CN116752522A - 一种自由角度高承载复合扩体桩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自由角度高承载复合扩体桩，涉及岩土及地下工程技术领域，包括水泥搅拌桩和插设在水泥搅拌桩中的刚性桩，水泥搅拌桩的底部设置有异形扩大体，刚性桩的底部设置有刚性扩大头，且刚性扩大头插设在刚性扩大体中，还包括固定在刚性桩外壁的抗剪栓钉，刚性桩的内部浇筑有填芯砼，刚性扩大头包括固定套设在刚性桩外部的刚性加强环和焊接在刚性加强环上的刚性肋板；通过刚性加强环和刚性肋板使得刚性桩的底部成为一个高承载有刚性固定尺寸的扩大头，解决了承载力不稳定，离散型较大的技术问题，通过形成二层递进刚性结构体解决了外层水泥搅拌扩大体与刚性桩之间直径比过大的问题，从而达到大幅度提高桩基承载力及抗拔力的目标。
Description
技术领域
本发明涉及岩土与地下工程技术领域，具体为一种自由角度高承载复合扩体桩。
背景技术
在桩基领域，桩的摩擦力和桩端的承载力是影响桩的承载力的两个主要因素，目前有两种途径增加桩的承载力，一种是利用水泥土搅拌桩的侧摩阻力和混凝土桩芯的高强度提供桩端承载力，主要是MC劲性复合桩，另一种则是在桩端形成扩大体，主要有扩大头灌注桩、夯扩桩、灌注桩桩端注浆或桩侧注浆几种。
针对MC劲性复合桩，当芯桩直径和水泥土搅拌桩直径比相对较大时候，承载力设计计算时则不能考虑搅拌桩面积，而要采用芯桩面积进行计算，则不能充分发挥MC劲性复合桩桩端承载力；
针对夯扩桩，由于填料采用的是散体材料如混凝土、建筑垃圾以及一些碎石等，由填料形成的扩大头是一个半刚性扩大头，扩大头的大小因其施工方法决定其离散型较大，扩大体直径无法准确估计，因此承载力存在不稳定，离散较大；
针对灌注桩桩端注浆和桩侧注浆，其采用水泥注浆的方式，水泥注浆在桩端而由于水泥浆体本身属于半刚性体，承载力不能充分发挥，其次通过注浆管进行注浆，注浆的成功率不能保证100％，导致一些工程桩出现承载力达不到设计要求，此外注浆量每根桩不一致，导致形成的扩大头尺寸离散型较大，承载力不稳定。
此外，当建筑工程地下结构如果有在低于周边土壤水位的部分时，为了抵消土壤中水对结构产生的上浮力需要打抗拔桩，目前抗拔桩主要为预制桩以及锚杆抗拔桩，由于预制桩是等直径桩体，其抗拔力仅限于桩体侧壁的摩擦阻力，而需要增加抗拔力只能增加预制桩的直径，导致材料成本大大增加。
而锚杆抗拔桩只能承受抗拔力无法承受抗压力，且锚杆抗拔桩的抗拔力很大程度取决于注浆效果，但注浆效果受人工操作影响大，注浆量、注浆位置以及注浆压力控制离散型大，容易导致锚杆抗拔桩的质量不稳定。
上述几种工程桩要么没有扩大头，即使存在扩大头，对应的扩大头形式普遍存在提供承载力稳定性不足，离散型较大，承载力相对较低的情况，此外在刚性桩上焊接多个抗剪栓钉虽然能增加桩基的抗剪抗震能力，但是抗剪栓钉与刚性桩的曲面相接触时会导致定位不精确，焊工一手对抗剪栓钉定位，一手焊接，难以一次性焊接一圈，往往需要焊接两次，且由于抗剪栓钉数量多，整个焊接过程耗费时间更长，导致成型一个带有刚性扩大头的刚性桩效率较低。
发明内容
本发明提供一种自由角度高承载复合扩体桩,以解决相关技术中桩基扩大头承载力不稳定、离散型大、抗拔桩的抗拔承载力不足及离散型大以及刚性桩表面焊接抗剪栓钉时效率低的问题。
本发明提供了一种自由角度高承载复合扩体桩，包括水泥搅拌桩和插设在水泥搅拌桩中的刚性桩，所述水泥搅拌桩的底部设置有异形扩大体，刚性桩的底部设置有刚性扩大头，且刚性扩大头插设在异形扩大体中，所述自由角度高承载复合扩体桩还包括开设在刚性桩外壁上的孔以及插入并焊接在孔中的抗剪栓钉，所述抗剪栓钉插设在水泥搅拌桩中，所述刚性桩的内部浇筑有填芯砼。
其中刚性桩和抗剪栓钉之间的组装采用一种对接设备完成，所述对接设备包括底板、间歇转动设置在底板上的旋转式承接台、用于对刚性桩外部的刚性扩大头进行限位的限位机构以及用于将抗剪栓钉预插在刚性桩上的栓钉组装机构，所述限位机构呈周向分布设置在旋转式承接台上,旋转式承接台用于承接安装过刚性扩大头的刚性桩。
所述限位机构包括开设在旋转式承接台上表面的矩形导槽，矩形导槽沿着旋转式承接台的径向延伸，且矩形导槽内滑动设置有折形板，折形板的上方设置有安装板，且二则之间通过同步杆相连接，所述安装板朝向旋转式承接台轴线的一侧固定安装有限位卡块。
首先采用专用施工钻具旋转钻进，形成水泥搅拌桩和异形扩大体，之后将组装在一起的刚性桩、刚性扩大头和抗剪栓钉插入水泥搅拌桩和异形扩大体中，待水泥搅拌桩和异形扩大体固化成型后，在刚性桩中浇筑填芯砼，待填芯砼凝固后形成自由角度高承载复合扩体桩。
在一种可能实施的方式中，所述刚性扩大头包括固定套设在刚性桩外部的刚性加强环，刚性加强环的上表面焊接有多个呈圆周分布的刚性肋板，且刚性肋板与刚性桩的外壁焊接固定，所述刚性扩大头的数量为单个或从上往下依次分布的多个。
在一种可能实施的方式中，所述刚性扩大头包括多个呈圆周分布焊接在刚性桩外部的叶片,每个叶片的上表面焊接有刚性肋板，且刚性肋板与刚性桩的外壁焊接固定，所述刚性扩大头的数量为单个或从上往下依次分布的多个。
在一种可能实施的方式中，所述刚性扩大头为固定在刚性桩外部的螺旋形结构。
在一种可能实施的方式中，所述旋转式承接台为圆形板状结构,旋转式承接台通过驱动机构驱动进行间歇转动，驱动机构包括固定套设在旋转式承接台上的齿环以及转动安装在底板上的不完全齿轮，齿环与不完全齿轮相啮合，所述不完全齿轮采用间歇电机驱动转动。
在一种可能实施的方式中，所述限位卡块为上表面开设卡槽的矩形块状结构，卡槽贯穿限位卡块的下表面，且卡槽朝向旋转式承接台轴线的一端呈开口状，卡槽的另一端呈封闭状，靠近封闭端的两侧壁之间的距离相等，靠近开口端的两侧壁之间的距离逐渐变大，且开口处的侧壁间距最大。
在一种可能实施的方式中，所述折形板与矩形导槽的内壁之间通过复位弹簧相连接，所述底板的上表面转动安装有用于推挤限位机构的推挤机构，推挤机构包括与旋转式承接台同轴线的圆环，圆环的内环面上固定设置有两个固定推挤体，固定推挤体朝向圆环轴线的一侧到圆环轴线的距离沿着圆环的顺时针方向逐渐增大，所述固定推挤体与同步杆相接触。
在一种可能实施的方式中，所述圆环的内环面滑动设置有两个滑动推挤体，两个固定推挤体和两个滑动推挤体呈圆周均匀分布，且固定推挤体和滑动推挤体呈相间分布，滑动推挤体的形状与固定推挤体相同，圆环内环面对应滑动推挤体的位置开设有弧形槽,滑动推挤体与滑动设置在弧形槽中的连接块固定连接，连接块与弧形槽的内壁之间通过弹性绳连接，所述固定推挤体距离圆环轴线较远的一端固定连接有弧形推杆。
在一种可能实施的方式中，所述栓钉组装机构包括矩形容纳腔和一体成型在矩形容纳腔侧壁上的推出口，推出口位于矩形容纳腔靠近旋转式承接台轴线的一侧，所述矩形容纳腔的底壁上设置有滑料台，滑料台的上表面呈斜面，且滑料台靠近推出口的一侧低于远离推出口的一侧，推出口的上表面设置有底托座，所述矩形容纳腔远离旋转式承接台轴线的一侧固定安装有气缸，气缸的伸缩端固定连接有腰型板，所述腰型板的侧壁上固定连接有两个滑动贯穿矩形容纳腔的滑杆，且滑杆的末端共同安装有用于将抗剪栓钉推动至刚性桩外壁上的孔中的U形推座。
在一种可能实施的方式中，所述底托座呈L形，且底托座的阴角做圆角处理并设置磁力层；所述U形推座与放置在底托座上的抗剪栓钉的头部相对，且U形推座的两侧壁呈刀刃状；所述矩形容纳腔的底部固定连接有液压杆带动其升降的液压杆，液压杆通过外部伸缩组件带动靠近或远离刚性桩的轴线。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
1、通过刚性加强环和刚性肋板使得刚性桩的底部成为一个高承载有刚性固定尺寸的扩大头，解决了承载力不稳定，离散型较大的技术问题，也解决了外层水泥搅拌扩大体与刚性桩之间直径比过大的问题。
2、通过在刚性桩的外壁插接并焊接抗剪栓钉，增加了桩基的抗剪、抗扭和抗震效果，同时由于抗剪栓钉以及刚性扩大头的设置使得刚性桩的承载力相比普通刚性桩的承载力得以大幅度提高。
3、通过旋转圆环，使得推挤体推动限位机构向刚性肋板靠近，从而快速完成刚性桩的固定，利用液压杆带动栓钉组装机构升降，从而将抗剪栓钉批量化插入刚性桩表面的孔，避免后续抗剪栓钉焊接时由于刚性桩表面呈曲面导致的定位偏差，提高抗剪栓钉和刚性桩之间的组装效率，进而加快自由角度高承载复合扩体桩的成型效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的自由角度高承载复合扩体桩的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的对接设备将抗剪栓钉组装在刚性桩表面的立体结构示意图之一。
图3是本发明实施例提供的对接设备将抗剪栓钉组装在刚性桩表面的立体结构示意图之二。
图4是本发明实施例提供的对接设备将抗剪栓钉组装在刚性桩表面的立体结构示意图之三。
图5是图4中A区域的放大示意图。
图6是本发明实施例提供的推挤机构的结构示意图。
图7是本发明实施例提供的推挤机构的剖切立体图。
图8是本发明实施例提供的栓钉组装机构的结构示意图。
图9是本发明实施例提供的栓钉组织机构的局部剖切图。
图10是刚性桩表面组装抗剪栓钉的状态变化示意图。
图11是一种类型的刚性扩大头与刚性桩的连接结构示意图。
图12是另一种类型的刚性扩大头与刚性桩的连接结构示意图。
图中：1、水泥搅拌桩；2、异形扩大体；3、刚性桩；4、刚性扩大头；41、刚性加强环；42、刚性肋板；43、叶片；5、抗剪栓钉；6、填芯砼；7、底板；8、旋转式承接台；9、驱动机构；91、齿环；92、不完全齿轮；10、限位机构；101、矩形导槽；102、折形板；103、复位弹簧；104、同步杆；105、安装板；106、限位卡块；107、转辊；11、推挤机构；111、圆环；112、固定推挤体；113、弧形槽；114、滑动推挤体；115、连接块；116、弹性绳；117、弧形推杆；118、支撑柱；119、环形导槽；12、液压杆；13、栓钉组装机构；131、矩形容纳腔；132、推出口；133、底托座；134、滑料台；135、气缸；136、腰型板；137、滑杆；138、U形推座。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于下面所描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参阅图1，一种自由角度高承载复合扩体桩，包括水泥搅拌桩1和插设在水泥搅拌桩1中的刚性桩3，所述水泥搅拌桩1的底部设置有异形扩大体2，刚性桩3的底部设置有刚性扩大头4，且刚性扩大头4插设在异形扩大体2中，所述刚性扩大头4包括固定套设在刚性桩3外部的刚性加强环41，刚性加强环41的上表面焊接有多个呈圆周分布的刚性肋板42，且刚性肋板42与刚性桩3的外壁焊接固定，所述刚性扩大头4沿着刚性桩3的轴向从下往上设置有多个，所述刚性桩3的外壁且位于刚性扩大头4的上方均匀设置有抗剪栓钉5，抗剪栓钉5插设在水泥搅拌桩1中，所述刚性桩3的内部浇筑有填芯砼6，填芯砼6为微膨胀混凝土。
需要说明的是，水泥搅拌桩1和异形扩大体2采用专用施工钻具钻进完成，专用施工钻具由依次组装的自由角度旋转装置、液压双向动力头、单双多重旋喷分流器、高扭矩双向多重钻杆接头、高压多重钻杆和螺旋式搅拌合金钻头组成，其中自由角度旋转装置能够带动液压双向动力头沿着水泥搅拌桩1的轴线旋转任意角度。
参阅图2、图3和图4，所述刚性桩3和抗剪栓钉5之间的组装采用一种对接设备完成，该对接设备仅针对如图10所示的刚性扩大头4与刚性桩3的组合体表面对接抗剪栓钉5，所述对接设备包括底板7、转动设置在底板7上的旋转式承接台8、用于对刚性桩3外部的刚性扩大头4进行限位的限位机构10以及用于将抗剪栓钉5预插在刚性桩3上的栓钉组装机构13；所述限位机构10设置有四个呈周向分布设置在旋转式承接台8上，且初始时栓钉组装机构13位于其中一个限位机构10上。
继续参阅图4，所述旋转式承接台8为圆形板状结构,旋转式承接台8通过驱动机构9驱动进行间歇转动，驱动机构9包括固定套设在旋转式承接台8上的齿环91以及转动安装在底板7上的不完全齿轮92，齿环91与不完全齿轮92相啮合，其中不完全齿轮92采用间歇电机驱动转动，利用间歇电机带动不完全齿轮92转动，进而啮合齿环91间歇转动，间歇电机每带动不完全齿轮92转动两圈，不完全齿轮92能啮合齿环91旋转四十五度。
参阅图4和图5，所述限位机构10包括开设在旋转式承接台8上表面的矩形导槽101，矩形导槽101沿着旋转式承接台8的径向延伸，且矩形导槽101内滑动设置有折形板102，所述折形板102与矩形导槽101的内壁之间通过复位弹簧103相连接，折形板102的上方设置有安装板105，且二则之间通过同步杆104相连接，所述安装板105朝向旋转式承接台8轴线的一侧固定安装有限位卡块106，限位卡块106为上表面开设卡槽的矩形块状结构，卡槽贯穿限位卡块106的下表面，且卡槽朝向旋转式承接台8轴线的一端呈开口状，卡槽的另一端呈封闭状，靠近封闭端的两侧壁之间的距离相等，靠近开口端的两侧壁之间的距离逐渐变大，且开口处的侧壁间距最大，即靠近开口端的两侧壁呈坡口；在将抗剪栓钉5组装在刚性桩3上时，先将刚性桩3通过吊装设备吊至旋转式承接台8上，并使刚性肋板42与限位卡块106上的卡槽大致对准，在限位卡块106向刚性肋板42靠近时，任意一侧的坡口与刚性肋板42碰触时会推动刚性肋板42带动刚性桩3向远离该侧坡口的方向转动，即实现刚性桩3的小幅度微调，为了减小刚性桩3的底部在小幅度微调过程中与旋转式承接台8之间的摩擦力，可在旋转式承接台8上滚动设置多个滚珠(附图中未示出)。
参阅图2、图6和图7，所述底板7的上表面转动安装有用于推挤限位机构10的推挤机构11，推挤机构11包括与旋转式承接台8同轴线的圆环111，圆环111的下表面安装有支撑柱118，底板7的上表面开设有和圆环111对应的环形导槽119，且支撑柱118底端插入环形导槽119中，环形导槽119对支撑柱118的移动启动导向作用，所述圆环111的内环面上设置有两个固定推挤体112和两个滑动推挤体114，固定推挤体112与滑动推挤体114的形状一致，两个固定推挤体112和两个滑动推挤体114呈圆周均匀分布，且固定推挤体112和滑动推挤体114呈相间分布，固定推挤体112与圆环111内环面固定连接，圆环111内环面对应滑动推挤体114的位置开设有弧形槽113,滑动推挤体114与滑动设置在弧形槽113中的连接块115固定连接，连接块115与弧形槽113的内壁之间通过弹性绳116连接；固定推挤体112朝向圆环111轴线的一侧到圆环111轴线的距离沿着圆环111的顺时针方向逐渐增大(如图6箭头所指方向)。
当圆环111顺时针旋转时，固定推挤体112随之同步转动，固定推挤体112在转动过程中推动同步杆104向旋转式承接台8的轴线方向移动，从而带动限位卡块106向刚性肋板42靠近，进而通过两个相对的限位卡块106分别对两个刚性肋板42进行初步调整与夹固，需要说明的是，当刚性肋板42顶触到限位卡块106上卡槽的封闭端时，两个刚性肋板42与限位卡块106之间卡紧，便于后续旋转式承接台8旋转时带动刚性桩3一同转动。
参阅图6和图7，所述固定推挤体112距离圆环111轴线较远的一端固定连接有弧形推杆117，固定推挤体112在移动时同步带动弧形推杆117移动，当弧形推杆117触碰到滑动推挤体114之后会推动滑动推挤体114一起移动，此时连接块115将弹性绳116逐渐拉伸，滑动推挤体114推挤与之相对应的同步杆104向刚性桩3靠近，固定推挤体112与滑动推挤体114虽然形状相同，但二者发生移动的时间不同步，如此在推动同步杆104时，与固定推挤体112配合同步杆104先移动，而与滑动推挤体114配合的同步杆104后移动。
参阅图5，为了减少固定推挤体112和滑动推挤体114二者与同步杆104之间的摩擦力，在同步杆104上转动套设转辊107，需要说明的是，由于复位弹簧103的弹性系数大于弹性绳116的弹性系数，在圆环111顺时针旋转时，滑动推挤体114受到转辊107的阻力无法随圆环111同步转动，故固定推挤体112与滑动推挤体114移动才会出现时差；利用四个限位机构10两两同步分别向四个刚性肋板42靠近，从而将刚性桩3锁紧固定。
参阅图4、图8和图9，所述栓钉组装机构13包括矩形容纳腔131和一体成型在矩形容纳腔131侧壁上的推出口132，推出口132位于矩形容纳腔131靠近旋转式承接台8轴线的一侧，所述矩形容纳腔131的底壁上设置有滑料台134，滑料台134的上表面呈斜面，且滑料台134靠近推出口132的一侧低于远离推出口132的一侧，待安装的抗剪栓钉5放置在滑料台134上，斜面的设计使得抗剪栓钉5能在惯性作用下滚落下来；推出口132的上表面设置有底托座133，抗剪栓钉5从滑料台134上滚落下来后落在底托座133上，底托座133呈L形，且底托座133的阴角做圆角处理并设置磁力层，以便于增加底托座133和抗剪栓钉5的接触面积以及吸附力，避免抗剪栓钉5滚落下来后碰撞到底托座133上发生反弹；所述矩形容纳腔131远离旋转式承接台8轴线的一侧固定安装有气缸135，气缸135的伸缩端固定连接有腰型板136，所述腰型板136的侧壁上固定连接有两个滑动贯穿矩形容纳腔131的滑杆137，且滑杆137的末端共同安装有U形推座138，所述U形推座138与放置在底托座133上的抗剪栓钉5的头部相对，且U形推座138的两侧壁呈刀刃状，在气缸135收缩带动滑杆137向矩形容纳腔131内部移动时，U形推座138随之同步移动，U形推座138的其中一个侧壁插入相邻的两个抗剪栓钉5之间，当抗剪栓钉5的头部与U形推座138的内壁接触时，抗剪栓钉5被同步向推出口132的方向推动，从而将当前处于底托座133上的抗剪栓钉5推出。
在整个推出过程中，U形推座138的侧壁对位于滑料台134上最低处的抗剪栓钉5起到阻隔作用，当U形推座138复位不再对抗剪栓钉5阻隔时，位于滑料台134上最低处的抗剪栓钉5在惯性作用下滑落到底托座133上。
如图10所示，需要说明的是，刚性桩3的外壁开设有八列呈圆周分布的孔，其中四列孔和四个刚性肋板42一一对应，每列包括多个沿着刚性桩3长度方向呈线性分布的孔，在将抗剪栓钉5焊接在刚性桩3之前，先将抗剪栓钉5插入孔中，避免由于刚性桩3的表面呈曲面，在焊接时二者对位容易发生偏差，同时方便电焊工一次焊接成型。
参阅图2和图10，矩形容纳腔131的底部固定连接有液压杆12，液压杆12带动栓钉组装机构13升降，从而对同一列中的多个孔由上往下依次插设抗剪栓钉5，液压杆12通过外部伸缩组件带动靠近或远离刚性桩3的轴线(图中未示出外部伸缩组组件的结构)，初始时，液压杆12的固定端放置在其中一个限位机构10中的安装板105上，且此时推出口132与同一列的孔对准，在一列孔中全部被插接抗剪栓钉5后，液压杆12通过外部伸缩组件带动远离刚性桩3，等待刚性桩3旋转四十五度停止后，外部伸缩组件再带动液压杆12向刚性桩3靠近，对下一列孔插设抗剪栓钉5，直至所有的孔中都插设抗剪栓钉5。
自由角度高承载复合扩体桩的形成过程如下：一、采用对接设备完成抗剪栓钉5与刚性桩3的组装，其中刚性桩3上每装完一列抗剪栓钉5后，人工采用电弧焊的方式将刚性桩3和抗剪栓钉5焊接在一起，直至所有的抗剪栓钉5焊接完毕，得到的刚性桩3、刚性扩大头4和抗剪栓钉5的组合体，预先将抗剪栓钉5组装在刚性桩3上是为了避免抗剪栓钉5焊接在曲面上时发生的对位误差；具体组装过程如下：通过吊装设备吊至旋转式承接台8上，并使刚性肋板42与限位卡块106上的卡槽大致对准，驱动圆环111顺时针旋转(可以采用齿轮传动或者链轮链条传动的方式)，固定推挤体112随之同步转动，固定推挤体112在转动过程中推动同步杆104上的转辊107向旋转式承接台8的轴线方向移动，从而带动限位卡块106向刚性肋板42靠近，任意一侧的坡口与刚性肋板42碰触时会推动刚性肋板42带动刚性桩3向远离该侧坡口的方向转动，即实现刚性桩3的小幅度微调，当刚性肋板42顶触到限位卡块106上卡槽的封闭端时，两个刚性肋板42与限位卡块106之间卡紧，通过两个相对的限位卡块106分别对两个刚性肋板42进行初步调整与夹固。
固定推挤体112在移动时同步带动弧形推杆117移动，当弧形推杆117触碰到滑动推挤体114之后会推动滑动推挤体114一起移动，此时连接块115将弹性绳116逐渐拉伸，滑动推挤体114推挤与之相对应的同步杆104向刚性桩3靠近，当四个刚性肋板42均被夹固后，圆环11停止转动。
外部伸缩组件带动液压杆12向刚性桩3靠近直至液压杆12的固定端放置在其中一个限位机构10中的安装板105上，之后气缸135收缩带动滑杆137向矩形容纳腔131内部移动时，U形推座138随之同步移动，U形推座138的其中一个侧壁插入相邻的两个抗剪栓钉5之间，当抗剪栓钉5的头部与U形推座138的内壁接触时，抗剪栓钉5被同步向推出口132的方向推动，从而将当前处于底托座133上的抗剪栓钉5推出，抗剪栓钉5插入对应的孔中。
之后液压杆12带动矩形容纳腔131每次下降相邻两个孔的间距，并暂停短暂时间，以进行抗剪栓钉5的插接，当一列孔中全部被插接抗剪栓钉5后，液压杆12通过外部伸缩组件带动远离刚性桩3，此时驱动机构9通过旋转式承接台8带动刚性桩3旋转四十五度停止后，外部伸缩组件再带动液压杆12向刚性桩3靠近，对下一列孔插设抗剪栓钉5，直至所有的孔中都插设抗剪栓钉5，反向旋转圆环11即可解除对刚性桩3的固定，之后通过吊装设备将刚性桩3、刚性扩大头4和抗剪栓钉5的组合体吊走，以备使用。
二、采用外部步履式主机设备的副臂将专用施工钻具移动到桩位位置，之后对专用施工钻具进行检查以及试运行。
三、采用专用施工钻具旋转钻进，形成水泥搅拌桩1和异形扩大体2，，异形扩大体2由扩大的高压旋喷桩或水泥搅拌桩1与高压旋喷桩构成。
四、利用步履式主机设备的副臂并配合夹桩器将步骤一得到的刚性桩3、刚性扩大头4和抗剪栓钉5的组合体夹持住，并通过液压双向动力头进行旋转或振动将夹持住的刚性桩3和刚性扩大头4插入水泥搅拌桩1和异形扩大体2中。
五、待水泥搅拌桩1和异形扩大体2固化成型后，在刚性桩3中浇筑填芯砼6，其中填芯砼6为微膨胀混凝土，待填芯砼6凝固后形成自由角度高承载复合扩体桩。
需要说明的是，刚性桩3不限于钢管桩、预制桩以及格构柱钢桩，本发明中采用的是钢管桩。
同样，刚性扩大头4也有多种类型，请参阅图11，所述刚性扩大头4还可以由叶片43和刚性肋板42组成，所述刚性扩大头4包括多个呈圆周分布焊接在刚性桩3外部的叶片43,每个叶片43的上表面焊接有刚性肋板42，且刚性肋板42与刚性桩3的外壁焊接固定，所述刚性扩大头4的数量为单个或从上往下依次分布的多个。
请参阅图12，所述刚性扩大头4还可以为固定在刚性桩3外部的螺旋形结构。
当然对接设备也可以对图11和图12中展示的刚性扩大头4与刚性桩3的组合体表面对接抗剪栓钉5，其中图11中的刚性扩大头4与刚性桩3的组合体表面对接抗剪栓钉5的过程和图10中的刚性扩大头4与刚性桩3的组合体表面对接抗剪栓钉5的过程相同，图12中展示的刚性扩大头4与刚性桩3的组合体表面对接抗剪栓钉5时，只需要将限位卡块106抵接到刚性桩3的表面即可。
在本发明实施例中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“相连”、“安装”、“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，或滑动连接；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故：凡依据本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自由角度高承载复合扩体桩，包括水泥搅拌桩(1)和插设在水泥搅拌桩(1)中的刚性桩(3)，所述水泥搅拌桩(1)的底部设置有异形扩大体(2)，刚性桩(3)的底部设置有刚性扩大头(4)，且刚性扩大头(4)插设在异形扩大体(2)中，其特征在于：所述自由角度高承载复合扩体桩还包括开设在刚性桩(3)外壁上的孔以及插入并焊接在孔中的抗剪栓钉(5)，所述抗剪栓钉(5)插设在水泥搅拌桩(1)中，所述刚性桩(3)的内部浇筑有填芯砼(6)；
其中刚性桩(3)和抗剪栓钉(5)之间的组装采用一种对接设备完成，所述对接设备包括底板(7)、间歇转动设置在底板(7)上的旋转式承接台(8)、用于对刚性桩(3)外部的刚性扩大头(4)进行限位的限位机构(10)以及用于将抗剪栓钉(5)预插在刚性桩(3)上的栓钉组装机构(13)，所述限位机构(10)呈周向分布设置在旋转式承接台(8)上,旋转式承接台(8)用于承接安装过刚性扩大头(4)的刚性桩(3)；
所述限位机构(10)包括开设在旋转式承接台(8)上表面的矩形导槽(101)，矩形导槽(101)沿着旋转式承接台(8)的径向延伸，且矩形导槽(101)内滑动设置有折形板(102)，折形板(102)的上方设置有安装板(105)，且二则之间通过同步杆(104)相连接，所述安装板(105)朝向旋转式承接台(8)轴线的一侧固定安装有限位卡块(106)；
首先采用专用施工钻具旋转钻进，形成水泥搅拌桩(1)和异形扩大体(2)，之后将组装在一起的刚性桩(3)、刚性扩大头(4)和抗剪栓钉(5)插入水泥搅拌桩(1)和异形扩大体(2)中，待水泥搅拌桩(1)和异形扩大体(2)固化成型后，在刚性桩(3)中浇筑填芯砼(6)，待填芯砼(6)凝固后形成自由角度高承载复合扩体桩。
2.根据权利要求水泥搅拌桩1所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述刚性扩大头(4)包括固定套设在刚性桩(3)外部的刚性加强环(41)，刚性加强环(41)的上表面焊接有多个呈圆周分布的刚性肋板(42)，且刚性肋板(42)与刚性桩(3)的外壁焊接固定，所述刚性扩大头(4)的数量为单个或从上往下依次分布的多个。
3.根据权利要求水泥搅拌桩1所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述刚性扩大头(4)包括多个呈圆周分布焊接在刚性桩(3)外部的叶片(43),每个叶片(43)的上表面焊接有刚性肋板(42)，且刚性肋板(42)与刚性桩(3)的外壁焊接固定，所述刚性扩大头(4)的数量为单个或从上往下依次分布的多个。
4.根据权利要求水泥搅拌桩1所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述刚性扩大头(4)为固定在刚性桩(3)外部的螺旋形结构。
5.根据权利要求水泥搅拌桩1所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述旋转式承接台(8)为圆形板状结构,旋转式承接台(8)通过驱动机构(9)驱动进行间歇转动，驱动机构(9)包括固定套设在旋转式承接台(8)上的齿环(91)以及转动安装在底板(7)上的不完全齿轮(92)，齿环(91)与不完全齿轮(92)相啮合，所述不完全齿轮(92)采用间歇电机驱动转动。
6.根据权利要求1所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述限位卡块(106)为上表面开设卡槽的矩形块状结构，卡槽贯穿限位卡块(106)的下表面，且卡槽朝向旋转式承接台(8)轴线的一端呈开口状，卡槽的另一端呈封闭状，靠近封闭端的两侧壁之间的距离相等，靠近开口端的两侧壁之间的距离逐渐变大，且开口处的侧壁间距最大。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述折形板(102)与矩形导槽(101)的内壁之间通过复位弹簧(103)相连接，所述底板(7)的上表面转动安装有用于推挤限位机构(10)的推挤机构(11)，推挤机构(11)包括与旋转式承接台(8)同轴线的圆环(111)，圆环(111)的内环面上固定设置有两个固定推挤体(112)，固定推挤体(112)朝向圆环(111)轴线的一侧到圆环(111)轴线的距离沿着圆环(111)的顺时针方向逐渐增大，所述固定推挤体(112)与同步杆(104)相接触。
8.根据权利要求7所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述圆环(111)的内环面滑动设置有两个滑动推挤体(114)，两个固定推挤体(112)和两个滑动推挤体(114)呈圆周均匀分布，且固定推挤体(112)和滑动推挤体(114)呈相间分布，滑动推挤体(114)的形状与固定推挤体(112)相同，圆环(111)内环面对应滑动推挤体(114)的位置开设有弧形槽(113),滑动推挤体(114)与滑动设置在弧形槽(113)中的连接块(115)固定连接，连接块(115)与弧形槽(113)的内壁之间通过弹性绳(116)连接，所述固定推挤体(112)距离圆环(111)轴线较远的一端固定连接有弧形推杆(117)。
9.根据权利要求1所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述栓钉组装机构(13)包括矩形容纳腔(131)和一体成型在矩形容纳腔(131)侧壁上的推出口(132)，推出口(132)位于矩形容纳腔(131)靠近旋转式承接台(8)轴线的一侧，所述矩形容纳腔(131)的底壁上设置有滑料台(134)，滑料台(134)的上表面呈斜面，且滑料台(134)靠近推出口(132)的一侧低于远离推出口(132)的一侧，推出口(132)的上表面设置有底托座(133)，所述矩形容纳腔(131)远离旋转式承接台(8)轴线的一侧固定安装有气缸(135)，气缸(135)的伸缩端固定连接有腰型板(136)，所述腰型板(136)的侧壁上固定连接有两个滑动贯穿矩形容纳腔(131)的滑杆(137)，且滑杆(137)的末端共同安装有用于将抗剪栓钉(5)推动至刚性桩(3)外壁上的孔中的U形推座(138)。
10.根据权利要求9所述的一种自由角度高承载复合扩体桩，其特征在于：所述底托座(133)呈L形，且底托座(133)的阴角做圆角处理并设置磁力层；所述U形推座(138)与放置在底托座(133)上的抗剪栓钉(5)的头部相对，且U形推座(138)的两侧壁呈刀刃状；所述矩形容纳腔(131)的底部固定连接有液压杆(12)带动其升降的液压杆(12)，液压杆(12)通过外部伸缩组件带动靠近或远离刚性桩(3)的轴线。
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