CN107489176A - 一种嵌入式刚性锚杆桩及反力平衡设备及其工法和技术规程 - Google Patents
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Abstract
一种嵌入式刚性锚杆桩及反力平衡设备及其工法和技术规程，其涉及建筑基桩检测技术领域。通过预先设定的控制技术控制反力平衡机的操作，用反力平衡钻杆总成和反力平衡工法调动土体承载力，并形成嵌入式刚性锚杆桩，实现反力平衡钻具的重复使用，该技术不但简单易行，还降低了造价，节约了成本，减少了检测时间。另外，通过结合使用反力平衡机、反力平衡钻杆总成以及反力平衡工法，使反力平衡钻杆总成或其部分组件可形成一种部分带扩大体或全部桩身带扩大体的桩身，进而形成具有剪切受力状态的嵌入式刚性锚杆桩，大幅度的提高承载力，实现土层、岩层等的超大荷载试验。本发明的技术不受地质情况限制，施工速度快，可重复使用，经济环保。
Description
技术领域
本发明涉及建筑基桩检测技术领域，具体而言，涉及一种嵌入式刚性锚杆桩及反力平衡设备及其工法和技术规程。
背景技术
基桩静载检测是地基建设中必不可少的环节，目前基桩试验技术根据荷载、试验场地布置情况通常采用堆载法技术、锚桩法技术或者两种方法的结合技术。
需要说明的是，堆载法技术适用于荷载较小、地基情况较好的场地，锚桩法适用于大荷载检测。目前，随着高层建筑的发展，对桩的承载力要求也越来越高，锚桩法或堆锚结合方法解决了大吨位检测所遇到的运输及进度问题，技术人员通过不断的试验和创新，对检测装备的加载或反力装置、试验系统、锚桩施工方法等，形成了各自的技术成果，各有其优缺点，反力装置平衡试桩法便是其中技术成果之一。
目前，现行的反力装置平衡机技术采用预埋钢桩及其相关技术仍有以下缺陷：
岩土的承载力是一种可变量资源，锚桩的外形及成桩工法和成桩设备是决定承载力的关键，现行的反力平衡技术中的预埋钢锚桩及其相关技术配套并由此提供的反力，与地质条件供给的反力仍然还未处于受力的最佳状态，没有最大限度的“挖掘”出岩土的承载力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种嵌入式刚性锚杆桩，其可以大幅度提高承载力，实现土层、岩层等的超大载荷试验，且不受地质情况限制；另外，还具有施工速度快、可重复使用、经济环保等优点。
本发明的另一目的在于提供一种反力平衡设备，其不但具有先进、科学、安全、可靠、布局紧凑、整机受力基本平衡等优点，而且能够很好的满足运输要求，互不干扰、易于检修、拆装方便，符合环保要求。
本发明的另一目的在于提供一种反力平衡工法，其借助于使用上述的反力平衡设备进一步地调动了土体的承载力，并形成嵌入式刚性锚杆桩，实现了反力平衡钻具的重复使用。需要说明的是，该反力平衡工法实施简单易行，且能够降低造价，节约成本，减少检测时间。
本发明的实施例是这样实现的：
一种嵌入式刚性锚杆桩，其包括锚杆桩介质本体和设置于锚杆桩介质本体内部的带有扩大头的刚性件，扩大头的抵抗压力与嵌入式刚性锚杆桩外力具有线性关系，并且，扩大头的变形程度与嵌入式刚性锚杆桩外力呈负相关。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述刚性件中的扩大头具有1个或多个，其中，多个具有张扩和收缩功能的扩大头串接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述嵌入式刚性锚杆桩的桩身与岩土处于相互挤压受力性态时，扩大头与土体处于嵌入式膨胀挤压受力性态，扩大头与岩石处于膨胀挤压受力性态。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，采用黄金分割法组合与调整嵌入式刚性锚杆桩桩长。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述嵌入式刚性锚杆桩可重复地进行安装和拆卸。
一种反力平衡设备，其用于制作如上述的嵌入式刚性锚杆桩，其包括反力平衡机和反力平衡钻杆总成，反力平衡钻杆总成与反力平衡机可拆卸的活动连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡机包括机体总成、行走总成、液压总成、动力总成、电器及控制系统设备总成，其中，动力总成与反力平衡钻杆总成连接，为反力平衡钻杆总成传递动力。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述机体总成中的机体底座为箱型结构，并且在其上后部设置有卷扬机组，液压动力站，控制柜；机体底座的前端设置有活动立架，立架设置有活动支撑体，活动支撑体为两根油缸，两根油缸的两端均分别连接于机体和立架的立柱；箱体前部的两个边角分别设置有两个支腿，每个支腿带纵向伸缩油缸，能够与机体尾部设置的可水平前后滑动的平衡块联合工作，平衡块沿油缸水平方向滑动，根据反力平衡机前端的反力平衡钻杆总成质量大小自动调整，实现三点支撑式反力平衡机的平衡。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述立架的主要分配布局为：立柱最低高度小于6米；立柱底部为活动绞接，且在两根油缸的驱动下完成90度活动，实现立柱与倒柱动作，以适应狭隘空间作业和运输；立柱前两端设置有滑道，顶端设置有突出悬臂梁，突出悬臂梁设有多用途的滑轮组，滑轮组用于悬挂动力头总成和传递动力，动力头总成下端设有活动接头，活动接头与反力平衡钻杆连接，动力头总成的背立面有与滑道间隙式连接的双卡瓦。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述活动接头通过公母头加活动销实现与反力平衡钻杆的连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述机体底座下中部为回转支撑，回转支撑由一套配套减速机及其连接装置的马达驱动；机体底座的下部设置有行走履带组合梁，组合梁两端活动连接有行走履带，两个行走履带分别由一套配套减速机及其连接装置的马达驱动。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述液压总成包括液压马达及其液压控制管件，五根伸缩油缸，油路管网及配套的各种油阀，液压油箱。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述立架上的主卷扬机与动力头之间使用刚型线料通过各滑轮组连接，主卷扬动力线，动力头动力线，回转支撑的动力与履带的动力线分别排列进入控制电路设备终控箱，各油路线管分别与液压泵连接，液压电力系统分别排列进入控制电路设备终控箱。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡机的控制电路设备主要分配布局为：各动力系统前端用传感技术与电路设备终控箱连接，根据人工编制的相关程序，由终控箱的中央处理计算系统完成对各动力装置的各种数据自动处理，包括实时监控，报警以及信息远程传递。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡机的控制电路设备遥控器通过设置遥控器抗干扰装置以及用于显示图像和数字信息、进行统计印打的操作显示面板，控制反力平衡机的运行。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆总成包括反力平衡钻杆，张拉杆和张扩钻头，其中，张扩钻头内设有用于形成扩大头的收扩装置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆及张拉杆的长短均按黄金分割法梯度配置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述每根张拉杆比对应反力平衡钻杆长。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆总成顶端与张拉杆通过设置锁紧件连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆外部设置有固定的和可拆卸的两种螺纹状叶片，其中，可拆卸的螺纹状叶片的叶片间距的设置与叶片直径可调整，叶片与钻件之间用卡件固定。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆和张拉杆两端均设有公母接口。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述张扩钻头分三部分：上端开口处反力平衡机钻杆与张紧器连接；钻头外型为螺旋状或锥形状；钻头内部有收扩装置，收扩装置采用上下可移动的活动铰接件或由上小下大的锥状体及带有活动铰的张扩件组成，并与张拉杆连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆总成包括收扩钻头、1个或多个带有收扩装置的能够实现先成桩，后张扩的反力平衡钻杆以及连接杆。
一种反力平衡工法，其借助于上述的反力平衡设备进行实施，其包括以下步骤：
根据工程地质报告和设计要求，在试验桩四周确定钻入反力平衡钻杆的位置，选择并确定适合所在地层螺牙叶片的螺距、直径，选定反力平衡机和反力平衡钻杆总成，并进行长短组合，完成反力平衡机和反力平衡钻杆总成的连接；同时，根据设计和工程地质报告，通过反力平衡机的自动控制系统编制与反力平衡钻杆相匹配的用于工程施工的科学程序；
启动反力平衡机的控制器：纵向调整双支腿油缸及水平调整平衡块油缸，并结合反力平衡机的回转支撑及行走履带进行行退调整，实现反力平衡钻杆总成的垂直度要求和精确定位；
启动反力平衡机的遥控器，使反力平衡机根据程序运行，使动力头及加压力驱动反力平衡钻杆总成向下挤压土体钻入，动力头每旋转一周，反力平衡钻杆下钻一个螺距，直至完成一根反力平衡钻杆并停机接杆继续下钻，使反力平衡钻杆总成产生“钻进自攻”现象，持续钻进至预定的设计深度停止钻进，其间，反力平衡钻杆与土体始终保持公母螺的受力形态状；或者启动反力平衡机的遥控器，使反力平衡机根据程序运行，使动力头驱动反力平衡钻杆总成向下钻入或压入或震入进至预定的设计深度停止；
在反力平衡钻杆总成顶端用外力对反力平衡钻杆内的张拉杆上拉或旋转上升，使钻头的扩大装置涨开嵌入到土层、岩层的预定位置，形成扩大头，并锁定反力平衡钻杆总成，保持扩大头状态；或者在反力平衡钻杆总成顶端用外力对反力平衡钻杆内的张拉杆上拉或旋转上升，使反力平衡钻杆总成所有的扩大装置涨开嵌入到土层、岩层的预定位置，形成单个或多节扩大，并锁定反力平衡钻杆总成，保持扩大状态，形成嵌入式刚性锚杆桩；
将反力平衡钻杆总成与动力头分离，同时，使反力平衡钻杆，张拉杆，扩张部分，共同承受拉力或压力；
重复以上步骤完成其它嵌入式刚性锚杆桩，并移动反力平衡机到指定位置；
嵌入式刚性锚杆桩施工完成后，完成拉锚装置或锚桩横梁反力装置的连接，进行桩体抗压或抗拔静载试验；
待桩体检测试验完成后，将反力平衡机移动到已完成的反力平衡钻杆位置，完成对反力平衡钻杆与反力平衡机的连接，用外力卸除对所反力平衡钻杆的张拉机构的张拉，闭合扩大钻扩大头或所有张扩装置，使反力平衡钻杆里的扩大装置回位，启动提升动力，完成反力平衡钻杆的回收。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡钻杆总成的连接工法包括以下步骤：
按设计要求配备完成反力平衡钻杆总成；
把一一对应的张拉杆插入反力平衡钻杆内；
把已装好的一根钻杆杆件组件与扩大钻头对接：将张拉杆与钻头中的扩张装置对接，将钻头外接口与反力平衡钻杆头对接，并装好活动销钉；
对接好其它杆件后，将反力平衡钻杆总成与动力头输出对接；
反力平衡杆桩施工完成后，完成拉锚装置或锚桩横梁反力装置，进行桩体抗压或抗拔静载试验。
一种反力平衡技术规程，其包括了由嵌入式刚性锚杆桩、反力平衡设备及反力平衡工法构成的应用技术标准，其中，嵌入式刚性锚杆桩为上述的嵌入式刚性锚杆桩，反力平衡设备为上述的反力平衡设备，反力平衡工法为上述的反力平衡工法；嵌入式刚性锚杆桩通过预先设定的控制技术控制反力平衡设备的工作，并结合反力平衡工法来实现。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述反力平衡技术规程，还适用于钢筋混凝土桩及钢筋混凝土锚杆在拉锚时应用。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供的嵌入式刚性锚杆桩及反力平衡设备及其工法和技术规程，通过预先设定的控制技术控制反力平衡机的操作，用反力平衡钻杆总成和反力平衡工法调动了土体承载力，并形成嵌入式刚性锚杆桩，实现了反力平衡钻具的重复使用，该技术不但简单易行，还降低了造价，节约了成本，减少了检测时间。另外，通过借助于反力平衡机及反力平衡钻杆总成的动作，并结合反力平衡工法，使反力平衡钻杆总成或反力平衡钻杆总成部分组件可以随机形成或滞后形成一种使桩身部分带扩大体或全部桩身带扩大体，从而使之由摩擦受力状态改变为剪切受力状态的刚性锚杆桩(尤其是可以先对土层、岩层预形成设计深度的小孔，然后对土层、岩层进行局部涨扩挤压形成一种使桩身部分或全部桩身带扩大体的嵌入式锚杆桩)。此嵌入式刚性锚杆桩可以大幅度的提高承载力，实现在土层、岩层等的超大荷载试验，且不受地质情况限制，且施工速度快，可重复使用，经济环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的反力平衡机的立面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的反力平衡机的侧面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的反力平衡机的俯视面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的反力平衡钻杆总成结构示意图；
图5为本发明实施例提供的反力平衡钻杆总成结构示意图；
图6为本发明实施例提供的反力平衡钻杆总成的连接工法示意图；
图7为本发明实施例中形成嵌入式刚性锚杆桩过程对应的张扩钻头的结构示意图；
图8为本发明实施例中形成嵌入式刚性锚杆桩过程对应的张扩钻头A-A截面对应的结构示意图；
图9为本发明实施例中形成嵌入式刚性锚杆桩过程对应的张扩钻头的结构示意图；
图10为本发明实施例的工控示意图。
图标：1-机体；2-卷扬机组；4-回转支撑；5-立柱；6-轨道；7-主梁；8-滑动槽；9-平衡器；a-反力平衡钻杆；b-驱动杆；10-履带；11-油缸；13-电器及控制系统设备总成；14-动力头；15-反力平衡钻杆总成；17-张扩钻头；18-油箱；19-油缸；21-回转电机；24-履带梁；26-减速机；27-遥控器；30-螺旋状叶片；31-卡件；32-卡件；33-叶片外径；34-叶片内径；35-母头；36-公头；37-母头；38-公头；39-油缸；41-滑轮组；50-连接头；52-临时连接拉杆；53-坚固件；60-活动销；61-卡键；61-活动销；71-主梁；100-反力平衡设备；101-反力平衡机；111-支腿；141-主减速机；142-框架；143-电机；151-反力平衡钻杆；152-张拉杆；153-驱动杆；155-锁紧器；155-接口；156-锁紧器；171-收扩装置；171-张扩装置；172-锥型状钻具；172-外齿钻具；173-导向连接器；173-连接器；174-上端开口处；174-上下接口；174-连接接头；261-动力马达。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请结合参照图1、图2和图3，本实施例提供了一种反力平衡设备100，其包括反力平衡机101和反力平衡钻杆总成15，反力平衡钻杆总成15与反力平衡机101可拆卸的活动连接。
进一步地，反力平衡机101包括机体总成、行走总成、液压总成、动力总成、电器及控制系统设备总成13。其中，需要说明的是，动力总成与反力平衡钻杆总成15连接，为反力平衡钻杆总成15传递直接动力。
具体地，机体总成主要包括箱体结构的机体1和可拆卸立柱5，机体1下部为回转支撑4，立柱5设于上箱体前端，其上设有可供动力头14驱动的反力平衡钻杆总成15，可供动力头14上下移动的轨道6和限制动力头14横向移位的卡键61，立柱5顶端设有承受动力和起吊它物的主梁7和主梁71。
进一步地，行走总成主要包括设于回转支撑4下的行走履带梁24及履带梁24两端设有的行走履带10，回转电机21，位于上箱体前端两边设有供支撑反力平衡机101的活动支腿111。
具体地，液压总成主要包括设于箱体后部的液压马达总成及油路，液压油箱18，两根油缸19，两根油缸11以及一根油缸39，其中，两根油缸19分别设在箱架前两端与立柱5连接，两根油缸11分别与支腿111结合，一根油缸39两端分别与箱架和平衡器9连接。
具体地，动力总成主要包括动力头14，减速机26，以及与之配套的动力马达261，动力头14由电机143与主减速机141及框架142组成，并安装在机体1底座的立架上，动力头总成设有输出连接器，用于与反力平衡钻杆总成15快速性连接；箱架上后端设有用于提升用途的卷扬机组2，减速机26安装在机体1的底座上，与动力头14通过滑轮组41采用金属线性连接，实现动力头14的上下行走；卷扬机组2通过滑轮组41与金属线性与立柱5连接，通过主梁71形成提升装置。
具体地，请结合参照图1和图10，电器及控制系统设备总成13设于箱体结构的外边缘：采用防水保温防尘抗震箱体，其内布置有控制行走，液压，动力，照明等的带有工控系统总成组成，工控系统具有远程传输反馈信息功能和接受遥控功能，工控系统采用屏蔽线及光电传感器与相关总成连接，由遥控器27无线人工操作实现各项运行功能。
具体地，请结合参照图1、图4、图7和图8，反力平衡钻杆总成15包括反力平衡钻杆151，张拉杆152及张扩钻头17，张扩钻头17内设有用于形成扩大头的张扩装置171。
进一步地，请继续参照图4，反力平衡钻杆151内有带螺旋杆的张拉杆152，反力平衡钻杆151和张拉杆152长短均按黄金分割法梯度配置组成，以满足对不同钻深的施工要求，张拉杆152每根比反力平衡钻杆151稍长，按可以实现连接的工作空间控制，以利于安装及满足现场反力试验要求。另外，反力平衡钻杆151的两端设有公头36，母头35，张拉杆152的两端设有公头38，母头37，反力平衡钻杆151加活动销61快速接拆，张拉杆152加活动销60快速接拆。需要说明的是，反力平衡钻杆151及张拉杆152两端通过设置公头36，母头35，公头38以及母头37，极大的方便了其安装操作。
更进一步地，请结合参照图5、图6和图7，反力平衡钻杆总成15顶端与张拉杆152通过设相互配合的锁紧器155和锁紧器156连接，共同承受拉力；反力平衡钻杆151其外部带有可以快速拆装的螺旋状叶片30。需要说明的是，螺旋状叶片30间距的设置与叶片直径可以调整，叶片外径33与叶片内径34之比不得小2倍，以利于挤压土体，叶片与钻件之间用卡件31和卡件32临时固定。
进一步地，请结合参照图4、图7和图8，张扩钻头17分三部分，上端开口处174分别与反力平衡钻杆151及张拉杆152连接；钻头外型为固定的螺旋状或锥形状，用于引导并钻进，并通过连接头50与钻杆连接；钻头内部有收扩装置171及用于导向的导向连接器173及张拉杆152、钻头外型带有钻进的螺旋状或锥型状钻具172。
需要强调的是，请结合参照图7和图9，反力平衡钻杆总成15也可由张扩钻头17、一个或多个具有张扩装置171的反力平衡钻杆a、驱动杆b三部分组成。其中，反力平衡钻杆a的组成为：反力平衡钻杆a内部有收扩装置171、上下接口174、用于导向的连接器173、固定的螺旋状或锥形状的外齿钻具172及张拉杆152；上有与动力头14连接的接口155，驱动杆153外管用于传动驱动力、张拉杆152上口有与外力连接的接口155，张拉杆152可以在外力作用下与反力平衡钻杆151产生相对向上的位移，使收扩装置171向上移动，扩张到预定部位。
进一步地，反力平衡钻杆总成15顶端两侧设有连接反力平衡机101与外部的临时连接拉杆52，顶端设有坚固件53，用于临时锁定反力平衡钻杆151与张拉杆152，使之不得产生相对位移。
具体地，张扩钻头17由两部分组成，钻头外面为定型锥型状钻具172，用于引导并钻进，及连接接头174，钻头内部有收扩装置171及导向连接器173，收扩装置171、导向连接器173也可以设计成上小下大的锥型体，锥型体外覆盖带有活动铰的张扩板，锥型体与驱动杆153可以装拆地活动连接。
需要说明的是，反力平衡钻杆总成15可根据每个工程土层各异，粘聚力，内摩擦力等形成的土体物理力学指标差异，决定反力平衡钻杆151螺纹间距，针对该土层调整连续螺纹叶片间距以调动土体对反力平衡杆的最佳承载力。
本实施例还提供了一种反力平衡工法，其包括以下步骤：
第一步：根据工程地质报告和设计要求，在试验桩四周一定范围确定钻入反力平衡钻杆总成15的位置，选择并确定适合该地层螺牙叶片的螺距、直径，选定反力平衡机101以及反力平衡钻杆总成15，并进行长短组合，完成反力平衡机101与反力平衡钻杆总成15的连接。同时，根据设计和工程地质报告，通过反力平衡机101的自动控制系统编制适合该工程反力平衡钻杆151施工的科学程序。
第二步：启动反力平衡机101的控制器：纵向调整双支腿111对应的油缸11及水平调整平衡器9(平衡器9在滑动槽8中滑动)及油缸39，并结合反力平衡机101的回转支撑4及行走履带10进行行退调整，实现反力平衡钻杆总成15的垂直度要求和精确定位。
第三步：启动反力平衡机101的遥控器27，使反力平衡机101根据程序运行，使动力头14及加压力驱动反力平衡钻杆总成15向下挤压土体钻入，动力头14每旋转一周，反力平衡钻杆151下钻一个螺距，直至完成一根反力平衡钻杆151并停机接杆继续下钻，待进入一定深度后，使反力平衡钻杆总成15产生“钻进自攻”现象，持续钻进至预定的设计深度停止钻进，其间，反力平衡钻杆151与土体始终保持公母螺的受力形态状；或者启动反力平衡机101的遥控器27，使反力平衡机101根据程序运行，使动力头14驱动反力平衡钻杆总成15向下钻入或压入或震入进至预定的设计深度停止。
第四步：在反力平衡钻杆总成15顶端用外力对反力平衡钻杆151内的张拉杆152上拉或旋转上升，使钻头的收扩装置171涨开嵌入到土层、岩层的预定位置，形成扩大头，并锁定反力平衡钻杆总成15，保持扩大头状态；或者在反力平衡钻杆总成15顶端用外力对反力平衡钻杆151内的张拉杆152上拉或旋转上升，使反力平衡钻杆总成15所有的扩大装置胀开嵌入到土层、岩层的预定位置，形成单个或多节扩大，并锁定反力平衡钻杆总成15，保持扩大状态，形成嵌入式刚性锚杆桩。
第五步：将反力平衡钻杆总成15与动力头14分离，同时，使反力平衡钻杆151，张拉杆152，扩张部分，共同承受拉力或压力。
第六步：重复以上一至五步施工完成其它嵌入式刚性锚杆桩，并移动反力平衡机101到指定位置。
第七步：嵌入式刚性锚杆桩施工完成后，完成拉锚装置或锚桩横梁反力装置的连接，进行桩体抗压或抗拔静载试验。
第八步：待桩体检测试验完成后，反力平衡机101移动到已完成的反力平衡钻杆151位置，完成对反力平衡钻杆151与反力平衡机101的连接，用外力卸除对反力平衡钻杆151的张拉机构的张拉，闭合扩大钻扩大头或所有张扩装置171，使反力平衡钻杆151里扩大装置回位，启动提升动力，完成反力平衡钻杆151的回收。
进一步地，请参照图6，本实施例提供的反力平衡钻杆总成15的连接工法为：
第一步：按设计要求配备完成反力平衡钻杆总成15。
第二步：把一一对应的张拉杆152装入反力平衡钻杆151内。
第三步：把已装好的一根反力平衡杆件与张扩钻头17对接，装好活动销60：先由张拉杆152与钻头中的扩张对接，然后钻头外接口155与反力平衡钻杆151对接，装好活动销60。
第四步：按以上方法对接好其它杆件。
第五步：将反力平衡钻杆总成15与动力头14对接完毕，形成嵌入式刚性锚杆桩。
需要说明的是，本实施例提供的上述反力平衡工法，可以通过对反力平衡钻杆151施加旋转扭矩或加压扭矩与拉描试验，绘制出旋转扭矩、加压扭矩等拉描力大小之间的关系，逐步形成并实现对反力平衡钻杆151预估承载力的技术标准。
请结合参照图7、图8和图9，本实施例还提供一种嵌入式刚性锚杆桩，其是通过上述的反力平衡设备100和反力平衡工法结合施工得到。需要说明的是，本实施例提供的嵌入式刚性锚杆桩包括锚杆桩介质本体和设置于锚杆桩介质本体内部的带有扩大头的刚性件。其中，锚杆桩介质本体主要是由金属或强度较高的非金属材料制成，比如碳纤维、玄武岩纤维等具有较高抗拉压性能的固体材料。扩大头的抵抗压力与嵌入式刚性锚杆桩外力具有线性关系，并且，扩大头的变形程度与嵌入式刚性锚杆桩外力呈负相关，即就是外力越大，抵抗压力越大，扩大头的变形越小，刚性件锁得越紧，这与常见桩因为外力作用加强而变形加剧的情况有很明显的不同。
进一步地，本实施例提供的嵌入式刚性锚杆桩的桩身与岩土处于相互挤压受力性态时，扩大头与土体处于嵌入式膨胀挤压受力性态，扩大头与岩石处于膨胀挤压受力性态。
进一步地，本实施例提供刚性件中具有张扩和收缩功能的扩大头具有1个或多个，其中，当为多个时，多个扩大头串接。需要说明的是，扩大头的个数根据实际需要设计的嵌入式刚性锚杆桩桩长进行确定，并且嵌入式刚性锚杆桩桩长采用黄金分割法组合和调整。
进一步地，本实施例提供的嵌入式刚性锚杆桩可重复地进行安装和拆卸，实现了重复再利用的功能，因此，其具有降低工程成本、经济环保等优点。
需要说明的是，本实施例提供的嵌入式刚性锚杆桩为通过结合上述反力平衡设备100和反力平衡工法施工而得的其中一种，在其它实施例中，并不仅限于本实施例所介绍的一种，并且也不限于本实施例所介绍的反力平衡设备100和反力平衡工法，其也可以是通过其他设备和方法制备的嵌入式刚性锚杆桩。
本实施例还提供一种反力平衡技术规程，其包括了由上述的嵌入式刚性锚杆桩、反力平衡设备100以及反力平衡工法所构成的应用技术标准。需要说明的是，反力平衡技术规程中的嵌入式刚性锚杆桩通过预先设定的控制技术控制反力平衡设备100的工作，并结合反力平衡工法来实现。
另外，需要强调的是，在其它实施例当中，并不仅限本实施例所介绍的这一种技术领域的应用，本实施例介绍的包含有上述嵌入式刚性锚杆桩、反力平衡设备100以及反力平衡工法所构成的应用技术标准还可以应用于其它相关技术领域，例如，钢筋混凝土桩及钢筋混凝土锚杆等等以及其它技术领域的拉锚用途。
综上所述，本发明所涉及的反力平衡技术包括嵌入式刚性锚杆桩及反力平衡设备及其工法和技术规程，其中，反力平衡设备包括反力平衡机和反力平衡钻干总成。需要说明的是，本发明通过借助反力平衡机，使用反力平衡工法，使得反力平衡杆可以随机形成或滞后形成一种使桩身部分或全部桩身带扩大体，从而使之由摩擦受力改变为剪切受力的嵌入式刚性锚杆桩，这大幅度的提高了承载力，实现了在土层、岩层等超大荷载的试验，并且具有不受地质情况限制、施工速度快、可重复使用以及经济环保的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (27)
1.一种嵌入式刚性锚杆桩，其特征在于，所述嵌入式刚性锚杆桩包括锚杆桩介质本体和设置于所述锚杆桩介质本体内部的带有扩大头的刚性件，所述扩大头的抵抗压力与所述嵌入式刚性锚杆桩外力具有线性关系，并且，所述扩大头的变形程度与所述嵌入式刚性锚杆桩外力呈负相关。
2.根据权利要求1所述的嵌入式刚性锚杆桩，其特征在于，所述刚性件中的所述扩大头具有1个或多个，其中，多个具有张扩和收缩功能的所述扩大头串接。
3.根据权利要求1所述的嵌入式刚性锚杆桩，其特征在于，所述嵌入式刚性锚杆桩的桩身与岩土处于相互挤压受力性态时，所述扩大头与土体处于嵌入式膨胀挤压受力性态，所述扩大头与岩石处于膨胀挤压受力性态。
4.根据权利要求1所述的嵌入式刚性锚杆桩，其特征在于，采用黄金分割法组合与调整所述嵌入式刚性锚杆桩桩长。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的嵌入式刚性锚杆桩，其特征在于，嵌入式刚性锚杆桩可重复地进行安装和拆卸。
6.一种反力平衡设备，其特征在于，其用于制作如权利要求1-5任意一项所述的嵌入式刚性锚杆桩，其包括反力平衡机和反力平衡钻杆总成，所述反力平衡钻杆总成与所述反力平衡机可拆卸的活动连接。
7.根据权利要求6所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡机包括机体总成、行走总成、液压总成、动力总成、电器及控制系统设备总成，其中，所述动力总成与所述反力平衡钻杆总成连接，为所述反力平衡钻杆总成传递动力。
8.根据权利要求7所述的反力平衡设备，其特征在于，所述机体总成中的机体底座为箱型结构，并且在其上后部设置有卷扬机组，液压动力站，控制柜；所述机体底座的前端设置有活动立架，所述立架设置有活动支撑体，所述活动支撑体为两根油缸，两根所述油缸的两端均分别连接于所述机体和所述立架的立柱；箱体前部的两个边角分别设置有两个支腿，每个所述支腿带纵向伸缩油缸，能够与所述机体尾部设置的可水平前后滑动的平衡块联合工作，所述平衡块沿油缸水平方向滑动，根据所述反力平衡机前端的所述反力平衡钻杆总成质量大小自动调整，实现三点支撑式反力平衡机的平衡。
9.根据权利要求8所述的反力平衡设备，其特征在于，所述立架的主要分配布局为：所述立柱最低高度小于6米；所述立柱底部为活动绞接，且在两根所述油缸的驱动下完成90度活动，实现立柱与倒柱动作，以适应狭隘空间作业和运输；所述立柱前两端设置有滑道，顶端设置有突出悬臂梁，所述突出悬臂梁设有多用途的滑轮组，所述滑轮组用于悬挂动力头总成和传递动力，所述动力头总成下端设有活动接头，所述活动接头与所述反力平衡钻杆连接，所述动力头总成的背立面有与所述滑道间隙式连接的双卡瓦。
10.根据权利要求9所述的反力平衡设备，其特征在于，所述活动接头通过公母头加活动销实现与所述反力平衡钻杆的连接。
11.根据权利要求8所述的反力平衡设备，其特征在于，所述机体底座下中部为回转支撑，所述回转支撑由一套配套减速机及其连接装置的马达驱动；所述机体底座的下部设置有行走履带组合梁，所述组合梁两端活动连接有所述行走履带，两个所述行走履带分别由一套配套减速机及其连接装置的马达驱动。
12.根据权利要求7所述的反力平衡设备，其特征在于，所述液压总成包括液压马达及其液压控制管件，五根伸缩油缸，油路管网及配套的各种油阀，液压油箱。
13.根据权利要求12所述的反力平衡设备，其特征在于，立架上的主卷扬机与动力头之间使用刚型线料通过各滑轮组连接，主卷扬动力线，动力头动力线，回转支撑的动力与履带的动力线分别排列进入控制电路设备终控箱，各油路线管分别与液压泵连接，液压电力系统分别排列进入控制电路设备终控箱。
14.根据权利要求7所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡机的控制电路设备主要分配布局为：各动力系统前端用传感技术与电路设备终控箱连接，根据人工编制的相关程序，由终控箱的中央处理计算系统完成对各动力装置的各种数据自动处理，包括实时监控，报警以及信息远程传递。
15.根据权利要求14所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡机的控制电路设备遥控器通过设置遥控器抗干扰装置以及用于显示图像和数字信息、进行统计印打的操作显示面板，控制所述反力平衡机的运行。
16.根据权利要求6所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡钻杆总成包括反力平衡钻杆，张拉杆和张扩钻头，其中，所述张扩钻头内设有用于形成扩大头的收扩装置。
17.根据权利要求16所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡钻杆及所述张拉杆的长短均按黄金分割法梯度配置。
18.根据权利要求16所述的反力平衡设备，其特征在于，每根所述张拉杆比对应所述反力平衡钻杆长。
19.根据权利要求18所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡钻杆总成顶端与所述张拉杆通过设置锁紧件连接。
20.根据权利要求16所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡钻杆外部设置有固定的和可拆卸的两种螺纹状叶片，其中，可拆卸的所述螺纹状叶片的叶片间距的设置与叶片直径可调整，叶片与钻件之间用卡件固定。
21.根据权利要求20所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡钻杆和所述张拉杆两端均设有公母接口。
22.根据权利要求16所述的反力平衡设备，其特征在于，所述张扩钻头分三部分：上端开口处反力平衡机钻杆与张紧器连接；钻头外型为螺旋状或锥形状；钻头内部有所述收扩装置，所述收扩装置采用上下可移动的活动铰接件或由上小下大的锥状体及带有活动铰的张扩件组成，并与所述张拉杆连接。
23.根据权利要求6所述的反力平衡设备，其特征在于，所述反力平衡钻杆总成包括收扩钻头、1个或多个带有收扩装置的能够实现先成桩，后张扩的反力平衡钻杆以及连接杆。
24.一种反力平衡工法，其特征在于，其借助于权利要求6所述的反力平衡设备进行实施，其包括以下步骤：
根据工程地质报告和设计要求，在试验桩四周确定钻入反力平衡钻杆的位置，选择并确定适合所在地层螺牙叶片的螺距、直径，选定所述反力平衡机和所述反力平衡钻杆总成，并进行长短组合，完成所述反力平衡机和所述反力平衡钻杆总成的连接；同时，根据设计和工程地质报告，通过所述反力平衡机的自动控制系统编制与所述反力平衡钻杆相匹配的用于工程施工的科学程序；
启动所述反力平衡机的控制器：纵向调整双支腿油缸及水平调整平衡块油缸，并结合所述反力平衡机的回转支撑及行走履带进行行退调整，实现所述反力平衡钻杆总成的垂直度要求和精确定位；
启动所述反力平衡机的遥控器，使所述反力平衡机根据程序运行，使动力头及加压力驱动所述反力平衡钻杆总成向下挤压土体钻入，所述动力头每旋转一周，所述反力平衡钻杆下钻一个螺距，直至完成一根所述反力平衡钻杆并停机接杆继续下钻，使所述反力平衡钻杆总成产生“钻进自攻”现象，持续钻进至预定的设计深度停止钻进，其间，所述反力平衡钻杆与土体始终保持公母螺的受力形态状；或者启动所述反力平衡机的遥控器，使所述反力平衡机根据程序运行，使所述动力头驱动所述反力平衡钻杆总成向下钻入或压入或震入进至预定的设计深度停止；
在所述反力平衡钻杆总成顶端用外力对所述反力平衡钻杆内的张拉杆上拉或旋转上升，使钻头的扩大装置涨开嵌入到土层、岩层的预定位置，形成扩大头，并锁定所述反力平衡钻杆总成，保持扩大头状态；或者在所述反力平衡钻杆总成顶端用外力对所述反力平衡钻杆内的所述张拉杆上拉或旋转上升，使所述反力平衡钻杆总成所有的扩大装置涨开嵌入到土层、岩层的预定位置，形成单个或多节扩大，并锁定所述反力平衡钻杆总成，保持扩大状态，形成所述嵌入式刚性锚杆桩；
将所述反力平衡钻杆总成与所述动力头分离，同时，使所述反力平衡钻杆，所述张拉杆，扩张部分，共同承受拉力或压力；
重复以上步骤完成其它嵌入式刚性锚杆桩，并移动所述反力平衡机到指定位置；
所述嵌入式刚性锚杆桩施工完成后，完成拉锚装置或锚桩横梁反力装置的连接，进行桩体抗压或抗拔静载试验；
待桩体检测试验完成后，将所述反力平衡机移动到已完成的所述反力平衡钻杆位置，完成对所述反力平衡钻杆与所述反力平衡机的连接，用外力卸除对所反力平衡钻杆的张拉机构的张拉，闭合扩大钻扩大头或所有张扩装置，使所述反力平衡钻杆里的扩大装置回位，启动提升动力，完成所述反力平衡钻杆的回收。
25.根据权利要求24所述的反力平衡工法，其特征在于，所述反力平衡钻杆总成的连接工法包括以下步骤：
按设计要求配备完成所述反力平衡钻杆总成；
把一一对应的所述张拉杆插入所述反力平衡钻杆内；
把已装好的一根钻杆杆件组件与扩大钻头对接：将所述张拉杆与所述钻头中的扩张装置对接，将所述钻头外接口与所述反力平衡钻杆头对接，并装好活动销钉；
对接好其它杆件后，将所述反力平衡钻杆总成与所述动力头输出对接；
反力平衡杆桩施工完成后，完成拉锚装置或锚桩横梁反力装置，进行桩体抗压或抗拔静载试验。
26.一种反力平衡技术规程，其特征在于，其包括了由嵌入式刚性锚杆桩、反力平衡设备及反力平衡工法构成的应用技术标准，其中，所述嵌入式刚性锚杆桩为权利要求1-5任意一项所述的嵌入式刚性锚杆桩，所述反力平衡设备为权利要求6-23任意一项所述的反力平衡设备，所述反力平衡工法为权利要求24或25所述的反力平衡工法；所述嵌入式刚性锚杆桩通过预先设定的控制技术控制所述反力平衡设备的工作，并结合所述反力平衡工法来实现。
27.根据权利要求26所述的反力平衡技术规程，其特征在于，其还适用于钢筋混凝土桩及钢筋混凝土锚杆在拉锚时应用。
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