CN1836075B - 支承桩系统及安装支承桩系统的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种支承桩系统和安装该支承桩系统的方法，从而提供了有效、简单及可靠的方法来驱动和提升基础，同时保障了预加荷载的直接传递，而不存在从建筑物到新近完成的被驱动桩内的预加荷载的进一步损失。提供了桩锚头(11)，其容纳桩(12)并配备有凸缘(13)。桩锚头(11)和凸缘(13)承受建筑荷载并将其传递到桩(12)，其实际上允许使用任何种类的材料及形状的桩(12)。所述方法包括的步骤有：靠近所述基础挖出一孔；放置桩锚头，该桩锚头具有用于容纳桩的上端的中空区段；铺设传力梁；穿过桩锚头放置一桩；将顶托装置与传力梁和所述桩的上端接合。

Description

支承桩系统及安装支承桩系统的方法

技术领域

本发明一般涉及一种支承桩(underpinning pile)，特别是涉及一种具有改进的桩锚头(pile anchor head)的支承桩，用以提高打桩效率及承载能力。

背景技术

现有技术讲授的多种支承方法，主要是通过两种类型的支承桩(即主动和被动支承桩)，来加强沉降基础(settling foundation)。而且，这些方法中的大多数是用来支承墙壁基础而非典型的大型桩帽，典型的大型桩帽承载了来自建筑物的结构混凝土框架的集中荷载。

在被动支承桩中，新桩靠近现有沉降基础而被插入，且随后通过悬臂托架、捆扎件或加大的底脚，结合或连接到桩帽或底脚。沉降基础能够进一步沉降，直到被动支承桩随时间而加上荷载。这类方法由于需要长时间的持续沉降因而具有缺陷，特别是当桩栽得较深时尤其如此。被动支承桩的这种运用是公知的，如Roger Bullivant的美国专利第4,834,582号中所述，该专利使用了倾斜式现场浇注混凝土桩和支撑拉梁。Leonard Flowerday的英国专利第2,047,303号中除了混凝土悬臂式托梁外还具有一种垂直桩，以承载附近的底脚。

在主动支承桩中，瞬时地在支承桩上施加一定量的预加荷载，以支撑强度降低的基础，防止其进一步沉降。现有技术中的一种现有方法结合一种螺栓、桩锤(ram)或液压千斤顶的设置，使用复杂的预制钢托架系统，作用于现有的不牢固的基础。在有些情况下，使用非常笨重的由双千斤顶或桩锤组成的装置来作用于新近安装的支承桩。有些系统中进一步的弱点在于要使用许多复杂的小部件，如果任何关键机构由于磨损或锈蚀而损坏，这些系统的性能便可能会变差，且因此而不能承载大的荷载。

Holdeman的美国专利第5,120,163号提供了一种倒U形连结器，其适于临时固定到基础支架，从而使液压千斤顶能够作用于螺旋桩与底脚之间。这种方法使用许多小螺栓和许多其它交互连接部件，因此仅适于承载因螺旋桩倾斜产生的较小荷载。此特征也相当类似于Seider的用托架来提升底脚的美国专利第5,213,448号。

Provost的美国专利第2002/0176749A1号提供了一种超大尺寸的锚桩及锚撑板的安装方法，其中该桩锚在基础边缘处是以15度倾斜角被驱动，该锚撑板配备有固定于其上的套环和加力板，可在螺旋式桩锚杆上滑动。浮动式支柱16的偏心度降低了该桩的荷载能力，且因撑板内的剪应力和桩的弯曲度而成为一个缺陷源。

Mahony的美国专利第3,796,055号使用了通过下述手段来提升基础的方法和装置：夹持管的侧面从而驱动其垂直顶靠到邻近的基础，配合在多个指定位置用千斤顶提升基础。部分建筑基础被升高从而进一步包括以下步骤：将管外部的和管的下端以下的可硬化粘接材料，分配到位于管的顶部上的地下支架的较大硬化区。这种方法适于小荷载传递，因为较大的粘接材料易于断裂。

Freeman III的美国专利第5,433,556号使用了一种支柱驱动组件，该组件包括一支柱驱动托架，该驱动托架将支柱管驱动到地下。这种方法不适合用于建筑物内的支承，因为下面大而深的会损害现有的基础。

Frank Whittaker的英国专利第2,190,693A号使用了一种用于墙结构的支承装置，其包括一托架部件35，该托架部件从一矩形或扁平的中空盒状部件34伸出，可定位地处于一预先被驱动的支承桩顶部上方。此外，可调整的支撑装置37、38被置于托架35上。这种悬臂系统要求桩能够克服来自托架悬臂部件的抗弯力，且因此而预期会与钢管或能够提供相应抗弯力类似部件一起使用。要求在底脚下有深坑，以便放置千斤顶或可调整的支撑装置。而且，除了桩的荷载能力会因弯曲下降之外，还要求挖出宽广的坑。

Arthur Joseph Steel的英国专利第2,150,612A号使用了一种用于支承墙壁基础的系统，包括用液压千斤顶来驱动多个扁平套筒13，混凝土被浇注到墙壁基础中且能硬化。这在原理上类似于John Patrick

Jones的英国专利第2,024,283A号，区别在于它的桩有一从其中穿过的中心孔。两种方法均需要用于混凝土养护的等待时间，且因延时及深而宽的坑而牵涉到可使用性问题。

Roger A Bullivant的英国专利第2,255,990号使用了一种提供下述步骤来支撑基础的方法：取走短距离的二或三层砖，且用放置在千斤顶28上的桩连接器16，来支撑托梁14上的处于被取走部分上方的建筑物。该千斤顶受压，且该桩连接器滑动穿过管桩并固定到受压之后的千斤顶。这种方法用千斤顶给现有的底脚施加反作用力，并因此仅有一些来自旧底脚的反作用力可以利用。桩连接器16的偏心度在焊接部分(焊接部分将C形槽部分连接到管形杆12)上导致高剪应力和弯曲现象。这种方法也适用于例如墙壁基础中的低荷载。

由本申请人提出的正在审理中的马来西亚专利申请第PI20005487号公开了一种支承桩系统，其作用相当类似于本发明。然而，PI 20005487相当广泛地使用焊接，导致处理较慢、质量不稳定及操作昂贵。除了这些问题以外，安全性是另一顶担心，因为焊接部件可能会突然折断并对工人造成危害。因此需要能消除或减少上述问题的方案。与现有技术的支承桩系统相比，所述方案应易于处理、快速、有效且更为安全。

发明内容

相应地，本发明的一个目的是要提供一种有效、简单且可靠的方法，用于驱动、提升基础，且同时将来自建筑物的预加荷载可靠地直接传递到新近安装的支承桩中，而不使预加荷载进一步明显损失。

本发明的另一目的是要提供这样一种简单而可靠的桩锚头：系统能够容易地在所挖坑内组装并预加荷载，易于接近关键焊接部分，而不是调整螺栓或将千斤顶置于底脚下不方便和难以操作的工作空间。

本发明讲授了用于预加荷载并可靠地锁定在所需荷载的桩头和装置的组装方法和安装方法。

本发明还提供了提供利用支承桩系统，而不是利用其它额外机械来安装桩，从而独立地将支承桩驱动到地下挖孔中的简单手段。

本发明还提供了预先测试新安装的支承桩的荷载能力的简单手段，通过在预加荷载时直接顶托所述桩的顶部来取得荷载-沉降曲线，由此便可同时利用经济和多用途的荷载测试结果。

本发明的一个重要方面是，所述桩锚头实际上适于承受建筑荷载，并将其传递给任何种类材料及形状的桩，而不会在支承时限制钢管的普通使用。

根据本发明的一个方面提供了一种用于提升和支承沉降基础的支承桩系统，其包括：

一桩；

一桩锚头，其可容纳于所述传力梁中的平行的C形槽的间隙之间的空间内，所述桩锚头有一用于容纳所述桩的上端的中空区段，及一被设置成接近所述C形槽而与所述传力梁接合的部分；以及

一顶托装置，其可与所述传力梁及所述桩的上端接合；

一传力梁，其有一平行的C形槽的间隙之间的空间以容纳所述桩的上端，所述传力梁被设置成将所述基础与所述C形槽接合；

其中所述顶托装置对所述桩的上端施加力，以相对于静止的所述传力梁向下驱动所述桩。

根据本发明的另一方面，提供了一种安装支承桩系统的方法，该支承桩系统用于提升和支承沉降基础，所述方法包括以下步骤：

靠近所述基础挖出一孔；

放置一传力梁，该传力梁具有一平行的C形槽的间隙之间的空间，用于容纳所挖出的孔内的一桩的上端，所述传力梁被设置成将所述基础与所述C形槽接合；

安装顶托装置；

放置一桩锚头，该桩锚头有一中空区段，用于容纳所述传力梁中的平行的C形槽的间隙之间的空间内的所述桩的上端，以使所述桩锚头与所述传力梁靠近所述C形槽接合；

穿过所述桩锚头中的中空区段放置一桩；

使一顶托装置与所述传力梁及所述桩的上端接合；且

通过操作所述顶托装置，相对于静止的所述传力梁向下驱动所述桩。

附图说明

在结合附图研究“具体实施方式”部分之后，将会进一步理解本发明的各方面及其优点的，附图中：

图1根据本发明的一个实施例示出了一支承桩；

图2示出了一支承桩系统及辅助装置；

图3a示出了一典型的桩锚头，其具有可选的三角楔形配件，且与传力梁相匹配的对应位置处具有螺母和螺栓；

图3b示出了典型桩锚头的另一变例，其带有较宽的以八字形向外展开的凸缘和连接板；

图4示出了在桩锚头的每侧并列的两个C形槽的安装；

图5示出了将倒U形止推块放置到平行C形槽之间的间隙中，及将两个大销插入孔内，该孔位于所述倒U形止推块的端部，在平行C形槽的下端的正下方；

图6示出了将液压千斤顶放置在支承桩的端部上；

图7示出了预加荷载的完整桩锚头的详细封闭过程。

具体实施方式

参看附图，为便于说明，相同的编号表示相同的部件。为区分属于类似部件的两个独立实体，用后缀“a”或“b”来分别表示第一或第二个实体。

所述组件的部件

图1示出了根据本发明的一个实施例的支承桩1的组件。在本发明的最广方面，支承桩1包括桩12、桩锚头11以及用于提升沉降基础的提升装置。桩12可具有任何任何种类的材料及形状，如木材、混凝土、轨外桩(ex-rail pile)或钢管。

本发明的桩锚头11被设计成具有矩形主体，带有用于容纳桩12的中空扁平区段16。所述主体是由两个背靠背通过侧板结合在一起的L形部件构成的。由此在桩锚头11侧面的相对的平坦且平行表面上设置凸缘13，凸缘13充作提升装置，所以传力梁23能够放置在各个凸缘13上。也可选择性地用一个或多个紧固栓15作为提升装置，且在某些特定条件下，可结合运用凸缘13和紧固栓15。此外，桩锚头11被设计成拥有一锁定装置，用于使桩锚头11锁定到桩12。其中一种可能的所述锁定装置是这样的桩锚头板17：其尺寸略小于中空扁平区段16，因此它能够被插入中空扁平区段16之内，并在以后进行焊接或紧固。

这种设计看起来简单，但它却是对现有技术的一个重要改进。引入所述提升装置，就不必进行焊接来固定传力梁23。就承载能力、效率和安全性而言，其优于现有技术的系统。本发明的桩锚头11的另一重要内在优点是，桩12的形状和材料不成其为问题，因为在桩锚头11与桩12之间不需要焊接。这意味着，任何形状如圆形、矩形、六边形及其它形状，以及任何材料如木材、混凝土、轨外桩或钢管均可用于桩12。本发明允许用仅够放置沉降基础下传力梁23的浅坑，这种浅坑一般大约1或1.5m深。在某些现有技术中，则要求远为更深、宽且更广的坑。

图2示出了一支承桩系统2以及辅助装置。本发明支承桩系统2包括桩12、桩锚头11、顶托装置25以及传力梁23。如上所述，桩锚头11配置有提升装置。

在此实施例中，顶托装置25包括液压千斤顶25a和倒U形止推块24。在本发明中使用的是液压千斤顶，但也可采用任何类型的可在市场上取得的顶托装置。

倒U形止推块24被设计成具有倒U形。其具有一水平部件24a，在水平部件24a的每端有垂直支柱24b。在垂直支柱24b的每个末端设置有孔24d，用于容纳相应的锁定销24e。在孔24d正上方焊接一块板，以在倒U形止推块24的各垂直支柱24b上形成一楔形件24c，从而使倒U形止推块24能够被放置在传力梁23上。有利的是在每个垂直支柱24b上设置一对楔形件。

借助所述设计，倒U形止推块24不需要被焊接到传力梁23顶部的杆。用两个粗杆作为锁定销24e，通过顶靠传力梁23支撑倒U形止推块24的基底，来承受剪载荷。锁定销24d易于组装和拆卸，因而提高了效率，并且提高了预加荷载操作的装配的安全性和速度。

图3a、3b示出了要被固定到桩12顶部的桩锚头11的实施例。如图3a所示，桩锚头11有一中空扁平区段16，以及在中空扁平区段16的基底的相对侧面上伸出的凸缘13，如前所述。在桩锚头11的侧面上设置有连接板36，连接板36带有两个匹配的螺栓31a和孔31。连接板36从中空扁平区段16的侧面伸展并与凸缘13结合，从而形成L形凸出部分。在图3b所示实施例中，桩锚头11被制成为所述凸缘与匹配的三角形连接板38一起以八字形向外伸展，该连接板在端部与凸缘13结合。在两种图示桩锚头11中，两个凸缘13承载几乎全部自液压千斤顶传送的预加荷载，尽管有些是由螺栓31a承载的。桩锚头11的中空区段的形状可以是矩形或任何与桩12匹配的规则形状，但优选有两个对应于凸缘13和匹配的三角形连接板38结构的平坦平行的表面。桩锚头11的中空扁平区段16的内部尺寸使其以滑动配合的方式来容纳桩12的近似横截面。正是这两个部件使得本发明的桩锚头11具有非常广泛的用途。

桩锚头11还设置有一足够厚的桩锚头板17，如图3a和图3b所示。桩锚头板17的形状和尺寸与桩锚头11的中空扁平区段16内大约2mm的小公差相配合。在最后的安装过程中(本说明书中将在“安装过程”部分进一步描述此过程)，桩锚头板17要在达到所需预加荷载时，通过焊接而被锁定到桩锚头11的中空扁平区段16的内表面。三角楔形件33是依预加荷载的承载量而定的额外的可选部件，用于将桩锚头11焊接到平行的C形槽传力梁23。还能够省略三角楔形件33，而将桩锚头11的平行侧壁35焊接到平行的C形槽传力梁。

安装过程

图4示出了在每侧并列的两个C形槽的安装，这两个C形槽相当于传力梁23，用于将荷载从沉降基础传递到支承桩12。在沉降基础附近挖出一个大约1m宽×1m长×1m深的相当窄而浅的坑。随后将桩锚头11置于此坑上。此后将两个C形槽插入基础或地梁45的下端之下，并将八个螺栓(未示出)拧到位，从而将这两个C形槽以螺栓形式牢固地连接到桩锚头11的凸缘13。这两个C形槽是在各C形槽的内部的相对侧处，距支承桩12的每边近似等距地，且在支承桩12的每边上，用两个钢板(未示出)焊接在一起的，从而形成传力梁23。

图5示出了将倒U形止推块24放置到所述平行的C形槽之间的间隙中，及将两个锁定销24e插入孔24d内，该孔24d位于倒U形止推块24的端部，在平行C形槽的下端的正下方。倒U形止推块24的两个垂直支柱被插入传力梁23当中的间隙的中央空间。固定在倒U形止推块24的这两个垂直支柱的外部相对表面上的楔形件被置于传力梁23的该间隙的上方，使得楔形件的基底正放在传力梁23的上表面上。所述垂直支柱中的孔24d正好暴露于传力梁23的下方，因此大而坚固的锁定销24e能够滑动穿过孔24d。这对大锁定销24e此后将在顶托操作期间承载与其接触的传力梁23的基底。

图6示出了将液压千斤顶25a放置在支承桩12的顶部上。液压千斤顶25a的中心被置于倒U形止推块24的水平部件24a下方，从而在启动液压千斤顶25a时，活塞便会伸出而在中心处接触到桩锚头板17。桩锚头板17被置于桩12的顶部，且液压千斤顶25a固定于倒U形止推块24上，因此活塞就正好与位于桩12顶部的桩锚头板17接触。

高达所述基础工作荷载100-120％的荷载被施加到桩12上，直到牢固为止，并在该位置保持预定的时间。这导致来自液压千斤顶25a的正向垂直合力顶到位于桩12顶部的桩锚头板17上。而这又会向上拉上述这对锁定销24e，使其顶靠传力梁23的基底，因此而通过位于所述地梁或地基的下方的传力梁23，使得所述基础提升。

在顶托操作中，以15分钟的间隔来记录沉降基础的沉降，以便检验桩承载能力。这意味着桩12能够承受工作荷载，而没有明显的非弹性沉降(通常至少要小于12.5mm)。一旦通过读取液压千斤顶25a的压力表确认预加荷载没有明显损失，在所述操作中，桩锚头板17便随即被焊接到桩锚头11的内表面，以有效地锁定这一预加荷载。在桩锚头11的两面上，可形成与传力梁23接触的其它额外的焊接线。此外，也可将四个或六个三角楔形件(未示出)焊接到桩锚头11以及传力梁23的顶部凸缘，以形成非常刚性的整体的桩锚头11与传力梁23。

图7示出了预加荷载的完整桩锚头的详细封闭过程。当设定点令人满意，就通过将桩锚头板17焊接到中空扁平区段16的内部，而将桩锚头11锁定到桩12。通过将多个楔形件71b焊接到传力梁23及焊接到桩锚头11，可形成更多的加强部分71a。在桩锚头11与传力梁23之间，可形成更多额外的焊接部分71d。一旦完成焊接，桩12即被认为完全可供使用，且两个锁定销(未示出)被从倒U形止推块24上卸下。这样就留下预加荷载的桩12牢固地焊接到桩锚头板17和传力梁23，从而支撑建筑基础梁。与现有技术的通常承载约1到10吨的调整托架及锁定螺栓的系统相比，这种焊接的效力是，能够通过每一桩锚头承载高达200吨的非常大的荷载。尽管在以上具体实施方式中公开了本发明的优选实施例及其优点，本发明不限于此，而是仅受限于所附权利要求的范围。

Claims (19)

1.一种用于提升和支承沉降基础的支承桩系统，其特征在于包括：

一桩；

一桩锚头，其可容纳于所述传力梁中的平行的C形槽的间隙之间的空间内，所述桩锚头有一用于容纳所述桩的上端的中空区段，及一被设置成接近所述C形槽而与所述传力梁接合的部分；以及

一传力梁，其有一平行的C形槽的间隙之间的空间以容纳所述桩的上端，所述传力梁被设置成将所述基础与所述C形槽接合；

一顶托装置，其可与所述传力梁及所述桩的上端接合；

其中所述顶托装置对所述桩的上端施加力，以相对于静止的所述传力梁向下驱动所述桩。

2.根据权利要求1所述的支承桩系统，其特征在于所述桩锚头包括一锁定装置，以在所述桩在千斤顶荷载下被驱动到位时，保障所述桩相对于所述桩锚头的运动。

3.根据权利要求2所述的支承桩系统，其特征在于所述锁定装置包括一桩锚头板，该桩锚头板可穿过所述中空区段固定，以压在所述桩的顶上。

4.根据权利要求3所述的支承桩系统，其特征在于所述桩锚头具有与所述桩的截面形状互补的中空扁平区段。

5.根据权利要求3所述的支承桩系统，其特征在于所述中空扁平区段与所述桩锚头板的形状互补，以使所述桩锚头板通过焊接到该中空扁平区段的内表面，而被固定于该中空扁平区段之内，顶靠所述桩的上端。

6.根据权利要求1所述的支承桩系统，其特征在于所述桩锚头的所述部分与所述传力梁接合，该传力梁放置在所述桩锚头的凸缘上。

7.根据权利要求1所述的支承桩系统，其特征在于所述传力梁包括两个平行固定且彼此分开以形成所述平行的C形槽的间隙之间的空间的部件。

8.根据权利要求7所述的支承桩系统，其特征在于所述部件是一C形槽部件，所述C形槽部件被设置成其开放面处于相反方向。

9.根据权利要求1所述的支承桩系统，其特征在于所述顶托装置包括倒U形止推块和液压千斤顶，所述液压千斤顶位于所述倒U形止推块的上部水平部件与所述桩的上端之间并且分别与所述倒U形止推块的上部水平部件和所述桩的上端接合，以相对于所述倒U形止推块向下对所述桩施加力。

10.根据权利要求9所述的支承桩系统，其特征在于所述倒U形止推块的垂直支柱的末端设置有用于容纳锁定销的孔，以在所述孔位于所述传力梁之下且所述锁定销被插入所述孔内时，所述锁定销与所述传力梁的下表面接合，借此阻止所述倒U形止推块相对于所述传力梁向下运动。

11.根据权利要求10所述的支承桩系统，其特征在于所述倒U形止推块的垂直支柱包括向外伸出的楔形件，当所述倒U形止推块被向下插入穿过所述传力梁中的平行的C形槽的间隙之间的空间时，所述楔形件与所述传力梁的上表面接合。

12.一种安装支承桩系统的方法，该支承桩系统用于提升和支承沉降基础，其特征在于所述方法包括以下步骤：

靠近所述基础挖出一孔；

放置一桩锚头，该桩锚头有一中空区段，用于容纳所述传力梁中的平行的C形槽的间隙之间的空间内的所述桩的上端，以使所述桩锚头与所述传力梁靠近所述C形槽接合；

放置一传力梁，该传力梁具有一平行的C形槽的间隙之间的空间，用于容纳所挖出的孔内的一桩的上端，所述传力梁被设置成将所述基础与所述C形槽接合；

穿过所述桩锚头中的中空区段放置一桩；

使一顶托装置与所述传力梁及所述桩的上端接合；且

通过操作所述顶托装置，相对于静止的所述传力梁向下驱动所述桩。

13.根据权利要求12所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于包括下列步骤：当所述桩被驱动到位，且以一锁定装置使得所述桩与所述桩锚头接合时，保障所述桩相对于所述桩锚头的任何进一步运动。

14.根据权利要求13所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于包括下列步骤：向下驱动所述桩，直到所述桩的上端处于所述桩锚头的中空区段内为止，且将一桩锚头板插入该中空区段以压在所述桩的上端上，并将所述桩锚头板焊接到所述桩锚头的中空区段的内表面。

15.根据权利要求12至14任一项所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于使所述顶托装置与所述传力梁及所述桩接合包括以下步骤：

将一倒U形止推块的垂直支柱向下插，穿过所述传力梁中的平行的C形槽的间隙之间的空间，从而使得所述垂直支柱位于所述桩的相对侧面；

使得所述垂直支柱的末端与所述传力梁接合；及

将一液压千斤顶插入所述桩的上端与所述倒U形止推块的下侧之间。

16.根据权利要求15所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于当所述垂直支柱的末端位于所述传力梁之下时，将锁定销插入设置于所述倒U形止推块的垂直支柱的末端中的孔，使得所述锁定销与所述传力梁的下表面接合，借此阻止所述倒U形止推块相对于所述传力梁向下运动。

17.根据权利要求16所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于相对于所述传力梁向下驱动所述桩包括以下步骤：使所述液压千斤顶的活塞伸出，以相对于所述止推块向下对所述桩施加力。

18.根据权利要求14所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于包括以下步骤：将所述桩锚头固定到所述传力梁。

19.根据权利要求14所述的安装支承桩系统的方法，其特征在于设置多个楔形件，使得所述楔形件顶靠接合所述桩锚头和所述传力梁，且将所述楔形件焊接到所述传力梁和所述桩锚头。

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