CN106917404A - 一种预制螺丝钉桩 - Google Patents

Abstract

一种预制螺丝钉桩，本发明属于土木建筑工程领域，它为了解决现有地基基础桩的承载力较低，桩身强度低和施工效率低的问题。本发明预制螺丝钉桩由单个预制螺丝钉桩基体组成或多个预制螺丝钉桩基体连接而成，预制螺丝钉桩基体的桩身为混凝土圆管体或中空圆锥体，桩身的内孔为圆形或多边形，在桩身的外表面设有连续螺纹或连续锯齿形螺纹，沿桩身的轴向在管壁内开有至少一个通孔，在预制螺丝钉桩的底端面上设置有桩尖。本发明预制螺丝钉桩的预制桩身采用高强度混凝土，能够在旋转的条件下进行成孔，将预制的螺丝钉桩植入土层中，起到抗压和抗拉的作用。管壁内的通孔在钻头前端不同方向形成喷嘴，通过高压喷射流达到切割土体，提高了成桩速度。

Description

一种预制螺丝钉桩

技术领域

本发明属于土木建筑工程领域，具体涉及一种预制螺丝钉桩。

背景技术

目前，国内软土基桩处理主要有灌注桩和预制桩两大类,但随着城市化的进程,以上两种桩基类型受施工工艺的限制，均存在一些应用不足，如预制桩存在软土地基中桩周侧阻力发挥不完全，竖向抗压荷载下桩身强度不能充分发挥，抗水平荷载能力不足，变形性能不够高，易脆性破坏，施工中挤土严重等问题。灌注桩则存在易出现缩颈，桩底有沉碴，施工中泥浆排放和剔除的桩头会污染环境等。

例如混凝土预应力管桩，该类管桩采用大吨位压桩机械将管桩植入土体中，管桩为圆柱形，与土体的侧壁阻力很小，减少了承载力值。它虽然解决了桩身混凝土强度及龄期问题，但存在承载力值低，由于挤土成孔，在砂层难以成桩。

还如半螺纹桩，此类桩采用大扭矩钻机利用带有螺纹形状的钢制钻具钻孔，然后浇筑混凝土成桩，它解决了桩身的形状问题，但是，由于是挤土成桩，所以在砂层难以成桩，桩身混凝土强度限制了承载力值。

因此，应用灌注桩和预制桩进行成桩的方法中不同程度的存在桩体承载力较低，桩的侧摩阻较小，桩身强度低，适应底层能力差，易发生缩颈、断桩现象和施工效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有地基基础桩的承载力较低，桩身强度低和施工效率低的问题，而提供一种预制螺丝钉桩。

本发明预制螺丝钉桩由单个预制螺丝钉桩基体组成或多个预制螺丝钉桩基体连接而成，预制螺丝钉桩基体的混凝土材质的桩身为圆管体或中空圆锥体，桩身的内孔为圆形或多边形，在桩身的外表面设有连续螺纹或连续锯齿形螺纹，沿桩身的轴向在管壁内开有至少一个通孔，在预制螺丝钉桩的底端面上设置有由钢板组成的桩尖。

本发明所述的预制螺丝钉桩的预制桩身采用高强度混凝土，能够在旋转条件下进行成孔，将预制的螺丝钉桩植入土层中，起到抗压和抗拉的作用。预制螺丝钉桩和普通直杆桩相比其承载力提高，桩侧地基土部分被挤密加固，桩周外侧形成了搅拌土的固结、渗透、压密区，同时螺纹改变了桩侧地基土的受力模式，每一螺距范围内的螺纹可以看成一长方形承载板，沿着轴线方向向上和向下一个螺距位置有同样的承载板，其承载力即为侧阻和若干承载板承载力之和。根据极限平衡理论，每个基础受力达到一定值后，其下地基土首先达到塑性，随着荷载增加塑性区域逐渐扩大，当整个螺纹间地基土都达到塑性时，螺纹承载力全部发挥，预制螺丝钉桩的承载力达到极限。

本发明所述的预制螺丝钉桩包括以下优点：

1、成桩质量可靠、性价比高；

螺丝钉桩的桩身通过高标号的混凝土预制而成，不会有断桩、缩颈、塌孔现象；桩孔周围土受旋喷作用，与桩结为一体，同时受螺旋挤压达到密实效果，桩外侧是水泥浆与土层的搅拌物体，从而真正实现了桩、土共同工作。

2、成桩速度快；

管壁内的通孔在钻头前端不同方向形成喷嘴，通过高压喷射流达到切割土体、超前乳化、冷却钻头、减小了钻进阻力，实现了扭矩小，旋转电流低，高压旋喷形成的水泥土外桩和混凝土芯桩一次成型，提高了成桩速度的目的。采用长螺旋钻机及螺纹桩机等具有旋转功能的钻机即可以实现成桩施工，而无需在设备上投入大量资金，经济性好。

3、单桩承载力值高；

桩基的承载力值往往决定于桩身混凝土的抗压强度值，灌注桩的混凝土标号一般是C30～C35，这就限定了桩基的承载力值，以往经常通过工程计算后，桩基的承载力值很高，但是由于桩基的桩身混凝土标号低，致使不得不降低桩基的承载力值。而预制螺丝钉桩采用高标号的混凝土预制构件，抗压强度非常高(C80-C150)，提高了桩身的承载力。

4、适应性广；

该预制螺丝钉桩能够适用于淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、素填土和碎石土层、强风化岩，亦适用于有地下水的各类土层情况。

5、绿色环保、节能减排；

桩身为预制构件，只要运到施工现场即可，无需现场搅拌、灌注；由于在管壁内的通孔中采用的是高压喷射，故现场排浆量大大减少；无弃土、不降水、低噪音、不扰民、施工现场较整洁。单桩承载力高，可以减少桩的数量和长度，节省原材料。

附图说明

图1为本发明预制螺丝钉桩的结构示意图；

图2为预制螺丝钉桩上端面的结构示意图；

图3为预制螺丝钉桩的桩尖处结构示意图；

图4为具体实施方式七中所述的多边体的结构示意图；

图5为具体实施方式八中多个预制螺丝钉桩基体连接的结构示意图；

图6为具体实施方式十所述的连续锯齿形螺纹的结构示意图；

图7为实施例中应用预制螺丝钉桩进行施工的结构示意图；

图8为实施例中应用预制螺丝钉桩施工后的桩型结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式预制螺丝钉桩由单个预制螺丝钉桩基体组成或多个预制螺丝钉桩基体连接而成，预制螺丝钉桩基体的混凝土材质的桩身1为圆管体或中空圆锥体，桩身1的内孔1-1为圆形或多边形，在桩身1的外表面设有连续螺纹2或连续锯齿形螺纹3，沿桩身1的轴向在管壁内开有至少一个通孔4，在预制螺丝钉桩的底端面上设置有由钢板组成的桩尖5。

本实施方式螺纹高度大于其后端圆形预制混凝土管(直桩)10mm～50mm，其作用是桩体上部的直径增大，使桩身能够承受更大的荷载。本实施方式所述的预制螺丝钉桩的结构示意图如图1和图2所示。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述混凝土的桩身1的强度标号为C80～C150。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是预制螺丝钉桩基体的桩身1直径为150mm～800mm，长度为0.5m～40m。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是沿桩身1的轴向在管壁内开有1～6个通孔4。

本实施方式管壁内的多个通孔的作用是在钻进时喷浆、气以减少钻桩的阻力同时扩大孔径形成复合桩及实施桩端后压浆。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是在于沿桩身1的轴向在管壁内开有至少一个通孔4，在通孔4的桩尖5一侧的端部设置有喷咀6。

本实施方式喷咀的结构示意图如图3所示，所述喷咀的出口方向包括45°出口和竖向出口，或包括竖向和横向出口，或包括45°出口、竖向出口和横向出口。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是桩身1的内孔1-1为六边形或八边形。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是当预制螺丝钉桩由多个预制螺丝钉桩基体连接而成时，桩身1的内孔1-1为多边形，在相邻预制螺丝钉桩基体连接处的桩身1内插有与内孔1-1多边形配合的多边体7。

本实施方式将多边体嵌入相邻预制螺丝钉桩基体的连接处用以传递扭矩。当内孔1-1为圆形时，在相邻预制螺丝钉桩基体连接处的桩身1内插有与内孔1-1圆形配合的圆柱体。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是多边体7为中空结构。

本实施方式多边体的中空结构是为后续中空穿喷浆管留有通道，结构图如图4所示。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是当预制螺丝钉桩由多个预制螺丝钉桩基体连接而成时，在相邻预制螺丝钉桩基体连接处的基体外通过固定螺栓固设有连接套管8。

本实施方式连接套管的结构图如图5所示。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是在桩身1外表面的下部设有连续螺纹2或连续锯齿形螺纹3。

本实施方式桩身上可以全部设置螺纹，也可以部分桩身设置螺纹，锯齿形螺纹的结构图如图6所示。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是在桩身1的底端面上设置有由钢板组成的倒锥形桩尖5。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是桩身1外表面的连续螺纹2或连续锯齿形螺纹3的外径大于顶部圆管体直径10～50mm。

本实施方式桩身顶部为(直杆)圆管体，下部为带有连续螺纹或连续锯齿形螺纹的圆管体。

实施例：本实施例预制螺丝钉桩由单个预制螺丝钉桩基体组成或多个预制螺丝钉桩基体连接而成，预制螺丝钉桩基体的混凝土材质的桩身1为圆管体，桩身1的内孔1-1为六边形，在桩身1的外表面设有连续的螺纹2，沿桩身1的轴向在管壁内开有3个通孔4，在桩身1的底端面上设置有由钢板组成的桩尖5。

应用预制螺丝钉桩施工的结构示意图如图7所示。

应用本实施例预制螺丝钉桩进行施工的过程如下：

一、回转钻机就位后将预制螺丝钉桩垂直安放于钻机的塔架之上，并与回转器相连以传递动力给预制螺丝钉桩的桩身；

二、动力头上的高压回转装置(可以安置单管的也可以根据需要安置双管的)与预制螺丝钉桩的桩身管线进行连接；

三、植入土体内，a、若地质条件好，直径比较小，长度比较短的桩可以通过钻机回转装置一次性的将预制螺丝钉桩的桩身拧入土体内(以挤土的方式植入土体内)；b、或采取通过高压喷射的方法，在预制螺丝钉桩植入土体的过程中，采用单管或双层管喷射将水、水泥浆或空气通过通孔在桩尖处产生高压射流，通过高压旋喷施工，水泥土外桩一次成型，其中单层管是高压喷射水泥浆或水，双层管是除了高压喷射水泥浆或水还外加了气体。

若植入的土体为砂层时喷射介质为水泥浆，植入的土体为粘性土层时，喷射介质可采用清水，也可在植入深度在桩长的50％左右时换水泥浆，全部植入后将桩身与孔壁之间的空隙全部用水泥浆或水泥浆与地基土搅拌后的混合物填充满，通过高压射流和螺旋组合钻具协同成孔，旋转钻进过程中利用高喷搅拌功能在成孔的同时完成水泥土外桩，结构图如图8所示，图中A代表水泥土搅拌外桩体，B代表桩周土。

本实施例预制螺丝钉桩的施工方法按以下步骤进行：

一、安装：

将预制螺丝钉桩竖直安装于回转钻机的塔架上，并且与高压回转装置的动力头连接；将高压回转装置的管线与预制螺丝钉桩的通孔(4)连通；将空压机和注浆泵的管线分别与高压回转装置的管线连通；

二、植桩：

(1)、针对土体的液性指数＞0.5、并且预制螺丝钉桩长＜15m的条件下，利用回转钻机的回转动力将预制螺丝钉桩直接拧入土体进行植桩；

(2)、针对土体的液性指数＜0.5，并且预制螺丝钉桩长＞15m的条件下，采用高压旋喷方式进行喷射扩孔植桩；

三、桩端后压浆：

植桩扩孔完成4～7天后，向通孔(4)其中一个通道注入水泥浆进行桩端后压浆；所述水泥浆的水灰比为0.6～1.5；所述水泥浆的压力为0.5～2MPa。

Claims (10)

1.一种预制螺丝钉桩，其特征在于该预制螺丝钉桩由单个预制螺丝钉桩基体组成或多个预制螺丝钉桩基体连接而成，预制螺丝钉桩基体的混凝土材质的桩身(1)为圆管体或中空圆锥体，桩身(1)的内孔(1-1)为圆形或多边形，在桩身(1)的外表面设有连续螺纹(2)或连续锯齿形螺纹(3)，沿桩身(1)的轴向在管壁内开有至少一个通孔(4)，在预制螺丝钉桩的底端面上设置有由钢板组成的桩尖(5)。

2.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于所述混凝土的桩身(1)的强度标号为C80～C150。

3.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于预制螺丝钉桩基体的桩身(1)直径为150mm～800mm，长度为0.5m～40m。

4.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于沿桩身(1)的轴向在管壁内开有1～6个通孔(4)。

5.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于沿桩身(1)的轴向在管壁内开有至少一个通孔(4)，在通孔(4)的桩尖(5)一侧端部设置有喷咀(6)。

6.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于桩身(1)的内孔(1-1)为六边形或八边形。

7.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于桩身(1)外表面的连续螺纹(2)或连续锯齿形螺纹(3)的外径大于顶部圆管体直径10～50mm。

8.根据权利要求1所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于当预制螺丝钉桩由多个预制螺丝钉桩基体连接而成时，桩身(1)的内孔(1-1)为多边形，在相邻预制螺丝钉桩基体连接处的桩身(1)内插有与内孔(1-1)多边形配合的多边体(7)。

9.根据权利要求8所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于当预制螺丝钉桩由多个预制螺丝钉桩基体连接而成时，在相邻预制螺丝钉桩基体连接处的基体外通过固定螺栓固设有连接套管(8)。

10.根据权利要求8所述的一种预制螺丝钉桩，其特征在于在桩身(1)外表面的下部设有连续螺纹(2)或连续锯齿形螺纹(3)。