CN103321225A - 一种深层密实多枝桩成桩器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深层密实多枝桩成桩器及其应用，包括由上至下依次连接的激振部分、成桩部分和桩尖，其中所述激振部分与成桩部分采用液压夹持或者螺栓联接的方式相对固定；所述成桩部分与多枝桩桩体尺寸一致，成桩部分包括中部空心圆管和多枝状叶片，所述桩尖采用多瓣活页式结构，每片活页与成桩部分销接，在植入成桩部分过程中关闭，在提升成桩部分过程中打开。或采用混凝土预制桩尖，沉入成桩部分时，预制桩尖位于成桩部分的底部，在提升成桩部分时，与成桩部分自动脱开。

Description

一种深层密实多枝桩成桩器及其应用
技术领域
本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种深层密实多枝桩成桩器及其应用。
背景技术
铁路、公路及其它建筑项目建设过程中，往往都需要进行地基处理，桩型的选择、施工方法等直接决定桩体的承载力及经济性。承受竖向下压荷载的桩是通过桩身侧表面摩擦阻力和桩端阻力将上部建筑荷载传递到地基深层土（岩）层的。因此，桩体的竖向承载力同桩身的外形几何尺寸密切相关，而工程项目中，以承受竖向荷载为主的桩居多。
由工程实例和设计计算可以知道，桩身的侧表面积与桩身体积之比越大，桩侧摩擦阻力所能提供的竖向承载力就越高，而桩身的侧表面积与桩身的横截面形状直接相关。为提高桩的竖向承载力，可以将桩身横截面制作成多枝形状，即以圆柱体和其圆周带放射状多枝叶片形成桩体外形。同样的横截面积能够增加截面的周长，就能增加桩身侧表面积，相应的增加桩体的承载力。
目前建筑市场上最接近的技术是齿形预制桩，它是在工厂生产的，用桩工机械植于地层中，成本比较高。齿形桩体与桩间土体的摩擦力较小，桩体材料可选择种类少，桩的直径、长度等参数，不能完全适应地基处理的需要。
与传统桩型相比，在使用相同建筑材料的前提下，增大桩身侧表面积，提高桩体侧摩擦阻力和竖向承载力。现场灌注，能够很好的适应各种桩长的需求。桩体的材料具有更多的选择，能够适应更广泛的地基处理需求。桩体可以全长或局部具有多枝形，上部可根据设计要求变直径调控承载力。
现有的近似技术是预制齿形桩和普通的圆柱形灌注桩。该类桩型的主要缺点有：
1．预制齿形桩由于是工厂预制的，有工地需求时，需要通过可靠地运输方式将桩体运达工地现场，因此预制齿形桩的齿形外伸尺寸较小，需要保证齿形部位具有足够的厚度方便运输，不至于在运输过程中损坏桩体。普通的圆柱形灌注桩则缺少能够增加桩体侧表面积的枝体，不具备增加桩体侧摩擦力和竖向承载力的能力。而多枝桩则为现场灌注形式的，不存在运输问题，因此枝体的外伸尺寸可以做的比较大，能够有效的增大桩身侧表面积，提高桩体侧摩擦阻力和竖向承载力。
2．预制齿形桩的桩体长度尺寸相对固定，虽然也能够根据工地需求分段预制出合适的尺寸，但是该类桩施工就需要接桩，增加了施工工序，降低了桩的可靠性，同时实际施工中，由于地基的土质的差异，同一个工地也很难做到所有的桩长度一致，这就会导致部分桩需要截断。多枝桩则可以根据实际的施工情况，很好的控制桩体的长度，不需要进行接桩、截断等工作。
3．预制齿形桩为工厂预制成型的，到达施工现场需要进行长途运输，桩体在植入地基过程中，需要有夹具夹持植桩或者锤击植桩，因此桩体需要具备足够的强度才能保证在运输和施工环节都不会出现断裂，桩体材料的选择就需要保证桩体的强度，可用材料的种类受到极大的限制。而现场灌注的多枝桩则可以选择多种材料，包括各种配比的混凝土、石灰粉、粉煤灰、碎石及其它种类的固化剂等，能够适应更多的地基处理要求，具备更广泛适应性和经济性。
4．现有预制齿形桩桩体全长度内截面固定，而多枝桩则可以根据设计要求改变桩体上部的截面尺寸，调控承载力。
发明内容
现有最接近的技术是圆柱形振动沉管灌注桩。该类桩型所生成桩体为圆柱形，与本发明所述成桩器生成的多枝桩相比，圆柱形灌注桩的承载力和经济性都差很多，因此本发明所述成桩器用于多枝桩施工是其最重要的功能。
现有技术的圆柱形振动沉管灌注桩，采用的是振动频率较低的电动振动锤，其振动频率不能达到基础土体的共振频率，同时，圆柱形成桩部分不能与基础土体充分的接触并进行扰动，从而不能实现基础土体的深层密实效果。而本发明所述成桩器，采用激振频率高达50Hz的激振装置和多枝形成桩部分，成桩部分能够与基础土体充分接触，在激振装置的激振频率调整到土体的共振频率时，成桩器就能够对土体进行深层密实，实现增强地基土体深层密实度和桩间土体的承载力，预先释放地基沉降量的效果。
现有技术的圆柱形振动沉管灌注桩，成桩部分为全长直径一致的圆柱形，没有进行上部变径处理，本发明所述成桩器成桩部分可全长或部分采用多枝形，其上部可以根据受力特性变直径调控承载力，满足更广泛的设计要求。
为了实现上述发明目的，本申请提出了如下技术方案：
一种深层密实多枝桩成桩器，包括由上至下依次连接的激振部分、成桩部分和桩尖，其中所述激振部分与成桩部分采用液压夹持或者螺栓联接的方式相对固定；所述成桩部分与多枝桩桩体尺寸一致，成桩部分包括中部空心圆管和多枝状叶片，所述桩尖采用多瓣活页式结构，每片活页与成桩部分销接，在植入成桩部分过程中关闭，在提升成桩部分过程中打开。或采用混凝土预制桩尖，沉入成桩部分时，预制桩尖位于成桩部分的底部，在提升成桩部分时，与成桩部分自动脱开。
其中，所述激振部分为成桩器的动力部分，其激振频率0～50Hz，激振力400～2400kN。
其中，所述成桩部分圆管外径ΦD取值范围Φ250～Φ600mm，叶片长度L取值范围150～450mm，叶片宽度B取值范围50～250mm，叶片数量n取值范围3～12，各叶片之间分布角度不受限制。
一种成桩器的应用，步骤如下
步骤一成桩器对准桩位；
步骤二激振部分激振，在成桩器激振部分的驱动下，将成桩部分及桩尖植入地基土体；
步骤三在特定土层，调整激振部分频率，使成桩部分与地基土体产生共振，不断密实地基土体，以共振频率保留振动一段时间；在共振作用下释放土体的沉降量；
步骤四继续激振成桩部分，将其沉至设计标高；
步骤五开启其下端桩尖阀门，从成桩部分圆管通道中不断灌入桩体材料，并启动激振部分振动，同步激振成桩器；
步骤六持续激振成桩器，并慢速提升成桩器；
步骤七向成桩器内连续补充桩体材料；
步骤八完全将成桩器提升至地面以上；
步骤九在桩体材料未固化时，按设计要求插入钢筋笼，完成深层密实多枝桩的施工。
有益效果
本发明的深层密实多枝桩成桩器用于施工多枝桩，多枝桩主要优点是用同样的桩体材料可以增加桩体侧表面积，提高桩体侧摩擦力和竖向承载力；深层密实多枝桩成桩器受激振的多枝叶片能够将不同深度的土体发生共振而密实，并且使密实效应向深层土体传递，实现深层密实，能预先释放地基基础的沉降，使项目投入运行后的沉降量减少，降低安全事故的发生率。
本发明的多枝形桩是以施工现场灌注完成的。实现了成桩，桩间土体的深度密实，预先释放地基基础的沉降，灌注成桩一体化，减少了施工环节，节省了费用。
本发明的多枝形桩所用的桩体材料比较广泛，不受桩体运输和沉桩的载荷的限制，只需要满足桩体的工作载荷要求，同时不需要进行桩体多段联接。
本发明的多枝形桩体可全长或部分采用多枝形，其上部可以根据受力要求特性变直径，来调控承载力，充分发挥多枝桩灌注成桩的灵活性。
附图说明
图1为成桩器侧面结构示意图；
图2为成桩部分截面。
其中，1是激振部分；2是成桩部分；3是桩尖；H成桩部分长度；ΦD圆管外径；L叶片长度；B叶片宽度；n叶片数量。
具体实施方式
一种深层密实多枝桩成桩器，包括由上至下依次连接的激振部分、成桩部分和桩尖，其中所述激振部分与成桩部分采用液压夹持或者螺栓联接的方式相对固定；所述成桩部分与多枝桩桩体尺寸一致，成桩部分包括中部空心圆管和多枝状叶片，所述桩尖采用多瓣活页式结构，每片活页与成桩部分销接，在植入成桩部分过程中关闭，在提升成桩部分过程中打开。或采用混凝土预制桩尖，沉入成桩部分时，预制桩尖位于成桩部分的底部，在提升成桩部分时，与成桩部分自动脱开。
其中，所述激振部分为成桩器的动力部分，其激振频率0～50Hz，激振力400～2400kN。
其中，所述成桩部分圆管外径ΦD取值范围Φ250～Φ600mm，叶片长度L取值范围150～450mm，叶片宽度B取值范围50～250mm，叶片数量n取值范围3～12，各叶片之间分布角度不受限制。
一种成桩器的应用，步骤如下
步骤一成桩器对准桩位；
步骤二激振部分激振，在成桩器激振部分的驱动下，将成桩部分及桩尖植入地基土体；
步骤三在特定土层，调整激振部分频率，使成桩部分与地基土体产生共振，不断密实地基土体，以共振频率保留振动一段时间；在共振作用下释放土体的沉降量；
步骤四继续激振成桩部分，将其沉至设计标高；
步骤五开启其下端桩尖阀门，从成桩部分圆管通道中不断灌入桩体材料，并启动激振部分振动，同步激振成桩器；
步骤六持续激振成桩器，并慢速提升成桩器；
步骤七向成桩器内连续补充桩体材料；
步骤八完全将成桩器提升至地面以上；
步骤九在桩体材料未固化时，按设计要求插入钢筋笼，完成深层密实多枝桩的施工。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种深层密实多枝桩成桩器，其特征在于：包括由上至下依次连接的激振部分、成桩部分和桩尖，其中所述激振部分与成桩部分采用液压夹持或者螺栓联接的方式相对固定；所述成桩部分与多枝桩桩体尺寸一致，成桩部分包括中部空心圆管和多枝状叶片，所述桩尖采用多瓣活页式结构，每片活页与成桩部分销接，在植入成桩部分过程中关闭，在提升成桩部分过程中打开，或采用混凝土预制桩尖，沉入成桩部分时，预制桩尖位于成桩部分的底部，在提升成桩部分时，与成桩部分自动脱开。
2.根据权利要求1所述的成桩器，其特征在于：所述激振部分为成桩器的动力部分，其激振频率0～50Hz，激振力400～2400kN。
3.根据权利要求1所述的成桩器，其特征在于：所述成桩部分圆管外径ΦD取值范围Φ250～Φ600mm，叶片长度L取值范围150～450mm，叶片宽度B取值范围50～250mm，叶片数量n取值范围3～12，各叶片之间分布角度不受限制。
4.一种权利要求1-3任意所述成桩器的应用，其特征在于：步骤如下
步骤一成桩器对准桩位；
步骤二激振部分激振，在成桩器激振部分的驱动下，将成桩部分及桩尖植入地基土体；
步骤三在特定土层，调整激振部分频率，使成桩部分与地基土体产生共振，不断密实地基土体，以共振频率保留振动一段时间；在共振作用下释放土体的沉降量；
步骤四继续激振成桩部分，将其沉至设计标高；
步骤五开启其下端桩尖阀门，从成桩部分圆管通道中不断灌入桩体材料，并启动激振部分振动，同步激振成桩器；
步骤六持续激振成桩器，并慢速提升成桩器；
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