CN115613559A - 一种可伸缩的钢制螺旋桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可伸缩的钢制螺旋桩及施工方法。钢制螺旋桩包括钢管桩、内轴钢管和可伸缩的螺旋钢片。内轴钢管位于钢管桩内，螺旋钢片铰接于内轴钢管的外侧面上；钢管桩的管壁上设有螺旋状导向孔，内轴钢管提升前，螺旋钢片以折叠方式收纳于钢管桩内；内轴钢管提升过程中，螺旋钢片向外侧伸展凸伸出钢管桩的外侧面。与传统螺旋桩锤击或螺旋进入土层相比，本发明桩体入土阻力大大减小，可大幅提高桩入土速度，施工过程不产生废弃土，降低施工费用。传统螺旋桩锤击入土或螺旋下降入土，对桩周土体不断切割、扰动较大，破坏了桩周土原有的状态和力学性能，本发明螺旋进入土中一圈后注浆固定，对桩周土影响较小，桩周土自身性能得到较好保留和保持。

Description

一种可伸缩的钢制螺旋桩及施工方法

技术领域

本发明属于螺旋桩基础领域，尤其涉及一种可伸缩的钢制螺旋桩及施工方法。

背景技术

钢制螺旋桩，又名地螺丝，一种热锻后的金属管表面缠绕螺旋叶片的管桩，由专用的地螺丝旋紧设备旋入地下，代替原有的混泥土基础，顶端连接负载。作为地下基础，地螺丝具有施工方便、周期短、受施工环境影响小、不破坏当地环境、便于迁移和回收等优点。

1833年，英国建筑工人Alexander Mitchell利用抗拔螺旋桩(称为螺旋锚) 作为英格兰附近岛屿上灯塔的基础。局限于当时的技术水平，其应用范围扩展较为缓慢。

国外对于螺旋桩基础的研究开展比较早，A.B Chance公司在输电线塔的基础工程中采用螺旋钢管桩，1959年制定了第一个有关螺旋钢管桩的标准—— PISA(PowerInstalled Screw Anchors)。1979年颁布的建筑法规第二篇设计标准的第十七章第5节5.13款-螺旋桩，规定了螺旋桩基础的设计标准。澳大利亚INSTANT FOUNDATION公司在1992年发明一种用于基础工程的钢管螺旋灌注桩，日本的Fukuei Kosan公司在1995年发明了一种全预制钢纤维混凝土螺旋桩S.P-300(spiral concrete pile type)。

国内陈日宏等于1999年较系统的研究了混凝土预制螺旋桩。武汉大学城建学院在2002年，开发了全螺纹灌注桩并通过实际工程论证了该种桩型与传统桩型，进行了承载力和经济效益的比较，并得到：螺纹桩混凝土用量只有同直径直线型灌注桩的60％～70％，而螺纹桩极限承载力是同直径直线型灌注桩的2倍多结论。2004年，东北大学工程力学所、中冶沈阳勘察研究总院、辽宁电力勘察设计研究院联合开展了预制螺旋桩基础的相关研究工作。2011年，国家电网公司在总结了近十年辽宁丹东、营口、盘锦等地在输电线路螺旋桩基础试验研究和工程应用经验成果的基础上，发布了企业标准“架空输电线路螺旋锚基础设计技术规范”等。

传统钢制螺旋桩均为在钢管外表面设置螺旋叶片，螺旋桩一般为旋转或锤击桩头入土，外置螺旋叶面入土下降过程与桩周土直接发生剪切作用，入土过程存在如下技术问题和不足：

(1)对桩周土机械切割、分割，破坏了桩周土的完整性和连续性，影响了桩周土原有的状态和力学性能；

(2)需要较大锤击力或旋转扭矩，施工成本较高，且桩径越大成本提高越多；

(3)旋钻或锤击导致螺旋叶片-土接触面空隙率较高，降低了“螺旋桩-土层”咬合作用和共同工作性能，降低了螺旋桩自身承载优势。

(4)传统方式桩体入土过程会产生一定体量的废弃土，增加施工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可伸缩的钢制螺旋桩及施工方法，其可解决现有技术中的钢制螺旋桩所存在的对桩周土的扰动大，螺旋叶片-土接触面空隙率较高，降低了螺旋桩自身承载优势；以及桩体入土阻力大并会产生一定体量废弃土，导致施工成本较高的问题。

本发明是这样实现的，一种可伸缩的钢制螺旋桩，包括中空的钢管桩、中空的内轴钢管、可伸缩的螺旋钢片、钢管桩顶部连接件以及内轴钢管顶部连接件；

所述钢管桩顶部连接件固定在所述钢管桩顶部，所述钢管桩顶部连接件具有螺纹孔，所述内轴钢管位于所述钢管桩内，所述内轴钢管向下穿过所述螺纹孔，并与所述螺纹孔螺纹连接，所述内轴钢管的底端为自由端；

所述内轴钢管顶部具有注浆口，其管壁具有若干出浆孔，所述螺旋钢片铰接于所述内轴钢管的外侧面上；

所述钢管桩的管壁上开设有螺旋状导向孔，所述内轴钢管提升前，所述螺旋钢片以收缩折叠方式收纳于所述钢管桩内；所述内轴钢管提升过程中，所述螺旋钢片在所述螺旋状导向孔的导向下活动并向外侧方向伸展，当所述螺旋钢片处于伸展状态时，其外侧边缘向外凸伸出所述钢管桩的外侧面；

所述内轴钢管顶部连接件固定在所述内轴钢管的顶部；所述内轴钢管的内部空间、所述内轴钢管外周缘与所述钢管桩内壁之间的空间均通过注浆固化。

进一步的，所述钢管桩的底端为锥形。

进一步的，所述内轴钢管的外周缘沿所述内轴钢管的轴向方向铰接有若干个所述可伸缩螺旋钢片。

进一步的，所述内轴钢管提升前，所述螺旋钢片嵌置所述螺旋状导向孔中，并且，所述螺旋钢片的外径线与所述钢管桩的外侧面平齐。

进一步的，所述螺旋钢片为整体的片状结构。

进一步的，所述螺旋钢片包括多个分散设置的条状结构，各个所述条状结构分别与所述内轴钢管的外周缘铰接。

为解决上述问题，本发明还提供了上述钢制螺旋桩的施工方法，包括以下步骤：

S10、在施工现场进行定位放线；

S20、将钢管桩的顶部与旋紧机或压载机连接；

S30、旋紧机或压载机携桩就位；

S40、旋紧或压载下桩；

S50、待钢制螺旋桩的下沉深度达到设计深度后，停止下桩；

S60、采用旋紧机与内轴钢管的顶部连接；

S70、旋紧机工作，通过旋转提升内轴钢管，内轴钢管在提升过程中，拉动螺旋钢片，以使螺旋钢片由折叠状态逐渐向外侧方向伸展，从螺旋状导向孔处凸伸出钢管桩的外侧面；

S80、待内轴钢管提升至设计高度后，停止提升；

S90、向内轴钢管内灌浆，直至内轴钢管以及钢管桩的内部空间灌满浆；

S100、施工结束，移位施工下一根桩，并重新执行上述步骤S10～S90。

进一步的，上述施工方法还包括以下步骤：

桩施工前，应进行试成桩，按设计文件和标准要求确定施工过程中的各项施工质量控制参数，结合试成桩确定单桩极限承载力。

进一步的，上述施工方法还包括以下步骤：

根据桩型、桩长、地层情况及现场施工条件选择适宜的施工设备；对施工设备与钢管桩顶部、内轴钢管顶部的连接强度、灌浆压强进行验算，并采用稳固、合理的连接方式，保证施工过程安全。

进一步的，上述施工方法还包括以下步骤：

桩位放样允许偏差小于10mm，桩旋入时的垂直度偏差小于1％，如果旋转过程遇到卡钻、灌浆不畅、桩位偏移或倾斜，需立即停工，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

1.与传统螺旋桩相比，本发明提供的可伸缩的钢制螺旋桩在压(打)桩入土阶段桩体外表面为圆柱体，可采用静力压载或锤击击打方式压(打)桩到设计深度。与传统螺旋桩锤击或螺旋进入土层相比，桩体入土阻力大大减小，可大幅提高桩入土速度，降低费用。

2.钢制螺旋桩螺旋进入土中一圈后注浆固定，相比于传统螺旋桩对地层的物理分割、切割，本发明的钢制螺旋有效保护了土层的原状性和连续性，减小了原状土受扰动区域，桩周土自身性能得到较好保留和保持。钢制螺旋桩入土对桩周土为挤密作用，在螺旋钢片伸出后形成“螺旋桩-土层”受荷共同体，最大限度降低了传统打桩入土振动和螺旋钢片旋转入土产生的桩-土接触面处空隙率较大问题，增强了桩-土接触面的密实度，增加了桩体在土层中的稳定性。

3.螺旋钢片通过提升旋转切入土层后，通过内轴钢管向桩内灌注固化浆液，浆液在填满内轴钢管后外部的钢管桩内部空间扩散，形成“螺旋桩-非螺旋桩(钢桩)-桩周土”一体固化区，有效提升螺旋桩整体锚固能力，该工艺融合了“螺旋锚固+内轴螺旋钢片旋转伸缩+注浆固化”三大技术优势于一体。

4.本发明的新型可伸缩的钢制螺旋桩较同尺寸圆柱钢桩或螺旋桩，在成本有较小提升的情况下，抗压承载和抗拔锚固性能均有显著提升。

5.本发明的新型可伸缩的钢制螺旋桩在施工过程不产生废弃土，有利于减少施工成本。

附图说明

图1是本实施例的一种可伸缩的钢制螺旋桩的中心剖面图；

图2是本实施例的一种可伸缩的钢制螺旋桩的立面图；

图3是本实施例的一种可伸缩的钢制螺旋桩的螺旋钢片提升前后对比剖面图；

图4是本实施例提供的一种可伸缩的钢制螺旋桩的施工流程图。

图中附图标记：

1-钢管桩、11-螺旋状导向孔、2-内轴钢管、21-注浆口、22-出浆孔、3-螺旋钢片、3a-折叠状态的螺旋钢片、3b-伸展状态的螺旋钢片、4-钢管桩顶部连接件、 41-螺纹孔、5-内轴钢管顶部连接件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参看图1，示出了本实施例提供的一种可伸缩的钢制螺旋桩，包括中空的钢管桩1、中空的内轴钢管2、可伸缩的螺旋钢片3、钢管桩顶部连接件4以及内轴钢管顶部连接件5。

钢管桩顶部连接件4固定在钢管桩1顶部，钢管桩顶部连接件4具有螺纹孔41，内轴钢管2位于钢管桩1内，内轴钢管2向下穿过螺纹孔41，并与螺纹孔41螺纹连接，内轴钢管2的底端为自由端，钢管桩1整体呈圆柱状，其底端为锥形。

内轴钢管2的顶部开口作为注浆口21，内轴钢管2管壁上沿其轴向方向预留有若干间隔分布的出浆孔22，螺旋钢片3铰接于内轴钢管2的外侧面上。

请参看图2，钢管桩1的管壁上开设有螺旋状导向孔11。请参看图3，内轴钢管2提升前，螺旋钢片3a以收缩折叠方式收纳于钢管桩1内；内轴钢管2 提升过程中，螺旋钢片3a在螺旋状导向孔11的导向下沿螺旋状导向孔11滑动并向外侧方向伸展，当螺旋钢片3b处于伸展状态时，其外侧边缘向外凸伸出钢管桩1的外侧面，从而可切割桩周土以嵌入桩周土中。

内轴钢管顶部连接件5固定在内轴钢管2的顶部；内轴钢管2的内部空间、内轴钢管2外周缘与钢管桩1内壁之间的空间均通过注浆固化。

具体的，内轴钢管2的外周缘沿内轴钢管2的轴向方向铰接有若干个可伸缩螺旋钢片3。在内轴钢管2提升前，螺旋钢片3嵌置螺旋状导向孔11中，并且，螺旋钢片3的外径线与钢管桩1的外侧面平齐。

在实际应用中，螺旋钢片3为整体的片状结构，或者，螺旋钢片3也可以设置为多个分散设置的条状结构，各个条状结构分别与内轴钢管2的外侧面铰接。

钢管桩1材料宜采用Q235、Q345的普通钢或低合金钢管，钢管桩1的管壁厚度不应小于4mm；钢管桩1的镀锌层不应小于80μm。

请参看图4，本实施例还提供了上述钢制螺旋桩的施工方法，包括以下步骤：

S10、在施工现场进行定位放线；

S20、将钢管桩1的顶部与旋紧机或压载机连接，保证连接牢固；

S30、旋紧机或压载机携桩就位，确保钢制螺旋桩的垂直度；

S40、旋紧或压载下桩，在下桩过程中，控制在设定的下桩速度范围内；

S50、待钢制螺旋桩的下沉深度达到设计深度后，停止下桩；

S60、采用旋紧机与内轴钢管2的顶部连接，保证连接牢固；

S70、旋紧机工作，通过旋转提升内轴钢管2，内轴钢管2在提升过程中，拉动螺旋钢片3，以使螺旋钢片3由折叠状态逐渐向外侧方向伸展，从螺旋状导向孔11处凸伸出钢管桩1的外侧面；

S80、待内轴钢管2提升至设计高度后，停止提升；

S90、向内轴钢管2内灌浆，直至内轴钢管2以及钢管桩1的内部空间灌满浆，灌浆过程中，注意对灌浆压强、流量以及体积的控制；

S100、施工结束后，移位施工下一根桩，并重新执行上述步骤S10～S90。

优选的，上述施工方法还包括以下步骤：

桩施工前，应进行试成桩，按设计文件和标准要求确定施工过程中的各项施工质量控制参数，结合试成桩确定单桩极限承载力。

根据桩型、桩长、地层情况及现场施工条件选择适宜的施工设备；对施工设备与钢管桩1顶部、内轴钢管2顶部的连接强度、灌浆压强进行验算，并采用稳固、合理的连接方式，保证施工过程安全。

桩位放样允许偏差小于10mm，桩旋入时的垂直度偏差小于1％，如果旋转过程遇到卡钻、灌浆不畅、桩位偏移或倾斜，需立即停工，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

本实施例的钢制螺旋桩与传统螺旋桩相比，本实施例的钢制螺旋桩在压 (打)桩入土阶段桩体外表面为圆柱体，可采用静力压载或锤击击打方式压(打) 桩到设计深度。与传统螺旋桩锤击或螺旋进入土层相比，桩体入土阻力大大减小，可大幅提高桩入土速度，降低费用。

本实施例的钢制螺旋桩螺旋进入土中一圈后注浆固定，相比于传统螺旋桩对地层的物理分割、切割，本实施例的钢制螺旋有效保护了土层的原状性和连续性，减小了原状土受扰动区域，桩周土自身性能得到较好保留和保持。钢制螺旋桩入土对桩周土为挤密作用，在螺旋钢片3伸出后形成“螺旋桩-土层”受荷共同体，最大限度降低了传统打桩入土振动和螺旋钢片旋转入土产生的桩- 土接触面处空隙率较大问题，增强了桩-土接触面的密实度，增加了桩体在土层中的稳定性。

螺旋钢片3通过提升旋转切入土层后，通过内轴钢管2向桩内灌注固化浆液，浆液在填满内轴钢管2后外部的钢管桩1内部空间扩散，形成“螺旋桩- 非螺旋桩(钢桩)-桩周土”一体固化区，有效提升螺旋桩整体锚固能力，该工艺融合了“螺旋锚固+内轴螺旋钢片旋转伸缩+注浆固化”三大技术优势于一体。

本实施例的钢制螺旋桩较同尺寸圆柱钢桩或螺旋桩，在成本有较小提升的情况下，抗压承载和抗拔锚固性能均有显著提升。

本实施例的钢制螺旋桩在施工过程不产生废弃土，有利于减少施工成本。

本实施例的可伸缩的钢制螺旋桩适用于填土、粉土、黏性土、砂土、松散～中密的碎石土、全风化岩和强风化软质岩等地层。可应用在岩土与地下工程，非开挖桩、地基加固、装配式建筑基础等领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可伸缩的钢制螺旋桩，其特征在于，包括中空的钢管桩、中空的内轴钢管、可伸缩的螺旋钢片、钢管桩顶部连接件以及内轴钢管顶部连接件；

所述钢管桩顶部连接件固定在所述钢管桩顶部，所述钢管桩顶部连接件具有螺纹孔，所述内轴钢管位于所述钢管桩内，所述内轴钢管向下穿过所述螺纹孔，并与所述螺纹孔螺纹连接，所述内轴钢管的底端为自由端；

所述内轴钢管顶部具有注浆口，其管壁具有若干出浆孔，所述螺旋钢片铰接于所述内轴钢管的外侧面上；

所述钢管桩的管壁上开设有螺旋状导向孔，所述内轴钢管提升前，所述螺旋钢片以收缩折叠方式收纳于所述钢管桩内；所述内轴钢管提升过程中，所述螺旋钢片在所述螺旋状导向孔的导向下活动并向外侧方向伸展，当所述螺旋钢片处于伸展状态时，其外侧边缘向外凸伸出所述钢管桩的外侧面；

所述内轴钢管顶部连接件固定在所述内轴钢管的顶部；所述内轴钢管的内部空间、所述内轴钢管外周缘与所述钢管桩内壁之间的空间均通过注浆固化。

2.如权利要求1所述的钢制螺旋桩，其特征在于，所述钢管桩的底端为锥形。

3.如权利要求1所述的钢制螺旋桩，其特征在于，所述内轴钢管的外周缘沿所述内轴钢管的轴向方向铰接有若干个所述可伸缩螺旋钢片。

4.如权利要求1所述的钢制螺旋桩，其特征在于，所述内轴钢管提升前，所述螺旋钢片嵌置所述螺旋状导向孔中，并且，所述螺旋钢片的外径线与所述钢管桩的外侧面平齐。

5.如权利要求1至4中任一项所述的钢制螺旋桩，其特征在于，所述螺旋钢片为整体的片状结构。

6.如权利要求1至4中任一项所述的钢制螺旋桩，其特征在于，所述螺旋钢片包括多个分散设置的条状结构，各个所述条状结构分别与所述内轴钢管的外周缘铰接。

7.一种如权利要求1至6中任一项所述的钢制螺旋桩的施工方法；其特征在于，包括以下步骤：

S10、在施工现场进行定位放线；

S20、将钢管桩的顶部与旋紧机或压载机连接；

S30、旋紧机或压载机携桩就位；

S40、旋紧或压载下桩；

S50、待钢制螺旋桩的下沉深度达到设计深度后，停止下桩；

S60、采用旋紧机与内轴钢管的顶部连接；

S70、旋紧机工作，通过旋转提升内轴钢管，内轴钢管在提升过程中，拉动螺旋钢片，以使螺旋钢片由折叠状态逐渐向外侧方向伸展，从螺旋状导向孔处凸伸出钢管桩的外侧面；

S80、待内轴钢管提升至设计高度后，停止提升；

S90、向内轴钢管内灌浆，直至内轴钢管以及钢管桩的内部空间灌满浆；

S100、施工结束，移位施工下一根桩，并重新执行上述步骤S10～S90。

8.如权利要求7所述的施工方法；其特征在于，还包括以下步骤：

桩施工前，应进行试成桩，按设计文件和标准要求确定施工过程中的各项施工质量控制参数，结合试成桩确定单桩极限承载力。

9.如权利要求7所述的施工方法；其特征在于，还包括以下步骤：

根据桩型、桩长、地层情况及现场施工条件选择适宜的施工设备；对施工设备与钢管桩顶部、内轴钢管顶部的连接强度、灌浆压强进行验算，并采用稳固、合理的连接方式，保证施工过程安全。

10.如权利要求7所述的施工方法；其特征在于，还包括以下步骤：

桩位放样允许偏差小于10mm，桩旋入时的垂直度偏差小于1％，如果旋转过程遇到卡钻、灌浆不畅、桩位偏移或倾斜，需立即停工，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

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