CN108797575B - 一种伸臂式钢管桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伸臂式钢管桩及其施工方法，包括桩身和桩尖，所述桩身为钢管结构，其特征在于：所述桩尖为底部密闭的圆锥结构，所述桩身与桩尖一体成型，所述桩身内部为腔体结构，所述桩身上连接有能够向桩身外侧伸出并插入土体的伸臂，所述伸臂为一端密闭，另一端开口的空心结构，所述腔体通过开口与所述空心结构连通；所述伸臂包括垂直于桩身设置的第一伸臂和倾斜于桩身设置的第二伸臂。该钢管桩侧摩阻力和承载力大大提高，适用于建筑基础的加固。

Description

一种伸臂式钢管桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及钢桩技术领域，特别涉及一种伸臂式钢管桩及其施工方法。

背景技术

工程桩根据桩身材料分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩；

钢管桩属于钢桩的一种，具有质量轻，高承载力的优点，目前，在海洋工程中广泛应用。然而，钢管桩侧壁光滑，桩身的摩擦系数较低，鉴于此，钢管柱很少将其用于建筑基础的加固。

针对上述缺陷，中国专利（公开号：CN106869106A）提出了一种焊接侧翼式钢管桩加固地基的方法，其通过在普通钢管桩桩身长度达到设计桩长三分之二时，改用侧翼式钢管桩进行压桩，通过设置多个钢板翼来增加上部桩体的侧摩阻力。然而，在实际施工时，由于钢板翼突出在桩身外侧，这一方面不便于压桩，另一方面在压桩时钢板翼容易弯折损坏。此外，钢板翼的长度有限，侧摩阻力也难以大幅度提高。

综上所述，有必要研发一种高侧摩阻力钢管桩，使钢管桩能够在建筑领域得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种伸臂式钢管桩，其能够解决现有钢管桩侧壁光滑、承载力低的技术问题，使得侧摩阻力和承载力大大提高，可以适用于建筑基础的加固。

同时，本发明的另一目的是提供一种伸臂式钢管桩的施工方法。

为达此本发明的第一个目的，采用以下技术方案：

一种伸臂式钢管桩，包括桩身和桩尖，所述桩身为钢管结构，所述桩尖为底部密闭的圆锥结构，所述桩身与桩尖一体成型，所述桩身内部为腔体结构，所述桩身上连接有能够向桩身外侧伸出并插入土体的伸臂，所述伸臂为一端密闭，另一端开口的空心结构，所述腔体通过开口与所述空心结构连通；所述伸臂包括垂直于桩身设置的第一伸臂和倾斜于桩身设置的第二伸臂。

优选的，所述第一伸臂设置在桩顶至1/3桩深的桩身上，所述第二伸臂设置在1/3桩深位置至桩底的桩身上；所述第二伸臂与水平面的夹角大小不小于15°，不大于30°。

优选的，所述伸臂为多节相互嵌套的套管，包括固定端套管、多节中间套管以及伸出端套管，各套管的直径从固定端向伸出端逐步减小，所述伸出端套管的外侧端还设置有滚动件。

优选的，所述桩身在所述伸臂的位置设置有穿孔，所述穿孔的直径略大于与固定端套管连接的中间套管的外径，所述固定端套管的外侧端焊接在穿孔的内周壁，以使得所述伸臂本体在初始缩回时完全隐藏在桩身内部且所述滚动件与桩身外壁平齐。

优选的，多节中间套管以及伸出端套管的内侧端的外周壁均设置有外伸板，其外侧端的内周壁设置有内扣板，相邻套管的所述外伸板与所述内扣板相互配合防止各套管在伸出时滑脱。

优选的，所述外伸板的底部的套管本体上设置有防缩回锁止装置，所述防缩回锁止装置包括设置在套管本体沉孔内的弹簧以及弹簧端部连接的楔形弹簧销，所述楔形弹簧销的楔形面朝向内侧端。

优选的，所述伸臂均匀对称设置有多个，当伸臂伸出后，所述伸臂在平面上投影为一字形或十字形。

优选的，所述桩身的顶部还设置有桩盖，所述桩盖与桩身采用可拆卸气密连接，所述桩盖上设置有高压充气孔，所述腔体的桩身上焊接有吊环。

为达到本发明另一目的，采用以下技术方案：

一种伸臂式钢管桩的施工方法，其具体步骤如下：

1）提供如前述的一种伸臂式钢管桩；

2）放线确定桩位，利用吊环将所述伸臂式钢管桩悬吊在桩位正上方，桩尖对准桩位中间位置；

3）启动打桩机，将伸臂式钢管桩缓慢插入地基；

4）当桩体达到预定深度后，盖上桩盖，利用高压气泵，通过桩盖上的高压充气孔向所述腔体内注入高压气体，稳压13-18分钟，确保所述伸臂完全伸出并插入土体内；

5）卸下桩盖和高压气泵，向腔体内插入注浆管，利用注浆机向腔体内灌入水泥浆，利用返浆的方式直至水泥浆灌满整个腔体，待水泥浆初凝后，浇水定期养护。

本发明所能达到的技术效果有：

（1）本发明通过在桩身上设置伸臂，钢管桩打入土体后，通过伸臂插入土体，大大的增大了钢管桩的侧摩阻力和承载力，满足建筑基础加固要求，拓展了应用范围；

（2）本发明采用高压气泵充气的方式驱动伸臂，操作方便；根据土压力大小，分段设置伸臂，浅部土压力小时采用垂直于桩身的第一伸臂，深部土压力大时，选择相对好插入的倾斜于桩身的第二伸臂，即方便了施工又使侧摩阻力提高的效果达到最佳；

（3）本发明伸臂伸出端套管的外侧端设置有滚动件，打桩时，伸臂缩回状态下，滚动件可以将桩身与土体之间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，摩擦力的降低，减小了打桩难度；此外，滚动件头部与土体接触面积小，这使得伸臂很容易插入土体；

（4）本发明通过在相应套管上设置外伸板和内扣板，相互配合可以防止伸臂在伸出时滑脱；而通过设置独特设计的防缩回锁止装置，有效避免了高压充气泵泄压后，伸臂回缩。进一步地，本发明在腔体内注入水泥浆，水泥浆流入伸臂中，提高了伸臂的强度。

（5）本发明伸臂对称设置，高压充气泵充气时，斜向伸臂在伸出时，第一伸臂对钢管的反作用力以及第二伸臂对钢管桩的反作用力的水平分力可以相互抵消，有效避免了桩身倾斜。另外，第二伸臂对钢管桩的反作用力的竖向分力相互叠加带动桩身向下，防止桩身被上拔。

（6）本发明为了防止桩盖损坏，运输和打桩时不设置桩盖，充气时，装上桩盖，通过桩盖上的充气孔充气，充气完成后，卸下桩盖再注浆，这样桩盖可以多次重复利用，大大降低成本。

附图说明

图1是本发明伸臂伸出时的结构示意图；

图2是本发明伸臂初始状态结构示意图；

图3是图1中A-A剖面图；

图4是本发明第一伸臂的结构放大图；

图5是本发明第二伸臂的结构放大图；

图6是图4或5中A处放大图。

其中：桩身1、腔体11、桩尖2、桩盖3、充气孔31、伸臂4、第一伸臂4-1、第二伸臂4-2、滚动件41、伸出端套管42、固定端套管43、中间套管44、外伸板45、内扣板46、防缩回锁止装置5、沉孔51、楔形弹簧销52、弹簧53。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

如图1-3所示：

一种伸臂式钢管桩，包括桩身1和桩尖2，所述桩身1为钢管结构，所述桩尖2为底部密闭的圆锥结构，所述桩身1与桩尖2一体成型，所述桩身1内部为腔体结构，所述桩身1上连接有能够向桩身1外侧伸出并插入土体的伸臂4；伸臂插入土体后，大大增加了钢管桩的侧摩阻力和承载力，满足建筑基础加固要求，拓展了应用范围；

所述伸臂4为一端密闭，另一端开口的空心结构，所述腔体通过开口与所述空心结构连通；所述伸臂4包括垂直于桩身1设置的第一伸臂4-1和倾斜于桩身设置的第二伸臂4-2。

如图1所示，所述第一伸臂4-1设置在桩顶至1/3桩深的桩身上，所述第二伸臂4-2设置在1/3桩深位置至桩底的桩身1上；所述第二伸臂4-2与水平面的夹角大小不小于15°，不大于30°。

根据土压力大小，分段设置伸臂，浅部土压力小时采用垂直于桩身的第一伸臂，深部土压力大时，选择相对好插入的倾斜于桩身的第二伸臂，即方便了施工又使侧摩阻力提高的效果达到最佳；通过大量实验，发现，第二伸臂采用上述倾斜角度，能够使伸展的效果最佳。

如图3-5所示，所述伸臂4为多节相互嵌套的套管，包括固定端套管43、多节中间套管44以及伸出端套管42，各套管的直径从固定端向伸出端逐步减小，所述伸出端套管的外侧端还设置有滚动件41。

所述桩身1在所述伸臂4的位置设置有穿孔，所述穿孔的直径略大于与固定端套管连接的中间套管的外径，所述固定端套管43的外侧端焊接在穿孔的内周壁，以使得所述伸臂4本体在初始缩回时完全隐藏在桩身1内部且所述滚动件41与桩身1外壁平齐。

通过上述设置，打桩时，伸臂4,初始状态（缩回）下，滚动件41可以将桩身1与土体之间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，摩擦力的降低，减小了打桩难度；此外，滚动件41头部与土体接触面积小，这使得伸臂4很容易插入土体；

参见图4，多节中间套管44以及伸出端套管42的内侧端的外周壁均设置有外伸板45，其外侧端的内周壁设置有内扣板46，相邻套管的所述外伸板45与所述内扣板46相互配合防止各套管在伸出时滑脱。

如图6所示，所述外伸板45的底部的套管本体上设置有防缩回锁止装置5，所述防缩回锁止装置5包括设置在套管本体沉孔51内的弹簧53以及弹簧53端部连接的楔形弹簧销52，所述楔形弹簧销52的楔形面朝向内侧端。

如图3所示，所述伸臂4均匀对称设置有多个，当伸臂伸出后，所述伸臂4在平面上投影为一字形或十字形。通过对称设置，斜向伸臂在伸出时，第一伸臂4-1对钢管的反作用力以及第二伸臂4-2对钢管桩的反作用力的水平分力可以相互抵消，有效避免了桩身倾斜。另外，第二伸臂4-2对钢管桩的反作用力的竖向分力相互叠加带动桩身1向下，防止桩身1被上拔。

优选的，所述伸臂4的内侧面涂有阻尼油，这样可以避免初始状态下，在运输或吊装过程中因重力自动伸出，影响打桩。

如图1-2，所述桩身的顶部还设置有桩盖3，所述桩盖3与桩身1采用可拆卸气密连接，所述桩盖3上设置有高压充气孔31，所述腔体11的桩身1上焊接有吊环（未图示）。

实施例2：

实施例2是实施例1的施工方法，具体方法为：一种伸臂式钢管桩的施工方法，其具体步骤如下：

1）提供如实施例1所述的一种伸臂式钢管桩；

2）放线确定桩位，利用吊环将所述伸臂式钢管桩悬吊在桩位正上方，桩尖对准桩位中间位置；

3）启动打桩机，将伸臂式钢管桩缓慢插入地基；

4）当桩体达到预定深度后，盖上桩盖3，利用高压气泵，通过桩盖3上的高压充气孔31向所述腔体内注入高压气体，稳压13-18分钟，确保所述伸臂4完全伸出并插入土体内；

5）卸下桩盖3和高压气泵，向腔体11内插入注浆管，利用注浆机向腔体11内灌入水泥浆，利用返浆的方式直至水泥浆灌满整个腔体，待水泥浆初凝后，浇水定期养护。

本发明为防止桩盖3损坏，运输和打桩时不设置桩盖3，充气时，装上桩盖3，通过桩盖3上的充气孔31充气，充气完成后，卸下桩盖3再注浆，这样桩盖3可以多次重复利用，大大降低成本。

本发明在腔体11内注入水泥浆，水泥浆流入伸臂4中，提高了伸臂4的强度。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本 发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种伸臂式钢管桩，包括桩身和桩尖，所述桩身为钢管结构，其特征在于：所述桩尖为底部密闭的圆锥结构，所述桩身与桩尖一体成型，所述桩身内部为腔体结构，所述桩身上连接有能够向桩身外侧伸出并插入土体的伸臂，所述伸臂为一端密闭，另一端开口的空心结构，所述腔体通过开口与所述空心结构连通；所述伸臂包括垂直于桩身设置的第一伸臂和倾斜于桩身设置的第二伸臂；

所述伸臂为多节相互嵌套的套管，包括固定端套管、多节中间套管以及伸出端套管，各套管的直径从固定端向伸出端逐步减小，所述伸出端套管的外侧端还设置有滚动件；

所述桩身在所述伸臂的位置设置有穿孔，所述穿孔的直径略大于与固定端套管连接的中间套管的外径，所述固定端套管的外侧端焊接在穿孔的内周壁，以使得伸臂本体在初始缩回时完全隐藏在桩身内部且所述滚动件与桩身外壁平齐；

所述伸臂的内侧面涂有阻尼油；

所述桩身的顶部还设置有桩盖，所述桩盖与桩身采用可拆卸气密连接，所述桩盖上设置有高压充气孔，所述桩身上部焊接有吊环；

所述多节中间套管以及伸出端套管的内侧端的外周壁均设置有外伸板，其外侧端的内周壁设置有内扣板，相邻套管的所述外伸板与所述内扣板相互配合防止各套管在伸出时滑脱；

所述外伸板的底部的套管本体上设置有防缩回锁止装置，所述防缩回锁止装置包括设置在套管本体沉孔内的弹簧以及弹簧端部连接的楔形弹簧销，所述楔形弹簧销的楔形面朝向内侧端。

2.根据权利要求1所述的伸臂式钢管桩，所述第一伸臂设置在桩顶至1/3桩深的桩身上，所述第二伸臂设置在1/3桩深位置至桩底的桩身上；所述第二伸臂与水平面的夹角大小不小于15°，不大于30°。

3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种伸臂式钢管桩，其特征在于：所述伸臂均匀对称设置有多个，当伸臂伸出后，所述伸臂在平面上投影为一字形或十字形。

4.一种伸臂式钢管桩的施工方法，其具体步骤如下：

1）提供如权利要求1-3任一项所述的一种伸臂式钢管桩；

2）放线确定桩位，利用吊环将所述伸臂式钢管桩悬吊在桩位正上方，桩尖对准桩位中间位置；

3）启动打桩机，将所述伸臂式钢管桩缓慢插入地基；

4）当桩体达到预定深度后，盖上桩盖，利用高压气泵，通过桩盖上的高压充气孔向所述腔体内注入高压气体，稳压13~18分钟，确保所述伸臂完全伸出并插入土体内；

5）卸下桩盖和高压气泵，向腔体内插入注浆管，利用注浆机向腔体内灌入水泥浆，利用返浆的方式直至水泥浆灌满整个腔体，待水泥浆初凝后，浇水定期养护。

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