CN108005062B - 旋压扩头钢管桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋压扩头钢管桩，包括中空的桩基主体，所述桩基主体前端部的外周面上设置有连续的螺旋叶片；在所述桩基主体的前端头设置有向前突出的掘削刀。本发明能在垂直方向给予上面的建筑物极大的支撑力，且有利于大大提高钢管桩的施工效率，同时保证钢管桩施工过程中的整体垂直度。

Description

旋压扩头钢管桩

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是一种旋压扩头钢管桩。

背景技术

钢管桩，目前广泛用于桥梁、码头、房屋等从小型到大型建筑物的桩基础中，无论起吊运输或是沉桩接桩都很方便，其特点是承载力高，目前的钢管桩一般是中空筒状，采用打桩机和打桩锤钻入地层中，但采用目前的钢管桩进行施工时，钢管桩不容易被钻入至地层中，严重影响了施工效率，且钢管桩与地层的接触面小，支撑力稍弱。

目前有部分专利记载有关于设置有螺旋状叶片的钢管桩，如授权公告号为CN102369327B的发明专利“钢管桩和钢管桩的施工方法”，公开了以下技术方案：第一钢管桩，其具有：中空的第一钢管；和在从第一钢管的一端侧至另一端侧的方向上、在第一钢管的外周以一定且相等的间距螺旋状地形成至少一周以上的第一螺旋叶片；和第二钢管桩，其具有：中空的第二钢管；和在从第二钢管的一端侧至另一端侧的方向上、在第二钢管的外周以一定的相等间距而螺旋状地形成至少一周以上的第二螺旋叶片，在上述第一钢管的一端侧、将上述第一钢管的全周中的一部分周部沿上述第一螺旋叶片切除而成的第一切口部；以及在上述第一钢管的一端侧、将上述第一切口部的始端部和终端部连结而将上述第一钢管的全周中的上述一部分周部以外的其他部分周部切除而成的第二切口部。该钢管桩和钢管桩的施工方法有利于提高施工效率，且能部分减少对周围地层的扰动，但该钢管桩采用切口的方式不利于保持钢管桩的整体垂直度。

发明内容

本发明公开了一种旋压扩头钢管桩，能在垂直方向给予上面的建筑物极大的支撑力，且有利于大大提高钢管桩的施工效率，同时保证钢管桩施工过程中的整体垂直度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种旋压扩头钢管桩，包括中空的桩基主体，所述桩基主体前端部的外周面上设置有连续的螺旋叶片；在所述桩基主体的前端头设置有向前突出的掘削刀。

优选的，所述螺旋叶片从桩基主体的外周面向外侧突出，且沿着桩基主体的外周面向长度方向螺旋卷绕，所述螺旋叶片的起始处与桩基主体的前端头留存有一定的距离。

优选的，所述掘削刀包括内掘削刀和外掘削刀；所述内掘削刀在桩基主体的径向上不突出于桩基主体的外圆周，所述外掘削刀在桩基主体的径向上部分突出于桩基主体的外圆周。

优选的，至少有一个所述掘削刀具有倾斜的刃部，所述刃部设在掘削刀钻入地层时旋转方向的正向面或相反面。

更优选的，所述内掘削刀的高度大于外掘削刀的高度。

进一步的，所述桩基主体的前端头设置有底板，在所述底板上设置有掘削刀。

优选的，所述内掘削刀设置有两个以上，内掘削刀相对桩基主体前端头的中心呈环形阵列排列；所述外掘削刀设置有两个以上，外掘削刀相对桩基主体前端头的中心呈环形阵列排列。

更优选的，所述内掘削刀靠近桩基主体前端头中心的一端高度大于远离桩基主体前端头中心的一端高度；所述外掘削刀靠近桩基主体前端头中心的一端高度大于远离桩基主体前端头中心的一端高度。

更优选的，所述内掘削刀靠近桩基主体前端头中心一端与远离桩基主体前端头中心一端的高度差，大于外掘削刀靠近桩基主体前端头中心一端与远离桩基主体前端头中心一端的高度差。

更优选的，所述螺旋叶片的外径是桩基主体的外径的1.2~3.5倍，从桩基主体的轴向上看，螺旋叶片绕桩基主体的外周面螺旋卷绕了1~3圈。

以上所述的旋压扩头钢管桩，具有以下优点：

（1）由于本发明设置了连续的螺旋叶片以及掘削刀，在旋压入地下时，螺旋叶片会触发巨大的垂直方向作用力，促进钢管桩旋压入地盘中，而掘削刀能起到向下垂直的贯入和导向作用，同时将硬质障碍物包括石头、硬土块等排到掘削刀外侧、再由掘削刀外侧排至螺旋叶片外侧或上方，因此，通过螺旋叶片和掘削刀的双重作用，大大加强了钢管桩的垂直性和施工效率。

（2）本发明进一步控制螺旋叶片的起始处与桩基主体的前端头留存有一定的距离，有利于在施工时保持钢管桩整体的垂直度，而不受螺旋叶片有一定倾斜度的影响，同时由于前端部的预先钻进，在旋压开始时对整个钢管桩能起到稳定作用，提高了钢管桩的垂直性，同时也能极大的减少螺旋叶片对周围地层的扰动，从而增加本发明钢管桩的支撑力和抗拔能力。

（3）本发明进一步设置了内掘削刀和外掘削刀，内掘削刀不突出于桩基主体的外圆周，有利于增强垂直方向的导向功能，且在地层为粘土土质时，有利于避免粘土在钢管桩前端形成团状物影响钢管桩的钻进，外掘削刀部分突出于桩基主体的外圆周，有利于在施工完成后与周围的地层进行咬合，防止施工后钢管桩进一步旋压入地层中，起到锚固的作用。

（4）本发明进一步在掘削刀设置了倾斜的刃部，当刃部是设在掘削刀钻入地层时旋转方向的相反面时，在施工以及使用后如果不再需要用到钢管桩，可以借助刃部的作用向与施工时的相反的方向旋转，从地层中退出钢管桩，掘削刀的刃部在退出地层时于旋转方向成倾斜角度，因此刃部与地盘的咬合力更容易抵消，并且旋转时倾斜面会发挥把钢管桩向上推的作用力，使得钢管桩的拆除更加有效率；这时，本发明的钢管桩可重复多次利用，对环境无污染，有利于节能能源。当刃部是设在掘削刀钻入地层时旋转方向的正向面时，掘削刀的刃部能帮助钢管桩的端部向下及向前掘削周围的地层，从而帮助提高钢管桩的施工效率。

（5）本发明结构简单，施工方便，能在垂直方向给予上面的建筑物极大的支撑力，以及能加强上面建筑物的抗拔能力，且有利于大大提高钢管桩的施工效率，同时保证钢管桩施工过程中的整体垂直度和品质。

附图说明

图1是本发明的实施形态下桩基的下方斜视立体结构示意图。

图2是图1的上方斜视立体结构示意图。

图3是图1的正面结构示意图。

图4是图3的箭头Ⅳ方向看到的结构示意图。

图5是图4的箭头Ⅴ方向看到的结构示意图。

图6是图3的箭头Ⅵ方向看到的结构示意图。

图7（A）是图3的箭头ⅦＡ方向看到的平面图，图7（B）是图3的箭头ⅦB方向看到的底面图，图7（C）是图3的底板的底面结构示意图。

图8是图3的桩基的二点锁线切断后，箭头Ⅷ方向看到的部分断面结构示意图。

图9是图4的桩基的二点锁线切断后，箭头Ⅸ方向看到的部分断面结构示意图。

图10（A）是图１的桩基的内侧掘削刃的正面结构示意图，图10（B）是内侧掘削刃的侧面结构示意图。

图11（A）是图１的桩基的外侧掘削刃的正面结构示意图，图11（B）是外侧掘削刃的侧面结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例及附图。

本实施例和附图中所示的钢管桩，结合图1和图2所示，包括桩基主体10、螺旋叶片20、底板30与、内掘削刀41、外掘削刀42组合而成的钢管桩，通过桩基主体10的旋转来推进地层，埋设到指定位置（深度），作为构造物或建筑物的基础桩被使用。在本实施例中以下所说的建筑物这个词语，也可以代表为构造物。本实施例采用的桩基主体10是，长筒方向直线状延展的筒状（这里是圆筒状）。

在桩基主体10前端部的外周面上设置有连续的螺旋叶片20；在桩基主体10的前端头设置有向前突出的掘削刀。更详细的，螺旋叶片20的外径大于桩基主体10的外径，固定于桩基主体10前端部的外周面，在施工时与桩基主体10一同旋转，旋转时将桩基主体10旋压入地层中。螺旋叶片20可以是使用钢板切断成型，向桩基主体10外周面的外侧突出，同时沿着桩基主体10的外周面向长度方向螺旋状卷绕在桩基主体10上，外周面可以采用焊接的方式进行固定。本实施例中，结合图7（A）所示，基于普通的地层环境，螺旋叶片20从桩基主体10的长管方向看，正投影是呈现圆形状，螺旋叶片20在桩基主体10的外周连续的卷绕了1圈，外径是桩基主体10的外径的2~3倍为佳，这样既可以减少对周围地层的扰动，又能保证螺旋叶片和周围地层能较好的咬合在一起；图3所示的螺旋翼20的行程Ｌ，在旋转一圈时恰好是旋压入地层的距离范围为佳。而根据地层的硬度情况，螺旋叶片20的长度和外径还会根据实际情况进行调整，从桩基主体10的长管方向看螺旋叶片20在桩基主体10的外周连续的卷绕了1~3圈，螺旋叶片20的外径是桩基主体10的外径的1.2~3.5倍，都是较优的选择。由于设置了连续的螺旋叶片20以及掘削刀，在旋压入地下时，螺旋叶片20会触发巨大的垂直方向作用力，促进钢管桩1旋压入地盘中，而掘削刀能起到向下垂直的贯入和导向作用，同时将障碍物包括砾石等排到掘削刀外侧、再由掘削刀外侧排至螺旋叶片外侧或上方，因此，通过螺旋叶片和掘削刀的双重作用，大大加强了钢管桩1的垂直性和施工效率。

结合图3和图4所示，为进一步在施工时保持钢管桩整体的垂直度，螺旋叶片20的起始处与桩基主体10的前端头留存有一定的距离，形成桩基主体10的前端附近11，也呈筒状，该距离设置为螺旋叶片外径0.1~2倍为较好的选择。设置该距离有利于在施工时保持钢管桩1整体的垂直度，而不受螺旋叶片20有一定倾斜度的影响，同时由于前端部的预先钻进，在旋压开始时对整个钢管桩1能起到稳定作用，提高了钢管桩1的垂直性，也能极大的减少螺旋叶片20对周围地层的扰动，从而增加本发明钢管桩的支撑力和抗拔能力。

本实施例中，结合图5、图6和图7（B）所示，掘削刀包括内掘削刀41和外掘削刀42；内掘削刀41在桩基主体10的径向上不突出于桩基主体10的外圆周，外掘削刀42在桩基主体10的径向上部分突出于桩基主体10的外圆周。内掘削刀41不突出于桩基主体10的外圆周，有利于增强垂直方向的导向功能，且在地层为粘土土质时，有利于避免粘土在钢管桩前端形成团状物影响钢管桩的钻进，外掘削刀42部分突出于桩基主体10的外圆周，有利于在施工完成后与周围的地层进行咬合，防止施工后钢管桩进一步旋压入土层中，起到锚固的作用。

进一步的，为更好的固定掘削刀，图7（C）是钢管桩的底板30单独取出时的底面图示意图。底板30是匹配桩基主体10的外径成型的钢板，即位于桩基主体10的前端头，与桩基主体10的前端同心对接，接触边缘可用焊接固定。增设有底板30，内掘削刀41和外掘削刀42即固定在底板30的下面，内掘削刀41突出于底板30下面，外掘削刀42部分突出于底板30边缘处，本实施例中内掘削刀41和外掘削刀42分别设置有2个，都可以是用焊接固定。为使外掘削刀42更牢固的固定在底板30上，底板30的外圈有两处凹槽31，这两处凹槽31就是对应2个外掘削刀42嵌合焊接的地方。各外掘削刀42的侧面与底板30焊接固定，同时后端头又与桩基主体10的前端头焊接固定在一起。这样一来外掘削刀42就能很稳固的装置在底板30上。底板30和外掘削刀42将桩基主体10的下端开口完全封闭了起来。

进一步的，图10（A）、10（B）分别是内掘削刀41的正面图和侧面图。在本实施例中，一对内掘削刀41在钢管桩１的最下端位置，钢管桩１在进行地层埋设时，位于推进方向（图3的下方向）的最前端位置，沿着桩基主体10的旋转轴心为中心，对周围的地层进行挖掘。内掘削刀41是在轴方向上的，从底板30突出的前端处设置有倾斜的刃部41a，内掘削刀41的刃部41a设在掘削刀钻入地层时旋转方向的相反面。同样的，外掘削刀42是在轴方向上，外掘削刀42突出的前端处设置有倾斜的刃部42a，外掘削刀42的刃部42a设在掘削刀钻入地层时旋转方向的相反面。内掘削刀41、外掘削刀42都可以使钢管桩１在旋压进入地层时保持与前方地层先接触的面是呈平面状。如此一来，使得施工以及使用后如果不再需要用到钢管桩时，可以借助刃部的作用向与施工时的相反的方向旋转，从地层中退出钢管桩，掘削刀的刃部在退出地层时于旋转方向成倾斜角度，因此刃部与地盘的咬合力更容易抵消，并且旋转时倾斜面会发挥把钢管桩向上推的作用力，使得钢管桩的退出更加有效率；可见，本发明的钢管桩可重复多次利用，对环境无污染，有利于节能能源。另外，如果从考虑施工效率的角度出发，内掘削刀41和外掘削刀42的刃部可以设在掘削刀钻入地层时旋转方向的正向面时，如此一来，掘削刀的刃部能帮助钢管桩1的前端部向下及向前掘削周围的地层，从而帮助提高钢管桩的施工效率。也可以根据情况，将部分掘削刀的刃部设置掘削刀钻入地层时旋转方向的相反面，部分掘削刀的刃部设置掘削刀钻入地层时旋转方向的正向面。

各内掘削刀41靠近桩基主体10前端头中心（或是底板30中心）的一端高度h1大于远离桩基主体10前端头中心（或是底板30中心）的一端的高度h2。图7（B）所示，从钢管桩１的前端处看的情况下，两个内掘削刀41相对桩基主体10前端头（或是底板30）的中心呈环形阵列排列，在本实施例中，内掘削刀41为两个，也可以说是相对桩基主体10前端头（或是底板30）的中心呈两点对称位置排列。各内掘削刀41在底板30的中心较近侧与较远侧比，在钢管桩１旋压入地层中时是排列在先行位置上的。因此，内掘削刀41在挖掘时，随着钢管桩１的旋转更容易将沙土从钢管桩１的中心朝径向方向的外侧排出。

图11（A）、11（B）分别是外掘削刀42的正面图和侧面图。各外掘削刀42靠近桩基主体10前端头中心（或是底板30中心）的一端高度h3大于远离桩基主体10前端头中心（或是底板30中心）的一端的高度h4。图7（B）所示，从钢管桩１的前端处看的情况下，两个外掘削刀42相对桩基主体10前端头（或是底板30）的中心呈环形阵列排列，在本实施例中，外掘削刀42为两个，也可以说是相对桩基主体10前端头（或是底板30）的中心呈两点对称位置排列。各外掘削刀42在底板30的中心较近侧与较远侧比，在钢管桩１旋压入地层中时是排列在先行位置上的。因此，内掘削刀41将挖掘出来的沙土朝径方向外侧排出时，外掘削刀42会更容易的将挖掘出来的沙土径向方向的外侧排出。图7（B）所示，外掘削刀42是在桩基主体10的径外侧突出的部分。

内掘削刀41靠近桩基主体前端头中心的一端高度h1与远离桩基主体前端头中心的一端高度h2的高度差，大于外掘削刀42靠近桩基主体前端头中心的一端高度h3与远离桩基主体前端头中心的一端高度h4的高度差。安装后的状态是，内掘削刀41的高度大于外掘削刀42的高度，更具体的说是，内掘削刀41的底板30的接近中心处高度比外掘削刀42的底板30的接近中心处高度要高。一对内掘削刀41的排列方向和一对外掘削刀42的排列方向为钢管桩１的旋转方向，交错排放。

以上说明的钢管桩１在埋设进入地层中时，首先钢管桩１的上端部要安装上旋压装置，此处旋压装置未在图中示出，通过旋压装置，桩基主体10要直立于地表的状态下一边旋转一边压入地层。这样一来，内掘削刀41、外掘削刀42会随着桩基主体10的旋转移动，在桩基主体10的下端做圆周运动从而挖掘桩基主体10下方的地层。这个时候，内掘削刀41会在底板30的中央部将沙土挖掘并软化，使其不断流动并推出旋转范围的外侧。同时，旋转移动的外掘削刀42会在底板30的中央部将沙土挖掘并软化，使其不断流动，并将旋转范围内的沙土以及内掘削刀41带出来的沙土等，进一步推出桩基主体10的外周。

另外，伴随着螺旋叶片20的旋转，其上面与地盘（沙土）接触的抵抗，和倾斜的螺旋叶片20与地盘的咬合会促使螺旋叶片20旋钮进地层中，推进桩基主体10进入地层，通过旋压装置将桩基主体10压入地层，和螺旋叶片20一同旋转的桩基主体10将朝着地层中纵向方向下方推进，将钢管桩１埋设到地层的指定位置（深度）。

以上说明的本发明的钢管桩１在旋压入地层中的时候，螺旋叶片20会产生巨大的垂直方向推进力，促进钻进地层同时提高垂直性以及施工的效率。因此，本发明的钢管桩１，可以采用带有桅杆导向的打桩车进行施工，也可以采用没有桅杆导向的反铲车或立杆车等小型施工机械进行施工。

本发明的钢管桩１在旋压入石子或砂砾地形时，地盘中的石子与砂砾会很轻易地从螺旋叶片20的空隙向外侧或者是螺旋叶片20的上方排除出来，所以即使是石子或者砂砾地形，本发明的钢管桩１也很容易进入地盘。

本发明的桩1不需要先行挖掘，实际上不会产生挖出来的泥土。

本发明的桩1作为基础桩使用的时候，和桩基主体10的外周面地层摩擦产生支撑力，另外大面积螺旋叶片可以得到地层支撑从而产生垂直方向的支撑力。因此本发明的桩1可以发挥巨大的支撑力。

螺旋叶片20是连续的螺旋形状，在转进地层的时候，螺旋叶片20基本上不推开周围的地层。转入桩1的时候能把地层损坏控制在最低程度。因此施工后桩基主体10和地层之间的周面摩擦良好，可以发挥基础桩的高支撑力。另外也不会损坏螺旋叶片20下侧的地层，大面积的螺旋叶片20获得下侧地层的支撑，可发挥巨大的垂直方向的支撑力。从结论上讲，本发明的桩1作为基础桩使用的时候，可以发挥极大的支撑力。

本发明的钢管桩1的桩基主体10 的前端和螺旋叶片20在轴方向隔离，桩1开始回转转入地层的时候，螺旋叶片20下侧延出的直线状的桩基主体10的部分容易转入地层。因此先行进入地层的呈圆筒状的桩基主体10前端部分就起到了导向作用，开始回转转入的时候钢管桩1的姿势稳定，提高了垂直性及施工效率。可以把对施工对象地层的损坏控制在最低限度。从结论上讲，施工后的钢管桩拥有高垂直度的高品质特性。

地震、强风、台风时，会对作为支撑建筑物的基础桩的钢管桩产生向上的拉拔力。在这个点上，本发明的钢管拥有大直径的螺旋叶片20，而且不会损坏螺旋叶片20上侧的地层。即使钢管桩1受到了向上拉拔方向的力，而受大面积的螺旋叶片20上方的坚硬地基垂直向下的反作用力影响，使钢管桩1可以产生极强的对抗拉拔方向的作用力。也就是说，本发明的钢管桩1可以起到极高锚定作用。因此，使用本发明的钢管桩，可以有效地防止台风时基础桩及基础桩支撑的建筑物的上浮。

螺旋叶片20是连续的螺旋状，施工时及使用后不需要钢管桩1的时候，钢管桩1可以和施工时的逆方向旋转，螺旋叶片20发挥把钢管桩1向上推的力量，桩1可以从地中取出，是非常有利的。

另外根据上述，外掘削刀42拥有突出桩基主体10的外周和径向上外侧的部分。钢管桩1埋入地中后，钢管桩1被施加荷重，螺旋叶片20产生了使钢管桩1回转的力量，桩基主体10的外周和径向上外侧突出的外掘削刀42的部分和钢管桩1周边的坚固地层咬合，所以可以发挥防止钢管桩1往转入方向旋转的力量。特别是外掘削刀42和钢管桩1转入时的回转方向是平面，能起到有效的防止旋转的效果。

另外内掘削刀41和外掘削刀42各自有和钢管桩1转入地中的旋转方向相反面的倾斜面。因此施工及使用后不要的钢管桩1要从地中拔除时，向相反方向旋转，内掘削刀41、外掘削刀42和地层的咬合容易消解，而且回转时倾斜面41a、42a可以发挥将桩1向上推的力量，提高取出钢管桩1的效率。

在以上的说明中，已经阐述了桩基主体10的前端附近11、螺旋叶片20、底板30、多个内掘削刀41、外掘削刀42各自是单品，但是通过焊接形成一体。不仅如此，在具体实施时，还可以根据实际情况，桩基主体10的前端附近部分11、螺旋叶片20、底板30、多个内掘削刀41、外掘削刀42的全部或一部分是铸铁或者刚开始就是整体或局部一体铸钢形成的。

本发明不单限定于上述实施形态，也可以是本领域技术人员依照权利要求书所记载的技术思想的范围内想到的各种变形和修正例，此变更和修正例也包含在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种旋压扩头钢管桩，包括中空的桩基主体，其特征在于：

所述桩基主体前端部的外周面上设置有连续的螺旋叶片；

在所述桩基主体的前端头设置有向前突出的掘削刀；

所述螺旋叶片从桩基主体的外周面向外侧突出，且沿着桩基主体的外周面向长度方向螺旋卷绕，所述螺旋叶片的起始处与桩基主体的前端头留存有一定的距离；

所述掘削刀包括内掘削刀和外掘削刀；所述内掘削刀在桩基主体的径向上不突出于桩基主体的外圆周，所述外掘削刀在桩基主体的径向上部分突出于桩基主体的外圆周；

至少有一个所述掘削刀具有倾斜的刃部，所述刃部设在掘削刀钻入地层时旋转方向的相反面；

施工及使用后不要的钢管桩要从地中拔除时，向相反方向旋转，设在掘削刀钻入地层时旋转方向的相反面的刃部发挥将钢管桩向上推的力量，提高取出钢管桩的效率；

所述内掘削刀的高度大于外掘削刀的高度；

所述内掘削刀设置有两个以上，内掘削刀相对桩基主体前端头的中心呈环形阵列排列；

所述外掘削刀设置有两个以上，外掘削刀相对桩基主体前端头的中心呈环形阵列排列；

所述内掘削刀靠近桩基主体前端头中心的一端高度大于远离桩基主体前端头中心的一端高度；

所述外掘削刀靠近桩基主体前端头中心的一端高度大于远离桩基主体前端头中心的一端高度；

所述内掘削刀靠近桩基主体前端头中心一端与远离桩基主体前端头中心一端的高度差，大于外掘削刀靠近桩基主体前端头中心一端与远离桩基主体前端头中心一端的高度差。

2.根据权利要求1所述的旋压扩头钢管桩，其特征在于：

所述桩基主体的前端头设置有底板，在所述底板上设置有掘削刀。

3.根据权利要求1所述的旋压扩头钢管桩，其特征在于：

所述螺旋叶片的外径是桩基主体的外径的1.2~3.5倍，从桩基主体的轴向上看，螺旋叶片绕桩基主体的外周面螺旋卷绕了1~3圈。