CN115506335B - 气压温控式刺桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气压温控式刺桩，它的预制桩体设有中心孔和多层横向孔，中心孔内预埋有芯管，横向孔内设有基础套管；基础套管密封螺接有外套管，外套管内滑动套合有内套管，内套管滑动套合有刺根；内套管设有第一端头而第一端头设有与外套管抵靠的第一密封圈；刺根设有第二端头而第二端头设有与内套管抵靠的第二密封圈；当外套管、内套管和刺根收缩重叠时，外套管内壁涂抹有用于拦挡第一端头的固态油脂层，内套管内壁涂抹有用于拦挡第二端头的固态油脂层；芯管上端经气管与空压机连通，该空压机出风口与气管之间设有一根用于将空气加热至固态油脂层熔点的加热管。该刺桩外扩幅度大、力度迅猛，能避免外扩组件提前外扩展开。

Description

气压温控式刺桩

技术领域

本发明涉及桩基施工技术领域，具体讲是一种气压温控式刺桩。

背景技术

近年来，随着国家经济建设的迅猛发展，桩基施工技术获得了更为广阔的推广和应用。而伴着建筑施工水平的提升，对桩基的承载力及抗沉降水平自然提出了更高的要求。目前行业内主要是采用在桩侧成齿或成刺的方式来增大桩侧摩阻力，以提升桩基承载力和抗沉降水平。

如现有技术的推挤式齿桩的施工工艺，就是向钻孔悬吊放入左右对称的两块弧形的推板，每块推板外弧面设多个外凸的钢尖而两块推板内侧设有液压油缸，启动液压油缸外推两块推板，从而在孔壁土体形成与各个钢尖一一吻合的小凹坑，回缩油缸使钢尖从对应的小凹坑脱离，再下放钢筋笼并浇捣混凝土，从而在桩侧各个小凹坑中形成外凸并嵌入孔壁土体的各个凸齿，以此来增大桩侧摩阻力。但上述推挤式的工艺存在一系列弊端，首先需要将油缸及液压管路等吊运至钻孔的各个高度并不断外扩回缩，其操作繁琐费力；更重要的是，孔壁土体并不稳固，即便有泥浆护壁，但钢尖回缩脱离小凹坑或在别的高度挤压孔壁的动作均会造成扰动，使得成型的小凹坑发生坍塌，最终导致后期浇捣桩体混凝土后形成的各个凸齿的形状不规则，尺寸不统一，对桩侧摩阻力的增益有限。

为克服上述操作繁琐、小凹坑坍塌、成齿不规则的弊端，也有人提出了利用液压成刺的方案，如申请号为031508766的申请，其步骤大致为，将一根预制桩送入土体，且该预制桩内预埋了多根护管，而每根护管内滑动配合一刺根，且该刺根后端设活塞，通过向护管灌入高压水，外推活塞，进而使得刺根推入桩侧土体，从而在桩侧形成外凸并嵌入孔壁土体的各个刺根，以此来增大桩侧摩阻力。

但上述桩侧成刺的方式仍然存在较大的缺陷。首先，高压水从预制桩中心管沿各个护管向外，难免会泄露到桩侧土体中，这样，会稀释桩侧土体，直接降低桩体的桩侧摩阻力，对桩基承载力和抗沉降水平造成明显不利；而且，桩体内部的中心孔及各个护管内，也会充满并残留大量的水，这会显著增加桩体内钢筋发生腐蚀的概率，也会对桩体混凝土结构的耐久性产生不利影响；况且，当桩体内水压卸去后，各个刺根失去向外推挤的压力，可能会在桩侧土体侧压力作用下回缩，造成桩体侧摩阻力变小；还有，该预制桩内的刺根结构单一，仅有一节，其外扩幅度有限，对桩体侧摩阻力的增幅也有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种外扩幅度大、外扩力度迅猛，能有效增强桩侧摩阻力，且制备和操作均方便，不会稀释土体，也不会破坏桩体混凝土结构的耐久性，还能避免外扩组件装配时以及送桩入土时外扩组件提前外扩展开的气压温控式刺桩。

本发明的一种技术解决方案是，提供一种气压温控式刺桩，它包括预制桩体，预制桩体内设有一个中心孔和多层横向孔，每层横向孔为多个且各个横向孔均与中心孔连通；中心孔内预埋有一根芯管，每个横向孔内设有一个基础套管，每个基础套管与芯管固定且两者的管腔密封连通；每个基础套管外端密封螺接有一根外套管，该外套管内滑动套合有一内套管，该内套管内滑动套合有一刺根；内套管内端设有径向外凸的第一端头而第一端头上设有与外套管内壁抵靠的第一密封圈，外套管外端设有用于卡住第一端头的第一内卷边；刺根内端设有径向外凸的第二端头而第二端头上设有与内套管内壁抵靠的第二密封圈，内套管外端设有用于卡住第二端头的第二内卷边；

当外套管、内套管和刺根收缩重叠时，外套管内壁涂抹有用于迟滞拦挡第一端头从而避免内套管向外滑动的固态油脂层，内套管内壁也涂抹有用于迟滞拦挡第二端头从而避免刺根向外滑动的固态油脂层；

芯管上端经一根气管与一个空压机连通，该空压机出风口与气管之间设有一根用于将空气加热至固态油脂层熔点的加热管。

该刺桩的施工过程如下。

在工地或工厂预制该气压温控式刺桩的预制桩体。将各个基础套管焊接在芯管上，然后将每组外扩组件即相互套合的外套管、内套管和刺根三者收缩重叠，并将其中的外套管与对应的基础套管密封螺接，然后，搭设钢筋笼，并浇捣预制桩体混凝土，同时将芯管、各个基础套管及重叠收缩的各组外扩组件埋入预制桩体的混凝土内，干硬后，芯管所在空间构成桩体的中心孔而各个基础套管及外套管所在空间构成各个对应的横向孔。

将该刺桩的预制桩体吊运至工地预定桩位，并将其静压或锤击入土，直至该桩体到达桩底设定标高。而外套管和内套管的内壁所涂抹固态油脂层，对内套管和刺根构成持续的阻碍，能防止沉桩过程中内套管和刺根由于下压振动提前外扩。

在地面放置好空压机，并将空压机气管的接头与预制桩体的芯管顶端密封连接。

启动空压机，经气管向芯管输送空气，且空气途经加热管被加热至固态油脂层的熔点温度；这样，高温空气到达各个横向孔后，会向外推移第一端头和第二端头，带动刺根和内套管外扩穿刺入桩侧土体，外凸成刺以提升桩侧摩阻力；同时高温空气会迅速将热量传递给外套管和内套管的内壁，熔化该位置的固态油脂层，通过温控的方式消除固态油脂对外扩端头的迟滞拦挡，并形成液态油脂对内套管和刺根的外扩通道润滑减阻。

由以上分析可知，本申请的气压温控式刺桩与现有技术相比，具有以下优点。

首先，将各个基础套管与芯管密封连接为一体，然后将每组外扩组件即外套管、内套管和刺根收缩重叠，并将其中的外套管与对应基础套管密封螺接，再浇注预制桩体混凝土并同步将上述各个管路预埋进桩体混凝土；这样，将各组外扩组件、芯管和基础套管等有序的安装入预制桩体内，且确保各个组件有序连通并达到较高的密封等级，实现高压下的气体密封，为后续高压推挤外扩提供结构基础；且整个装配制备的过程方便快捷，尤其是将每组外扩组件与对应基础套管螺接的过程，外套管和内套管内壁的固态油脂层有效避免内套管和刺根在螺接过程中外扩，确保了装配质量；而且螺接比焊接明显操作更方便，也不会焊伤或粘结内部的内套管和刺根，确保其后续在高气压下灵活稳定外扩。

而且，本申请利用高压空气为动力向外推移外扩组件，替代了现有技术液压驱动的模式，自然杜绝了液压推挤导致的漏水、稀释桩体侧部土体、增大钢筋腐蚀概率、破坏桩体混凝土结构的耐久性等一系列弊端。

况且，本申请气压外扩的过程，先外推刺根穿刺入土体，先行释放应力，随后拉拽内套管跟进外扩入土，实现了穿刺的梯度破坏，其外扩力度迅猛，增强了钻进能效；且内套管和刺根两段式外扩，其外扩幅度明显增大，对桩侧摩阻力的增幅效应显著；而且上述操作方便，启动气压即可。

更重要的是内外套管内壁固态油脂层的作用。其一，将外扩组件的外套管螺接旋入基础套管时，以及送桩入土时，固态油脂层阻挡迟滞了第一端头和第二端头，避免外扩组件与基础套管螺接过程中各个刺根和内套管提前意外伸出，确保装配质量，也能避免下压送桩过程中刺根和内套管由于振动提前伸出桩侧被拗断；其二，在气压外扩阶段，高温空气熔化了固态油脂层，这样，原本拦阻在第一端头和第二端头外侧的固态阻碍消失，并化作了液态润滑油，润滑了两个端头的滑动路径，显著降低了内套管和刺根外扩的阻力，使其平顺稳定的外扩，确保刺根能更顺利的穿刺入桩侧土体；其三，熔化后的液态油脂，客观上起到一定的油封效果，进一步提高密封等级。若无上述精准温控的手段，就只能是加大各个密封圈的尺寸和张紧度，以提升内套管和刺根外扩的阻力，从而防止其意外提前外扩，但这样会大幅提升后续外扩入土的阻力，促发不利的连锁反应，如需要配备更大功率的空压机才能克服阻力，故提升了能耗，且高压会加大气体泄露隐患，对密封等级要求会变得更高，直接造成造价成本的上浮。

基础套管与外套管密封螺接的结构优选为，基础套管的管内壁外端设有内螺纹，外套管的内端设有第一外螺纹段，第一外螺纹段上套合有第三密封圈，外套管管外壁设有径向凸环，外套管的第一外螺纹段与基础套管的内螺纹旋合且径向凸环将第三密封圈压紧在基础套管的环形外端面上；该优选的螺接结构连接效果牢固，密封效果理想；而且螺接装配的过程便捷平缓，对外套管内部的振动小，能进一步避免内部的内套管和刺根意外外扩。

作为增益，内套管管外壁和刺根外壁均设有多个单向卡齿，每个单向卡齿外侧设有用于硬挤越过第一内卷边或第二内卷边的缓坡面，每个单向卡齿内侧设有用于卡死第一内卷边或第二内卷边的陡坡面；这样，高压空气向外推移刺根和内套管时，单向卡齿的缓坡面能轻松挤过对应的内卷边，而外凸成刺后，即便关掉空压机，单向卡齿的陡坡面也会卡住对应内卷边，防止芯管内气压下降后各外扩组件在土体侧压力作用下逆向回缩。

作为进一步优选，第一端头和第二端头上均设有环形卡槽，第一密封圈和第二密封圈分别卡接在对应端头的环形卡槽内；这样，能确保各个端头与对应的密封圈连接牢固，密封效果好。

作为再进一步优选，芯管上端经第一环形连接板焊接有第一缩口管，该缩口管的管内壁设有内螺纹，上述的芯管、第一环形连接板和第一缩口管均预埋在预制桩体的混凝土内；这样，明显缩小了芯管与气管对接处的通道截面积，使其更便于密封，获得更理想的气密性；而且，只需要将气管接头设置第二外螺纹段，并在第二外螺纹段设置对应的密封圈，就能快捷的将其旋入第一缩口管的内螺纹并实现对接处的密封。

作为还进一步优选，芯管下端经第二环形连接板焊接有第二缩口管，该缩口管的管内壁同样设有内螺纹；第二环形连接板和第二缩口管均预埋在预制桩体的混凝土内；全部横向孔均相互平行，每个横向孔及该横向孔内的基础套管、外套管、内套管和刺根均为倾斜状态；该刺桩还包括一个桩尖，桩尖顶面焊接有一根螺杆，该螺杆上套合有第四密封圈；该螺杆与第一缩口管或第二缩口管的内螺纹旋合，且桩尖顶面将第四密封圈与相旋合的缩口管的环形端面抵紧。

倾斜布设的横向孔、基础套管和外扩组件的最大功能是，显著增大桩体的抗压或抗拔属性，即上倾则抗拔而下倾则抗压；而且，通过将桩尖的螺杆与不同位置的缩口管螺接就能决定外扩组件的倾斜方向，换句话说，只需制备一种型号的预制桩体，通过将桩尖螺接在该桩体芯管的上口或下口，就能实现各外扩组件的上倾或下倾，从而使桩体获得更大的抗压或抗拔承载力，以满足桩体不同应用场景的需求。况且，倾斜外扩的特征是依托本申请的其它特征为基础的；正是由于本申请具备各个管路、外扩组件的密封等级高，温控精准，固态油脂在沉桩时能阻扰刺根外扩而熔化后润滑减阻，且气压降低后能避免刺根回缩等一系列特征，且各个特征有机结合、共同促进后，才使得刺根及内套管能平顺稳定地倾斜外扩入土体，进而增大桩体的抗压或抗拔承载力。

附图说明

图1是本发明气压温控式刺桩实施例1的收缩重叠时的结构示意图。

图2是图1去掉预制桩体的混凝土后的结构示意图。

图3是图2的半剖视结构示意图。

图4是本发明气压温控式刺桩实施例1的外扩展开时的结构示意图。

图5是图4去掉预制桩体的混凝土后的结构示意图。

图6是图5的半剖视结构示意图。

图7是本发明气压温控式刺桩的外扩组件收缩重叠时的放大结构示意图。

图8是本发明气压温控式刺桩的外扩组件外扩展开时的放大结构示意图。

图9是本发明气压温控式刺桩实施例2的抗压桩型的结构示意图。

图10是本发明气压温控式刺桩实施例2的抗拔桩型的结构示意图。

图11是图10去掉桩体外部混凝土并局部爆炸后的结构示意图。

图12是图11偏转一定角度后的结构示意图。

图13是图12中A部分的放大结构示意图。

图14是图5中B部分的放大结构示意图。

图中所示1、预制桩体，2、芯管，3、基础套管，4、外套管，5、内套管，6、刺根，7、第一端头，8、第一密封圈，9、第一内卷边，10、第二端头，11、第二密封圈，12、第二内卷边，13、气管，14、第一外螺纹段，15、第三密封圈，16、径向凸环，17、单向卡齿，18、第一环形连接板，19、第一缩口管，20、第二环形连接板，21、第二缩口管，22、桩尖，23、螺杆，24、第四密封圈，25、接头，26、第二外螺纹段，27、第五密封圈，28、六角头，29、固态油脂层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1～8以及图14所示，本发明气压温控式刺桩的实施例1，它包括预制桩体1，预制桩体1内设有一个中心孔和多层不同高度的横向孔。每层横向孔为多个，如本实施例中每层为4个，四个横向孔沿预制桩体1的周向均匀分布且各个横向孔的内端均与中心孔连通。

该中心孔内预埋有一根芯管2，每个横向孔内设有一个基础套管3，每个基础套管3的内端与芯管2的管外壁固定，本实施例是将基础套管3与芯管2直接焊接，基础套管3与芯管2的管腔密封连通，即两者的焊缝焊接的严实不漏气；当然，还可以是利用模具将各个基础套管3直接与芯管2一体压铸成型。

每个基础套管3外端密封螺接有一根外套管4，具体的讲，基础套管3的管内壁外端设有内螺纹，外套管4的内端设有第一外螺纹段14，第一外螺纹段14上套合有第三密封圈15，外套管4管外壁设有径向凸环16，外套管4的第一外螺纹段14与基础套管3的内螺纹旋合且径向凸环16将第三密封圈15压紧在基础套管3的环形外端面上。

每根外套管4内滑动套合有一内套管5，该内套管5内滑动套合有一刺根6；上述内外套合的外套管4、内套管5和刺根6共同构成一组外扩组件。内套管5内端设有径向外凸的第一端头7，第一端头7上设有环形卡槽，该环形卡槽内设有与外套管4内壁抵靠的第一密封圈8，外套管4外端设有用于卡住第一端头7的第一内卷边9。刺根6内端设有径向外凸的第二端头10，第二端头10上设有环形卡槽，该环形卡槽内设有与内套管5内壁抵靠的第二密封圈11，内套管5外端设有用于卡住第二端头10的第二内卷边12。

内套管5管外壁设有多个单向卡齿17，刺根6外壁也设有多个单向卡齿17。每个单向卡齿17外侧设有用于硬挤越过第一内卷边9或第二内卷边12的缓坡面，每个单向卡齿17内侧设有用于卡死第一内卷边9或第二内卷边12的陡坡面。

当外套管4、内套管5和刺根6收缩重叠时，外套管4内壁涂抹有用于迟滞拦挡第一端头7从而避免内套管5向外滑动的固态油脂层29，内套管5内壁也涂抹有用于迟滞拦挡第二端头10从而避免刺根6向外滑动的固态油脂层29。

芯管2上端经一根气管13与一个空压机连通，具体的说，芯管2上端经第一环形连接板18焊接有第一缩口管19，该缩口管的管内壁设有内螺纹，上述的芯管2、第一环形连接板18和第一缩口管19均预埋在预制桩体1的混凝土内，而第一缩口管19上口露出预制桩体1的顶面，气管13出口端设有一个接头25，该接头25的下端设有第二外螺纹段26，第二外螺纹段26套合有第五密封圈27，接头25还外凸有六角头28，人们旋转六角头28，将接头25第二外螺纹段26旋入第一缩口管19上口的内螺纹，并利用六角头28将第五密封圈27压紧在第一缩口管19的顶环面。该空压机出风口与气管13之间设有一根用于将推移内套管5和刺根6的空气加热至固态油脂层29熔点的加热管，该加热管管壁设有电阻丝和温感器，能精准将通过的空气加热至固态油脂层29的熔点，如本申请的固态油脂层29采用凡士林，其熔点温度为50度左右，为保险起见，加热管一般将空气加热至60度。

本实施例中，在预制桩体1底端直接一体浇注有一个桩尖，而该实施例的芯管2下端是直接封闭的。

如图9～13所示，本发明气压温控式刺桩的实施例2，它与上一个实施例的区别在于，桩尖22不是与预制桩体1一体浇注的，而是可拆式连接的，预制桩体1的底面为平面；而且芯管2的下端也不是封闭的。具体的说，芯管2下端经第二环形连接板20焊接有第二缩口管21，该缩口管的管内壁同样设有内螺纹；第二环形连接板20和第二缩口管21均预埋在预制桩体1的混凝土内；第二缩口管21的下口露出预制桩体1的底平面；全部横向孔均相互平行，每个横向孔及该横向孔内的基础套管3、外套管4、内套管5和刺根6均为倾斜状态；该刺桩的可拆式桩尖22顶面焊接有一根螺杆23，该螺杆23上套合有第四密封圈24；该螺杆23与第一缩口管19或第二缩口管21的内螺纹旋合，且桩尖22顶面将第四密封圈24与相旋合的缩口管的环形端面抵紧。

Claims (6)

1.一种气压温控式刺桩，它包括预制桩体(1)，预制桩体(1)内设有一个中心孔和多层横向孔，每层横向孔为多个且各个横向孔均与中心孔连通；其特征在于：中心孔内预埋有一根芯管(2)，每个横向孔内设有一个基础套管(3)，每个基础套管(3)与芯管(2)固定且两者的管腔密封连通；每个基础套管(3)外端密封螺接有一根外套管(4)，该外套管(4)内滑动套合有一内套管(5)，该内套管(5)内滑动套合有一刺根(6)；内套管(5)内端设有径向外凸的第一端头(7)而第一端头(7)上设有与外套管(4)内壁抵靠的第一密封圈(8)，外套管(4)外端设有用于卡住第一端头(7)的第一内卷边(9)；刺根(6)内端设有径向外凸的第二端头(10)而第二端头(10)上设有与内套管(5)内壁抵靠的第二密封圈(11)，内套管(5)外端设有用于卡住第二端头(10)的第二内卷边(12)；

当外套管(4)、内套管(5)和刺根(6)收缩重叠时，外套管(4)内壁涂抹有用于迟滞拦挡第一端头(7)从而避免内套管(5)向外滑动的固态油脂层(29)，内套管(5)内壁也涂抹有用于迟滞拦挡第二端头(10)从而避免刺根(6)向外滑动的固态油脂层(29)；

芯管(2)上端经一根气管(13)与一个空压机连通，该空压机出风口与气管(13)之间设有一根用于将空气加热至固态油脂层(29)熔点的加热管。

2.根据权利要求1所述的气压温控式刺桩，其特征在于：基础套管(3)的管内壁外端设有内螺纹，外套管(4)的内端设有第一外螺纹段(14)，第一外螺纹段(14)上套合有第三密封圈(15)，外套管(4)管外壁设有径向凸环(16)，外套管(4)的第一外螺纹段(14)与基础套管(3)的内螺纹旋合且径向凸环(16)将第三密封圈(15)压紧在基础套管(3)的环形外端面上。

3.根据权利要求1所述的气压温控式刺桩，其特征在于：内套管(5)管外壁和刺根(6)外壁均设有多个单向卡齿(17)，每个单向卡齿(17)外侧设有用于硬挤越过第一内卷边(9)或第二内卷边(12)的缓坡面，每个单向卡齿(17)内侧设有用于卡死第一内卷边(9)或第二内卷边(12)的陡坡面。

4.根据权利要求1所述的气压温控式刺桩，其特征在于：第一端头(7)和第二端头(10)上均设有环形卡槽，第一密封圈(8)和第二密封圈(11)分别卡接在对应端头的环形卡槽内。

5.根据权利要求1所述的气压温控式刺桩，其特征在于：芯管(2)上端经第一环形连接板(18)焊接有第一缩口管(19)，该缩口管的管内壁设有内螺纹，上述的芯管(2)、第一环形连接板(18)和第一缩口管(19)均预埋在预制桩体(1)的混凝土内。

6.根据权利要求5所述的气压温控式刺桩，其特征在于：芯管(2)下端经第二环形连接板(20)焊接有第二缩口管(21)，该缩口管的管内壁同样设有内螺纹；第二环形连接板(20)和第二缩口管(21)均预埋在预制桩体(1)的混凝土内；全部横向孔均相互平行，每个横向孔及该横向孔内的基础套管(3)、外套管(4)、内套管(5)和刺根(6)均为倾斜状态；该刺桩还包括一个桩尖(22)，桩尖(22)顶面焊接有一根螺杆(23)，该螺杆(23)上套合有第四密封圈(24)；该螺杆(23)与第一缩口管(19)或第二缩口管(21)的内螺纹旋合，且桩尖(22)顶面将第四密封圈(24)与相旋合的缩口管的环形端面抵紧。