CN113152451A - 一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，包括筒壁Ⅰ、筒壁Ⅱ和分叉下放杆。筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ由圆筒平分而成，在筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ相对应的竖直边缘设置棘齿和棘爪结构。分叉下放杆包括滑槽和安装到滑槽内的推杆，推杆的下端铰接两个支腿，支腿端部设置卡端。本发明装置设计巧妙，装置放到合适的位置后，可以利用推杆把盖扣顶出去，顶出去之后推杆又可以顺利收回来；推杆在推出的过程中，能够把两半筒壁推出，推出之后还能带动筒壁单向分开；该推杆在本装置下放过程中，起到了提拉的作用，端部的设计能够固定住两边的筒壁，设计巧妙，适应能力强，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及桩基施工技术领域，具体涉及一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒。
背景技术
桩基是承受动静荷载的一种深基础，而桩是设置于土中的竖直的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密实或压缩性较小的地基持力层上，我们通常将桩基础中的桩称为基桩。桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础形式。随着生产水平的提高和科学技术的发展，桩基的类型、工艺、设计理论、计算方法和应用范围都有了很大的发展，被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等工程中。随着城市建设的不断发展，市区内的各类高耸建筑物和重要建筑物日益增多，深基坑开挖也越来越多，也越来越深，塌孔现象也随之频发。70年代，中国曾发生了几次大地震。以其中的唐山大地震为例，凡采用桩基的建筑物一般受害轻微。由此可见桩基的抗震效果较好，能够有效的解决地震中土质的液化和建筑物的问题，保证地上结构的稳定。桩基中桩的数量和排列应根据上部结构和荷载情况确定。柱下桩基可以用一根也可用一群桩并排列成多边形；墙下桩基常成排布置，当建筑物荷载大和占地面积小时，则要成片布置成满堂桩。因混凝土的抗压强度较高，桩基在抵御竖向荷载是有优势的，但其水平承载力一般。桩基外周的土层通常不是一成不变的，随着桩基的在基础埋深中的增加土质一般会有所变化，比如浅层图一般为回填图、粘性土，再深一点为砾质、强风化砂岩等。复杂的地质情况和桩基施工工艺的差别都会造成桩身出现夹泥、缩颈、断桩等问题。回填土、淤泥层较厚的范围更是容易出现塌孔现象。塌孔是在桩基开挖过程中较为常见的一种工程灾害，对项目造成的影响往往是巨大的。
混凝土灌注中，原停留在地内的测深锤不能上拔或放入测深锤，测得的孔深与原孔深相差较大，可证实属塌孔。造成桩基塌孔的原因很多，列举青岛一处项目桩基塌孔的原因：该项目处于高回填区，回填区域原始地貌地势低洼，存在鱼塘、深沟，原地貌地表水汇集渗透现象，并形成流水，回填后原有地貌与新回填土石方工程形成整体回填地基，原有地表水转变为地下水形成地下水位升高，回填土石方地基被地下水渗透，形成大面积的积水，造成已回填夯实后的地基被侵湿，成孔时易塌孔。
除此之外，造成塌孔的原因还有很多，不论是钻孔过程还是下放钢筋笼过程都有可能出现塌孔现象，部分原因如下：(1)地下水位较浅，泥浆的稠度不满足要求，护壁效果不好，无法抵挡周边的水压。(2)土层过于松软，或者桩基深度范围存在细沙层，容易形成流沙现象。(3)钻孔或者下放钢筋笼过程中破坏、损伤孔壁。(4)桩基未浇筑混凝土之前，周边堆载较大。为了解决项目中的桩基塌孔问题，研究创造一种护壁装置就显得尤为重要。
现在桩基塌孔并没有太好的办法进行处理，主要通过一些预防措施来防止塌孔的发生。如下：(1)根据设计部门提供的地质勘探资料，对于不同的地质情况，选用适宜的泥浆比重，泥浆粘度和不同的钻进速度；如在砂层中，应选用较好的造浆材料，加大泥浆稠度提高泥浆粘度以加强护壁，并适当降低进尺速度；(2)水中振动沉入护筒时，根据地质资料，将护筒穿过淤泥及透水层，护筒衔接严密不漏水；(3)钻孔无特殊原因应尽量连续作业；(4)提升钻头或掉放钢筋笼尽量保持垂直，不要碰撞孔壁；(5)钻孔时尽量避免大型设备作业或车辆通过；(6)灌注工作不具备时暂时不要清孔，降低泥浆比重。
现有的预防措施方案都能够减少塌孔的发生，但是对于深处地层土质不好夹杂淤泥层、流沙等情况并没有一个良好的解决方案，普遍存在以下缺点：(1)解决不了深基坑处的塌孔问题；(2)即便使用一个钢桶作为护壁，施工过程常常难以把控钢桶的直径，经常会有钢护筒难以下放，或者下放到需要的位置后，护筒会自动下沉等问题。
因此，有必要研发一种能解决上述问题的护筒结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，包括筒壁Ⅰ、筒壁Ⅱ和分叉下放杆。
所述筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ分别为由竖直圆筒沿轴线平分而成的两个半圆形曲面板，筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ的开口相对。
所述筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ上均设置有通孔，通孔贯穿筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ的内外侧，筒壁Ⅰ上的通孔与筒壁Ⅰ竖直边缘的弧度为90°，筒壁Ⅱ上的通孔与筒壁Ⅱ竖直边缘的弧度为90°。
两个所述通孔位于同一水平面上，该水平面位于筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ的中段，通孔包括均呈矩形的上端口和下端口，上端口和下端口相互连通形成凸字形孔洞。
每个所述通孔的外侧均设置有盖扣，一个盖扣的上端铰接在筒壁Ⅰ上，另一个盖扣的上端铰接在筒壁Ⅱ上。
所述筒壁Ⅰ的两个竖直边缘分别记为边缘A和边缘B，边缘A面向筒壁Ⅱ的一侧固定有水平的滑杆A，边缘B面向筒壁Ⅱ的一侧固定有水平的滑杆B，滑杆A和滑杆B位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅰ的上端。
所述滑杆A的上表面和滑杆B的上表面分别设置有棘齿A和棘齿B，棘齿A和棘齿B面向筒壁Ⅰ的一侧均为斜面，棘齿A和棘齿B面向筒壁Ⅱ的一侧均为竖直面。
所述筒壁Ⅱ的两个竖直边缘分别记为边缘C和边缘D，边缘C与边缘A对应，边缘D与边缘B对应，边缘C面向边缘A的一侧设置有供滑杆A插入的腔体A，边缘D面向边缘B的一侧设置有供滑杆B插入的腔体B。
所述腔体A内设置有卡头A，卡头A的一端通过水平的销轴铰接在腔体A的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ的径向一致，卡头A另一端的下表面连接有棘爪A，棘爪A与棘齿A匹配。所述卡头A连接有棘爪A的一端的上表面连接有限位弹簧A和提杆A，限位弹簧A的上端与腔体A的顶部连接，提杆A的上端穿过腔体A的顶部并伸出筒壁Ⅱ上表面，提杆A的伸出端连接有提环Ⅰ。
所述腔体B内设置有卡头B，卡头B的一端通过水平的销轴铰接在腔体B的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ的径向一致，卡头B另一端的下表面连接有棘爪B，棘爪B与棘齿B匹配。所述卡头B连接有棘爪B的一端的上表面连接有限位弹簧B和提杆B，限位弹簧B的上端与腔体B的顶部连接，提杆B的上端穿过腔体B的顶部并伸出筒壁Ⅱ上表面，提杆B的伸出端连接有提环Ⅱ。
所述边缘C面向边缘A的一侧连接有水平的滑杆C，边缘D面向边缘B的一侧连接有水平的滑杆D，滑杆C和滑杆D位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅱ的下端。
所述滑杆C的上表面和滑杆D的上表面分别设置有棘齿C和棘齿D，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅰ的一侧均为竖直面，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅱ的一侧均为斜面。
所述边缘A面向边缘C的一侧设置有供滑杆C插入的腔体C，边缘B面向边缘D的一侧设置有供滑杆D插入的腔体D。
所述腔体C内设置有卡头C，卡头C的一端通过水平的销轴铰接在腔体C的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ的径向一致，卡头C另一端的下表面连接有棘爪C，棘爪C与棘齿C匹配。所述卡头C连接有棘爪C的一端的上表面连接有限位弹簧C和提杆C，限位弹簧C的上端与腔体C的顶部连接，提杆C的上端穿过腔体C的顶部并伸出筒壁Ⅰ上表面，提杆C的伸出端连接有提环Ⅲ。
所述腔体D内设置有卡头D，卡头D的一端通过水平的销轴铰接在腔体D的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ的径向一致，卡头D另一端的下表面连接有棘爪D，棘爪D与棘齿D匹配。所述卡头D连接有棘爪D的一端的上表面连接有限位弹簧D和提杆D，限位弹簧D的上端与腔体D的顶部连接，提杆D的上端穿过腔体D的顶部并伸出筒壁Ⅰ上表面，提杆D的伸出端连接有提环Ⅳ。
所述分叉下放杆包括推杆、滑槽和支腿，滑槽竖直设置，推杆安装到滑槽内，推杆的下端铰接有两个支腿，两个支腿均伸出滑槽。所述支腿具有柔韧性，支腿的长度大于筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ的半径。
每个所述支腿远离推杆的一端设置有卡端，卡端为等腰梯形板，卡端具有长底边的一侧与支腿的端部连接，每个盖扣面向通孔的一侧设置有供卡端嵌入的凹槽。
初始状态时，所述滑杆A完全伸入腔体A内，滑杆C完全伸入腔体C内，边缘A和边缘C紧密贴合，滑杆B完全伸入腔体B内，滑杆D完全伸入腔体D内，边缘B和边缘D紧密贴合，筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ拼接成完整的圆筒结构。
施工时，将两个所述卡端分别穿过两个通孔并卡在通孔上端口的外侧，卡端的自由端嵌入盖扣上的凹槽内，通过推杆将圆筒结构下放到桩基基坑中。待所述圆筒结构到达基坑底部后，保持推杆不动，滑槽竖直向下运动并与基坑底部接触。沿所述滑槽向下推动推杆，盖扣受卡端的作用向外顶起并插入基坑周边的土体内，筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ受盖扣的拉拽相互分离。持续向下推动所述推杆，当支腿的支撑力小于基坑内壁对筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ的作用力时，支腿产生弹性形变，棘爪A和棘齿A的作用力、棘爪B和棘齿B的作用力、棘爪C和棘齿C的作用力、棘爪D和棘齿D的作用力防止筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ靠近。继续向下推动所述推杆，直到推杆恢复原长，卡端从通孔下端口滑入筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ内，取出分叉下放杆。
需要取出所述筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ时，向上提起提环Ⅰ、提环Ⅱ、提环Ⅲ和提环Ⅳ，提杆A拉动卡头A向上转动，限位弹簧A缩短，棘爪A释放对棘齿A的限位，提杆B拉动卡头B向上转动，限位弹簧B缩短，棘爪B释放对棘齿B的限位，提杆C拉动卡头C向上转动，限位弹簧C缩短，棘爪C释放对棘齿C的限位，提杆D拉动卡头D向上转动，限位弹簧D缩短，棘爪D释放对棘齿D的限位，筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ的张力消失。通过所述提环Ⅰ、提环Ⅱ、提环Ⅲ和提环Ⅳ将筒壁Ⅰ和筒壁Ⅱ从基坑中抽出。
进一步，所述滑杆A、滑杆B、滑杆C和滑杆D均为弧形杆件，这些弧形杆件的半径均与筒壁Ⅰ以及筒壁Ⅱ的半径相匹配。
进一步，所述滑槽包括槽钢和连接撑，两个槽钢竖直布置且槽口相对，槽钢的每个翼缘上均设置有卷边，两个槽钢相对应的卷边之间连接有若干连接撑。
所述推杆为H型钢，推杆的两个翼缘分别插入两个槽钢内。
进一步，所述推杆和支腿采用若干轴承Ⅰ和轴承Ⅱ铰接，推杆的腹板两侧均连接有若干轴承Ⅰ，若干轴承Ⅰ沿水平方向等间距布置且均靠近推杆的下端。
每个所述支腿的端部均连接有若干轴承Ⅱ，若干轴承Ⅱ沿水平方向等间距布置，若干轴承Ⅱ嵌入若干轴承Ⅰ的间隙内，轴杆穿过若干轴承Ⅱ和若干轴承Ⅰ，轴杆的长度方向与推杆腹板的宽度方向一致。
进一步，两个所述盖扣均通过销轴铰接在通孔下端口的内壁上，这两个销轴中的一个销轴轴向与筒壁Ⅰ的径向垂直，另一个销轴轴向与筒壁Ⅱ的径向垂直，这两个销轴均靠近所在通孔的上端口。
所述盖扣受卡端的作用向外顶起的过程中，盖扣外壁受通孔下端口顶部的限制，其转动的最大角度为转动至水平状态。
本发明的有益效果在于：
1.本发明装置能够有效的解决由于地层土质原因出现的桩基塌孔问题；
2.本发明装置可靠度高，操作性能好，可适用于各种不同的地基软弱层；简化操作、施工方便，不需要借助额外的动力即可完成该护筒装置的扩径，节省能源；
3.本发明装置牢固可靠，盖扣被推出去之后，能够和周边的基坑坑壁形成有效的固定措施，即便该装置有下沉的趋势，也只会使得盖扣在坑壁中越插越深，使得本装置越来越有效；
4.本发明装置设计巧妙，装置放到合适的位置后，可以利用推杆把盖扣顶出去，顶出去之后推杆又可以顺利收回来；推杆在推出的过程中，能够把两半筒壁推出，推出之后还能带动筒壁单向分开；该推杆在本装置下放过程中，起到了提拉的作用，端部的设计能够固定住两边的筒壁，设计巧妙，适应能力强，值得推广；
5.在施工完成后，本发明装置还可以借助机械吊出来，反复的利用，符合绿色建筑的要求。
附图说明
图1为本发明的固定筒下放时的示意图；
图2为分叉下放杆的示意图；
图3为滑槽的示意图；
图4为推杆和支腿铰接处的示意图；
图5为卡端嵌入盖扣的凹槽的示意图；
图6为盖扣翻转示意图；
图7为取出分叉下放杆时的示意图；
图8为滑杆A与棘爪A的配合示意图。
图中：筒壁Ⅰ1、筒壁Ⅱ2、通孔3、提环Ⅰ4、提环Ⅱ5、提环Ⅲ6、提环Ⅳ7、盖扣8、凹槽801、推杆9、滑槽10、槽钢1001、连接撑1002、支腿11、卡端1101、轴承12、轴承Ⅱ13、滑杆A14、棘齿A15、卡头A16、棘爪A17、限位弹簧A18和提杆A19。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，包括筒壁Ⅰ1、筒壁Ⅱ2和分叉下放杆。
所述筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2分别为由竖直圆筒沿轴线平分而成的两个弧形板，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的开口相对。
参见图1或7，所述筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2上均设置有通孔3，通孔3贯穿筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的内外侧，筒壁Ⅰ1上的通孔3与筒壁Ⅰ1竖直边缘的弧度为90°，筒壁Ⅱ2上的通孔3与筒壁Ⅱ2竖直边缘的弧度为90°。
两个所述通孔3位于同一水平面上，该水平面位于筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的中段，参见图7，通孔3包括均呈矩形的上端口和下端口，上端口和下端口相互连通形成凸字形孔洞。
每个所述通孔3的外侧均设置有盖扣8，两个盖扣8均通过销轴铰接在通孔3下端口的内壁上，这两个销轴中的一个销轴轴向与筒壁Ⅰ1的径向垂直，另一个销轴轴向与筒壁Ⅱ2的径向垂直，这两个销轴均靠近所在通孔3的上端口。
所述筒壁Ⅰ1的两个竖直边缘分别记为边缘A和边缘B，边缘A面向筒壁Ⅱ2的一侧连接有水平的滑杆A14，边缘B面向筒壁Ⅱ2的一侧连接有水平的滑杆B，滑杆A14和滑杆B位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅰ1的上端。
所述滑杆A14的上表面和滑杆B的上表面分别设置有棘齿A15和棘齿B，棘齿A15和棘齿B面向筒壁Ⅰ1的一侧均为斜面，棘齿A15和棘齿B面向筒壁Ⅱ2的一侧均为竖直面。
所述筒壁Ⅱ2的两个竖直边缘分别记为边缘C和边缘D，边缘C与边缘A对应，边缘D与边缘B对应，边缘C面向边缘A的一侧设置有供滑杆A14插入的腔体A，边缘D面向边缘B的一侧设置有供滑杆B插入的腔体B。
所述腔体A内设置有卡头A16，卡头A16的一端通过水平的销轴铰接在腔体A的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ2的径向一致，卡头A16另一端的下表面连接有棘爪A17，棘爪A17与棘齿A15匹配。所述卡头A16连接有棘爪A17的一端的上表面连接有限位弹簧A18和提杆A19，限位弹簧A18的上端与腔体A的顶部连接，提杆A19的上端穿过腔体A的顶部并伸出筒壁Ⅱ2上表面，提杆A19的伸出端连接有提环Ⅰ4。参见图8，为所述滑杆A14与棘爪A17的配合示意图，限位弹簧A18始终处于压缩状态，向卡头A16和棘爪A17施加向下的弹力，棘爪A17能有效限制滑杆A14滑入腔体A，但可在推杆9的推力作用下使滑杆A14滑出腔体A，实现单向运动，当需要释放棘爪A17与棘齿A15之间的限位时，提起提环Ⅰ4，进一步压缩限位弹簧A18，棘爪A17提起即释放限位。
所述腔体B内设置有卡头B，卡头B的一端通过水平的销轴铰接在腔体B的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ2的径向一致，卡头B另一端的下表面连接有棘爪B，棘爪B与棘齿B匹配。所述卡头B连接有棘爪B的一端的上表面连接有限位弹簧B和提杆B，限位弹簧B的上端与腔体B的顶部连接，提杆B的上端穿过腔体B的顶部并伸出筒壁Ⅱ2上表面，提杆B的伸出端连接有提环Ⅱ5。
所述边缘C面向边缘A的一侧连接有水平的滑杆C，边缘D面向边缘B的一侧连接有水平的滑杆D，滑杆C和滑杆D位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅱ2的下端。所述滑杆A14、滑杆B、滑杆C和滑杆D均为弧形杆件，这些弧形杆件的半径均与筒壁Ⅰ1以及筒壁Ⅱ2的半径相匹配。
所述滑杆C的上表面和滑杆D的上表面分别设置有棘齿C和棘齿D，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅰ1的一侧均为竖直面，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅱ2的一侧均为斜面。
所述边缘A面向边缘C的一侧设置有供滑杆C插入的腔体C，边缘B面向边缘D的一侧设置有供滑杆D插入的腔体D。
所述腔体C内设置有卡头C，卡头C的一端通过水平的销轴铰接在腔体C的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ1的径向一致，卡头C另一端的下表面连接有棘爪C，棘爪C与棘齿C匹配。所述卡头C连接有棘爪C的一端的上表面连接有限位弹簧C和提杆C，限位弹簧C的上端与腔体C的顶部连接，提杆C的上端穿过腔体C的顶部并伸出筒壁Ⅰ1上表面，提杆C的伸出端连接有提环Ⅲ6。
所述腔体D内设置有卡头D，卡头D的一端通过水平的销轴铰接在腔体D的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ1的径向一致，卡头D另一端的下表面连接有棘爪D，棘爪D与棘齿D匹配。所述卡头D连接有棘爪D的一端的上表面连接有限位弹簧D和提杆D，限位弹簧D的上端与腔体D的顶部连接，提杆D的上端穿过腔体D的顶部并伸出筒壁Ⅰ1上表面，提杆D的伸出端连接有提环Ⅳ7。
参见图2，所述分叉下放杆包括推杆9、滑槽10和支腿11，滑槽10竖直设置，推杆9安装到滑槽10内，推杆9的下端铰接有两个支腿11，两个支腿11均伸出滑槽10。所述支腿11采用柔韧性比较好的钢材制成，支腿11的长度大于筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的半径。
参见图2或3，所述滑槽10包括槽钢1001和连接撑1002，两个槽钢1001竖直布置且槽口相对，槽钢1001的每个翼缘上均设置有卷边，两个槽钢1001相对应的卷边之间连接有若干连接撑1002。所述推杆9为H型钢，推杆9的两个翼缘分别插入两个槽钢1001内。所述连接撑1002既不阻碍推杆9的上下滑动，又可以把两个槽钢1001链接成一个整体，槽钢1001的槽口尺寸既能够贴合推杆9，又能够限制推杆9仅在槽口内上下滑动。
每个所述支腿11远离推杆9的一端设置有卡端1101，卡端1101为等腰梯形板，卡端1101具有长底边的一侧与支腿11的端部连接，参见图5，每个盖扣8面向通孔3的一侧设置有供卡端1101嵌入的凹槽801。
参见图4，所述推杆9和支腿11采用若干轴承Ⅰ12和轴承Ⅱ13铰接，推杆9的腹板两侧均焊接有若干轴承Ⅰ12，若干轴承Ⅰ12沿水平方向等间距布置且均靠近推杆9的下端。
每个所述支腿11的端部均焊接有若干轴承Ⅱ13，若干轴承Ⅱ13沿水平方向等间距布置，若干轴承Ⅱ13嵌入若干轴承Ⅰ12的间隙内，轴杆穿过若干轴承Ⅱ13和若干轴承Ⅰ12，轴杆的长度方向与推杆9腹板的宽度方向一致。
初始状态时，所述滑杆A14完全伸入腔体A内，滑杆C完全伸入腔体C内，边缘A和边缘C紧密贴合，滑杆B完全伸入腔体B内，滑杆D完全伸入腔体D内，边缘B和边缘D紧密贴合，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2拼接成完整的圆筒结构。
施工时，将两个所述卡端1101分别穿过两个通孔3并卡在通孔3上端口的外侧，卡端1101的自由端嵌入盖扣8上的凹槽801内，通过推杆9将圆筒结构下放到桩基基坑中。待所述圆筒结构到达基坑底部后，保持推杆9不动，滑槽10竖直向下运动并与基坑底部接触。沿所述滑槽10向下推动推杆9，参见图6，盖扣8受卡端1101的作用向外顶起并插入基坑周边的土体内，当盖扣8转动至水平状态时，盖扣8外壁受通孔3下端口顶部的限制将停止转动，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2受盖扣8的拉拽相互分离。持续向下推动所述推杆9，当支腿11的支撑力小于基坑内壁对筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的作用力时，支腿11产生弹性形变，棘爪A17和棘齿A15的作用力、棘爪B和棘齿B的作用力、棘爪C和棘齿C的作用力、棘爪D和棘齿D的作用限制筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2单向分离，防止筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2靠近。继续向下推动所述推杆9，直到推杆9恢复原长，参见图7，卡端1101从通孔3下端口滑入筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2内，取出分叉下放杆。
需要取出所述筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2时，向上提起提环Ⅰ4、提环Ⅱ5、提环Ⅲ6和提环Ⅳ7，提杆A19拉动卡头A16向上转动，限位弹簧A18缩短，棘爪A17释放对棘齿A15的限位，提杆B拉动卡头B向上转动，限位弹簧B缩短，棘爪B释放对棘齿B的限位，提杆C拉动卡头C向上转动，限位弹簧C缩短，棘爪C释放对棘齿C的限位，提杆D拉动卡头D向上转动，限位弹簧D缩短，棘爪D释放对棘齿D的限位，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的张力消失。通过所述提环Ⅰ4、提环Ⅱ5、提环Ⅲ6和提环Ⅳ7将筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2从基坑中抽出。
值得说明的是，基坑塌孔问题由来已久，在建筑项目的建设过程中难以避免，出现了塌孔之后，处理起来耗时费力，影响项目工程的工期，造成一定的经济损失，污染环境。本发明是针对施工过程中有可能出现塌孔的区域段而发明设计的一种防止塌孔的扩径固定桶。本装置能够沿着桩基坑壁周边形成有效外扩支撑作用，阻止了有坍塌倾向的土体继续扰动。本装置为环形设计，形成了一个完整封闭环，受力均匀，这种设计能够使得土体推力产生的弯矩能够相互分配抵消，受力形式良好，节约钢材。在使用之后，本装置还可以借助机械吊出来，反复的利用，符合绿色建筑的要求。
此外，本实施例所述结构还具有如下优点：制作方便、任意的钢板脚料都可以成为本结构的制作材料；施工安装方便快捷，不需要对员工进行专门的培训，普工即可完成施工，要求简单，仅需安装到位即可，护壁效果较为明显；调节性强，操作灵活，可以反复使用。
实施例2：
本实施例公开了一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，包括筒壁Ⅰ1、筒壁Ⅱ2和分叉下放杆。
所述筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2分别为由竖直圆筒沿轴线平分而成的两个弧形板，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的开口相对。
参见图1或7，所述筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2上均设置有通孔3，通孔3贯穿筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的内外侧，筒壁Ⅰ1上的通孔3与筒壁Ⅰ1竖直边缘的弧度为90°，筒壁Ⅱ2上的通孔3与筒壁Ⅱ2竖直边缘的弧度为90°。
两个所述通孔3位于同一水平面上，该水平面位于筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的中段，参见图7，通孔3包括均呈矩形的上端口和下端口，上端口和下端口相互连通形成凸字形孔洞。
每个所述通孔3的外侧均设置有盖扣8，一个盖扣8的上端铰接在筒壁Ⅰ1上，另一个盖扣8的上端铰接在筒壁Ⅱ2上。
所述筒壁Ⅰ1的两个竖直边缘分别记为边缘A和边缘B，边缘A面向筒壁Ⅱ2的一侧连接有水平的滑杆A14，边缘B面向筒壁Ⅱ2的一侧连接有水平的滑杆B，滑杆A14和滑杆B位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅰ1的上端。
所述滑杆A14的上表面和滑杆B的上表面分别设置有棘齿A15和棘齿B，棘齿A15和棘齿B面向筒壁Ⅰ1的一侧均为斜面，棘齿A15和棘齿B面向筒壁Ⅱ2的一侧均为竖直面。
所述筒壁Ⅱ2的两个竖直边缘分别记为边缘C和边缘D，边缘C与边缘A对应，边缘D与边缘B对应，边缘C面向边缘A的一侧设置有供滑杆A14插入的腔体A，边缘D面向边缘B的一侧设置有供滑杆B插入的腔体B。
所述腔体A内设置有卡头A16，卡头A16的一端通过水平的销轴铰接在腔体A的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ2的径向一致，卡头A16另一端的下表面连接有棘爪A17，棘爪A17与棘齿A15匹配。所述卡头A16连接有棘爪A17的一端的上表面连接有限位弹簧A18和提杆A19，限位弹簧A18的上端与腔体A的顶部连接，提杆A19的上端穿过腔体A的顶部并伸出筒壁Ⅱ2上表面，提杆A19的伸出端连接有提环Ⅰ4。参见图8，为所述滑杆A14与棘爪A17的配合示意图。
所述腔体B内设置有卡头B，卡头B的一端通过水平的销轴铰接在腔体B的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ2的径向一致，卡头B另一端的下表面连接有棘爪B，棘爪B与棘齿B匹配。所述卡头B连接有棘爪B的一端的上表面连接有限位弹簧B和提杆B，限位弹簧B的上端与腔体B的顶部连接，提杆B的上端穿过腔体B的顶部并伸出筒壁Ⅱ2上表面，提杆B的伸出端连接有提环Ⅱ5。
所述边缘C面向边缘A的一侧连接有水平的滑杆C，边缘D面向边缘B的一侧连接有水平的滑杆D，滑杆C和滑杆D位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅱ2的下端。
所述滑杆C的上表面和滑杆D的上表面分别设置有棘齿C和棘齿D，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅰ1的一侧均为竖直面，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅱ2的一侧均为斜面。
所述边缘A面向边缘C的一侧设置有供滑杆C插入的腔体C，边缘B面向边缘D的一侧设置有供滑杆D插入的腔体D。
所述腔体C内设置有卡头C，卡头C的一端通过水平的销轴铰接在腔体C的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ1的径向一致，卡头C另一端的下表面连接有棘爪C，棘爪C与棘齿C匹配。所述卡头C连接有棘爪C的一端的上表面连接有限位弹簧C和提杆C，限位弹簧C的上端与腔体C的顶部连接，提杆C的上端穿过腔体C的顶部并伸出筒壁Ⅰ1上表面，提杆C的伸出端连接有提环Ⅲ6。
所述腔体D内设置有卡头D，卡头D的一端通过水平的销轴铰接在腔体D的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ1的径向一致，卡头D另一端的下表面连接有棘爪D，棘爪D与棘齿D匹配。所述卡头D连接有棘爪D的一端的上表面连接有限位弹簧D和提杆D，限位弹簧D的上端与腔体D的顶部连接，提杆D的上端穿过腔体D的顶部并伸出筒壁Ⅰ1上表面，提杆D的伸出端连接有提环Ⅳ7。
参见图2，所述分叉下放杆包括推杆9、滑槽10和支腿11，滑槽10竖直设置，推杆9安装到滑槽10内，推杆9的下端铰接有两个支腿11，两个支腿11均伸出滑槽10。所述支腿11具有柔韧性，支腿11的长度大于筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的半径。
每个所述支腿11远离推杆9的一端设置有卡端1101，卡端1101为等腰梯形板，卡端1101具有长底边的一侧与支腿11的端部连接，参见图5，每个盖扣8面向通孔3的一侧设置有供卡端1101嵌入的凹槽801。
初始状态时，所述滑杆A14完全伸入腔体A内，滑杆C完全伸入腔体C内，边缘A和边缘C紧密贴合，滑杆B完全伸入腔体B内，滑杆D完全伸入腔体D内，边缘B和边缘D紧密贴合，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2拼接成完整的圆筒结构。
施工时，将两个所述卡端1101分别穿过两个通孔3并卡在通孔3上端口的外侧，卡端1101的自由端嵌入盖扣8上的凹槽801内，通过推杆9将圆筒结构下放到桩基基坑中。待所述圆筒结构到达基坑底部后，保持推杆9不动，滑槽10竖直向下运动并与基坑底部接触。沿所述滑槽10向下推动推杆9，参见图6，盖扣8受卡端1101的作用向外顶起并插入基坑周边的土体内，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2受盖扣8的拉拽相互分离。持续向下推动所述推杆9，当支腿11的支撑力小于基坑内壁对筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的作用力时，支腿11产生弹性形变，棘爪A17和棘齿A15的作用力、棘爪B和棘齿B的作用力、棘爪C和棘齿C的作用力、棘爪D和棘齿D的作用力防止筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2靠近。继续向下推动所述推杆9，直到推杆9恢复原长，参见图7，卡端1101从通孔3下端口滑入筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2内，取出分叉下放杆。
需要取出所述筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2时，向上提起提环Ⅰ4、提环Ⅱ5、提环Ⅲ6和提环Ⅳ7，提杆A19拉动卡头A16向上转动，限位弹簧A18缩短，棘爪A17释放对棘齿A15的限位，提杆B拉动卡头B向上转动，限位弹簧B缩短，棘爪B释放对棘齿B的限位，提杆C拉动卡头C向上转动，限位弹簧C缩短，棘爪C释放对棘齿C的限位，提杆D拉动卡头D向上转动，限位弹簧D缩短，棘爪D释放对棘齿D的限位，筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2的张力消失。通过所述提环Ⅰ4、提环Ⅱ5、提环Ⅲ6和提环Ⅳ7将筒壁Ⅰ1和筒壁Ⅱ2从基坑中抽出。
值得说明的是，桩基在钻孔的过程中，受各种原因的影响，会出现塌孔问题，造成严重的工程灾害，带来一定的经济损失，本发明是针对桩基塌孔这种施工灾害所研究创造的一种变直径紧锁式护壁套筒。该装置能够紧贴桩基基壁，形成有效的支撑，圆形的护壁装置由于周边都互为支撑，承载能力比较高，牢固可靠，本装置适用不同直径的桩基，可以反复使用，适用面广，符合绿色施工的要求。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述滑杆A14、滑杆B、滑杆C和滑杆D均为弧形杆件，这些弧形杆件的半径均与筒壁Ⅰ1以及筒壁Ⅱ2的半径相匹配。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，参见图3，所述滑槽10包括槽钢1001和连接撑1002，两个槽钢1001竖直布置且槽口相对，槽钢1001的每个翼缘上均设置有卷边，两个槽钢1001相对应的卷边之间连接有若干连接撑1002。
参见图2，所述推杆9为H型钢，推杆9的两个翼缘分别插入两个槽钢1001内。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例4，进一步，参见图4，所述推杆9和支腿11采用若干轴承Ⅰ12和轴承Ⅱ13铰接，推杆9的腹板两侧均连接有若干轴承Ⅰ12，若干轴承Ⅰ12沿水平方向等间距布置且均靠近推杆9的下端。
每个所述支腿11的端部均连接有若干轴承Ⅱ13，若干轴承Ⅱ13沿水平方向等间距布置，若干轴承Ⅱ13嵌入若干轴承Ⅰ12的间隙内，轴杆穿过若干轴承Ⅱ13和若干轴承Ⅰ12，轴杆的长度方向与推杆9腹板的宽度方向一致。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例5，进一步，两个所述盖扣8均通过销轴铰接在通孔3下端口的内壁上，这两个销轴中的一个销轴轴向与筒壁Ⅰ1的径向垂直，另一个销轴轴向与筒壁Ⅱ2的径向垂直，这两个销轴均靠近所在通孔3的上端口。
参见图6，所述盖扣8受卡端1101的作用向外顶起的过程中，盖扣8外壁受通孔3下端口顶部的限制，其转动的最大角度为转动至水平状态。
Claims (5)
1.一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，其特征在于：包括所述筒壁Ⅰ(1)、筒壁Ⅱ(2)和分叉下放杆；
所述筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)分别为由竖直圆筒沿轴线平分而成的两个半圆形曲面板，筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)的开口相对；
所述筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)上均设置有通孔(3)，通孔(3)贯穿筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)的内外侧，筒壁Ⅰ(1)上的通孔(3)与筒壁Ⅰ(1)竖直边缘的弧度为90°，筒壁Ⅱ(2)上的通孔(3)与筒壁Ⅱ(2)竖直边缘的弧度为90°；
两个所述通孔(3)位于同一水平面上，该水平面位于筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)的中段，通孔(3)包括均呈矩形的上端口和下端口，上端口和下端口相互连通形成凸字形孔洞；
每个所述通孔(3)的外侧均设置有盖扣(8)，一个盖扣(8)的上端铰接在筒壁Ⅰ(1)上，另一个盖扣(8)的上端铰接在筒壁Ⅱ(2)上；
所述筒壁Ⅰ(1)的两个竖直边缘分别记为边缘A和边缘B，边缘A面向筒壁Ⅱ(2)的一侧固定有水平的滑杆A(14)，边缘B面向筒壁Ⅱ(2)的一侧固定有水平的滑杆B，滑杆A(14)和滑杆B位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅰ(1)的上端；
所述滑杆A(14)的上表面和滑杆B的上表面分别设置有棘齿A(15)和棘齿B，棘齿A(15)和棘齿B面向筒壁Ⅰ(1)的一侧均为斜面，棘齿A(15)和棘齿B面向筒壁Ⅱ(2)的一侧均为竖直面；
所述筒壁Ⅱ(2)的两个竖直边缘分别记为边缘C和边缘D，边缘C与边缘A对应，边缘D与边缘B对应，边缘C面向边缘A的一侧设置有供滑杆A(14)插入的腔体A，边缘D面向边缘B的一侧设置有供滑杆B插入的腔体B；
所述腔体A内设置有卡头A(16)，卡头A(16)的一端通过水平的销轴铰接在腔体A的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ(2)的径向一致，卡头A(16)另一端的下表面连接有棘爪A(17)，棘爪A(17)与棘齿A(15)匹配；所述卡头A(16)连接有棘爪A(17)的一端的上表面连接有限位弹簧A(18)和提杆A(19)，限位弹簧A(18)的上端与腔体A的顶部连接，提杆A(19)的上端穿过腔体A的顶部并伸出筒壁Ⅱ(2)上表面，提杆A(19)的伸出端连接有提环Ⅰ(4)；
所述腔体B内设置有卡头B，卡头B的一端通过水平的销轴铰接在腔体B的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅱ(2)的径向一致，卡头B另一端的下表面连接有棘爪B，棘爪B与棘齿B匹配；所述卡头B连接有棘爪B的一端的上表面连接有限位弹簧B和提杆B，限位弹簧B的上端与腔体B的顶部连接，提杆B的上端穿过腔体B的顶部并伸出筒壁Ⅱ(2)上表面，提杆B的伸出端连接有提环Ⅱ(5)；
所述边缘C面向边缘A的一侧连接有水平的滑杆C，边缘D面向边缘B的一侧连接有水平的滑杆D，滑杆C和滑杆D位于同一水平面上且靠近筒壁Ⅱ(2)的下端；
所述滑杆C的上表面和滑杆D的上表面分别设置有棘齿C和棘齿D，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅰ(1)的一侧均为竖直面，棘齿C和棘齿D面向筒壁Ⅱ(2)的一侧均为斜面；
所述边缘A面向边缘C的一侧设置有供滑杆C插入的腔体C，边缘B面向边缘D的一侧设置有供滑杆D插入的腔体D；
所述腔体C内设置有卡头C，卡头C的一端通过水平的销轴铰接在腔体C的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ(1)的径向一致，卡头C另一端的下表面连接有棘爪C，棘爪C与棘齿C匹配；所述卡头C连接有棘爪C的一端的上表面连接有限位弹簧C和提杆C，限位弹簧C的上端与腔体C的顶部连接，提杆C的上端穿过腔体C的顶部并伸出筒壁Ⅰ(1)上表面，提杆C的伸出端连接有提环Ⅲ(6)；
所述腔体D内设置有卡头D，卡头D的一端通过水平的销轴铰接在腔体D的内壁上，该销轴的轴线方向与筒壁Ⅰ(1)的径向一致，卡头D另一端的下表面连接有棘爪D，棘爪D与棘齿D匹配；所述卡头D连接有棘爪D的一端的上表面连接有限位弹簧D和提杆D，限位弹簧D的上端与腔体D的顶部连接，提杆D的上端穿过腔体D的顶部并伸出筒壁Ⅰ(1)上表面，提杆D的伸出端连接有提环Ⅳ(7)；
所述分叉下放杆包括推杆(9)、滑槽(10)和支腿(11)，滑槽(10)竖直设置，推杆(9)安装到滑槽(10)内，推杆(9)的下端铰接有两个支腿(11)，两个支腿(11)均伸出滑槽(10)；所述支腿(11)具有柔韧性，支腿(11)的长度大于筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)的半径；
每个所述支腿(11)远离推杆(9)的一端设置有卡端(1101)，卡端(1101)为等腰梯形板，卡端(1101)具有长底边的一侧与支腿(11)的端部连接，每个盖扣(8)面向通孔(3)的一侧设置有供卡端(1101)嵌入的凹槽(801)；
初始状态时，所述滑杆A(14)完全伸入腔体A内，滑杆C完全伸入腔体C内，边缘A和边缘C紧密贴合，滑杆B完全伸入腔体B内，滑杆D完全伸入腔体D内，边缘B和边缘D紧密贴合，筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)拼接成完整的圆筒结构；
施工时，将两个所述卡端(1101)分别穿过两个通孔(3)并卡在通孔(3)上端口的外侧，卡端(1101)的自由端嵌入盖扣(8)上的凹槽(801)内，通过推杆(9)将圆筒结构下放到桩基基坑中；待所述圆筒结构到达基坑底部后，保持推杆(9)不动，滑槽(10)竖直向下运动并与基坑底部接触；沿所述滑槽(10)向下推动推杆(9)，盖扣(8)受卡端(1101)的作用向外顶起并插入基坑周边的土体内，筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)受盖扣(8)的拉拽相互分离；持续向下推动所述推杆(9)，当支腿(11)的支撑力小于基坑内壁对筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)的作用力时，支腿(11)产生弹性形变，棘爪A(17)和棘齿A(15)的作用力、棘爪B和棘齿B的作用力、棘爪C和棘齿C的作用力、棘爪D和棘齿D的作用力防止筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)靠近；继续向下推动所述推杆(9)，直到推杆(9)恢复原长，卡端(1101)从通孔(3)下端口滑入筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)内，取出分叉下放杆；
需要取出所述筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)时，向上提起提环Ⅰ(4)、提环Ⅱ(5)、提环Ⅲ(6)和提环Ⅳ(7)，提杆A(19)拉动卡头A(16)向上转动，限位弹簧A(18)缩短，棘爪A(17)释放对棘齿A(15)的限位，提杆B拉动卡头B向上转动，限位弹簧B缩短，棘爪B释放对棘齿B的限位，提杆C拉动卡头C向上转动，限位弹簧C缩短，棘爪C释放对棘齿C的限位，提杆D拉动卡头D向上转动，限位弹簧D缩短，棘爪D释放对棘齿D的限位，筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)的张力消失；通过所述提环Ⅰ(4)、提环Ⅱ(5)、提环Ⅲ(6)和提环Ⅳ(7)将筒壁Ⅰ(1)和筒壁Ⅱ(2)从基坑中抽出。
2.根据权利要求1所述的一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，其特征在于：所述滑杆A(14)、滑杆B、滑杆C和滑杆D均为弧形杆件，这些弧形杆件的半径均与筒壁Ⅰ(1)以及筒壁Ⅱ(2)的半径相匹配。
3.根据权利要求1或2所述的一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，其特征在于：所述滑槽(10)包括槽钢(1001)和连接撑(1002)，两个槽钢(1001)竖直布置且槽口相对，槽钢(1001)的每个翼缘上均设置有卷边，两个槽钢(1001)相对应的卷边之间连接有若干连接撑(1002)；
所述推杆(9)为H型钢，推杆(9)的两个翼缘分别插入两个槽钢(1001)内。
4.根据权利要求3所述的一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，其特征在于：所述推杆(9)和支腿(11)采用若干轴承Ⅰ(12)和轴承Ⅱ(13)铰接，推杆(9)的腹板两侧均连接有若干轴承Ⅰ(12)，若干轴承Ⅰ(12)沿水平方向等间距布置且均靠近推杆(9)的下端；
每个所述支腿(11)的端部均连接有若干轴承Ⅱ(13)，若干轴承Ⅱ(13)沿水平方向等间距布置，若干轴承Ⅱ(13)嵌入若干轴承Ⅰ(12)的间隙内，轴杆穿过若干轴承Ⅱ(13)和若干轴承Ⅰ(12)，轴杆的长度方向与推杆(9)腹板的宽度方向一致。
5.根据权利要求3或4所述的一种防止桩基基坑塌孔扩径固定筒，其特征在于：两个所述盖扣(8)均通过销轴铰接在通孔(3)下端口的内壁上，这两个销轴中的一个销轴轴向与筒壁Ⅰ(1)的径向垂直，另一个销轴轴向与筒壁Ⅱ(2)的径向垂直，这两个销轴均靠近所在通孔(3)的上端口；
所述盖扣(8)受卡端(1101)的作用向外顶起的过程中，盖扣(8)外壁受通孔(3)下端口顶部的限制，其转动的最大角度为转动至水平状态。
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