CN110281351B - 密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置及施工方法，它包括套管、旋转轴、转动杆、转盘和折叠管，通过多层未封闭、与旋转轴啮合的套管，由转盘旋转驱动转动杆带动旋转轴旋收缩套管，通过套管收缩挤压内部的膨胀混泥土，通过位于最外层封闭的折叠管内浇筑膨胀混泥土对内层挤压。本发明克服了原桩基膨胀混凝土密度不均匀、不可控的问题，具有结构简单，膨胀混凝土浇筑过程中，内部密度可控，密度均匀，操作简单方便的特点。
Description
技术领域
本发明属于模拟试验技术领域，涉及一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置及施工方法。
背景技术
随着建筑产业的发展，我国桩基础结构需求增大，大部分采用灌注桩，采用混凝土直接灌入套管的方式凝固成型，这种方法操作简单，节约成本，使用范围广，但构筑成的桩存在许多缺陷。对膨胀混凝土桩分圈层分横截面层进行CT扫描，结果发现不同的圈层及不同的横截面层密度均不相同，且有较大差异。密度的不均匀导致混凝土桩受力不均匀，也就是有的区域内力大有的区域内力小，造成受到外力时，内力小的区域和内力大的区域强度差异性大，在同一层面上膨胀混凝土CT值从外环到内环呈线性降低的变化规律，内、外环CT值最大相差6.4%，导致后期设计承载力时存在不可控性，膨胀混凝土桩的密度越均匀越可控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置及施工方法，结构简单，采用多层未封闭、与旋转轴啮合的套管，由转盘旋转驱动转动杆带动旋转轴旋收缩套管，套管收缩挤压内部的膨胀混泥土，位于最外层封闭的折叠管内浇筑膨胀混泥土对内层挤压，膨胀混凝土浇筑过程中，内部密度可控，密度均匀，操作简单方便。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，它包括套管、旋转轴、转动杆、转盘和折叠管；所述多个不同直径的套管位于同一中心轴线上相互套接，形成多个中空的环形结构，折叠管套设于最外层形成环形结构，旋转轴轴向与套管连接，与旋转轴连接的转动杆与转盘连接，驱动转盘带动转动杆和旋转轴旋转收缩套管的直径。
所述套管由柔性钢板卷制相互搭接的筒体，位于搭接处的内外侧设置齿条与旋转轴啮合。
所述旋转轴外壁设置轴向布设的齿条与套管啮合，沿轴体中心设置方形轴孔与转动杆配合。
所述转动杆为杆状体，两端头均为方形结构。
所述转盘包括与环形圈连接的受力杆，与受力杆连接的插接头，插接头位于环形圈中心，插接头上设置方形孔与转动杆配合。
所述折叠管为圆形的筒体，筒壁上设置向外凸起的折叠部。
如上所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置的使用方法，它包括如下步骤：
方案一，
S1，灌注前，在所灌注的套管的外壁套设松紧带，使套管与旋转轴上的齿条啮合；
S2，灌注，由最外层向内层灌注，膨胀剂含量由外向内依次按2%递增，灌注的膨胀混凝土位于套管的中空结构内；按套管的高度均分成十次灌注；由底部向上部依次灌注；底层和顶层的膨胀剂含量>50%，其余各层的的膨胀剂含量从下到上依次按2%递减；
S3，收缩，旋转转盘带动转动杆旋转，转动杆驱动旋转轴带动套管收缩，套管收缩后挤压内壁的膨胀混凝土料体，撤出套管后膨胀混凝土向外膨胀，导致内圈层密度小外圈层密度大，内圈层到外圈层，套筒由紧到松设置，使每一圈层的膨胀混凝土密度进一步接近；
S4，调整，按照步骤S1~S3依次浇筑完成各层的套管后，再次依照S3从内向外逐步收缩各层的套管；
S5，折叠管不撤出灌注体；
S6，撤其余套管，在膨胀混凝土初凝前；撤除套管和旋转轴；
方案二，其中无折叠套管；
依照步骤S1~S4；
S7，套管不撤出灌注体；
S8，撤出旋转轴。
一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，它包括套管、旋转轴、转动杆、转盘和折叠管；多个不同直径的套管位于同一中心轴线上相互套接，形成多个中空的环形结构，折叠管套设于最外层形成环形结构，旋转轴轴向与套管连接，与旋转轴连接的转动杆与转盘连接，驱动转盘带动转动杆和旋转轴旋转收缩套管的直径。结构简单，通过多层未封闭、与旋转轴啮合的套管，由转盘旋转驱动转动杆带动旋转轴旋收缩套管，通过套管收缩挤压内部的膨胀混泥土，通过位于最外层封闭的折叠管内浇筑膨胀混泥土对内层挤压，膨胀混凝土浇筑过程中，内部密度可控，密度均匀，操作简单方便。
在优选的方案中，套管由柔性钢板卷制相互搭接的筒体，位于搭接处的内外侧设置齿条与旋转轴啮合。结构简单，使用时，未封闭的套管的搭接面设置轴向的齿条，与旋转轴上的齿条相互啮合，旋转轴旋时带动套管收缩。
在优选的方案中，旋转轴外壁设置轴向布设的齿条与套管啮合，沿轴体中心设置方形轴孔与转动杆配合。结构简单，使用时，旋转轴上轴向设置的齿条与套管内外壁设置的齿条搭接，旋转轴中心设置的方形轴孔与转动杆配合，转动杆旋带动旋转轴转动。
在优选的方案中，转动杆为杆状体，两端头均为方形结构。结构简单，转动杆两端设置的方形结构，便于与旋转轴上的方形轴孔套接，套接时，任一端均可以套接，不用刻意选择，操作简单方便。
在优选的方案中，转盘包括与环形圈连接的受力杆，与受力杆连接的插接头，插接头位于环形圈中心，插接头上设置方形孔与转动杆配合。结构简单，使用时，转盘的插接头上设置的方形孔与转动杆的方形端头套接，操作时，施加环形圈的扭力带动转动杆转动，操作省力。
在优选的方案中，折叠管为圆形的筒体，筒壁上设置向外凸起的折叠部。结构简单，使用时，折叠管与最外层的套管形成的空间最后灌注膨胀混凝土，形成对内侧的挤压，与套管连接的旋转轴共同限制内部的膨胀混凝土向外扩张，向外凸起的折叠结构提高了结构强度。
在优选的方案中，如上密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置的使用方法，它包括如下步骤：
方案一，
S1，灌注前，在所灌注的套管的外壁套设松紧带，使套管与旋转轴上的齿条啮合；
S2，灌注，由最外层向内层灌注，膨胀剂含量由外向内依次按2%递增，灌注的膨胀混凝土位于套管的中空结构内；按套管的高度均分成十次灌注；由底部向上部依次灌注；底层和顶层的膨胀剂含量>50%，其余各层的的膨胀剂含量从下到上依次按2%递减；
S3，收缩，旋转转盘带动转动杆旋转，转动杆驱动旋转轴带动套管收缩，套管收缩后挤压内壁的膨胀混凝土料体，撤出套管后膨胀混凝土向外膨胀，导致内圈层密度小外圈层密度大，内圈层到外圈层，套筒由紧到松设置，使每一圈层的膨胀混凝土密度进一步接近；
S4，调整，按照步骤S1~S3依次浇筑完成各层的套管后，再次依照S3从内向外逐步收缩各层的套管；
S5，折叠管不撤出灌注体；
S6，撤其余套管，在膨胀混凝土初凝前；撤除套管和旋转轴；
方案二，其中无折叠套管；
依照步骤S1~S4；
S7，套管不撤出灌注体；
S8，撤出旋转轴。该方法操作简单方便。
一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置及施工方法，它包括套管、旋转轴、转动杆、转盘和折叠管，通过多层未封闭、与旋转轴啮合的套管，由转盘旋转驱动转动杆带动旋转轴旋收缩套管，通过套管收缩挤压内部的膨胀混泥土，通过位于最外层封闭的折叠管内浇筑膨胀混泥土对内层挤压。本发明克服了原桩基膨胀混凝土密度不均匀、不可控的问题，具有结构简单，膨胀混凝土浇筑过程中，内部密度可控，密度均匀，操作简单方便的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的内部结构示意图。
图3为本发明检测示意图示意图。
图4为本发明灌注后的横截面扫描CT值曲线图。
图5为本发明环向膨胀应力分圈层变化曲线图。
图中：套管1，旋转轴2，转动杆3，转盘4，折叠管5。
具体实施方式
如图1~图5中，一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，它包括套管1、旋转轴2、转动杆3、转盘4和折叠管5；所述多个不同直径的套管1位于同一中心轴线上相互套接，形成多个中空的环形结构，折叠管5套设于最外层形成环形结构，旋转轴2轴向与套管1连接，与旋转轴2连接的转动杆3与转盘4连接，驱动转盘4带动转动杆3和旋转轴2旋转收缩套管1的直径。结构简单，通过多层未封闭、与旋转轴2啮合的套管1，由转盘4旋转驱动转动杆3带动旋转轴2旋收缩套管1，通过套管1收缩挤压内部的膨胀混泥土，通过位于最外层封闭的折叠管5内浇筑膨胀混泥土对内层挤压，膨胀混凝土浇筑过程中，内部密度可控，密度均匀，操作简单方便。
优选的方案中，所述套管1由柔性钢板卷制相互搭接的筒体，位于搭接处的内外侧设置齿条与旋转轴2啮合。结构简单，使用时，未封闭的套管1的搭接面设置轴向的齿条，与旋转轴2上的齿条相互啮合，旋转轴2旋时带动套管1收缩。
优选地，浇筑前，套管1的外壁套设松紧带，由柔性钢板向外的张力与松紧带向内的收缩力使旋转轴2上的齿条与套管1上的齿条啮合。
优选的方案中，所述旋转轴2外壁设置轴向布设的齿条与套管1啮合，沿轴体中心设置方形轴孔与转动杆3配合。结构简单，使用时，旋转轴2上轴向设置的齿条与套管1内外壁设置的齿条搭接，旋转轴2中心设置的方形轴孔与转动杆3配合，转动杆3旋带动旋转轴2转动。
优选的方案中，所述转动杆3为杆状体，两端头均为方形结构。结构简单，转动杆3两端设置的方形结构，便于与旋转轴2上的方形轴孔套接，套接时，任一端均可以套接，不用刻意选择，操作简单方便。
优选的方案中，所述转盘4包括与环形圈连接的受力杆，与受力杆连接的插接头，插接头位于环形圈中心，插接头上设置方形孔与转动杆3配合。结构简单，使用时，转盘4的插接头上设置的方形孔与转动杆3的方形端头套接，操作时，施加环形圈的扭力带动转动杆3转动，操作省力。
优选的方案中，所述折叠管5为圆形的筒体，筒壁上设置向外凸起的折叠部。结构简单，使用时，折叠管5与最外层的套管1形成的空间最后灌注膨胀混凝土，形成对内侧的挤压，与套管1连接的旋转轴2共同限制内部的膨胀混凝土向外扩张，向外凸起的折叠结构提高了结构强度。
优选的方案中，如上所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置的使用方法，它包括如下步骤：
方案一，
S1，灌注前，在所灌注的套管1的外壁套设松紧带，使套管1与旋转轴2上的齿条啮合；
S2，灌注，由最外层向内层灌注，膨胀剂含量由外向内依次按2%递增，灌注的膨胀混凝土位于套管1的中空结构内；按套管1的高度均分成十次灌注；由底部向上部依次灌注；底层和顶层的膨胀剂含量>50%，其余各层的的膨胀剂含量从下到上依次按2%递减；
S3，收缩，旋转转盘4带动转动杆3旋转，转动杆3驱动旋转轴2带动套管1收缩，套管1收缩后挤压内壁的膨胀混凝土料体，撤出套管1后膨胀混凝土向外膨胀，导致内圈层密度小外圈层密度大，内圈层到外圈层，套筒由紧到松设置，使每一圈层的膨胀混凝土密度进一步接近；
S4，调整，按照步骤S1~S3依次浇筑完成各层的套管1后，再次依照S3从内向外逐步收缩各层的套管1；
S5，折叠管5不撤出灌注体；
S6，撤其余套管，在膨胀混凝土初凝前；撤除套管1和旋转轴2；
方案二，其中无折叠套管5；
依照步骤S1~S4；
S7，套管1不撤出灌注体；
S8，撤出旋转轴2。该方法操作简单方便。
优选地，在膨胀混凝土终凝后，撤除最外层的折叠管5；在成型后的混凝土桩基外壁设置应变片，由橡胶带绑定，对桩基施加压力，由与应变片连接的检测设备检测变形情况。
优选地，膨胀混凝土终凝后，采用移动扫描设备对其进行CT扫描；记录各层之间的CT值，依据该值绘制趋向图；图中，CT值越大，密度越大。
如上所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，安装使用时，多层未封闭、与旋转轴2啮合的套管1，由转盘4旋转驱动转动杆3带动旋转轴2旋收缩套管1，套管1收缩挤压内部的膨胀混泥土，位于最外层封闭的折叠管5内浇筑膨胀混泥土对内层挤压，膨胀混凝土浇筑过程中，内部密度可控，密度均匀，操作简单方便。
使用时，未封闭的套管1的搭接面设置轴向的齿条，与旋转轴2上的齿条相互啮合，旋转轴2旋时带动套管1收缩。
使用时，旋转轴2上轴向设置的齿条与套管1内外壁设置的齿条搭接，旋转轴2中心设置的方形轴孔与转动杆3配合，转动杆3旋带动旋转轴2转动。
转动杆3两端设置的方形结构，便于与旋转轴2上的方形轴孔套接，套接时，任一端均可以套接，不用刻意选择，操作简单方便。
使用时，转盘4的插接头上设置的方形孔与转动杆3的方形端头套接，操作时，施加环形圈的扭力带动转动杆3转动，操作省力。
使用时，折叠管5与最外层的套管1形成的空间最后灌注膨胀混凝土，形成对内侧的挤压，与套管1连接的旋转轴2共同限制内部的膨胀混凝土向外扩张，向外凸起的折叠结构提高了结构强度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，其特征是：它包括套管（1）、旋转轴（2）、转动杆（3）、转盘（4）和折叠管（5）；多个不同直径的套管（1）位于同一中心轴线上相互套接，形成多个中空的环形结构，折叠管（5）套设于最外层形成环形结构，旋转轴（2）轴向与套管（1）连接，与旋转轴（2）连接的转动杆（3）与转盘（4）连接，驱动转盘（4）带动转动杆（3）和旋转轴（2）旋转收缩套管（1）的直径。
2.根据权利要求1所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，其特征是：所述套管（1）由柔性钢板卷制相互搭接的筒体，位于搭接处的内外侧设置齿条与旋转轴（2）啮合。
3.根据权利要求1所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，其特征是：所述旋转轴（2）外壁设置轴向布设的齿条与套管（1）啮合，沿轴体中心设置方形轴孔与转动杆（3）配合。
4.根据权利要求1所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，其特征是：所述转动杆（3）为杆状体，两端头均为方形结构。
5.根据权利要求1所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，其特征是：所述转盘（4）包括与环形圈连接的受力杆，与受力杆连接的插接头，插接头位于环形圈中心，插接头上设置方形孔与转动杆（3）配合。
6.根据权利要求1所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置，其特征是：所述折叠管（5）为圆形的筒体，筒壁上设置向外凸起的折叠部。
7.根据权利要求1~6任一项所述的密度均匀的膨胀混凝土桩施工装置的使用方法，其特征是，它包括如下步骤：
方案一，
S1，灌注前，在所灌注的套管（1）的外壁套设松紧带，使套管（1）与旋转轴（2）上的齿条啮合；
S2，灌注，由最外层向内层灌注，膨胀剂含量由外向内依次按2%递增，灌注的膨胀混凝土位于套管（1）的中空结构内；按套管（1）的高度均分成十次灌注；由底部向上部依次灌注；底层和顶层的膨胀剂含量>50%，其余各层的的膨胀剂含量从下到上依次按2%递减；
S3，收缩，旋转转盘（4）带动转动杆（3）旋转，转动杆（3）驱动旋转轴（2）带动套管（1）收缩，套管（1）收缩后挤压内壁的膨胀混凝土料体，撤出套管（1）后膨胀混凝土向外膨胀，导致内圈层密度小外圈层密度大，内圈层到外圈层，套筒由紧到松设置，使每一圈层的膨胀混凝土密度进一步接近；
S4，调整，按照步骤S1~S3依次浇筑完成各层的套管（1）后，再次依照S3从内向外逐步收缩各层的套管（1）；
S5，折叠管（5）不撤出灌注体；
S6，撤其余套管，在膨胀混凝土初凝前；撤除套管（1）和旋转轴（2）；
方案二，其中无折叠套管（5）；
依照步骤S1~S4；
S7，套管（1）不撤出灌注体；
S8，撤出旋转轴（2）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20190927 Assignee: Hongchuang (Yichang) Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980031470 Denomination of invention: Construction device and construction method of expansive concrete pile with uniform density Granted publication date: 20201002 License type: Common License Record date: 20230116 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Hongchuang (Yichang) Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980031470 Date of cancellation: 20230721 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
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Effective date of registration: 20240723 Address after: 230000 b-1018, Woye Garden commercial office building, 81 Ganquan Road, Shushan District, Hefei City, Anhui Province Patentee after: HEFEI WISDOM DRAGON MACHINERY DESIGN Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 443002 No. 8, University Road, Xiling District, Yichang, Hubei Patentee before: CHINA THREE GORGES University Country or region before: China |
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| TR01 | Transfer of patent right |