CN106368210B - 一种大直径空心钢制螺纹桩及其施工方法 - Google Patents

一种大直径空心钢制螺纹桩及其施工方法 Download PDF

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Abstract

发明公开一种大直径空心钢制螺纹桩及其施工方法,其特征在于,包括桩帽、桩身和桩尖。所述桩身为上下两端均敞口的中空圆柱体。所述桩身的中空区域为空腔。所述桩身的侧面具有螺牙，所述螺牙为螺旋状。所述桩身侧面还开有预留孔洞，所述预留孔洞位于螺牙的空隙内。所述桩身的上端连接桩帽的下表面，所述桩身的下端连接桩尖。所述桩帽为圆盘状，所述桩帽的上表面开有若干个卡口。所述桩帽的直径大于桩身的直径，所述桩帽的下表面覆盖空腔的上端敞口，所述桩帽与桩身同轴。所述桩尖为上下端均敞口的中空圆台状。所述桩尖为倒置的圆台。所述敞口直径较大的一端连接桩身下端。所述空腔贯穿桩身和桩尖。

Description

一种大直径空心钢制螺纹桩及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种大直径空心钢制螺纹桩及其施工方法。
背景技术
建筑行业中，遇到软土地基等土质状况不好的地基时，需要在土体中打入桩基进行加固，而桩基加固也逐渐成为应用最为广泛的地基加固处理技术。桩基按施工方法分为现浇桩和预制桩。现浇桩是指先在地基上成孔，在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，后在孔内灌注混凝土而成桩。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和各种形式的桩(如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等)。对于预制桩的打入，通常利用打桩机对放置好的桩柱上端连续锤击或者利用静压机对放置好的桩体上端加压的同时施加一定幅度和频率，使桩柱体钻进土体达到所需的深度。但是随着打入深度的增大，对土壤的挤压也越来越大，打桩的阻力也越来越大，使得打桩的效率降低。
目前，国家倡导绿色建筑和建筑工业化，钢结构可以回收利用，可以在工厂制作成型，符合国家绿色建筑和建筑工业化的主题，也可以解决钢材产能过剩的问题，因此大力发展钢结构都是目前土木工程领域的热点方向之一。过去海洋工程中大直径钢管桩应用较多，但钢管桩侧壁光滑，桩侧摩擦力小，不利于充分发挥材料的性能。
发明内容
本发明的目的是解决打桩时土体对桩基的阻力大，影响打桩效率的问题，以及现有钢管桩侧壁光滑、承载力低的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,包括桩帽、桩身和桩尖。
所述桩身为上下两端均敞口的中空圆柱体。所述桩身的中空区域为空腔。所述桩身的侧面具有螺牙，所述螺牙为螺旋状。所述桩身侧面还开有预留孔洞，所述预留孔洞位于螺牙的空隙内。所述预留孔洞为通孔，所述预留孔洞与空腔连通。
所述预留孔洞的周边设置有挤土钢板，所述挤土钢板包括底钢板、侧钢板和径向挡板。所述底钢板为矩形钢板，所述底钢板沿着桩身径向安装。所述底钢板一端连接预留孔洞的底边，另一端向桩身内部延伸。所述预留孔洞的顶边也安装有底钢板，所述底钢板的法线方向与桩身的轴线方向一致。所述侧钢板一端连接预留孔洞的侧边Ⅰ,另一端向桩身内部延伸，所述侧钢板的法线方向垂直于底钢板的法线方向。所述预留孔洞的侧边Ⅰ具有侧钢板。所述径向挡板为矩形钢板，所述径向挡板分别连接于侧钢板和底钢板靠近桩中心的一边，所述径向挡板的法线方向垂直于侧钢板的法线方向。所述径向挡板的法线方向垂直于底钢板的法线方向。所述径向挡板、底钢板和侧钢板构成半包围结构。所述半包围结构与桩身内壁围成的开口为土体入口，土体入口所述预留孔洞通过土体入口与空腔连通。
所述桩身的上端连接桩帽的下表面，所述桩身的下端连接桩尖。
所述桩帽为圆盘状，所述桩帽的上表面开有若干个卡口。所述卡口为沉孔，所述卡口均匀分布在桩帽的上表面。所述卡口与桩机的旋转头配合。所述桩帽的直径大于桩身的直径，所述桩帽的下表面覆盖空腔的上端敞口，所述桩帽与桩身同轴。
所述桩尖为上下端均敞口的中空圆台状。所述桩尖为倒置的圆台。所述敞口直径较大的一端连接桩身下端。所述空腔贯穿桩身和桩尖。
进一步，所述卡口为矩形孔。所述卡口长度为400-800mm，宽度为150-300mm。
进一步，所述预留孔洞的正投影为矩形，所述预留孔洞的宽所对应的圆弧为所在截面圆弧周长的1/8-1/4，所述预留孔洞的高度为螺纹间距的1/4-1/2。
进一步，所述桩帽的直径为1000-2200mm；所述桩身外直径为800-2000mm，所述桩身壁厚为10-50mm；桩身长度为6000-3500mm；所述桩尖部分长度为200-500mm；所述螺牙宽为100-500mm，所述螺牙厚度为40-100mm。所述螺牙的螺距为200-1000mm。
一种大直径空心钢制螺纹桩的施工方法，其具体步骤如下：
1)探明拟打设桩基础的地层情况，包括施工范围内土层特征及分布，选取具有合适间距螺纹和合适尺寸孔洞的大直径空心钢制螺纹桩。
2)确定桩位，然后将大直径空心钢制螺纹桩垂直悬吊于桩位上方，桩尖朝下，并将桩尖对准桩位的中心位置。
3)将桩机的旋转头插入桩帽的卡口中，使桩体与连接在一起。
4)启动桩机，使旋转头缓慢下降，将大直径空心钢制螺纹桩的桩尖部分压入土体，直到螺牙接近地表。
5)在旋转头往下压的同时，开启旋转头的旋转功能，使旋转头带动桩帽转动，从而带动整根大直径空心钢制螺纹桩转动，在螺牙的作用下旋入地基。
6)随着大直径空心钢制螺纹桩旋入地基，地基的土体通过空心桩尖逐渐进入桩体的内部空腔中，到达一定深度后形成土塞或半土塞。
7)随着大直径空心钢制螺纹桩的进一步下沉，土体通过桩身外侧的预留孔洞进入桩体的内部空腔中。
8)沉桩到达一定深度后，作用在螺牙上的土压力已经足够。可关闭旋转头的下压功能，只开启旋转头的旋转功能，将桩进一步旋入设计深度。
9)当桩体达到预定深度后，取出旋转头，完成单根桩体的施工。
进一步，所述旋转头的动力由动力装置提供，所述旋转头安装于动力装置下方。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明一种大直径空心钢制螺纹桩内部为中空结构，在打桩时压强较其他的实心桩大，而且具有排土的结构，使得打桩的阻力更小，打桩的效率更高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为预留孔洞的结构示意图；
图3为本发明的施工示意图；
图4为本发明的施工效果图。
图中：桩帽(1)，卡口(101)，桩身(2)，螺牙(201)，预留孔洞(202)，空腔(203)，底钢板(2021)，侧钢板(2022)，底边(2023)，顶边(2024)，侧边Ⅰ(2025)，侧边Ⅱ(2026)，土体入口(2027)，径向挡板(2028)，桩尖(3)，桩机(4)，旋转头(401)，动力装置(402)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,包括桩帽1、桩身2和桩尖3。
所述桩身2为上下两端均敞口的中空圆柱体。所述桩身2的中空区域为空腔203。所述桩身2的侧面具有螺牙201，所述螺牙201为螺旋状。所述桩身2侧面还开有预留孔洞202，所述预留孔洞202位于螺牙201的空隙内。所述预留孔洞202为通孔，所述预留孔洞202与空腔203连通。
所述预留孔洞202的周边设置有挤土钢板，所述挤土钢板包括底钢板2021、侧钢板2022和径向挡板2028。所述底钢板2021为矩形钢板，所述底钢板2021沿着桩身2径向安装。所述底钢板2021一端连接预留孔洞202的底边2023，另一端向桩身2内部延伸。所述预留孔洞202的顶边2024也安装有底钢板2021，所述底钢板2021的法线方向与桩身2的轴线方向一致。所述侧钢板2022一端连接预留孔洞202的侧边Ⅰ2025,另一端向桩身2内部延伸，所述侧钢板2022的法线方向垂直于底钢板2021的法线方向。所述预留孔洞202的侧边Ⅰ2025具有侧钢板2022。所述径向挡板2028为矩形钢板，所述径向挡板2028分别连接于侧钢板2022和底钢板2021靠近桩中心的一边，所述径向挡板2028的法线方向垂直于侧钢板2022的法线方向。所述径向挡板2028的法线方向垂直于底钢板2021的法线方向。所述径向挡板2028、底钢板2021和侧钢板2022构成半包围结构。所述半包围结构与桩身2内壁围成的开口为土体入口2027，土体入口2027所述预留孔洞202通过土体入口2027与空腔203连通。
所述桩身2的上端连接桩帽1的下表面，所述桩身2的下端连接桩尖3。
所述桩帽1为圆盘状，所述桩帽1的上表面开有3个卡口101。所述卡口101为沉孔，所述卡口101均匀分布在桩帽1的上表面。所述卡口101与桩机4的旋转头401配合。所述桩帽1的直径大于桩身2的直径，所述桩帽1的下表面覆盖空腔203的上端敞口，所述桩帽1与桩身2同轴。
所述桩尖3为上下端均敞口的中空圆台状。所述桩尖3为倒置的圆台。所述敞口直径较大的一端连接桩身2下端。所述空腔203贯穿桩身2和桩尖3。
所述卡口101为矩形孔。所述卡口101长度为400mm，宽度为150mm。
所述预留孔洞202的正投影为矩形。所述预留孔洞202的宽所对应的圆弧为所在截面圆弧周长的1/8，所述预留孔洞202的高度为螺纹间距的1/4。
所述桩帽的直径为1000mm；所述桩身外直径为800mm，所述桩身壁厚为10mm；桩身长度为6000mm；所述桩尖部分长度为200mm；所述螺牙宽为100mm，所述螺牙厚度为40mm。所述螺牙的螺距为200mm。
实施例2：
一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,包括桩帽1、桩身2和桩尖3。
所述桩身2为上下两端均敞口的中空圆柱体。所述桩身2的中空区域为空腔203。所述桩身2的侧面具有螺牙201，所述螺牙201为螺旋状。所述桩身2侧面还开有预留孔洞202，所述预留孔洞202位于螺牙201的空隙内。所述预留孔洞202为通孔，所述预留孔洞202与空腔203连通。
所述预留孔洞202的周边设置有挤土钢板，所述挤土钢板包括底钢板2021、侧钢板2022和径向挡板2028。所述底钢板2021为矩形钢板，所述底钢板2021沿着桩身2径向安装。所述底钢板2021一端连接预留孔洞202的底边2023，另一端向桩身2内部延伸。所述预留孔洞202的顶边2024也安装有底钢板2021，所述底钢板2021的法线方向与桩身2的轴线方向一致。所述侧钢板2022一端连接预留孔洞202的侧边Ⅰ2025,另一端向桩身2内部延伸，所述侧钢板2022的法线方向垂直于底钢板2021的法线方向。所述预留孔洞202的侧边Ⅰ2025具有侧钢板2022。所述径向挡板2028为矩形钢板，所述径向挡板2028分别连接于侧钢板2022和底钢板2021靠近桩中心的一边，所述径向挡板2028的法线方向垂直于侧钢板2022的法线方向。所述径向挡板2028的法线方向垂直于底钢板2021的法线方向。所述径向挡板2028、底钢板2021和侧钢板2022构成半包围结构。所述半包围结构与桩身2内壁围成的开口为土体入口2027，土体入口2027所述预留孔洞202通过土体入口2027与空腔203连通。所述底钢板2021可以呈斜坡状。
所述桩身2的上端连接桩帽1的下表面，所述桩身2的下端连接桩尖3。
所述桩帽1为圆盘状，所述桩帽1的上表面开有3个卡口101。所述卡口101为沉孔，所述卡口101均匀分布在桩帽1的上表面。所述卡口101与桩机4的旋转头401配合。所述桩帽1的直径大于桩身2的直径，所述桩帽1的下表面覆盖空腔203的上端敞口，所述桩帽1与桩身2同轴。
所述桩尖3为上下端均敞口的中空圆台状。所述桩尖3为倒置的圆台。所述敞口直径较大的一端连接桩身2下端。所述空腔203贯穿桩身2和桩尖3。
所述卡口101为矩形孔；所述卡口101长度为800mm，宽度为300mm；
所述预留孔洞202的正投影为矩形，所述预留孔洞202的宽所对应的圆弧为所在截面圆弧周长的1/4，所述预留孔洞202的高度为螺纹间距的1/2。
所述桩帽1的直径为2200mm；所述桩身2外直径为2000mm，所述桩身2壁厚为50mm；桩身2长度为3500mm；所述桩尖3部分长度为500mm；所述螺牙201宽为500mm，所述螺牙201厚度为100mm。所述螺牙201的螺距为1000mm。
实施例3：
本实施例公开一种实施例1或2公开的一种大直径空心钢制螺纹桩的施工方法，其具体步骤如下：
1)探明拟打设桩基础的地层情况，包括施工范围内土层特征及分布，选取具有合适间距螺纹和合适尺寸孔洞的大直径空心钢制螺纹桩。
2)确定桩位，然后将大直径空心钢制螺纹桩垂直悬吊于桩位上方，桩尖3朝下，并将桩尖3对准桩位的中心位置。
3)将桩机4的旋转头401插入桩帽1的卡口101中，使桩体与连接在一起。
4)启动桩机4，使旋转头401缓慢下降，将大直径空心钢制螺纹桩的桩尖3部分压入土体，直到螺牙201接近地表。
5)在旋转头401往下压的同时，开启旋转头401的旋转功能，使旋转头401带动桩帽1转动，从而带动整根大直径空心钢制螺纹桩转动，在螺牙201的作用下旋入地基。
6)随着大直径空心钢制螺纹桩旋入地基，地基的土体通过空心桩尖3逐渐进入桩体的内部空腔中，到达一定深度后形成土塞或半土塞。
7)随着大直径空心钢制螺纹桩的进一步下沉，土体通过桩身2外侧的预留孔洞202进入桩体的内部空腔中。
8)沉桩到达一定深度后，作用在螺牙201上的土压力已经足够。可关闭旋转头401的下压功能，只开启旋转头401的旋转功能，将桩进一步旋入设计深度。
9)当桩体达到预定深度后，取出旋转头401，完成单根桩体的施工。
所述旋转头401的动力由动力装置402提供，所述旋转头401安装于动力装置402下方。

Claims (6)

1.一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,包括桩帽(1)、桩身(2)和桩尖(3)；
所述桩身(2)为上下两端均敞口的中空圆柱体；所述桩身(2)的中空区域为空腔(203)；所述桩身(2)的侧面具有螺牙(201)，所述螺牙(201)为螺旋状；所述桩身(2)侧面还开有预留孔洞(202)，所述预留孔洞(202)位于螺牙(201)的空隙内；所述预留孔洞(202)为通孔，所述预留孔洞(202)与空腔(203)连通；
所述预留孔洞(202)的周边设置有挤土钢板，所述挤土钢板包括底钢板(2021)、侧钢板(2022)和径向挡板(2028)；所述底钢板(2021)为矩形钢板，所述底钢板(2021)沿着桩身(2)径向安装；所述底钢板(2021)一端连接预留孔洞(202)的底边(2023)，另一端向桩身(2)内部延伸；所述预留孔洞(202)的顶边(2024)也安装有底钢板(2021)，所述底钢板(2021)的法线方向与桩身(2)的轴线方向一致；所述侧钢板(2022)一端连接预留孔洞(202)的侧边Ⅰ(2025),另一端向桩身(2)内部延伸，所述侧钢板(2022)的法线方向垂直于底钢板(2021)的法线方向；所述预留孔洞(202)的侧边Ⅰ(2025)具有侧钢板(2022)；所述径向挡板(2028)为矩形钢板，所述径向挡板(2028)分别连接于侧钢板(2022)和底钢板(2021)靠近桩中心的一边，所述径向挡板(2028)的法线方向垂直于侧钢板(2022)的法线方向；所述径向挡板(2028)的法线方向垂直于底钢板(2021)的法线方向；所述径向挡板(2028)、底钢板(2021)和侧钢板(2022)构成半包围结构；所述半包围结构与桩身(2)内壁围成的开口为土体入口(2027)，所述预留孔洞(202)通过土体入口(2027)与空腔(203)连通；
所述桩身(2)的上端连接桩帽(1)的下表面，所述桩身(2)的下端连接桩尖(3)；
所述桩帽(1)为圆盘状，所述桩帽(1)的上表面开有若干个卡口(101)；所述卡口(101)为沉孔，所述卡口(101)均匀分布在桩帽(1)的上表面；所述卡口(101)与桩机(4)的旋转头(401)配合；所述桩帽(1)的直径大于桩身(2)的直径，所述桩帽(1)的下表面覆盖空腔(203)的上端敞口，所述桩帽(1)与桩身(2)同轴；
所述桩尖(3)为上下端均敞口的中空圆台状；所述桩尖(3)为倒置的圆台；所述敞口直径较大的一端连接桩身(2)下端；所述空腔(203)贯穿桩身(2)和桩尖(3)。
2.根据权利要求1所述的一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,所述卡口(101)为矩形孔；所述卡口(101)长度为400-800mm，宽度为150-300mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,所述预留孔洞(202)的正投影为矩形，所述预留孔洞(202)的宽所对应的圆弧为所在截面圆弧周长的1/8-1/4，所述预留孔洞(202)的高度为螺纹间距的1/4-1/2。
4.根据权利要求3所述的一种大直径空心钢制螺纹桩,其特征在于,所述桩帽(1)的直径为1000-2200mm；所述桩身(2)外直径为800-2000mm，所述桩身(2)壁厚为10-50mm；桩身(2)长度为6000-3500mm；所述桩尖(3)部分长度为200-500mm；所述螺牙(201)宽为100-500mm，所述螺牙(201)厚度为40-100mm；所述螺牙(201)的螺距为200-1000mm。
5.一种关于权利要求1～4任意一项所述的一种大直径空心钢制螺纹桩的施工方法，其具体步骤如下：
1)探明拟打设桩基础的地层情况，包括施工范围内土层特征及分布，选取具有合适间距螺纹和合适尺寸孔洞的大直径空心钢制螺纹桩；
2)确定桩位，然后将大直径空心钢制螺纹桩垂直悬吊于桩位上方，桩尖(3)朝下，并将桩尖(3)对准桩位的中心位置；
3)将桩机(4)的旋转头(401)插入桩帽(1)的卡口(101)中，使桩体与桩机(4)连接在一起；
4)启动桩机(4)，使旋转头(401)缓慢下降，将大直径空心钢制螺纹桩的桩尖(3)部分压入土体，直到螺牙(201)接近地表；
5)在旋转头(401)往下压的同时，开启旋转头(401)的旋转功能，使旋转头(401)带动桩帽(1)转动，从而带动整根大直径空心钢制螺纹桩转动，在螺牙(201)的作用下旋入地基；
6)随着大直径空心钢制螺纹桩旋入地基，地基的土体通过空心桩尖(3)逐渐进入桩体的内部空腔中，到达一定深度后形成土塞或半土塞；
7)随着大直径空心钢制螺纹桩的进一步下沉，土体通过桩身(2)外侧的预留孔洞(202)进入桩体的内部空腔中；
8)沉桩到达一定深度后，作用在螺牙(201)上的土压力已经足够；可关闭旋转头(401)的下压功能，只开启旋转头(401)的旋转功能，将桩进一步旋入设计深度；
9)当桩体达到预定深度后，取出旋转头(401)，完成单根桩体的施工。
6.根据权利要求5所述的一种大直径空心钢制螺纹桩的施工方法，其特征在于，所述旋转头(401)的动力由动力装置(402)提供，所述旋转头(401)安装于动力装置(402)下方。
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