CN110409424A - 螺钉桩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺钉桩，包括外桩体以及桩芯，其中：外桩体包括采用工程塑料制备的第一桩体，第一桩体包括一端开口的壳体以及螺纹结构，壳体与开口相对的位置形成锥形部，螺纹结构设置在壳体的外表面；桩芯设置在壳体内、且通过至少一个紧固件与壳体锚固连接，以将桩芯和外桩体固定为一体，使得外桩体和桩芯有效结合，顺时针旋转螺钉桩可将其嵌入土壤内，螺纹结构与土壤紧密接触并被土壤所限制以形成较大的上下阻力，该阻力通过紧固件传递到桩芯，以汇聚成较大的抗拔力，在旋入过程中不会污染土壤和水质，稳定性好，并且第一桩体隔离桩芯和土壤；逆时针旋转螺钉桩可将其完整退出土壤，方便取出，并且不会在土壤中有任何残留，环保性能较好。

Description

螺钉桩

技术领域

本发明涉及基础工程技术领域，特别是涉及一种螺钉桩。

背景技术

在基础工程技术领域，抗拔力是衡量各种结构基础性能的重要指标，而其中混凝土基础具有依靠自身重力来抵抗上拔力，能够通过控制混凝土用量来改变抗拔力的特点，因此广泛地应用于农业设施、光伏发电、电力和通讯铁塔、市政工程。

随着基础工程的发展，传统的混凝土基础通过加大混凝土用量来提升抗拔力已不能满足用户对于结构基础的成本要求。为了在保证抗拔力的基础降低制作成本，目前采用下述三种解决方式，方式一：预制混凝土管桩，将混凝土基础设置在管桩内，通过增加管桩入土长度或者加粗管桩桩体，提高管桩表面与土壤的摩擦力以提升抗拔力，但是施工时需要采用重型设备才能将管桩嵌入土壤中，安装不便；方式二，预制混凝土管桩表面增加螺纹，通过螺纹的阻力来提升抗拔力，但是这种方式在螺纹的尖部只能设置素混凝土，没有承载力，并且需要大功率的机械设备才能完成管桩的旋入，成本较高；方式三，钢制螺旋桩，通过底部的大叶片形成的阻力来实现抗拔，但是钢材的腐蚀限制了钢制螺旋桩的使用范围，而在旋入时表面的防腐层(镀锌、喷漆等)易被划伤，使得防腐效果较差。另外，上述混凝土基础的大开挖施工及混凝土特有的碱性，对土壤造成严重破坏，并且取出较为困难，残余在地表以下的部分，严重影响土壤环境和土地的耕种，不利于环境和土壤保护。

因此，提供一种抗拔力较大并且对土壤影响较小的混凝土结构显得尤为重要。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种螺钉桩，该螺钉桩对土壤影响较小，环保性能较好，得抗拔力较大，产品量产良率较高。

一种螺钉桩，包括外桩体以及桩芯，其中：

所述外桩体包括采用工程塑料制备的第一桩体，所述第一桩体包括壳体以及螺纹结构，所述壳体的一端开口，另一端形成锥形部，所述螺纹结构设置在所述壳体的外表面；

所述桩芯设置在所述壳体内、且通过至少一个紧固件与壳体锚固连接。

上述螺钉桩，通过紧固件锚固连接紧固件与壳体，以将桩芯和外桩体固定为一体，使得外桩体和桩芯有效结合。顺时针旋转螺钉桩可将其嵌入土壤内，伸入土壤内的螺纹结构与土壤紧密接触并被土壤所限制以形成较大的上下阻力，该阻力通过紧固件传递到桩芯，以汇聚成较大的抗拔力，该抗拔力与传统的重力混凝土基础相比有较大的提升；而采用工程塑料制备的第一桩体具有耐磨性强、强度高、化学性质稳定、抗老化性能强等特点，在旋入过程中不会污染土壤和水质，稳定性好，并且第一桩体隔离桩芯和土壤，对土壤的影响较小；逆时针旋转螺钉桩可将其完整退出土壤，方便取出，并且不会在土壤中有任何残留，对土壤和水污染较小，环保性能较好。

在其中一个实施例中，所述桩芯为钢筋混凝土，包括混凝土以及钢筋笼，所述钢筋笼设置在所述壳体内，所述混凝土灌注于所述壳体内且将所述钢筋笼固定于所述壳体。桩芯的结构形式结构多种，可以采用钢筋混凝土，在具体设置时，将钢筋笼放置在壳体内，然后将混凝土灌注进壳体内，混凝土固化以将钢筋笼固定在壳体内，形成一个方便携带的螺钉桩。

在其中一个实施例中，所述紧固件为塑封头钢筋，所述塑封头钢筋具有涂塑端，所述壳体上设有贯穿其壁厚的通孔，通孔位于螺旋结构的相邻两牙之间，所述塑封头钢筋的涂塑端嵌入所述通孔，所述塑封头钢筋远离所述涂塑端的端部突出所述通孔、且固定在所述混凝土内。通过塑封头钢筋将壳体和钢筋混凝土锚固连接，塑封钢筋头的涂塑端嵌设在壳体的通孔内，以与壳体一起隔离土壤和钢筋混凝土，避免对土壤造成影响。

在其中一个实施例中，所述壳体的内壁上设有传导柱，所述传导柱与所述通孔同轴设置，所述塑封头钢筋贯穿所述传导柱、且远离所述涂塑端的端部突出所述传导柱的端面。通过设置传导柱以增大塑封头钢筋和壳体之间的接触面积，提高壳体和钢筋混凝土之间锚固强度，更好地实现外桩体和钢筋混凝土之间的结合。

在其中一个实施例中，所述外桩体包括第二桩体，所述第二桩体为两端开口的塑料套管，所述塑料套管套设在所述桩芯的外侧。塑料套管隔离钢筋混凝土和土壤，避免对土壤造成影响，同时减少工程塑料的用料，降低生产成本。

在其中一个实施例中，所述塑料套管插入所述壳体、且通过螺钉固定于所述壳体。在具体设置时，可以将塑料套管和壳体固定为一体后再进行混凝土的灌注。

在其中一个实施例中，所述桩芯还包括卡盘，所述钢筋笼贯穿所述卡盘，所述卡盘具有承载面，所述塑料套管套设在所述桩芯的外侧、且位于所述承载面上，所述钢筋笼背离所述承载面的一端插入到所述壳体内。桩芯的结构形式结构多种，可以采用具有卡盘的钢筋混凝土，以适应水下淤泥层，塑料套管将水与钢筋混凝土隔离，卡盘下部的螺钉桩旋入淤泥，壳体将淤泥和钢筋混凝土隔离，螺纹结构伸入淤泥内被淤泥所限制以形成较大的上下阻力，该阻力通过塑封头钢筋传递到钢筋混凝土，以汇聚成较大的抗拔力。

在其中一个实施例中，所述桩芯为方形钢管，所述紧固件包括两个塑料固定盘，所述方形钢管嵌入两个所述塑料固定盘，且通过不锈钢螺丝与所述壳体固定连接。桩芯的结构形式结构多种，可以采用方形钢管，通过不锈钢螺丝能够将壳体和塑料固定盘固定连接，而两个塑料固定盘将嵌入其的方形钢管固定到壳体上，从而使得桩芯和外桩体有效结合。

在其中一个实施例中，所述螺纹结构等螺距，沿背离所述锥形部的方向所述螺纹结构的大径逐步增大，以形成“自攻钉”的效果，进而减小对旋转施工机械的压力依赖。

在其中一个实施例中，所述锥形部的外侧套设有薄壁金属锥头，用于排开小型砾石，减少土壤中的小型砾石对螺钉桩的影响。

附图说明

图1为本发明提供的一种螺钉桩的一结构示意图；

图2为图1中壳体和桩芯锚固连接位置的剖视图；

图3为本发明提供的一种螺钉桩的另一结构示意图；

图4为图3中壳体和桩芯锚固连接位置的剖视图；

图5为本发明提供的一种螺钉桩的又一结构示意图；

图6为图5中壳体和桩芯锚固连接位置的爆炸示意图。

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。

下面结合附图介绍本发明实施例提供的技术方案。

如图1以及图2所示，一种螺钉桩，应用于土壤地基处理，包括外桩体100、桩芯200以及紧固件300，其中：

外桩体100至少包括第一桩体110，第一桩体110采用工程塑料制备，工程塑料可以有多种选择，如PP(高分子聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、玻璃钢，在具体设置时，根据各种材料的力学性能和对应的成本，第一桩体110采用高分子聚丙烯加玻纤制备。

第一桩体110包括壳体111以及螺纹结构112，壳体111的一端开口，与开口相对的另一端的位置形成锥形部113，螺纹结构112设置在壳体111的外表面，壳体111和螺纹结构112可以采用模具注塑方式一次成型，在具体设置时，第一桩体110的长度根据受力需要设计，在模具制作过程中确定，第一桩体110也可以分段制作，在组装过程中进行连接，而在连接时注意螺纹结构112的连续性，以及嵌入连接部位的管径变化。外桩体100的管壁厚度以及螺纹高度，根据所选材料和受力需要设计，在具体设置时，螺纹的长度可以为30mm-50mm；

桩芯200设置在壳体111内、且通过至少一个紧固件300与壳体111锚固连接。

上述螺钉桩，通过紧固件300锚固连接桩芯200与壳体111，以将桩芯200和外桩体100固定为一体，使得外桩体100和桩芯200有效结合。顺时针旋转螺钉桩可将其嵌入土壤内，伸入土壤内的螺纹结构112与土壤紧密接触并被土壤所限制以形成较大的上下阻力，该阻力通过紧固件300传递到桩芯200，以汇聚成较大的抗拔力，该抗拔力与传统的重力混凝土基础相比有较大的提升；而采用工程塑料制备的第一桩体110具有耐磨性强、强度高、化学性质稳定、抗老化性能强等特点，在旋入过程中不会污染土壤和水质，稳定性好，并且第一桩体110隔离桩芯200和土壤，对土壤的影响较小；逆时针旋转螺钉桩可将其完整退出土壤，方便取出，并且不会在土壤中有任何残留，对土壤和水污染较小，环保性能较好。

桩芯200的结构形式结构多种，一种优选实施方式中，如图1、图2、图3以及图4所示，桩芯200为钢筋混凝土210，包括混凝土211以及钢筋笼212，钢筋笼212设置在壳体111内，混凝土211灌注于壳体111且将钢筋笼212固定于壳体111。

上述螺钉桩，钢筋混凝土210具有较强的抗拉、抗压、抗扭和抗剪切力，采用钢筋混凝土210为桩芯200制成的螺钉桩具有较强的承载力、抗拔力、抗水平力，变形小，稳定性好，施工简单迅速、成本低廉。在具体设置时，将钢筋笼212放置在壳体111内，然后将混凝土211灌注进壳体111内，混凝土211固化以将钢筋笼212固定在壳体111内，形成一个方便携带的螺钉桩。而钢筋笼212包括三根或以上的垂直钢筋作为主受力钢筋，这些垂直钢筋的延伸方向与壳体111的轴线方向相平行，根据受力的需要，垂直钢筋可以选用Φ16-Φ22钢筋；钢筋笼212还包括多根水平配筋作为辅助钢筋设置在垂直钢筋的外侧，根据受力的需要，水平配筋可选用Φ10-Φ16钢筋；混凝土211的强度等级不小于C30，而混凝土211的强度等级、钢筋笼212的具体结构根据螺钉桩及其应用环境的实际情况进行选择。

紧固件300的结构形式结构多种，具体地，如图2以及图4所示所示，紧固件300为塑封头钢筋310，塑封头钢筋310具有涂塑端，壳体111上设有贯穿其壁厚的通孔，通孔位于螺旋结构的相邻两牙之间，塑封头钢筋310的涂塑端嵌入通孔，塑封头钢筋310远离涂塑端的端部突出通孔、且固定在混凝土211内。

上述螺钉桩，通过至少一个塑封头钢筋310将壳体111和钢筋混凝土210锚固连接，以将螺纹结构112形成的阻力传导到钢筋混凝土210，在具体设置时，塑封头钢筋310的数目可以为多个，多个塑封头钢筋310沿壳体111的延伸方向均匀分布，并沿壳体111的周向均匀分布，以更好地将壳体111和钢筋混凝土210锚固连接，使得壳体111和钢筋混凝土210有效结合，使得螺纹结构112形成的阻力分散传导到钢筋混凝土210。

在成型时，首先在壳体111的相应部位，根据需要嵌入的塑封钢筋直径钻通孔，通孔位于螺旋结构的相邻两牙之间，并在靠近锥形部113的壳体111的管壁上钻两至三个排气孔；再将绑扎好的钢筋笼212插入外桩体100，直到壳体111的底部，再将塑封头钢筋310从通孔插入，塑封头钢筋310远离涂塑端的端部突出通孔，此时，塑封头钢筋310的涂塑端嵌入到通孔内以与通孔紧密配合，而为了保证配合的紧密性还可以在涂塑端涂胶，保证塑封钢筋头的涂塑端嵌设在壳体111的通孔内，以与壳体111一起隔离土壤和钢筋混凝土210，避免对土壤造成影响；然后外桩体100内灌注强度不低于C30的混凝土211，而为了保证灌注质量，要保持外桩体100的垂直，同时要进行震动或者摇晃，需要简易工装；最后，灌注后的成品需要保持垂直竖立24小时后方可移动，7天后方可出厂运输，此时，钢筋笼212和塑封头钢筋310通过混凝土211固定在壳体111内，以使得桩芯200和外壳体111通过塑封头钢筋310锚固连接。

值得注意的是，上述螺钉桩相比原有的混凝土基础成本低，施工简单、快速，总造价约降低15％-20％，特别是在施工条件受限的情况下，使用小型(单桩重量低于100KG)群桩模式，可人力运输，并使用便携式简单机械，成本优势显著。并且，不需要现场绑扎钢筋和混凝土211养护，也不需要重型机械进出场，快速完成施工并可以进入下一步的工序。工期短，对于北方地区的冬季施工或者需要抢工期的项目，效果尤其明显。

为了提高壳体111和钢筋混凝土210之间的锚固强度，可以通过保证壳体111的管壁厚度来保证塑封头钢筋310和壳体111的接触面积，而为了提高塑封头钢筋310和壳体111的接触面积，更具体地，如图2所示，壳体111的内壁上设有传导柱114，在具体设置时，传导柱114和壳体111一体成型，传导柱114与通孔同轴设置，塑封头钢筋310贯穿传导柱114、且远离涂塑端的端部突出传导柱114的端面。

上述螺钉桩，塑封头钢筋310和壳体111的接触面积包括通孔的内壁和传导柱114的部分内表面，相对于仅设置通孔，通过设置传导柱114能够增大塑封头钢筋310和壳体111之间的接触面积，提高壳体111和钢筋混凝土210之间锚固强度，更好地实现外桩体100和钢筋混凝土210之间的结合，此时可以大幅度降低壳体111的管壁厚度，降低生产成本。在具体设置时，传导柱114与塑封头钢筋310一一对应，传导柱114沿壳体111的周向均匀分布，并沿壳体111的轴线方向均匀分布，传导柱114的数目、直径、壁厚可以根据塑封头钢筋310的实际情况进行设计。

为了更好地隔离钢筋混凝土210和土壤，具体地，如图1以及图3所示，外桩体100包括第二桩体120，第二桩体120为两端开口的塑料套管，塑料套管套设在桩芯200的外侧。

上述螺钉桩，由于土壤表层较为疏松，是无效载荷区域，外桩体100的上部采用普通塑料制备的塑料套管，以减少工程塑料的用料，降低生产成本，塑料套管在成型过程中起对混凝土211的塑形作用，在螺钉桩旋入和旋出过程中减小摩擦阻力，在螺钉桩插入到土壤中时将混凝土211与土壤隔离的，避免对土壤造成影响。在具体设置时，塑料套管采用拉拔或注塑方式一次成型，塑料套管的具体壁厚根据螺钉桩及其应用环境的实际情况进行选择。

更具体地，塑料套管插入壳体111、且通过螺钉固定于壳体111。

上述螺钉桩，在具体设置时，可以将塑料套管和壳体111固定为一体后再进行混凝土211的灌注，首先将分段制作的壳体111进行固定连接，该固定连接的方式可以为胶接，还可以为其他固定方式；然后将上部塑料套管插入壳体111并固定连接，该固定连接的方式可以为螺钉连接，还可以为其他固定方式，接着将绑扎好的钢筋笼212从上部塑料套管插入，直到壳体111的底部；然后在通孔内嵌入塑封头钢筋310；最后进行混凝土211的灌注。

桩芯200的结构形式结构多种，一种优选实施方式中，如图3所示，桩芯200还包括卡盘213，钢筋笼212贯穿卡盘213，卡盘213具有承载面，塑料套管套设在桩芯200的外侧、且位于承载面上，钢筋笼212背离承载面的一端插入到壳体111内。

上述螺钉桩，为了适应水下淤泥层，桩芯200可以为具有卡盘213的钢筋混凝土210，卡盘213可以为混凝土211盘结构，还可以为其他结构形式，卡盘213承接一部分水压，以提升抗拔力，在具体设置时，塑料套管套设在桩芯200的外侧、且位于承载面上，钢筋笼212背离承载面的一端插入到壳体111内，塑料套管将水与钢筋混凝土210隔离，卡盘213下部的螺钉桩旋入淤泥，壳体111将淤泥和钢筋混凝土210隔离，螺纹结构112伸入淤泥内被淤泥所限制以形成较大的上下阻力，该阻力通过塑封头钢筋310传递到钢筋混凝土210，以汇聚成较大的抗拔力，从而使得该螺钉桩的抗拔力较大，对土壤和水质的影响较小，环保性能较好。

桩芯200的结构形式结构多种，一种优选实施方式中，如图5以及图6所示，桩芯200为方形钢管220，紧固件300包括两个塑料固定盘320，方形钢管220嵌入两个塑料固定盘320，且通过不锈钢螺丝330与壳体111固定连接。

上述螺钉桩，为了适应方便处理的土壤地基或简易的基础工程，如疏松的土壤、临时短期打桩，桩芯200可以为方形钢管220，轻便易携带，在具体设置时，塑料固定盘320上设置与方形钢管220相配合的方孔，塑料固定盘320设置在壳体111内，方形钢管220嵌入两个塑料固定盘320的方孔内，通过不锈钢螺丝330能够将壳体111和塑料固定盘320固定连接，而两个塑料固定盘320将嵌入其的方形钢管220固定到壳体111上，从而使得桩芯200和外桩体100有效结合。而为了便于旋入旋出，方形钢管220远离塑料固定盘320的一端设置承压板，以用于用户操作。

为了方便螺钉桩的旋入和旋出，一种优选实施方式中，螺纹结构112等螺距，沿背离锥形部113的方向螺纹结构112的大径逐步增大。

上述螺钉桩，将螺纹结构112设置成等螺距、且沿背离锥形部113的方向螺纹结构112的大径逐步增大，以使得沿背离锥形部113的方向螺纹的高度逐步增大，从而能够形成“自攻钉”的效果，使得螺钉桩的旋入和旋出较为省力，进而减小对旋转施工机械的压力依赖。在具体设置时，沿背离锥形部113的方向螺纹结构112的大径可以从小到大逐步增大，也可以从小逐渐增大，达到一定数值后保持一致，还可以从小逐渐增大，达到一定数值后保持一致一段长度，然后继续增大。当然，沿背离锥形部113的方向螺纹结构112的大径逐步增大的具体方式根据螺钉桩和土壤条件的实际情况进行设计。

具体地，如图1所示，锥形部113的外侧套设有薄壁金属锥头400。

上述螺钉桩，锥形部113可以为锥形平底的结构也可以为锥形尖部，而为了方便螺钉桩的旋入，锥形部113的外侧可以套设有薄壁金属锥头400。在没有片石和大型石块的土壤、沙地和淤泥中可能会有小型的砾石，这些砾石会影响到螺钉柱的旋入和旋出，在具体设置时，通过在锥形部113的外侧套设有薄壁金属锥头400，并通过胶结剂固定连接锥形部113和薄壁金属锥头400，薄壁金属锥头400随着壳体111的旋转能够一起转动，从而能够排开小型砾石，减少土壤中的小型砾石对螺钉桩的影响。

值得注意的是，螺钉桩可以单桩使用也可以采用多桩顶部连接使用。在具体设置时，单桩受力超过300KN以上、或者施工机械进入困难情况下，采用多桩方式；较长外桩体100需要车载的螺旋打桩机或引孔机旋入，较短外桩体100使用简易便携机械即可，例如地质勘探的便携式钻机、便携式打井钻机等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种螺钉桩，其特征在于，包括外桩体以及桩芯，其中：

所述外桩体包括采用工程塑料制备的第一桩体，所述第一桩体包括壳体以及螺纹结构，所述壳体的一端开口，另一端形成锥形部，所述螺纹结构设置在所述壳体的外表面；

所述桩芯设置在所述壳体内、且通过至少一个紧固件与壳体锚固连接。

2.根据权利要求1所述的螺钉桩，其特征在于，所述桩芯为钢筋混凝土，包括混凝土以及钢筋笼，所述钢筋笼设置在所述壳体内，所述混凝土灌注于所述壳体内且将所述钢筋笼固定于所述壳体。

3.根据权利要求2所述的螺钉桩，其特征在于，所述紧固件为塑封头钢筋，所述塑封头钢筋具有涂塑端，所述壳体上设有贯穿其壁厚的通孔，通孔位于螺旋结构的相邻两牙之间，所述塑封头钢筋的涂塑端嵌入所述通孔，所述塑封头钢筋远离所述涂塑端的端部突出所述通孔、且固定在所述混凝土内。

4.根据权利要求3所述的螺钉桩，其特征在于，所述壳体的内壁上设有传导柱，所述传导柱与所述通孔同轴设置，所述塑封头钢筋贯穿所述传导柱、且远离所述涂塑端的端部突出所述传导柱的端面。

5.根据权利要求4所述的螺钉桩，其特征在于，所述外桩体包括第二桩体，所述第二桩体为两端开口的塑料套管，所述塑料套管套设在所述桩芯的外侧。

6.根据权利要求5所述的螺钉桩，其特征在于，所述塑料套管插入所述壳体、且通过螺钉固定于所述壳体。

7.根据权利要求5所述的螺钉桩，其特征在于，所述桩芯还包括卡盘，所述钢筋笼贯穿所述卡盘，所述卡盘具有承载面，所述塑料套管套设在所述桩芯的外侧、且位于所述承载面上，所述钢筋笼背离所述承载面的一端插入到所述壳体内。

8.根据权利要求1所述的螺钉桩，其特征在于，所述桩芯为方形钢管，所述紧固件包括两个塑料固定盘，所述方形钢管嵌入两个所述塑料固定盘，且通过不锈钢螺丝与所述壳体固定连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的螺钉桩，其特征在于，所述螺纹结构等螺距，所述壳体与开口相对的位置形成锥形部，沿背离所述锥形部的方向所述螺纹结构的大径逐步增大。

10.根据权利要求9所述的螺钉桩，其特征在于，所述锥形部的外侧套设有薄壁金属锥头。