CN115977077A - 一种非等截面旋翼phc旋进桩及其旋进控制方法和模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非等截面旋翼PHC旋进桩及其旋进控制方法和模具，属于混凝土预应力桩领域。本发明通过所述凸起台的设计，解决了旋进桩整体旋进入土的沉桩阻力矩过大的问题；通过所述喇叭腔的设计，解决了模具拔模过程步骤过多的问题。所述非等截面旋翼PHC旋进桩包括柱状部和螺旋部；所述螺旋部沿所述柱状部外壁的周向螺旋分布，所述螺旋部连续地分布在所述柱状部的外壁上，所述螺旋部和所述柱状部外壁固定连接；所述螺旋部上设置有凸起台，沿所述旋进桩长度方向相邻的两个所述凸起台在周向上间隔180°。所述非等截面螺旋管型模具包括两个分体设置的模具瓣，所述模具瓣内壁开设有第一螺旋腔和喇叭腔，所述喇叭腔宽度大于所述第一螺旋腔宽度。

Description

一种非等截面旋翼PHC旋进桩及其旋进控制方法和模具

技术领域

本发明属于混凝土预应力桩领域，特别是涉及一种非等截面旋翼PHC旋进桩及其旋进控制方法和模具。

背景技术

目前向土体送入工程桩的方法主要有旋进式、锤击贯入式、静载压入式和振动贯入式。

其中锤击贯入式、静载压入式和振动贯入式在施工过程中存在噪音大和喷出较多泥浆的问题，而旋进式在施工过程中，工程桩在旋进进入土体过程中受到较大的旋进阻力；同时在生产旋进式管桩时，为了顺利开模，当管桩模具由两瓣模具瓣组成，那么就要在模具瓣上专门设置拔模口，如果模具瓣不设置拔模口的话，那么管桩模具就至少需要由三瓣模具瓣组成。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种非等截面旋翼PHC旋进桩及其旋进控制方法和模具，用于解决现有技术中旋进式送桩旋进阻力较大以及生产旋进式管桩模具开模步骤过多的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种非等截面旋翼PHC旋进桩，所述非等截面旋翼PHC旋进桩包括：柱状部和螺旋部；

所述螺旋部沿所述柱状部外壁的周向螺旋分布，所述螺旋部连续地分布在所述柱状部的外壁上，所述螺旋部和所述柱状部外壁固定连接；

所述螺旋部上设置有凸起台，沿所述旋进桩长度方向相邻的两个所述凸起台在周向上间隔180°。

可选的，所述凸起台设置在所述螺旋部的上表面和/或下表面。

可选的，所述凸起台和所述螺旋部的连接部位是平缓过渡的；

或者，所述凸起台和所述螺旋部的连接部位是台阶结构。

可选的，所述柱状部是实心的或者空心的。

本发明提供基于以上所述的一种非等截面旋翼PHC旋进桩的旋进控制方法包括如下步骤：

S1：采用下端设置有引孔钻头的中心扭杆将所述非等截面旋翼PHC旋进桩旋进到土体中，所述中心扭杆的扭矩大于所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M；

S2：所述非等截面旋翼PHC旋进桩挤压土体，所述凸起台在旋进土体过程中形成空腔；

S3：所述非等截面旋翼PHC旋进桩旋进到位。

可选的，所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M等于所述旋进桩单位长度阻力扭矩△M_l沿所述旋进桩旋进长度l求和。

可选的，所述非等截面旋翼PHC旋进桩进入土体内的长度为l，所述螺旋部的根径为d，所述螺旋部的外径为D，所述螺旋部微元面积为s，所述螺旋部与水平面的夹角为α，所述螺旋部下部凸起台的旋拧摩擦阻力为τ，以所述中心扭杆为力矩中心，所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M计算式为：

M＝[(τ·s/sinα)·(d+D)/4]·l。

本发明提供一种非等截面螺旋管型模具，所述非等截面螺旋管型模具包括两个分体设置的模具瓣，两个所述模具瓣等分一个圆周，所述模具瓣内壁开设有第一螺旋腔和喇叭腔，所述喇叭腔宽度大于所述第一螺旋腔宽度，所述喇叭腔位于所述第一螺旋腔两端且所述喇叭腔和所述第一螺旋腔是连续连接的；

两个所述模具瓣围成一个整的圆周，两瓣所述模具瓣的相连的两个喇叭腔连续拼接形成第二螺旋腔，所述第一螺旋腔和所述第二螺旋腔连续拼接形成所述螺旋管内的螺旋腔。

可选的，所述模具瓣两侧延伸出连接板，两瓣所述模具瓣之间通过可拆卸固定机构可拆卸地固定连接。

可选的，所述喇叭腔和所述第一螺旋腔的连接部位是平缓过渡的；

或者，所述喇叭腔和所述第一螺旋腔的连接部位是台阶结构。

如上所述，本发明的一种非等截面旋翼PHC旋进桩及其旋进控制方法和模具，至少具有以下有益效果：

1.本申请通过所述凸起台的设计，使得所述非等截面旋翼PHC旋进桩在旋进土体过程中形成空腔，从而减少了螺旋部上表面的旋进摩擦阻力，大幅度的降低了旋进桩整体旋进入土的沉桩阻力矩。

2.本申请通过所述喇叭腔的设计，达到了在模具只有两瓣模具瓣时也能顺利拔模的目的；因为两瓣模具瓣相连的两个喇叭腔连接成第二螺旋腔，所述第二螺旋腔的宽度大于所述第一螺旋腔的宽度，所述第二螺旋腔又设置在拔模口位置，所以在拔模时，可以顺利的将两瓣模具瓣分开；解决了已有模具在模具瓣是两瓣时，需要在模具瓣上专门设置拔模口的问题，或者需要三瓣及三瓣以上模具瓣组成的模具才能顺利拔模的问题。

附图说明

图1显示为本发明的一种非等截面旋翼PHC旋进桩的示意图。

图2显示为本发明的一种非等截面旋翼PHC旋进桩的的凸起台的示意图。

图3显示为本发明的一种非等截面螺旋管型模具的示意图。

图4显示为本发明的一种非等截面螺旋管型模具的模具瓣的示意图。

元件标号说明

非等截面旋翼PHC旋进桩-1，柱状部-11，螺旋部-12，凸起台-13；

非等截面螺旋管型模具-2，模具瓣-21，第一螺旋腔-211，喇叭腔-212，连接板-22，可拆卸固定机构-23。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

请参阅图1，本发明提供一种非等截面旋翼PHC旋进桩1，所述非等截面旋翼PHC旋进桩1包括：柱状部11和螺旋部12；

所述螺旋部12沿所述柱状部11外壁的周向螺旋分布，所述螺旋部12连续地分布在所述柱状部11的外壁上，所述螺旋部12和所述柱状部11外壁固定连接；

所述螺旋部12上设置有凸起台13，沿所述旋进桩长度方向相邻的两个所述凸起台13在周向上间隔180°；

在施工过程中，所述螺旋部12挤压土体形成挤土桩，利用所述螺旋部12的横向承载效应，能够显著地提高基桩承载力，同时在所述螺旋部12上设置凸起台13，既降低所述旋进桩旋进时的阻力，也有利于在旋进桩生产过程中的脱模制作。

本实施例，所述凸起台13设置在所述螺旋部12上的方式可以有如下情形：

所述凸起台13设置在所述螺旋部12的上表面；

或者所述凸起台13设置在所述螺旋部12的下表面；

或者所述凸起台13不对称地设置在所述螺旋部12的上下表面；

或者所述凸起台13对称地设置在所述螺旋部12的上下表面，如图2所示。

本实施例，请参阅图1，所述凸起台13和所述螺旋部12的连接部位是平缓过渡的，这时，阻力在所述螺旋部12上的传递更加均匀连续；

或者，所述凸起台13和所述螺旋部12的连接部位是台阶结构，但是所述凸起台13和所述螺旋部12的连接部位是台阶形状在生产管桩时没有所述凸起台13和所述螺旋部12的连接部位是平缓过渡的更容易拔模，同时，所述螺旋部12传递的阻力也不均匀连续。

本实施例，请参阅图1，所述柱状部11是实心的或者空心的，根据现场的土体情况和施工条件，我们既可以选择实心的旋进桩也可以选择空心的旋进桩。

请参阅图1，本发明提供基于以上所述的一种非等截面旋翼PHC旋进桩1的旋进控制方法包括如下步骤：

S1：采用下端设置有引孔钻头的中心扭杆将所述非等截面旋翼PHC旋进桩1旋进到土体中，所述中心扭杆的扭矩大于所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M；

S2：所述非等截面旋翼PHC旋进桩1挤压土体，所述凸起台13在旋进土体过程中形成空腔；

S3：所述非等截面旋翼PHC旋进桩1旋进到位；

因为所述凸起台13的设计，所述螺旋部12不同于已有的整体螺旋叶片在投影面上都是平顺的等截面，所述螺旋部12的截面是变截面，从而整个螺旋部12在土体中的旋进施工阻力的力学模型也随之发生变化，螺旋部12上表面的旋进摩擦阻力减少为凸起面线段的线摩擦，大幅度的降低了桩整体旋进入土的沉桩阻力矩；

另外因为所述凸起台13在旋进土体过程中形成空腔，所以所述螺旋部12没有设置凸起台13的部分在旋进过程中引起的阻力相对于下沉深度l可忽略不计。

本实施例，请参阅图1，所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M等于所述旋进桩单位长度阻力扭矩△M_l沿所述旋进桩旋进长度l求和；

因为所述螺旋部12的方向是螺旋前进的，所以我们用到了有限元的方法求解单位长度的扭矩，总扭矩就是所述旋进桩单位长度阻力扭矩△M_l沿所述旋进桩旋进长度l求和。

本实施例，请参阅图1，所述非等截面旋翼PHC旋进桩1进入土体内的长度为l，所述螺旋部12的根径为d，所述螺旋部12的外径为D，所述螺旋部12微元面积为s，所述螺旋部12与水平面的夹角为α，所述螺旋部12下部凸起台13的旋拧摩擦阻力为τ，以所述中心扭杆为力矩中心，所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M计算式为：

M＝[(τ·s/sinα)·(d+D)/4]·l；

所述旋进桩在单位长度上螺旋部12一个微元面积为s区域受到的力为△H _l，即△H _l＝τ·s；

因为旋进桩旋转的阻力方向和旋转方向相反，而不是竖直向上的力，所以旋进桩在单位长度上受到的阻力△F _l是单位长度上螺旋部12一个微元面积为s区域受到的力△H_l的正弦函数，即△F _l＝△H _l/sinα；

所述旋进桩单位长度阻力扭矩△M_l是旋进桩旋进阻力乘以力臂，即△M_l＝△F _l·(d+D)/4；

所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M是所述旋进桩单位长度阻力扭矩△M_l沿所述旋进桩旋进长度l求和，即M＝△M_l·l；

综上M＝△M_l·l＝[△F _l·(d+D)/4]·l＝[△H _l/sinα·(d+D)/4]·l＝[(τ·s/sinα)·(d+D)/4]·l。

如果计算没有所述凸起台13设计的旋进桩，那么在计算旋进桩在单位长度上螺旋部12一个微元面积为s区域受到的力为△H _l时就要考虑螺旋部12上下两个面的摩擦阻力，而不是单单考虑有螺旋部12下表面的摩擦阻力，所以没有所述凸起台13设计的旋进桩，△H_l＝2τ·s，从而推算出的最终的总旋进阻力扭矩是有凸起台13设计的旋进桩的两倍。

请参阅图3和图4，本发明提供一种非等截面螺旋管型模具2，所述非等截面螺旋管型模具2包括两个分体设置的模具瓣21，两个所述模具瓣21等分一个圆周，所述模具瓣21内壁开设有第一螺旋腔211和喇叭腔212，所述喇叭腔212宽度大于所述第一螺旋腔211宽度，所述喇叭腔212位于所述第一螺旋腔211两端且所述喇叭腔212和所述第一螺旋腔211是连续连接的；

两个所述模具瓣21围成一个整的圆周，两瓣所述模具瓣21的相连的两个喇叭腔212连续拼接形成第二螺旋腔，所述第一螺旋腔211和所述第二螺旋腔连续拼接形成所述螺旋管内的螺旋腔；

通过所述喇叭腔212的设计，所述模具可以生产前文所述的非等截面旋翼PHC旋进桩1，同时因为所述喇叭腔212的设计，所述模具在拔模过程中，可以直接拔模，而不需要在模具瓣21上专门设置拔模口。

本实施例，请参阅图3和图4，所述模具瓣21两侧延伸出连接板22，两瓣所述模具瓣21之间通过可拆卸固定机构23可拆卸地固定连接，所述可拆卸固定机构23可以是螺栓、卡扣之类的零件。

本实施例，请参阅图4，所述喇叭腔212和所述第一螺旋腔211的连接部位是平缓过渡的，这时，生产的旋进桩的螺旋部12上的凸起台13和螺旋部12上的其他部分的连接部位也是平缓过渡的；

或者，所述喇叭腔212和所述第一螺旋腔211的连接部位是台阶结构，这时，生产的旋进桩的螺旋部12上的凸起台13和螺旋部12其他部分的连接部位也是台阶结构。

综上所述，本发明通过所述凸起台13的设计，使得所述非等截面旋翼PHC旋进桩1在旋进土体过程中形成空腔，从而减少了螺旋部12上表面的旋进摩擦阻力，大幅度的降低了旋进桩整体旋进入土的沉桩阻力矩；通过所述喇叭腔212的设计，达到了在模具只有两瓣模具瓣21时也能顺利拔模的目的；因为两瓣模具瓣21相连的两个喇叭腔212连接成第二螺旋腔，所述第二螺旋腔的宽度大于所述第一螺旋腔211的宽度，所述第二螺旋腔又设置在拔模口位置，所以在拔模时，可以顺利的将两瓣模具瓣21分开；解决了已有模具在模具瓣21是两瓣时，需要在模具瓣21上专门设置拔模口的问题，或者需要三瓣及三瓣以上模具瓣21组成的模具才能顺利拔模的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种非等截面旋翼PHC旋进桩，其特征在于，所述非等截面旋翼PHC旋进桩包括：柱状部和螺旋部；

所述螺旋部沿所述柱状部外壁的周向螺旋分布，所述螺旋部连续地分布在所述柱状部的外壁上，所述螺旋部和所述柱状部外壁固定连接；

所述螺旋部上设置有凸起台，沿所述旋进桩长度方向相邻的两个所述凸起台在周向上间隔180°。

2.根据权利要求1所述的一种非等截面旋翼PHC旋进桩，其特征在于：所述凸起台设置在所述螺旋部的上表面和/或下表面。

3.根据权利要求1所述的一种非等截面旋翼PHC旋进桩，其特征在于：所述凸起台和所述螺旋部的连接部位是平缓过渡的；

或者，所述凸起台和所述螺旋部的连接部位是台阶结构。

4.根据权利要求1所述的一种非等截面旋翼PHC旋进桩，其特征在于：所述柱状部是实心的或者空心的。

5.基于权利要求1-4任一项所述的一种非等截面旋翼PHC旋进桩的旋进控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

S1：采用下端设置有引孔钻头的中心扭杆将所述非等截面旋翼PHC旋进桩旋进到土体中，所述中心扭杆的扭矩大于所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M；

S2：所述非等截面旋翼PHC旋进桩挤压土体，所述凸起台在旋进土体过程中形成空腔；

S3：所述非等截面旋翼PHC旋进桩旋进到位。

6.根径权利要求5所述的非等截面旋翼PHC旋进桩的旋进控制方法，其特征在于，所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M等于所述旋进桩单位长度阻力扭矩△M_l沿所述旋进桩旋进长度l求和。

7.根径权利要求6所述的非等截面旋翼PHC旋进桩的旋进控制方法，其特征在于：所述非等截面旋翼PHC旋进桩进入土体内的长度为l，所述螺旋部的根径为d，所述螺旋部的外径为D，所述螺旋部微元面积为s，所述螺旋部与水平面的夹角为α，所述螺旋部下部凸起台的旋拧摩擦阻力为τ，以所述中心扭杆为力矩中心，所述旋进桩的总旋进阻力扭矩M计算式为：

M＝[(τ·s/sinα)·(d+D)/4]·l。

8.一种非等截面螺旋管型模具，其特征在于：所述非等截面螺旋管型模具包括两个分体设置的模具瓣，两个所述模具瓣等分一个圆周，所述模具瓣内壁开设有第一螺旋腔和喇叭腔，所述喇叭腔宽度大于所述第一螺旋腔宽度，所述喇叭腔位于所述第一螺旋腔两端且所述喇叭腔和所述第一螺旋腔是连续连接的；

两个所述模具瓣围成一个整的圆周，两瓣所述模具瓣的相连的两个喇叭腔连续拼接形成第二螺旋腔，所述第一螺旋腔和所述第二螺旋腔连续拼接形成所述螺旋管内的螺旋腔。

9.根据权利要求8所述的一种非等截面螺旋管型模具，其特征在于：所述模具瓣两侧延伸出连接板，两瓣所述模具瓣之间通过可拆卸固定机构可拆卸地固定连接。

10.根据权利要求8所述的一种非等截面螺旋管型模具，其特征在于：所述喇叭腔和所述第一螺旋腔的连接部位是平缓过渡的；

或者，所述喇叭腔和所述第一螺旋腔的连接部位是台阶结构。

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