳，保险绳优选布置方式为保险绳下端连接于骨架外侧或者中部，保险绳然后呈倾斜状与直管段连接进一步垂直延伸至直管段入口处，骨架收拢时（此时弹簧处于伸展状态），保险绳松弛不起作用，骨架打开时，保险绳拉伸张紧，通过调节保险绳的长度，控制骨架打开的范围，同时在侧壁塌孔或回填土时，防止骨架受冲击而弯折、断裂而失效。弹簧和保险绳内侧连接直管段的位置可以做一个圆箍，弹簧和保险绳连接在圆箍（例如铁圈）上，圆箍再套在直管段上，方便积土止落装置单独制作再装配在直管段上；也可以在预制直管段时预留预埋件，直接将弹簧和保险绳连接在预埋件上。该积土止落装置使用方式如下：预先将骨架连带柔性防护材料打开→根据旋挖孔径和直管段直径，调整弹簧连接的位置使得弹簧长度、拉力和伸长量适当，调整保险绳长度，使得骨架打开和直管段之间的角度适当→将骨架收拢，用绳索或钢丝等绑扎→直管段连带积土止落装置吊装到桩孔口，积土止落装置已进入桩孔口时，解除绑扎绳索或钢丝，使得骨架连带柔性防护材料打开，继续将直管段连带积土止落装置下放到孔底；或者直管段连带积土止落装置吊装到达指定深度，再将骨架连带柔性防护材料打开，继续将直管段连带积土止落装置下放到桩孔底。

实施例3，参见图7－图8，所述积土止落装置2包括环状密封充气袋221，该充气袋内侧与直管段连接，所述充气袋设有高压气嘴，高压气嘴通过高压气管222配合气泵进行充气。

具体而言，该装置用密闭充气袋制作，密闭充气袋安置于直管段上，与直管段通过连接带牢固连接（连接带可预设于直管段上）。当充气袋充满高压空气膨胀后，填塞直管段外壁和孔壁之间的空隙，通过充气袋和孔壁之间的摩擦力防止孔壁塌落和回填土的掉入孔底形成沉渣。充气袋中气压越大，充气袋和孔壁以及充气袋和直管段外壁间的压力越大，防止土体下落的摩擦力约大；充气袋越大，充气袋和孔壁以及充气袋和直管段外壁间的接触面积约大，摩擦力约大。该积土止落装置具体使用方式如下：充气袋连同高压气管预先固定在直管段上→将直管段连同充气袋一起吊装到位→然后通过高压气管向充气袋内填充高压空气→待充气袋充气压达到一定压力并且充满了直管段外壁和孔壁之间的空隙后，拔除高压气管→积土止落装置起作用。

当直管段布置有积土止落装置后，该积土止落装置打开后封堵直管段外侧壁与桩孔内壁之间的空隙，承接从直管段外侧往下落入桩孔内的松散土体和杂质，并保持桩壳稳定，故该装置外周是搭接于岩石层之上，当旋挖桩孔上部松土层掉落的松土往下掉时直接掉入积土止落装置处积聚，不会进一步掉入旋挖桩孔底部，进一步，在往直管段中浇筑砼体时，由于直管段的保护，松土不会掉入成型桩中。

为了清除旋挖桩孔底部的软层，还可以设置一个泵系统（也可以人工清底，参照现有技术，不作详述），一种用于清除旋挖桩孔底部软层土体的泵系统，包括输水泵、污泥抽吸泵；还包括喷吸装置，所述喷吸装置由中空的吸泥腔和周向设于吸泥腔外的环形喷水腔构成；喷水腔的上端设有与输水泵出水管相连的进水头，喷水腔的侧壁上设有喷水嘴；吸泥腔的上部设有连接头通过抽吸管与污泥抽吸泵的出水管连接，吸泥腔的底部设有吸水口。

进一步，所述吸泥腔为圆筒结构，喷水腔为圆环筒结构；喷水腔壳体活动套接于吸泥腔的壳体之外，该喷水腔壳体均匀设有若干喷水嘴，喷水嘴沿喷水腔壳体的同一切线方向设置，使用时水从喷水嘴喷出与软层土体混合。

当需要清理旋挖桩孔底部的软土层时，输水泵通过输水泵出水管41往桩孔底部灌注高压清水，然后喷吸装置喷水嘴处往外喷出（向桩孔底部和侧壁喷射），由于喷水嘴朝向同一旋转方向，故喷吸装置随着喷出的清水产生的反作用力实现旋转，不断搅拌桩孔底部带污泥的水，进一步产生涡流，将桩孔底部的污泥吸入中空盘中部，此时通过污泥抽吸泵的抽吸管43将污泥源源不断抽出，当污泥泵抽出的水质清澈后，桩孔底部的软层清洁干净，远远高于使用标准（旋挖桩孔底部软层厚度小于5cm），当软层清洁干净后，关闭输水泵，污泥泵会继续工作一段时间，直至桩孔底部清洁干净，由于污泥泵抽吸管上设有单向阀，故抽吸管中的水不会倒灌，能够保证桩孔底部的清洁度。

整体上，旋挖桩桩壳结构长度要大于旋挖桩孔深度，优选布置方式是：旋挖桩桩壳结构长度比旋挖桩孔深度长1m，这样就能保证在安装好旋挖桩桩壳结构后，旋挖桩孔具有避免人员掉入桩孔内的防护结构；钢筋砼管的长度为1m、2m或5m，故针对不同深度的桩孔，均可由钢筋砼管拼接处合适的直管段，通用性较强。

钢筋笼外侧设有用于支撑直管段的支架，在本实施例中，旋挖桩桩壳结构底部外侧还设有用于支撑直管段的支架。钢筋笼放置在支架内，以承受重量，即桩孔的深度较深时，桩壳的底端受力太大，钢筋笼的受力结构可能不能满足设计要求，需要在钢筋笼的外部，设置一个支架。

本发明安装方法如下，以直管段为分体式结构，钢筋连接结构采用柱状段加锥状段的形式，积土止落装置采用第2种方案为例（直管段为整体式结构类似）：见图9，其中岩石层5，松土层6，砂石层7为本发明的使用环境，在旋挖桩孔成型后，首先沉入钢筋笼，然后依次沉入各钢筋砼管（最下端钢筋砼管与钢筋笼固接过程可在地面完成，然后整体沉入桩孔中），各钢筋砼管通过连接结构实现垂直定位（在垂直方向上各钢筋砼管共轴布置），即位于上方的钢筋砼管顺着锥状段逐步实现与位于下方的钢筋砼管定位（共轴布置），积土止落装置安装方式为，预先将骨架连带柔性防护材料打开→根据旋挖孔径和直管段直径，调整弹簧连接的位置使得弹簧长度、拉力和伸长量适当，调整保险绳长度，使得骨架打开和直管段之间的角度适当→将骨架收拢，用绳索或钢丝等绑扎→直管段连带积土止落装置吊装到桩孔口，积土止落装置已进入桩孔口时，解除绑扎绳索或钢丝，使得骨架连带柔性防护材料打开，继续将直管段连带积土止落装置下放到孔底；或者直管段连带积土止落装置吊装到达指定深度，再将骨架连带柔性防护材料打开，继续将直管段连带积土止落装置下放到桩孔底；其次，将泵系统安装好，即将输水泵出水管、输水管出口处的中空盘，污泥泵的抽吸管通过旋挖桩桩壳中空处沉入桩底，当需要清理旋挖桩孔底部的软土层时，输水泵通过输水泵出水管往桩孔底部灌注高压清水，然后在中空盘处的喷嘴处往外喷出，由于喷嘴朝向同一旋转方向，故中空盘随着喷出的清水产生的反作用力实现旋转，不断搅拌桩孔底部带污泥的水，进一步产生涡流，将桩孔底部的污泥吸入中空盘中部，此时通过污泥抽吸泵的抽吸管将污泥源源不断抽出，当污泥泵抽出的水质清澈后，桩孔底部的软层清洁干净，远远高于使用标准（旋挖桩孔底部软层厚度小于5cm），当软层清洁干净后，关闭输水泵，污泥泵会继续工作一段时间，直至桩孔底部清洁干净，由于污泥泵抽吸管上设有单向阀，故抽吸管中的水不会倒灌，能够保证桩孔底部的清洁度；最后，往桩孔中灌注混凝土成型即可。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种旋挖桩桩壳结构，其特征在于，包括钢筋笼（3）和由钢筋砼制成的直管段（1），所述直管段（1）一端与钢筋笼（3）一端配合连接；所述直管段（1）由1～30节钢筋砼管拼接而成；

还包括至少一设于直管段（1）的积土止落装置（2），该积土止落装置为环状结构，所述环状结构的内边附着于旋挖桩桩壳直管段上并与所述直管形状相适应；所述环状结构的外边在打开状态与旋挖桩孔的形状和大小一致。

2.根据权利要求1所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述钢筋砼管包括管体（100），所述管体（100）内含有若干纵筋（11）及若干箍筋（12），所述管体（100）两端或一端连接部位设置有用于将两相邻管体定位并连接成一体式结构的钢筋连接结构。

3.根据权利要求2所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述钢筋连接结构为套接方式；在管体（100）的一端设有凸环段（411），在管体（100）的另一端设有与所述凸环段（411）配合的套接段；所述凸环段（411）由若干垂直布置的主筋及周向布置的箍筋组成；所述凸环段（411）的上端还设有收口锥状段（412），所述收口锥状段（412）由若干倾斜布置的主筋及若干周向布置的箍筋构成。

4.根据权利要求2所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述钢筋连接结构为对接方式；在管体（100）的两端沿管壁分别向外延伸螺杆段（421、422），由套筒（423）进行对接。

5.根据权利要求1-4任一所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述积土止落装置为可收折环状结构。

6.根据权利要求5所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述可收折环状结构为环状密封充气袋，所述环状密封充气袋周向设于旋挖桩桩壳的直管段外壁，充气袋设有高压气嘴。

7.根据权利要求5所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述可收折环状结构为倒伞形结构；所述倒伞形结构为环状托盘，所述托盘周向设于旋挖桩桩壳的直管段外壁，由骨架和环状托板组成；

所述托板周向设于旋挖桩桩壳的直管段外壁，所述骨架由多个杆状件构成环形阵列设于环形托板的下方，对环形托盘进行支撑；所述杆状件的一端与旋挖桩桩壳的直管段外壁通过可转动连接件连接，另一端与托板下方固定连接，通过可转动连接件实现托板的打开和收折。

8.根据权利要求7所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述可转动连接件包括安装环、铰接件、弹簧和保险绳，所述安装环包括从上到下设于旋挖桩桩壳的直管段外壁的第一、第二和第三安装环，所述骨架各杆状件内侧通过所述铰接件与第二安装环铰接；弹簧设于环状托盘下方，弹簧的一端与杆状件中部或外侧连接，另一端与第三安装环连接，保险绳穿设于第一安装环且一端与所述杆状件中部或外侧连接，另一端设于直管段入口处。

9.根据权利要求7所述的旋挖桩桩壳结构，其特征在于，所述环形托板为帆布、橡胶或塑料之一的柔性防护材料构成。