CN1080686A - 灌注桩扩孔压头及扩孔方法 - Google Patents

Abstract

一种灌注桩扩孔压头及扩孔方法，其立轴与多级 油缸相连，立轴外装有负载均衡器，立轴内腔上部有 回位油缸，其活塞杆与钢丝绳相连，钢丝绳通过4个 导向轮而与桩模连接，桩模以上扭簧铰链与上顶板连 接，又以下扭簧铰链连接一刮土板，桩模中部外侧用 螺栓固定一导向板，油缸下方又连接定位头，桩模中 部又铰接一水平标尺，可在油缸上的滑道中滑移，其 左端有限位触点，油缸上装有限位开关。本扩孔压头 主要用于桩孔扩孔，利用多级油缸向两侧挤压桩上， 保证不会塌方，底土清除干净，桩孔形状正确，增加桩 孔的强度。

Description

本发明涉及一种灌注桩扩孔压头及扩孔方法，主要用于扩大灌注桩孔的底部直径，增加灌注桩底部与地基的接触面积，以提高桩的承载能力和抗拔能力。该发明属于桩孔施工装置的技术领域。

目前在建筑行业，电力工业等部门通常采用的灌注桩钻扩孔施工方法和设备主要分为三类，第一类是人工地下掬挖扩孔，施工效率低，劳动强度大，不能适应建设之需要，尤其是掬挖时常发生塌方事故，达成人身伤亡，因此建设部门已明文规定杜绝使用。第二类是桶型钻扩头机械扩孔，例如中国专利85205107以及US专利3513920所介绍的，其扩孔钻头主要由钻桶，扩孔刀和传动机构组成，其原理是把扩孔刀切下的土体推入钻桶内，装满一桶以后，就提到地面上排土，经过多次重复的操作，才能完成扩孔动作，由于传动机构装在桶内，所占的空间较大，而切孔刀下的推土板的推土效果又不好导致桶内贮土很少，扩孔工作的完成需要重复操作上下提土12～20桶，其主要缺点是钻桶多次上下操作会碰撞孔壁，发生较大振动，使孔壁产生塌方;桩孔底部的余土也难以清除干净，影响桩基承载性能，扩孔成形的时间较长，工作效率低，使地下水渗入孔内的机会增多，地质条件的适应能力也差。第三种是采用双螺旋钻扩头，例如2K-3型液压步履式钻扩机和YZK-100型液压钻扩机，双螺旋钻头既有自转又有相互公转。利用端部切土刀完成钻孔。双螺旋下半部通过万向联轴节可向两侧分开，由两侧切土完成扩孔。两者都是通过双螺旋向地面上排土。其缺点是结构复杂，需用动力较大，效率低，排土通道较为狭窄，容易被碎石堵塞，对于地质条件的适应能力较差，柱孔底部的余土清除不干净也影响桩基的承载能力。这三种方法都是设法把孔底扩大头部分中的土弄到地面上排除，总是会产生上述的种种缺点。

本发明的目的要提供一种灌注桩扩孔压头，它可以克服上述的缺点，使扩孔后的孔壁光滑，强度增加，尤其是有效地防止孔壁塌方和保证干净地清除孔底贮留的余土，明显地提高成孔速度和对各种土质的适应能力。

本发明的另一个目的是要提供一种新的灌注桩扩孔工艺方法，它可以提高工作效率，防止塌方事故，可彻底清理孔底余土。

本发明的另一个目的是要提供一种工艺方法和扩孔压头，它可以实现桩孔成葫芦形的施工。

本发明的目的是这样实现的，在压头的立轴与单作用多级油缸相连接，立轴内腔中装有回位油缸，其活塞杆顶末端连接4根钢丝绳，跨过4个回位导向轮而与桩模相连接，桩模上部以扭簧铰链与上顶板相铰接，下部也以下扭簧铰链连接一刮土板，可清除孔底余土。多级油缸上装有滑道和行程开关，桩模中部铰接一个标尺，标尺末端装有限位触点，标尺在滑道中滑移，当桩孔压扩到预定尺寸，限位触点与行程开关相碰撞，于是压扩动作终止，高压油进入回位油缸，使活塞杆拉动钢丝绳而使桩模缩回到原始位置，再旋转桩模一个角度，继续进行压扩，这样连续转动4～8次以后，就可压扩成一个完整的园台形桩孔。油缸下部装有定位头，保证压头不会偏斜，另外，立轴外部有负荷均衡器，保证其定位作用，防止孔壁塌方，桩模中部外侧用螺丝固定一导向板，可保证压扩方向不致偏斜。

图1  灌注桩扩孔压头的示意图

图2  灌注桩扩孔压头的俯视图（A-A剖视）

图3  定位头的示意图

图4  定位头的仰视图

图5  标尺装置的示意图

图6  钢丝绳连接示意图

图7  葫芦桩的示意图

兹结合附图对灌注桩扩孔压头的结构进一步详细叙述。

图1是灌注桩扩孔压头的示意图，竖立的立轴（1）与双伸缩单作用多级油缸（5）相连接，立轴（1）的内腔上部装有回位油缸（2），其活塞杆（15）的顶端与前后左右对称分布的4根转动钢丝绳（9）相连接，钢丝绳（9）跨过前后左右对称的4个回位导向轮（4），再分别对称地与两个台形桩模（8）连接，桩模（8）上端通过上扭簧铰链（7）又与上顶板（6）相连接，其中部又与水平放置的行程标尺（10）相连接，标尺（10）可以在标尺滑道（11）中滑移，其左端设有可在标尺（10）上改变固定位置的限位触点（13）。立轴（1）外部装有负载均衡器（3），其外径略小于桩孔内径，两者间隙在3～10毫米，起着定位之作用，使双伸缩单作用多级油缸（5）立轴（1）不会偏斜，防止孔壁之塌方。双伸缩单作用多级油缸（5）下方装有定位头（14），也使双伸缩单作用多级油缸（5）和立轴（1）保持正确位置，双伸缩单作用多级油缸（5）两侧各设有一行程开关（12），当桩模（8）向左右两侧扩移到极限位置时，触点（13）碰撞行程开关（12），使油缸（5）停止动作。

为了提高双向伸缩，单作用多级油缸（5）对各种土质地耐力的适应能力，其额定压力可以在15～32MPa之间调正，最细的末级活塞直径必须限定为150～250mm，各级活塞杆材料可选用27SiMn，30CrMo，35CrMo或38CrMoALA等合金结构钢。

为了增大双向伸缩单作用多级油缸（5）的总行程，和降低造价，各级活塞杆的通油结构均是单作用结构，主要依靠油缸内部通入高压油，使各级活塞杆伸出缸外，依靠外力使其回缩到原来位置。

为了使双向伸缩单作用多级油缸（5）在挤压孔壁时受力均衡，必须使各级活塞同时向左右两侧伸缩，这时还依靠设置在上部的负载均衡器（3）和设置在下部的定位头（14）起配合作用。

台形桩模向两侧挤压孔壁时，采用上扭簧铰链（7）与上顶板（6）相连接的结构。可以增加台形桩模（8）上沿的顶土面积，上顶板（6）的活动范围只能在图1中实线和虚线所表示的位置内变动。台形桩模（8）下部也用一个下扭簧铰链（16）连接一个刮土板（17），开始时也在图中虚线位置。最后才达到实线所示位置，其主要作用是在挤压时可清理桩孔底部的余土。

装在立轴（1）中的回位油缸（2）其活塞杆（15）与钢丝绳（9）相接，通过导向轮（4）连接于桩模（8），其作用可以使桩模（8）和多级活塞杆都返回到原来位置。

图2是附图1的俯视图（A-A剖视）钢丝绳（9）通过4个导向轮（4）分别与左右2个台形桩模（8）连接，双伸缩单作用多级油缸（5）的多级活塞末端与台形桩模（8）中部相连接，台形桩模（8）中部外侧各用螺栓（19）固定连接一导向板（20），导向板（20）长度约为200～400毫米，宽度为30～150毫米。它可以使桩模在顶土时，保持图2中标定正确的方向。

在扩孔挤压土时，双向伸缩单作用多级油缸（5）其多级活塞（15）必须同时向相反方向挤土，挤压孔壁时首先按1-1线方向扩孔挤土，然后使桩模旋转90°，第二次又按2-2线方向扩孔挤土，第三次是按3-3线方向扩孔挤土，接着4-4线，5-5，6-6，7-7，8-8线挤土，每条线间夹角22.5度（等分）这样可充分保证施工效率，和扩孔之质量，防止顶土时发生偏斜，对于孔径较小时（例如孔径＜2000mm时），一般只要4次扩孔挤土就可完成扩孔。

图3  定位头的示意图，定位头（14）上部连有一个锥形部份（26），再由一个法兰（25）用螺栓（24）连接于双伸缩单作用多级油缸（5）上面，定位头（14）在桩孔底部可起到定位作用，同时可防止在不平衡外力作用下，使双伸缩单作用多级油缸（5）的各级活塞杆在其外缸筒内发生转动，造成台形桩孔变形。

图4  定位头的仰视图，定位头（14）是由4块板对接，组合成十字形状，每块板的长度为80～160毫米，宽为60～140毫米，板的下部有尖棱的刃部（27）。（图3）

图5  标尺装置的示意图，标尺（10）的左端连有一限位触点（13）与行程开关（12）碰撞时，双伸缩单作用多级油缸（5）会停止顶土，平时标尺（10）右端是压缩着弹簧（21）而伸标尺套管（22）内，标尺套管（22）连同标尺（10）可在滑道（11）中滑移，标尺套管（22）右端是与桩模（8）中部铰接的，双伸缩单作用多级油缸（5）的左部装有挡块（23），标尺（10）向左移动时，可以碰触挡块（23），被压缩进入标尺套管（22）内。

图6是钢丝绳的连接示意图

回位油缸（2）的活塞杆（15）有一个帽头（28），钢丝绳跨过4个导向滑车（18），而铆紧在帽头（28）上面。

灌注桩压头的压扩尺寸范围是： 单位：毫米

	直孔直径	扩孔直径
								第一系列	1200－1000	3200	3000	2800	2600	2400	2200
第二系列	800－700	2600	2400	2200	2000	1800	1600
								第三系列	600－500	2000	1800	1700	1600	1500	1400
第四系列	400－300	1500	1400	1300	1200	1100	1000

灌注桩扩孔的工艺方法：

灌注桩桩孔施工时，先用建筑部门通常采用的短螺旋钻头钻直孔深15米，孔径φ800毫米，然后提出此钻头。将本发明所述的灌注桩扩孔压头通过立轴（1）与钻机动力源相连，把压头下置于已钻孔的底部，向双伸缩单作用多级油缸（5）通入高压油，使两边的多级活塞杆推动台形桩模（8）向两侧挤压孔壁，上顶板（6）受孔壁阻挡作用下，由图1中虚线位置转动到实线位置，与台形桩模（8）同时挤压孔壁，在扩孔尺寸达到规定尺寸数值时，行程标尺（10）上的限位触点（13）碰撞行程开关（12），于是挤压扩孔动作就停止进行。在碰撞前的压扩过程中，台形桩模（8）是通过传动钢丝绳（9）带动回位油缸（2）的活塞杆（15），使它与双伸缩单作用多级油缸（5）和多级活塞在伸出时同步被拉出缸体外面。到位碰撞后，再向回位油缸（2）内通入高压油，使其活塞杆（15）又回缩到原来位置，并通过转动钢丝绳（9）带动台形桩模（8）和双伸缩单作用多级油缸（5）的多级活塞杆也同步缩回到原来位置，这时孔壁被压扩掉整圆的一部分，按图2中，然后使压头旋转一定角度，又重复上述动作，经过多次动作，直到孔壁的整圆部分都被压扩为止。

采用上述的工艺方法也可以进行葫芦桩的钻扩孔施工（附图7），首先钻成直径相同的直孔，然后分别先后压扩两个或两个以上圆台形桩头，葫芦桩明显地增强桩基的承压和抗拔性能。

与现有技术相比，灌注桩扩孔压头具有下列优点：

1、利用液压油缸出力大、结构小之特点，可明显减小动力源输出功率。

2、将桩孔扩大头部分的土向周围压扩，使扩孔孔壁强度明显增加，可防止塌孔和减缓地下水渗漏速度，提高设备对各种土质工况的适应能力。

3、采用压护工艺可明显减少孔底余土，孔壁光滑完整，提高桩基的承载能力。

Claims (9)

1、一种灌注桩扩孔压头，其特征在于竖立立轴(1)与多级双伸缩单作用多级油缸(5)相连接，立轴(1)内腔上部装有回位油缸(2)，其活塞杆(15)顶端与传动钢丝绳(9)相连接，通过回位导向轮(4)而与台形桩模(8)相连接，台形柱模(8)上端通过上扭簧铰链(7)又与上顶板(6)相连接，台形桩模(8)中部与标尺(10)相连，标尺(10)在滑道(11)中滑移，标尺(10)左端有限位触点(13)。立轴(1)外部装有负载均衡器(3)，双伸缩单作用多级油缸(5)，下方有定位头(14)，其两侧装有限位行程开关(12)，台形柱模(8)下部又以下簧铰链(16)铰接一个刮土板(17)。

2、根据权利要求1所述的扩孔压头，其特征在于定位头（14）是由4块板对接，组合成十字形状，其上部连有一个倒锥形部分，再油法兰（25）用螺栓（24）连接于双绅缩单作用多级油缸（5）上。

3、根据权利要求1所述的扩孔压头，其特征在于标尺（10）右端压缩着弹簧（21），可伸入套管（22）内，标尺套管（22）连同标尺（10）在滑道（11）中滑移，套管（22）右端与台形桩模（8）中部铰接，双伸缩单作用多级油缸（5）左部装有挡块（23）。

4、根据权利要求1所述的扩孔压头，其特征在于：在台形桩模（8）中部外侧设有导向板（20），其长度为200～400毫米，宽度为30～150毫米，用螺栓（19）连接在台形桩模（8）上。

5、根据权利要求1所述的扩孔压头，其特征在于双伸缩单作用多级油缸（5）的使用额定压力为15～32MPa之间，最细的末级活塞直径必须限定为150～250mm，各级活塞材料可选用27SiMn，30CrMo，35CrMo或38CrMoALA等合金结构钢。

6、根据权利要求1所述的扩孔压头，其特征在于负载均衡器（3）的外径与桩孔内径之间的间隙为3～10毫米。

7、一种灌注桩扩孔压头及其扩孔方法，其特征在于先用螺旋钻钻头钻孔，孔径约1200至300毫米，孔深15米以内，取出钻头，然后把扩孔压头安置于孔底，使高压油通入双伸缩单作用多级油缸（5），于是台形桩模（8）向两侧压土扩孔，上顶板（6）在孔壁阻挡之下由图1的虚线位置移动到实线位置，可与台形桩模（8）同时压土扩孔，扩孔达到一定的尺寸时，行程标尺（10）的限位触点（13）就碰撞行程开关（12），于是扩孔动作就终止，通过高压油进入回位油缸（2），使活塞杆拉动钢丝绳（9）而使台形桩模（8）复位，然后再使桩模旋转一定角度，继续上述动作过程，这样连续4至8次，就可把桩孔压扩成圆台形桩孔。

8、根据权利要求1所述的扩孔方法，其特征在于双伸缩单作用多级油缸（5）的两侧各级活塞杆必须同时向两侧伸缩动作，必须按图中标定的1-1，2-2，3-3……方向顺序顶土压扩孔壁。

9、根据权利要求1所述的扩孔方法，其特征在于按本工艺方法可以施工葫芦桩孔，其中扩大头可以是两个，也可以是多个。

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