CN105178324B - 一种伞盘式异形桩的施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伞盘式异形桩的施工装置，包括伸缩式注浆架，伸缩式注浆架包括注浆管、连接帽及多个周向排列的注浆花管，在连接帽内设有与注浆管底端相卡接的环状转轴，述环状转轴顶端与注浆管底端之间具有单向卡接结构，环状转轴下端固定连接有连接杆，在连接杆上螺旋套接有连接螺帽，连接螺帽外侧与各个注浆花管之间铰接连接有多个支撑杆，正向转动注浆管带动连接杆转动，使得连接螺帽相对于连接杆向上移动，通过支撑杆将各注浆花管径向向外撑开，同时配合高压水切割注浆花管前方的土体，使得注浆花管能顺利地插入土体；反向转动注浆管使注浆口依次与各注浆花管对接连通进行注浆作业，最后再对桩孔进行灌浆作业以形成倒置伞盘状的异形桩。

Description

一种伞盘式异形桩的施工装置

技术领域

本发明涉及建筑桩基结构技术领域，特别涉及一种异形桩的施工装置。

背景技术

随着越来越多工程兴建在岩溶地区，岩溶地区中端承桩的承载力、安全性和经济性往往困扰着建设各方。现有技术规范规定对于大直径的端承桩，桩底以下持力层厚度不宜小于3倍桩径。为此，在岩溶发育强烈的情况下，有时要入岩数十米，还要采取套管跟进、旋喷止水、注浆等措施，施工难度大，工程费用高。在多数情况下，一些溶洞顶部有小于3倍桩径的一定厚度的溶洞顶板，若能充分利用其承载力，将产生极大的经济效益。此外，由于成桩检测仅抽取少量检验，同时桩底溶洞检验也存在相当的漏检概率，因此，部分桩底还存在一定数量未探明的溶洞，其溶洞顶板厚度并不能满足要求，对桩基的有效承载构成威胁。

目前，针对溶洞顶板厚度不足或可能不足的情况，现有技术中通常采用如下三种处理方式：1、对探明的溶洞，清洗洞内充填物后，灌入混凝土将洞充填；2、采用扩底桩，增大桩底接触面积；3、采用异形桩，提高侧阻力。

对于上述第1种方法，一般只对相对封闭的小型溶洞适用，对于洞体大且连通性好的溶洞，灌浆量很大，并且容易产生跑浆问题，充填困难；或者采取跟进套管再注浆等方式，工艺复杂，施工难度和费用均较大。对于上述第2种方法，对于嵌岩桩一般需采用人工挖孔逆作的方式实施，对于地下水丰富且有塌陷风险的岩溶区而言，施工安全隐患非常大，不宜采用；而且，该方法扩大了对基岩的破坏，利弊尚需考量。对于上述第3种方法，一般通过旋挖、旋喷等方式局部扩大桩径，增大桩与土层接触面，增加桩侧阻力，对于基岩埋深很大的摩擦端承桩有一定的作用，但对于常见的大直径嵌岩桩作用有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有效提高桩基承载力的伞盘式异形桩的施工装置。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种伞盘式异形桩的施工装置，包括伸缩式注浆架，所述伸缩式注浆架包括注浆管和套接在注浆管底端的连接帽，在所述连接帽外侧沿圆周方向间隔铰接有多个可径向向外撑开的注浆花管，所述注浆管底部一侧端面形成有可与其中一个注浆花管对接连通的注浆口，在所述连接帽内设有与注浆管底端相卡接的环状转轴，所述环状转轴顶端与注浆管底端之间具有单向卡接结构以使注浆管单向驱动环状转轴单向转动，所述环状转轴下端固定连接有伸出的连接杆，在所述连接杆上螺旋套接有连接螺帽，所述连接螺帽外侧与各个注浆花管之间铰接连接有多个支撑杆，各所述注浆花管底面间隔排列形成多个注浆孔。

进一步地，在所述连接帽上沿圆周方向间隔设有多个引流孔道，在所述注浆管外侧布置有与连接帽上的各引流孔道对应相接的多根高压水管，各所述注浆花管与连接帽相铰接相对立的另一端形成封闭端，在所述封闭端上设有喷射孔，在各所述注浆花管内设有两端分别嵌在喷射孔和对应的引流孔道内的喷射胶管。

进一步地，在所述注浆管上轴向间隔套接有多个固定套环，各所述固定套环外侧沿圆周方向间隔形成多个用以固定高压水管的固定弹夹。

进一步地，在所述注浆管底部内壁形成有一卡扣，在所述环状转轴顶端凸起形成柱状凸台，所述柱状凸台外壁形成有供卡扣卡入定位的纵向卡槽，所述柱状凸台外壁还形成有供卡扣卡入限位的环状卡槽，所述纵向卡槽与环状卡槽相通。

进一步地，所述单向卡接结构包括沿圆周方向间隔设置在柱状凸台外壁并位于环状卡槽内的多个楔形卡槽和嵌在各楔形卡槽内的楔形卡扣，在各所述楔形卡槽内设有弹簧以使各楔形卡扣径向向外弹出进入环状卡槽内，当所述注浆管绕其中一个方向转动时，所述注浆管底部上的卡扣被弹出的楔形卡扣抵顶限制，从而使得注浆管同步带动环状转轴转动，当所述注浆管绕另外一个方向转动时，所述注浆管底部上的卡扣挤压楔形卡扣使其嵌入楔形卡槽内以使注浆管相对环状转轴转动。

进一步地，还包括用以引导各注浆花管就位的定位支撑架，所述定位支撑架包括间隔布置的上定位钢圈和下定位钢圈，在所述上定位钢圈与下定位钢圈之间沿圆周方向间隔设有多个定位钢环。

进一步地，还包括套装在注浆管顶部的对中支承托架，所述对中支承托架包括支承套管和设于支承套管外的支承钢圈，在所述支承套管与支承钢圈之间沿圆周方向间隔设有至少三个径向连接钢筋，所述支承套管内壁沿圆周方向间隔设有至少三条纵向滑槽，在各所述纵向滑槽内嵌装有滚动钢珠。

有益效果：此伞盘式异形桩的施工装置中伸缩式注浆架伸入至桩孔底部，正向转动注浆管以带动连接杆转动，进而使得连接螺帽相对于连接杆向上移动，通过支撑杆将各注浆花管径向向外撑开，同时配合高压水切割注浆花管前方的土体，使得注浆花管能顺利地插入土体，再反向转动注浆管使得注浆管底部的注浆口依次与各注浆花管对接连通进行注浆作业，最后再对桩孔进行灌浆作业，从而形成一个倒置伞盘状的异形桩。通过注浆花管在桩底形成径向伸出并嵌在土体内的伞盘状桩底，可有效分担桩基的部分荷载，从而减少桩底的荷载，提高桩基的安全系数，使顶板厚度不足情况下，桩基的承载力和安全系数得以提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例中伸缩式注浆架的平面示意图；

图3为图2中A-A的剖面示意图；

图4为本发明实施例中环状转轴的平面示意图；

图5为本发明实施例中环状转轴的局部放大示意图；

图6为本发明实施例中固定套环的平面示意图；

图7为本发明实施例中对中支承托架的平面示意图；

图8为本发明实施例中伸缩式注浆架处于半伸缩状态的示意图；

图9为本发明实施例中伸缩式注浆架处于收缩状态示意图。

具体实施方式

参照图1和图9，本发明一种伞盘式异形桩的施工装置，包括伸缩式注浆架10、定位支撑架20及对中支承托架30三个部分。

其中，伸缩式注浆架10包括注浆管11和套接在注浆管11底端的连接帽12，注浆管11可相对于连接帽12正、反向转动，在连接帽12外侧沿圆周方向间隔铰接有六个注浆花管13，注浆花管13一端形成敞口端，该敞口端与连接帽12相铰接，敞口端与连接帽12之间布置有弹性密封橡胶圈131，注浆花管13另一端则形成半球状封闭端，并在该封闭端上设有喷射孔132，注浆花管13的底端面阵列排布形成多个注浆孔133。

连接帽12中心处设有与注浆管11底端相卡接的环状转轴14，该环状转轴14顶端与注浆管11底端之间具有单向卡接结构，从而使得注浆管11只能单向驱动环状转轴14单向转动，例如是正向转动，环状转轴14下端固定连接有伸出连接帽12的连接杆15，在连接杆15上具有螺纹，并螺旋套接有连接螺帽16，当连接杆15正向转动时，连接螺帽16可相对连接杆15向上移动。在连接螺帽16外侧与六个注浆花管13之间铰接连接有六个支撑杆17，当注浆管11正向转动带动连接杆15正向转动时，连接螺帽16向上移动，通过支撑杆17可将注浆花管13径向向外撑开。

注浆管11底部一侧端面还形成有注浆口111，该注浆口111与注浆花管13的敞口端大小相对应，反向转动注浆管11，可以选择性使得注浆管11的注浆口111与其中一个注浆花管13的敞口端对接连通。

连接帽12上部沿圆周方向间隔还设有六个引流孔道121，在每个注浆花管13内还设有喷射胶管134，喷射胶管134一端嵌在喷射孔132上，另一端则连接在对应的引流孔道121内，在注浆管11外侧竖向布置有六根高压水管18，每根高压水管18连接在连接帽12的对应引流孔道121中，高压水由高压水管18、引流孔道121、喷射胶管134引人，从注浆花管13的喷射孔132喷出切割注浆花管13前方的土体。在注浆管11上轴向间隔套接有多个固定套环19，各固定套环19外侧沿圆周方向间隔形成多个用以固定高压水管18的固定弹夹191。

为了能使注浆管11与环状转轴14顺利卡接组合在一起，环状转轴14顶端凸起形成柱状凸台141，该柱状凸台141外壁垂直设有纵向卡槽142和水平设有环状卡槽143，环状卡槽143位于纵向卡槽142下方并与纵向卡槽142垂直连通，注浆管11底部内壁形成有卡扣112，卡扣112沿纵向卡槽142卡入就位后，旋转注浆管11使得卡扣112沿圆周方向卡入环状卡槽143内，卡扣112在竖直方向会被限制在环状卡槽143内，只有转动注浆管11到合适的位置使卡扣112对准纵向卡槽142，注浆管11才可相对环状转轴14脱出。

其中，注浆管11与环状转轴14之间的单向卡接结构具体如下，单向卡接结构包括沿圆周方向间隔设置在柱状凸台141外壁并位于环状卡槽143内的多个楔形卡槽144和嵌在各楔形卡槽144内的楔形卡扣145，在各楔形卡槽144内设有弹簧146以使各楔形卡扣145可以径向向外弹出进入环状卡槽143内，当注浆管11正向转动时，注浆管11底部上的卡扣112会被弹起凸出的楔形卡扣145抵顶挡住，卡扣112沿环状卡槽143移动时也推动楔形卡扣145沿环状卡槽143移动，从而使得注浆管11同步带动环状转轴14转动；当注浆管11反向转动时，由于楔形卡扣145外侧为斜面，注浆管11底部上的卡扣112会挤压楔形卡扣145使其嵌入楔形卡槽144内以使注浆管11相对环状转轴14转动。

定位支撑架20用于引导各注浆花管13就位，具体地，定位支撑架20包括间隔布置的上定位钢圈21和下定位钢圈22，上定位钢圈21与下定位钢圈22之间沿圆周方向间隔设有六个定位钢环23，定位钢环23的大小与注浆花管13的大小相对应，使得注浆花管13能穿过定位钢环23。

对中支承托架30主要在于对注浆管11进行对中定位，对中支承托架30包括支承套管31和设于支承套管31外的支承钢圈32，在支承套管31与支承钢圈32之间沿圆周方向间隔设有三个径向连接钢筋33，径向连接钢筋33等长使得支承套管31与支承钢圈32保持同心。由于注浆管11是套在支承套管31内，为了减少注浆管11转动时受到的摩擦阻力，支承套管31内壁沿圆周方向间隔设有三条纵向滑槽，在各纵向滑槽内嵌装有滚动钢珠311。

下面为通过本发明施工装置形成伞盘式异形桩的施工过程，包括以下步骤：

1、安装定位支撑架。根据掌握的地质资料和桩的设计图，确定岩面相对于桩的钢筋笼的位置，由此向上量取拟定高度；将定位支撑架20中心对准该高度，定位支撑架20的外侧牢固焊接在钢筋笼内侧，并确保六个定位钢环23避开钢筋笼主筋，不被其遮挡，以确保注浆花管13能顺利从定位钢环23伸出，当钢筋笼在该高度内有箍筋遮挡了定位钢环23，妨碍注浆花管13向外伸出时，将该范围内的箍筋截断。

2、安放伸缩式注浆架。将伸缩式注浆架收拢，注浆管11底端的卡扣112对准连接帽12上的纵向卡槽142插入，在注浆管11上间隔套装固定套环19并安装高压水管18，高压水管18底端连接在连接帽12的引流孔道121内。将组合安装好的伸缩式注浆架从钢筋笼一端缓慢放入，至注浆花管13与定位支撑架20对齐，用钢索将注浆管11、连接帽12及注浆花管13绑扎在钢筋笼内，使注浆管11位于钢筋笼轴线上，正向转动注浆管11，使注浆花管13缓慢径向向外撑开，调整好各注浆花管13的方位，使六根注浆花管13的管尖恰恰穿过六个定位钢环23，然后将注浆花管13的管尖与定位支撑架20临时绑扎固定。

3、安装对中支承托架30。将对中支承托架30中的支承套管31对准注浆管11套入，将对中支承托架30置于钢筋笼内，绑扎固定。

4、吊装钢筋笼。用钢索绑定钢筋笼及注浆管11的顶部，用吊机将整个组合好的钢筋笼吊起，对准冲好的桩孔缓慢下放。到定位支撑架高度接近地面时，解开绑扎注浆花管13的管尖与定位支撑架20的钢索，继续缓慢下放钢筋笼，并依次解开固定伸缩式注浆架的钢索，直至钢筋笼就位。

5、张开伸缩式注浆架。将六根高压水管18接入高压水泵，启动水泵，并正向转动注浆管11，注浆花管13上的喷射孔132喷射出高压水切割开注浆花管13前方的土体，使注浆花管13能顺利地插入土体，伸缩式注浆架随之逐渐张开。

6、喷浆。伸缩式注浆架充分张开后，关闭水泵，将高压送浆泵接入注浆管11，调整好注浆管11底端注浆口111的位置，使注浆口111与其中一个注浆花管13对接连通，启动高压送浆泵灌注水泥砂浆，至送浆量达到单根注浆花管13的设计送浆量；关闭高压送浆泵，反向缓慢旋转注浆管11约60°，至下一个预定位置，继续按单根注浆花管13的设计送浆量送浆；如此依次为六根注浆花管13送浆，关闭高压送浆泵。

7、拆除辅助构件。将注浆管11反向旋转，使其卡扣112对准纵向卡槽142，然后向上拔起拆除注浆管11和拆除对中支承托架30。

8、桩体注浆。按常规灌注桩注浆方式为桩体灌注混凝土浆，注浆时注意避开伸缩式注浆架，并注意伸缩式注浆架下混凝土的振捣，确保其密实无空隙。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：包括伸缩式注浆架，所述伸缩式注浆架包括注浆管和套接在注浆管底端的连接帽，在所述连接帽外侧沿圆周方向间隔铰接有多个可径向向外撑开的注浆花管，所述注浆管底部一侧端面形成有可与其中一个注浆花管对接连通的注浆口，在所述连接帽内设有与注浆管底端相卡接的环状转轴，所述环状转轴顶端与注浆管底端之间具有单向卡接结构以使注浆管单向驱动环状转轴单向转动，所述环状转轴下端固定连接有伸出的连接杆，在所述连接杆上螺旋套接有连接螺帽，所述连接螺帽外侧与各个注浆花管之间铰接连接有多个支撑杆，各所述注浆花管底面间隔排列形成多个注浆孔。

2.根据权利要求1所述的伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：在所述连接帽上沿圆周方向间隔设有多个引流孔道，在所述注浆管外侧布置有与连接帽上的各引流孔道对应相接的多根高压水管，各所述注浆花管与连接帽相铰接相对立的另一端形成封闭端，在所述封闭端上设有喷射孔，在各所述注浆花管内设有两端分别嵌在喷射孔和对应的引流孔道内的喷射胶管。

3.根据权利要求2所述的伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：在所述注浆管上轴向间隔套接有多个固定套环，各所述固定套环外侧沿圆周方向间隔形成多个用以固定高压水管的固定弹夹。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：在所述注浆管底部内壁形成有一卡扣，在所述环状转轴顶端凸起形成柱状凸台，所述柱状凸台外壁形成有供卡扣卡入定位的纵向卡槽，所述柱状凸台外壁还形成有供卡扣卡入限位的环状卡槽，所述纵向卡槽与环状卡槽相通。

5.根据权利要求4所述的伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：所述单向卡接结构包括沿圆周方向间隔设置在柱状凸台外壁并位于环状卡槽内的多个楔形卡槽和嵌在各楔形卡槽内的楔形卡扣，在各所述楔形卡槽内设有弹簧以使各楔形卡扣径向向外弹出进入环状卡槽内，当所述注浆管绕其中一个方向转动时，所述注浆管底部上的卡扣被弹出的楔形卡扣抵顶限制，从而使得注浆管同步带动环状转轴转动，当所述注浆管绕另外一个方向转动时，所述注浆管底部上的卡扣挤压楔形卡扣使其嵌入楔形卡槽内以使注浆管相对环状转轴转动。

6.根据权利要求1、2或3所述的伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：还包括用以引导各注浆花管就位的定位支撑架，所述定位支撑架包括间隔布置的上定位钢圈和下定位钢圈，在所述上定位钢圈与下定位钢圈之间沿圆周方向间隔设有多个定位钢环。

7.根据权利要求1、2或3所述的伞盘式异形桩的施工装置，其特征在于：还包括套装在注浆管顶部的对中支承托架，所述对中支承托架包括支承套管和设于支承套管外的支承钢圈，在所述支承套管与支承钢圈之间沿圆周方向间隔设有至少三个径向连接钢筋，所述支承套管内壁沿圆周方向间隔设有至少三条纵向滑槽，在各所述纵向滑槽内嵌装有滚动钢珠。