CN103835289A - 用于涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种用于涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备及方法。涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，包括：桩头、钢套管、旋转齿轮、径向涡压叶片、轴向涡压叶片；桩头设置在钢套管的底部，旋转齿轮安装在钢套管的顶部，径向涡压叶片安装在钢套管开口处的内侧，轴向涡压叶片安装在径向涡压叶片的顶部。本发明的钢套管可重复利用，施工简单，无需开挖原土，缩减工期及减少造价；可大幅提高土体纵横向强度，同时扩径部可起到端承的作用；适用性强，适用于各种砂性土质和粘性土质；可分层扩径，解决了传统扩径桩施工质量无法保证的关键问题。

Description

用于涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备及方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种用于涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备及方法。

背景技术

由于变径桩可大幅提高桩基础承载力已成为不争的事实，所以目前国内外岩土工程界都在做变径桩的研究，尤其是变径桩的施工工艺研究，通过变径来提高桩的承载力。提出了螺纹桩、螺杆桩、支盘桩等若干变径桩的施工工艺，但上述变径桩的施工工艺都各自存在着各种问题，从而阻碍了变径桩的广泛推广。如螺纹桩，预制螺纹桩在施工时由于扭矩很大很容易开裂，这样对其自身的抗扭强度要求很高，这就要求增加钢筋混凝土强度，造价就很高。而现浇螺纹桩在工程实践中经常出现由于土体承载力较大时，设备自重显得不够或压力不够，土对钻具的反力大于钻机压力，致使钻杆出现原地旋转“打滑”，这时就会破坏螺牙之间土体的抗剪强度，虽然成桩后看似是有螺纹，但实际上螺牙之间土体已被剪坏，成了直筒桩，失去了变径桩应有的性能。支盘桩在液压承压盘回缩以及灌注混凝土的过程中，容易造成扩大部坍塌，导致桩身颈缩和夹泥，成为废桩。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种用于涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备及方法；该成桩设备和方法能有效地实现沿桩身不同部位挤压扩径的目的，并且不会对周边环境造成污染，造价合理，工效高，桩体承载力大。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，包括：桩头、钢套管、旋转配件、径向涡压叶片、轴向涡压叶片；桩头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在钢套管的顶部，径向涡压叶片安装在钢套管开口处的内侧，轴向涡压叶片安装在径向涡压叶片的顶部。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、钢套管可重复利用，施工简单，无需开挖原土，缩减工期及减少造价；

2、利用新拌混凝土是固液两相体、具有流动性好的特性，通过轴径组合叶片将流态混凝土涡压挤扩到桩身周围土体中，形成扩径部。

3、挤密周围土体，可大幅提高土体纵横向强度，同时扩径部可起到端承的作用；

4、适用于各种砂性土质和粘性土质；可分层扩径，本发明解决了传统扩径桩施工质量无法保证的关键问题。

附图说明

图1为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备结构示意图；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为图1中B-B剖面示意图；

图4为图1中C-C剖面示意图；

图5为径向涡压叶片和轴向涡压叶片示意图；

图6为预制混凝土桩头侧视图；

图7a为旋转齿轮的俯视图；

图7b为旋转齿轮的侧视图；

图8a为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的钢套管就位示意图；

图8b为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的锤管入土示意图；

图8c为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的灌注混凝土示意图；

图8d为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的旋扭套管示意图；

图8e为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的提升套管示意图；

图8f为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的实施桩体上一个土层扩径部示意图；

图8g为涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩过程中的拔出钢套管插入钢筋示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，包括：桩头1、钢套管2、旋转齿轮4、径向涡压叶片5、轴向涡压叶片8；桩头1设置在钢套管的底部，旋转齿轮4安装在钢套管2的顶部，径向涡压叶片5安装在钢套管开口处的内侧，轴向涡压叶片8位于钢套管内、安装在径向涡压叶片5的顶部；其中：

所述的桩头1，采用预制混凝土结构，上部为圆柱体，下部为圆锥体，圆柱体的顶端形成一圆柱形凸台。

所述的钢套管2，为金属圆管，钢套管2的内径比预制混凝土桩头1圆柱形凸台的外径略大，以保证预制混凝土桩头1的顶部恰好能够嵌入到钢套管底部，并留有一定空隙，以便完成第一步涡压挤扩之后能够使钢套管和预制混凝土桩头顺利脱离，将预制混凝土桩头永久性留置在地下。

靠近钢套管2底部约1米处，沿钢套管的轴向对称开设一对涡压腔出口6，作为流态混凝土向外水平挤压的出口，每个开口的宽度(沿钢套管圆周方向的长度)为钢套管1/4周长，开口高度与径向涡压叶片5的端部高度相同；径向涡压叶片5由两个完全相同的半圆环钢板反对称焊接而成，径向涡压叶片5水平向呈S形，径向涡压叶片5的顶部中间高、两端低；径向涡压叶片5两端之间的直线距离与钢套管2的直径相同；S形径向涡压叶片5的两端分别与涡压腔出口6的竖向侧边焊接固定，将焊缝7打磨光滑，径向涡压叶片5所采用的钢材型号、钢板厚度与钢套管2的钢材型号、钢板厚度完全相同，保证径向涡压叶片5与钢套管2之间连接形成顺滑曲面，利于混凝土向外水平挤压。轴向涡压叶片8设置在径向涡压叶片5上部，轴向涡压叶片8外侧的底端位于焊缝7的上部，轴向涡压叶片8与钢套管中心轴线成45度角，轴向涡压叶片8顶端终止于径向涡压叶片5尖角处，轴向涡压叶片8与径向涡压叶片5、钢套管2之间的连接为焊接，三者的钢材型号相同。径向涡压叶片5、径向涡压叶片5上下两端之间的钢套管2、涡压腔出口6及轴向涡压叶片8四者形成涡压腔3。

钢套管2的顶部设置旋转齿轮4，旋转齿轮4内侧为光圆柱面、外侧设有啮合齿；旋转齿轮4的内径与钢套管2的外径相同，旋转齿轮4的顶面与钢套管2的顶面齐平，旋转齿轮4箍焊在钢套管2的顶部，旋转齿轮4作为锤击套管和旋扭套管的传力装置。

涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩方法，利用上述涡压挤扩混凝土分层扩径成桩的设备，具体骤如下：

第一步：钢套管就位：将混凝土预制桩头1对准要锤管入土的部位，将钢套管2座落在混凝土预制桩头1上；

第二步：锤管入土：利用夯锤将钢套管2连同混凝土预制桩头1一同打入土层至预定标高；

第三步：灌注混凝土：将扩径桩所用的混凝土从钢套管2顶部灌注到钢套管内；

第四步：旋扭套管：将旋扭动力设备连接到钢套管顶部的旋转齿轮4上，通过转动旋转齿轮带动钢套管一同旋转，在轴向涡压叶片5和轴向涡压叶片8的挤压驱动作用下，套管内混凝土经过涡压腔口6被沿水平方向涡压挤扩到周围土体中，起到扩径、挤密的作用，达到涡压扩径的目的；旋扭至预先设计的扩径尺寸之后，结束旋扭；

第五步：提升套管：完成涡压扩径之后，提升钢套管至上一土层需要形成扩径部的部位；

第六步：实施上一土层的涡压扩径：重复第三步～第四步，完成上一层土层的涡压扩径；根据工程需要形成扩径部的数量，可重复实施第三步～第五步；

第七步：拔出钢套管：将所有需要形成扩径部的部位实施涡压挤扩完毕之后，将混凝土灌注到钢套管内部至地面位置，缓慢拔出钢套管，插入钢筋笼，完成该桩的涡压挤扩工作。

Claims (10)

1.一种涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，包括：桩头、钢套管、旋转配件、径向涡压叶片、轴向涡压叶片；其特征在于：桩头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在钢套管的顶部，径向涡压叶片安装在钢套管开口处的内侧，轴向涡压叶片安装在径向涡压叶片的顶部。

2.根据权利要求1所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：靠近钢套管底部约一米处，沿钢套管的轴向对称开设一对涡压腔出口。

3.根据权利要求1-2所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：每个开口的宽度为钢套管1/4周长，开口高度与径向涡压叶片的端部高度相同。

4.根据权利要求1-3所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：径向涡压叶片由两个完全相同的半圆环钢板反对称焊接而成，径向涡压叶片水平向呈S形，径向涡压叶片顶部中间高、两端低；径向涡压叶片两端之间的直线距离与钢套管的直径相同；S形径向涡压叶片的两端分别与涡压腔出口的竖向侧边焊接固定，径向涡压叶片所采用的钢材型号、钢板厚度与钢套管的钢材型号、钢板厚度相同。

5.根据权利要求1-4所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：轴向涡压叶片设置在径向涡压叶片的顶部。

6.根据权利要求1-5所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：轴向涡压叶片底端位于焊缝的上部，轴向涡压叶片与钢套管中心轴线成45度角，轴向涡压叶片顶端终止于径向涡压叶片顶端中间最高点处，轴向涡压叶片与径向涡压叶片、钢套管之间的连接为焊接，三者的钢材型号相同。

7.根据权利要求1-6所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：所述的桩头，采用预制混凝土结构，上部为圆柱体，下部为圆锥体，圆柱体的顶端形成一圆柱形凸台。

8.根据权利要求1-7所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：所述的钢套管，为金属圆管，钢套管的内径比预制混凝土桩头圆柱形凸台的外径略大，以保证预制混凝土桩头的顶部恰好能够嵌入到钢套管底部，并留有一定空隙。

9.根据权利要求1-8所述的涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩设备，其特征在于：钢套管顶部设置的旋转配件为旋转齿轮，旋转齿轮内侧为光圆柱面、外侧设有啮合齿；旋转齿轮的内径与钢套管的外径相同，旋转齿轮的顶面与钢套管的顶面齐平，旋转齿轮箍焊在钢套管的顶部。

10.一种涡压挤扩混凝土分层扩径桩的成桩方法，利用权利要求1-9所述的涡压挤扩混凝土分层扩径成桩的设备，其特征在于，具体骤如下：

第一步：钢套管就位：将混凝土预制桩头对准要锤管入土的部位，将钢套管座落在混凝土预制桩头上；

第二步：锤管入土：利用夯锤将钢套管连同混凝土预制桩头一同打入土层至预定标高；

第三步：灌注混凝土：将扩径桩所用的混凝土从钢套管顶部灌注到钢套管内；

第四步：旋扭套管：将旋扭动力设备连接到钢套管顶部的旋转齿轮上，通过转动旋转齿轮带动钢套管一同旋转，在径向涡压叶片和轴向涡压叶片的挤压驱动作用下，套管内混凝土经过涡压腔口被沿水平方向涡压挤扩到周围土体中，起到扩径、挤密的作用，达到涡压扩径的目的；旋扭至预先设计的扩径尺寸之后，结束旋扭；

第五步：提升套管：完成涡压扩径之后，提升钢套管至上一土层需要形成扩径部的部位；

第六步：实施上一土层的涡压扩径：重复第三步～第四步，完成上一层土层的涡压扩径；根据工程需要形成扩径部的数量，可重复实施第三步～第五步；

第七步：拔出钢套管：将所有需要形成扩径部的部位实施涡压挤扩完毕之后，将混凝土灌注到钢套管内部至地面位置，缓慢拔出钢套管，插入钢筋笼，完成该桩的涡压挤扩工作。

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