TWI472669B - 用於從形成於土壤基質中的一個或連續層段建造支撐基墩的方法及裝置 - Google Patents

Description

用於從形成於土壤基質中的一個或連續層段建造支撐基墩的方法及裝置

在一主要之態樣中，本發明係關於一種用於建造一由一個或多個經壓緊之集料層段所構成之支撐基墩的方法與裝置。此裝置使單一或多層段基墩可被形成或建造在土壤基質內，並同時可強化與此基墩相鄰之土壤。因此，藉由將一中空管強力推進至土壤基質內，接著藉由升高此管設備，此裝置在土壤中形成一孔穴，經由此管設備將集料釋放或注入位在此升高之此管設備下方之孔穴部分內，而針對多層段之基墩則係將此升高上管設備向下地驅動、推動、降低及/或強力推進以便可壓緊已被釋放之集料，並同時將此集料垂直向下地及側面向外地強力推進至周圍之土壤內。

在被併入本文中以供參考之美國專利第5,249,892號專利中，揭示了用於在原處建造短集料基墩。此工程包括在土壤基質中鑽製孔穴，並接著在此孔穴中導入或壓緊若干連續之集料層或層段以形成一可供結構支撐用之基墩。此類基墩之製造係藉由首先在土壤基質中鑽製一洞或孔穴，接著移開此鑽頭，並在此孔穴中安置一相當小且不連續之集料層，然後在此孔穴中以機械式搗實機夯實或搗實此集料層。此機械式搗實機通常會在各層被壓緊之後被移去，且額外之集料接著被放置在此孔穴中以便形成下一個經壓緊層或層段。集料在基墩形成工程期間被壓緊之諸層段或層通常具有一2至3英呎之直徑及一大約為12英吋之垂直上升。

此裝置與方法產生一可供結構支撐用之剛硬且有效穩定化圓柱或基墩。然而，此基墩建造之方法具有在可經濟地完成此基墩形成工程所需深度及可進行此工程所需速度方面之限制。另一限制在於某些類型之土壤(特別是沙質土)在孔穴鑽製或形成工程中會發生內陷現象，且可能需要使用到一臨時殼體(例如一鋼管殼)。臨時殼體之使用將大幅地減慢基墩生產，並因此增加生產基墩之成本。因此，典型地，在第5,249,892號專利中所述之方法被限定只可在某些經限制類型之土壤中之概略不大於大約25英呎之深度處建造基墩。

因此，對於獨特基墩建造方法及相關聯特別機械裝置之需求已發展出，而此方法及裝置可成功地且經濟地運用以便可在較大深度處，可用較大之安裝速度、及可在當被鑽製時會崩塌或不穩定之沙質土或其他土壤中形成或建造集料基墩，而不需使用臨時殼體，但卻保有與被揭示於第5,249,892號專利中之短集料基墩方法、裝置及結構相關聯之諸特質與優勢，以及其他額外之優勢。

簡言之，本發明包括用於安裝由一層或多層的或已形成之多層段的集料(具有或不具有添加物)所構成之基墩的方法，且包括下列諸步驟：將一具有被特別成形之底部頭件與獨特管體構狀的長形中空管定置或推動或強力推進入土壤基質內；將此包括底部頭件之中空管填滿以集料；當此中空管在形成於土壤基質中之孔穴內被升高一段預定之增量距離時從底部頭件處釋放預定量之集料；及接著將軸向靜向量力及諸可選用動向量力分傳至此中空管及其特別底部頭件上，以便可經由此中空管之已成形之底部頭件的下端部將能量傳遞至此已被釋放之集料的層段頂部，藉以可垂直地壓緊此集料的層段，同時地將此已被釋放之集料的一部分側向地或橫貫軸向地強力推進至該孔穴之諸側壁內。在所施加的軸向或垂直靜向量力及諸可選用的動向量力向地下推進前之先，將該具有特別底部頭件的中空管升高之步驟將會衝擊集料，此集料在衝擊時並未受到中空管的防護而與孔穴之諸側壁隔開，藉此而提高此集料之密度並垂直地壓緊此集料，同時由於該球莖狀底部頭件上之經成形底部有助於在已被釋放之集料上或內產生側向力，使得可將此集料之一部分側面向外地強力推進至土壤基質內，並因此可在相鄰之土壤基質上傳遞側向應力。因此，此經釋放並被壓緊且部分地被位移之集料界定一「層段」，其通常具有一比孔穴之側面尺寸或直徑更大之側面尺寸或直徑(該孔穴係由中空管及球莖狀底部頭件所形成)，此將導致一個由一個或多個經壓緊之集料層段所形成之基墩結構。

當球莖狀底部頭件被升高時，集料在將從中空管之特別底部頭件處被釋放，而此升高較佳地係以多個預定增量步驟進行，首先，升高到孔穴之上方，並接著升高到已藉由工程而被形成於孔穴與相鄰土壤基質內的諸連續基墩集料層段中之每一者的頂部上方。在中空管已被升高以露出一部分孔穴並同時將集料釋放至該已露出部分內之後，自中空管處被釋放之集料將被由中空管及特別底部頭件所傳遞之壓緊力予以壓緊。此中空管及球莖狀底部頭件接著被向下強力推進，以便可垂直地壓緊集料並可將此集料之一部分側向地推進至土壤基質內。因此，此集料被壓緊並部分地以預定之順序增量或層段而被位移。此工程沿著孔穴之長度或深度而被連續地重複，此導致一個集料基墩或一行被分開壓緊之層段或層被形成於土壤基質內。一被垂直地壓緊且具有50英呎或更大長度之集料基墩可以此方式在一相當短之時間內且在不須從土壤中移去中空管及特別底部頭件下被建造。所得之被垂直壓緊的集料基墩亦通常具有一已形成之截面尺寸，其一貫地較大於中空管之截面尺寸。

許多類型之集料可被使用在此方法之實施，其包括取自採石場之許多類型之碎石或經回收之壓碎混凝土。添加物可包括水，乾水泥，或水泥漿，諸如水-水泥-沙水泥漿、飛灰、熟石灰或生石灰，或其他添加物可被使用，其可改良已形成之集料基墩之負載能力或工程特性。這些材料的組合亦可被使用在此方法中。

具有球莖狀底部頭件之中空管可藉由以所施加之軸向或垂直靜向量力以及可選用地諸伴隨的動向量力將具有導引端、球莖狀底部頭件之中空管推進及/或垂直地振動或垂直地錘撞入土壤內而被定置於土壤基質中。藉由最初強力推進、推動及/或振動具有特別底部頭件之中空管而被位移之土壤基質通常會被位移及側向地及垂直向下地壓緊至事先存在之土壤基質內。如果遇到土壤之堅硬或密實層，則此堅硬或密實層可藉由預先鑽製或預先穿透該層而被穿透，以便可形成一孔穴或通道，而中空管及特別底部頭件可被放置並打入於此孔穴或通道內。

此中空管典型地係由一具有球莖狀底部頭件之相同直徑的管所製成，且可包括一位於此底部頭件附近或內部的內閥機構或一位於此頭件之下端處之閥機構，或其可不包括一內閥關閉及開啟機構。此中空管係概成圓柱形，其沿此管之上區段具有一固定且均一之較小直徑。此中空管之球莖狀或較大外徑下端(亦即球莖狀底部頭件)係與較小直徑中空管一體成形，或可被分離地形成並連接至此較小直徑管之下端。亦即，球莖狀底部頭件通常亦為圓柱形，並具有一比此中空管之其他部分更大之外徑或外橫斷剖面，且與此中空管之中心軸線成同心。此球莖狀底部頭件之前端被成形為，可有利於穿入土壤基質內，並在穿入工程中將所需之諸向量力傳遞至周圍土壤以及隨後從中空管處被釋放之集料。從較小直徑中空管區段轉變至特別底部頭件的過渡區域可包括一截頭錐狀造型。同樣地，此底部頭件之底部可運用一截頭錐狀或錐狀造型以利於土壤穿入及後續之集料壓緊。此球莖狀底部頭件之前端可包含一犧牲蓋構件，其係在穿入土壤基質而將中空管放置入土壤基質內之初就被固定至該底部頭件上，以便可防止土壤進入中空管內。接著此犧牲蓋可從中空管末端被釋放或脫離，以便可在此中空管最初被升高時顯現一端部通道，藉此而使集料可經由中空管被釋放並可流入因升高此中空管所形成之孔穴內。

或者，或除此之外，此球莖狀底部頭件之前端可包含一內部機械閥，其在最初穿入土壤期間被中空管及球莖狀底部頭件關閉，但其在升高以釋放集料時將被開啟。其他類型之前端閥機構及形狀均可被運用以利於進行最初之土壤穿入、防止土壤進入中空管內、允許在中空管被升高時釋放集料、以及傳遞與此特別底部頭件之前端相協作的諸向量力，以便壓緊諸連續集料層段。

另外，此裝置可包括若干安置手段，用於將一個或多個垂直上升構件安置在已形成之基墩內以供後續用作為一垂直上升錨定力抵抗構件，及用於將一標示構件安置在已形成之基墩內以供測量此已形成之基墩的底部在負載時(例如在負載試驗期間)之移動。此諸輔助特徵或手段可在基墩成形期間被引進中空管之內部。

或者，若干上升錨定桿或一標示桿或各種桿件可被放置在中空管及球莖狀底部頭件之外側面上。此諸桿件將沿著中空管及球莖狀底部頭件之長度而縱向地延伸，並因此被安置在藉此被形成之孔穴的側面處。一根或二根或多根桿件可用此方式被安置。此諸被安置在中空管及頭件之外側面上的桿件可單獨或結合起初被安置在中空管之內側面上的諸桿件而被使用。

作為本發明之另一特徵，振動緩衝器可結合一可供將集料或其他材料進給至中空管內之料斗而被使用。因此，兩個或更多個緩衝器可結合驅動機構而被使用。

在本發明之另一特徵中，中空管沿著在料斗或中空管頂部與球莖狀底部頭件間之縱向長度的直徑可被改變。最大直徑中空管區段可被安置在此中空管之頂部處，使得若干漸進較小直徑區段係位於此最大直徑區段下方，而此諸漸進較小直徑區段中之最小者被連接至該底部頭件。此配置可實現減少中空管之總重量，同時可增加在此中空管之那些需要較大強度之區域中之強度。此中空管可用多個被螺合、焊合或其他方式緊固在一起之區段而被組裝起來。諸相鄰區段之外形亦可不同，例如其等可具有不同幾何形狀之截面，諸如圓形、橢圓形、六角形等。此諸區段可藉由在土壤穿入期間將其等順次地連接而被預先組裝。

在本發明之方法的實施中，有利地係利用具有成角度之切面或表面的碎石，而非經常在其他土壤改良方法中被使用之圓石或河石。在實施本發明中使用碎石之能力使得不常被用以建造此類基墩之材料亦可被使用，並因此可提供建造一具有某些實用優點(諸如高密度及較大剛性)之基墩的能力。雖然如此，圓石或河石仍可被使用。此類包括碎石及圓石或河石之石頭的結合亦可被使用。

作為本發明之另一特徵，此中空管及球莖狀底部頭件可在移動上藉由對準導引件而被適當地導引土壤基質內。此對準導引件提供一可防止中空管及特別底部頭件在最初穿透入土壤基質內期間作側向之位移(「踢出」)的功能。一特別之對準導引件的範例係一環型導引構件，其環繞此中空管並被緊固至驅動機器上，以便提供對此中空管及球莖狀底部頭件之導引。亦可使用其他型式之特別對準導引件，且可使用一個以上之對準導引件。

作為另一特徵，此中空管及球莖狀底部頭件可經由一藉一鎖定板結構而被固定至其上之振動錘而被強力推進或驅動入土壤基質內。此鎖定板係藉多個由特別鎖定墊圈(例如具有「Northlock Washers」商標名之特別鎖定墊圈)所保持之螺栓或桿件而被固定在適當位置上。此配置可減小在此驅動裝置與此具有球莖狀底部頭件的中空管間所引起之電力。

此特別底部頭件之圓形截面實施例的一般外徑係在大約14英吋之範圍中。在底部頭件直徑方面之其他類型的大小包括具有從12至16英吋直徑之底部頭件，且底部頭件之實用直徑的範圍可在從大約10至大約20英吋。此有別於其他通常具有從24至36英吋較大直徑之土壤改良用管狀裝置。此底部頭件之截面形狀典型地係圓柱形，儘管其他形狀亦可被用以提供此球莖狀底部頭件在與被連接至其上之中空管的截面區域相對照下之顯著球莖形狀。

一感應器裝置可被連接至此球莖狀底部頭件上，以隨時間測量此球莖狀底部頭件在垂直壓緊及側向位移集料工程期間所遭遇之垂直力。此感應器裝置使得能夠測量作用在其上之垂直力及垂直力之持續時間。此感應器裝置可被連接至此球莖狀底部頭件上，例如就在其下成形部之上方處，以便可提供軸向及橫貫軸向讀數。

作為另一特徵，本發明之裝置可結合集料、與集料相混合之水泥漿、或混凝土、以及其他基墩形成材料而被使用。

作為另一特徵，本發明之裝置及方法可被用於堅硬、非常堅硬、中度密實、或堅硬之土壤中。在一些情況下，可在一基墩位置處之至少部分土壤預先鑽孔。或者，可在一基墩位置處，以一被固定至一軸上之經特別設計的穿透頭件預先穿透此土壤。此軸之截面面積通常係小於此穿透頭件之最大截面面積。此穿透頭件之最大直徑通常係小於被連接至長形中空管上之球莖狀底部頭件的直徑。一位於該軸上之錐狀穿透頭係此特別設計之穿透頭件的有效形狀，儘管亦可使用其他形狀。此預先穿透步驟係藉由中空 管及球莖狀底部頭件在安裝基墩的諸步驟之前先操作，且通常係與此諸步驟分離操作。

作為本發明之另一特徵，根據本發明之裝置與方法所製造之集料基墩可被安裝在一位於土壤表面下方之深度處。於是此集料基墩可作為另一替代基墩結構之一基座或支座。因此，兩或多種不同基墩部分(其中之一係在此所述之系統)可被連接或聯結或疊接以形成一單一基墩。

位於此球莖狀底部頭件之最遠端處的排放孔在大小上係可變更的。一般而言，因為此底部頭件係用以從一開孔處排放集料或其他類似材料，故此球莖狀底部頭件之最遠端的一部分將包括一概略成水平之結構，其與一錐狀或概略成錐狀之表面相聯結。此底部開孔典型地係小於此概成水平部分或區段及此概成錐狀表面部分之表面積的50%。此水平底部及概成圓錐部將諸力直接地傳達至從此底部開孔處所釋放或排放之集料上。

因此，本發明之一目的在於提供一中空管裝置，其具有一經特別設計且比中空管大之有效直徑的球莖狀底部頭件，而此底部頭件有益於產生一可延伸至更深處之經壓緊的集料基墩(在有或沒有添加物下)，且本發明亦提供一種改良方法，其用於產生一可延伸至比習知現有短小集料基墩技術所典型可達到處更深之基墩。

本發明之另一目的在於提供一種用於形成一由經壓緊之集料所構成之基墩的改良方法與裝置，其在基墩形成期間，尤其在易於凹陷之土壤中(例如沙質土壤及地下水位下方之土壤)，並不需使用臨時鋼殼。

本發明之再一目的在於提供一用於形成一由經壓緊的集料所構成之基墩的改良方法與裝置，而此集料可包含多種可選用之添加物，其包括集料之混合、水之添加、乾水泥之添加、水泥漿之添加、水-水泥-沙之添加、飛灰之添加、熟石灰或生石灰之添加、及其他種類添加物之添加，包括使用混凝土，以便可改良基質土壤、集料、及已形成之基墩的工程性質。

本發明之又一目的在於提供一集料基墩結構，其可被裝設在許多類型土壤中，且其相較於習知之集料基墩結構將可進一步地以更快的建造速度被形成於更大之深度處。

本發明之另一目的在於提供一種經改良之方法與裝置，其係用於在一已軟化或鬆弛之集料基墩內形成一由經壓緊之集料所構成之基墩，而此已軟化或鬆弛之集料基墩係先前藉由不同之基墩建造方法及用不同之裝置予以形成者，而此習知之方法與裝置係不同於本文中所揭示之用以穩定化及堅硬化該先前已形成之基墩者。

本發明之再一目的在於提供一種基墩形成裝置，其可用於快速且有效率地建造經壓緊之多層段基墩及/或由少至一單一層段所構成之集料基墩。

本發明之這些及其他目的、優點及特徵將在以下之詳細說明中被提出。

概括結構 ：

第1、2、5、6、7、9、10、11、12、13、18、19、20及23-26圖說明建造基墩形成設備或機構之概括總體方法，以及在執行本發明之製造最終集料基墩之方法的各種不同與替代之後續步驟。參照第1圖，此方法係適用於將基墩安置在一需要進行土壤強化以變得更硬及/或更強之土壤基質中。許多種類之土壤(尤其包括沙質土或黏土)可能需要實施本發明。憑藉本發明，將可建造基墩，其係由一個或多個層段所構成，其使用集料，且其可選用地利用具有添加物(諸如水、水泥、沙、及水泥漿)之集料。最後所得之基墩具有比許多習知集料基墩更大之剛硬度及強度，可被經濟地延伸至或建造至比許多習知集料基墩更深之深度處，可在不像許多習知集料基墩般使用臨時殼體之下被形成，可比許多習知集料基墩更快地被安裝，可在每單位基墩長度上使用比許多習知集料基墩所使用者更少之集料，及可在不造成土壤基質被排放或累積於位在基墩頂部附近的地面處的情況下被予安裝。

作為本發明之第一步驟，一具有一縱向軸線35且配備有一特別底部頭件32之中空管或中空軸30藉由一如第3圖所示之靜軸向向量力驅動裝置37而被推進，並藉動向量力而可選用地被垂直(軸向)振動或夯實(或兩者)入一土壤基質36中。包含藉由推動一段具有球莖狀底部頭件32之中空管30的長度所移動之材料量的土壤基質36部分主要被側向地強力推進，藉以壓緊相鄰之土壤基質36。如第1圖所示，中空管30可包括一圓柱形鋼管30，其具有一縱向軸線35及一例如在於6至14英吋範圍內之外徑。在因堅硬或密實土壤層而無法將中空管30及特別底部頭件32推進至土壤基質36內之情形中，此類堅硬或密實土壤層可被預先鑽孔或預先穿透，於是推進程序可藉由利用驅動裝置37而繼續進行。

儘管亦可使用其他之形狀，但此中空管30通常具有一均勻之圓柱外形。雖然此中空管30之外徑通常係6至14英吋，但其他直徑亦可被用以實施本發明。此外，中空管30將被延伸或推進至土壤基質36內至集料基墩之終極深度，例如達50英呎或更深。此中空管30通常緊固至一上端驅動延長部42，其可被一驅動裝置或機構37所抓持，以便將此中空管30推進或可選用地振動或夯實至土壤基質36內。或者，如第33圖所示，此中空管30可被緊固至一基板558並自此基板558至驅動裝置556。

第3、3A及3B圖說明當料斗34係位於中空管30之頂部時之一與此料斗34相關聯的特徵。雙隔離緩衝器46及48被分別固定於料斗34之上及下側處，以便可減小此料斗34之振動蓄積，並藉此提供一具有較大結構完整性之料斗總成。一延長部42被固定於中空管30處，以便可在此管30上傳遞靜力及動力。此延長部42係與料斗34相隔離，且因此可相對於諸緩衝器46、48滑動。

包含一集料用之貯槽43的料斗34在位於中空管30之頂部時，將通常藉由諸隔離緩衝器46、48而與延長部42相隔離。被緊固於延長部42上之振動及夯實設備37可由一纜索或挖土機臂或吊車所支撐。料斗34、夯實及振動設備37(具有可操作額外的重量)及中空管30之重量在一些土壤狀況中將足以提供一靜力向量，而不再需要使用一分離之靜力驅動機構。此靜力向量係可選用地藉由一垂直振動及/或夯實動力機構而被增加。再者，此料斗34可與中空管30及延長部42相分開。例如，一並未被安裝在中空管30之頂部上之分離料斗(未示於圖)可沿著此中空管30之側邊而進給集料或其他材料至此管內。

第3(c)圖說明使一料斗34結合一可供將集料或其他料進給至一被形成於土壤中之通道內的管體之併合方式。具體而言，多個緩衝機構46及48被分別連接至料斗34及進給管42上。此連接係經由一可有效地緩衝諸力(尤其是可被傳遞至垂直進給管處之實驗用力)的彈性連接器46及48而被達成。

第4圖說明中空管30之一可選用特徵。一限制器、夾管閥、止回閥或其他類型之閥機構38可被安裝於中空管30內或在此中空管30之特別底部頭件或下端區段32中，以便可部分或全部地關閉此中空管30之內通道並停止或控制集料44及可選用添加材料之流動或移動。此閥38可藉機械或液壓方式而被開啟、部分地開啟、或關閉，以便控制通過中空管30之集料44的移動。這也可藉由重力而以一當被升高時開啟且當被降低至集料44上時關閉之止回閥方式被操作。

第14圖說明球莖狀底部頭件或區段32之結構。儘管亦可為其他形狀，但此球莖狀底部頭件32採圓柱形。此球莖狀底部頭件32之外徑係大於中空管30之上區段33的公稱外徑並典型地係12至18英吋，雖然其他支直徑及/或截面亦可被用以實施本發明。因此，此頭件32將具有比與其緊鄰之中空管30的截面尺寸或面積更大之截面尺寸或面積。

第14、15及15A圖說明本發明之一實施例，其具有一被併入球莖狀底部頭件32中之閥機構。此球莖狀底部頭件32包括一截頭錐狀底部區段或成其他造形之底部50，其具有一集料44用之排放孔52，而此開孔52將隨著被一閥板件54所露出或遮蓋而開啟及關閉。此閥板件54被安裝在一滑動於一轂59中之桿件56上，而此轂59係藉由若干被連接至中空管30之球莖狀底部頭件32的諸內側通道壁上之徑向支柱58而被固定於適當位置處。此板件54在中空管30被強力向下推進至土壤基質36內時將滑動至一關閉位置，而在中空管30被升高時則滑動至一開啟位置，以便使使集料44可流動。此閥54之開啟係由桿件56所控制或限制，而此桿件56具有一用於限制其滑動之頭部56a。因此，中空管30可在開孔52被板件54所關閉之狀態下被驅動至一所要之深度81(第6圖)。接著，當中空管30被升高(例如，第10圖中之距離91)，該板件54因重力而向下延伸或移動，以便使集料44可因中空管30之升高而經由開孔52流入已形成之孔穴內。之後，此管30被向下衝擊或驅動，此將關閉閥板件54並壓緊經釋放之材料以形成一層段72。在第14、15及15A圖所示之實施例中，此閥板件54因應重力而移動。然而，桿件56在移動上可藉由一流體驅動裝置、機械或電子機構予以取代或協助。或者，將如下文中所述的，閥板件54可由一犧牲蓋64或由一如下文中所述之上升固定件或標示機構70之底板予以取代。而且，第4圖中之止回閥38可被用以代替第14、15及15A圖中所示之閥機構。

代表性地，儘管球莖狀底部頭件32之外徑係大於中空管30之外徑中空管30與底部頭件32之內徑係均一或相等的。或者，當使用一閥機構54時，頭件32之內徑可大於中空管30之內徑。球莖狀底部頭件32可與中空管30一體成型，或是被分離地形成並被螺合或焊接至中空管30上。典型地，中空管30之內徑通常係在6至10英吋間，而此特別底部頭件32之外徑則係通常約為12至18英吋。第14圖中之位於此特別底部頭件32前端的最下端處之開孔直徑53可等於或小於頭件32之內徑。例如，參照第14圖所示，雖然第16圖中之具有犧牲蓋(此蓋將於下文中被敘述)的頭件32之排放孔具有與頭件32及中空管30之內徑相同之直徑，但此頭件32可具有一12英吋之內徑且此開孔直徑53可為6至10英吋。

此板件或閥54亦可被成形為便於在中空管30被向下推進至土壤基質36內或推抵住已成形之孔穴中的集料44時關閉。例如，構件54之直徑可超過第14圖中所示開孔52之直徑，或此閥構件之邊緣55可如第15A圖中所示般地被傾斜，以便可啣合此開孔52之傾斜邊緣59。接著，當作用一靜力或其他向下之力至中空管30時，此閥板54相對於開孔52將被固定於一關閉位置上。

中空管30之下球莖狀底部頭件32通常具有一大約為其直徑或最大側面尺寸之一至三倍大的長度。當中空管30穿透或被強力推進至土壤內且因此使此管30之較小直徑區段隨後得以更容易地通過時，此球莖狀底部頭件32將在此土壤基質36上提供被加強之側面壓緊力。此頭件32之截頭錐狀或傾斜前緣及後緣50、63由於其剖面設計而有助於降低或驅動此土壤36之穿透及側向壓緊。在第14圖中之後傾斜區段或邊緣63在本方法之升高步驟進行期間有助於中空管30與頭件32之升高及土壤36之側向壓緊。而且，此球莖狀底部頭件32之形狀或傾斜構型亦可促使此發生。此前緣及後緣50、63通常相對於中空管30之縱向軸線35而形成45º±15º之角度。

第5圖說明中空管30之另一特徵。入口60及出口62被設置於已被提升之料斗34的下部處或於中空管30之上端處，以便可添加水、水泥漿(如水-水泥-沙之水泥漿)以作為特殊基墩結構用之集料添加物。設置出口62之目的在於維持水或添加物之高度，其在此高度下將可有效地促進集料之流動，且亦可使水泥漿從一貯槽經再循環而回至此貯槽，藉此而有助於混合且可將水頭或水泥漿頭(壓力)保持在相當恆定之狀態下。入口60及出口62可被直接地導引入料斗34內或直接地至中空管30內(見第13圖)，或可藉若干分離之通道或導管而連接至球莖狀底部頭件32。若干水泥漿排放孔31可被設置成如第2圖所示般地通過位於球莖狀底部頭件32上方之中空管30，以便可將漿增補排放至位於中空管30周圍之環形空間內，並可避免孔穴被來自土壤36的沙所填滿。

第8A、8B、8C及16圖說明球莖狀底部頭件32之另一替代特徵。一犧牲蓋64可被用以替代底部或下端滑動閥54以便在此球莖狀底部頭件32可在其被向下推進穿過土壤36時免於被阻塞。此蓋64可用許多方式中之任一者予以構形。例如，其可為扁平狀、尖狀或傾斜狀。此亦可為拱形之造型。當成傾斜狀時，其可相對於水平軸線形成45 ^o ±25 ^o 之角度。此蓋64可包括多個向外偏移之腿部87，其被安置成可裝配在此球莖狀底部頭件32之中心開孔89內，並可將此蓋64保持於適當位置直到中空管30先被升高且集料44被迫流出開孔52而進入被露出之孔穴區段內。

第17圖說明球莖狀底部頭件32之另一替代特徵。滑板54及用於支撐此板件54之桿件68可包括一通道或軸向管57，其可安置一被連接至底板70上之加強件或桿件68。此桿件68及底板70將被釋放在一已形成之孔穴的底部處，並被用以提供一上升錨定構件或一標示構件以便在負載試驗期間用於測量一基墩之底部移動。此被連接至一底板70上之滑動桿件68可取代犧牲蓋64，以便用以在推進至土壤36內期間關閉球莖狀底部頭件32之開孔，並運作如同一可供該已被安裝之上升錨定構件或標示構件用之平台。因此，此底部閥板件54可在使用此諸上升錨定或標示構件時被省略或被保持在適當位置上。第20圖顯示在藉由本發明而形成一基墩時，位於適當位置上的上升固定件68、70或標示件，其中該板件或閥54已被省略。

操作方法 ：

第1圖說明前述設備或裝置之操作中的典型第一步驟。具有球莖狀底部頭件32之中空管30以及已被連接之上延長部42與料斗總成34係藉由驅動裝置37或藉由諸零組件之重力而以一垂直或軸向靜向量力(其通常係由動向量力予以增大)被推進至土壤基質36內。實際上，在使用一具有特別底部頭件32(其具有前述之尺寸與形狀)之中空管30之情形下，通常會在其上始終作用一5至20噸之向量力。第2圖說明在中空管30及諸連接件深入土壤基質36內並到達所計畫之深度81時將放置集料44至料斗34內之情形。第6圖說明隨後中空管30向上或升高一預定升高距離91(通常係24至48英吋)之移動情形，藉此可在土壤基質36中顯露位於下區段頭件32下方之一部分未經掩蔽的孔穴102。

第7圖說明底閥54開啟以便使集料44及諸可選用添加物可在中空管30及諸連接件被升高的同時，填充位於球莖狀底部頭件32下方之孔穴102的空間或部分85。閥54可隨著中空管30被升高而因位於此閥54頂面上之集料44的重量而開啟。或者，此閥54可例如藉由一液壓機構而被起動，或中空管30可被升高且集料44接著被加入以便藉由閥54之運作而可流經閥開孔53。或者，內閥38可在升高期間或升高之後被開啟。或者，如果並無設置閥54，則犧牲蓋64將通常藉由集料44之重量所施加的力而從頭件32之端部處被釋放，而此集料44係在球莖狀底部頭件32從該已形成之基墩孔穴102起被升高一預定距離時被導引通過中空管30者。

第9圖說明中空管30及諸連接件之後續向下推進與底閥54之關閉情形，藉此壓緊位於孔穴部85中之集料44，從而將此集料44及可選用添加物側向地以及垂直向下地強力推進至土壤基質36內。向下推進之預定移動距離典型地係相等於升高距離91減去1英呎，以便可產生接在中空管30之預定升高距離91後之1英呎厚的已完成層段72。此層段72之經設計的厚度亦可為不等於1英呎者，此將視經特定形成之集料基墩的要求及土壤基質36與集料44之工程特性而定。在實施本發明時，將被釋放入如第7圖中所示之被空出且未掩蔽的孔穴部85內之集料44壓緊以便水平地側向移動集料44以及垂直地壓緊此集料係很重要的。

第10圖說明下一個或第二層段形態，其係藉由使中空管30及諸連接件升高另一預定距離91A(通常為24至48英吋)而被實現，以便可開啟底閥54(在配備有閥54之實施例的應用情形中)並可使集料44及諸可選用添加物通過或移動入孔穴85A(其係藉由升高該管30而被開啟或露出的部分)。

升高中空管在2至4英呎之範圍內，典型地會緊跟著降下(如下文所述)以形成一典型地具有一1英呎垂直尺寸之集料基墩層段72。因此，此層段72之軸向尺寸可在中空管30所升高距離91之3/4至1/5的範圍內。然而，第23-26圖中所示之實施例構成一替代壓緊準則。

第11圖說明向下推進中空管30與諸連接件及關閉底閥54以便於一剛被露出之未掩蔽孔穴部分85A中(第10圖)將集料44壓緊且將集料44與諸可選用添加物側向地強力推進土壤基質36內之情形。推進之距離將等於升高之距離減去經設計之層段厚度。當使用犧牲蓋64之方法時，底部開孔50可在加壓集料44時保持敞開。

第18圖說明一藉由前述工程而被部分形成之集料基墩，其中多個層段72藉由壓緊而已被順序地形成，且中空管30在集料44被填入孔穴部分85X中時升高。第19圖說明一藉由此所述之工程而被完全形成之集料基墩76。第20圖說明一已形成之基墩76，其具有已被安裝之上升錨定構件68、70或標示構件。第21圖說明一在一已形成之基墩上之可選用預載步驟，其係藉由將例如一重塊75放置在該已形成之基墩上而達成，且一可選用模組指示器試驗係針對由多個經壓緊層段所構成之集料基墩76作試驗。

第23至26圖說明一利用前述裝置來形成一基墩之替代準則。中空管30先被強力推進或驅動入土壤基質36內達一所要之深度100。頭件32之最底端包括一閥機構54、犧牲蓋64、或類似者。將中空管30垂直向下地強力推進至土壤內會形成一孔穴102(第23圖)。假定此特別底部頭件32係概略成圓柱形，則孔穴102將亦概略成圓柱形，且可維持或可不必維持與此特別底部頭件32之形狀與直徑相關聯的全直徑形狀。

當到達所要穿入至土壤基質36內(第23圖)並已位移並提高此先前存在於已形成之孔穴內的基質土壤的密度後，此中空管30被升高至此已形成之孔穴的頂部或至經設計成一單一層段之集料基墩(第24圖)的頂部。當其被升高時，集料44及諸可選用添加材料被排放在此特別底部頭件32之底端下方。

可選用地諸添加材料被排放至被界定在中空管30之上區段33與已形成之孔穴102的諸內壁間之環形空間104內。此諸添加材料可流經若干輔助側面通道108或若干位於中空管30中之補充導管110。當此中空管30被升高時，孔穴102被填滿以集料及諸可選用之添加材料。當球莖狀底部頭件32被升高時，位於環形空間104中之諸添加材料亦可藉由或因為球莖狀底部頭件32之形狀而被向外地強力推進至土壤基質36內。

因此，中空管30係通常被大致升高此初始被形成之孔穴102的全長，且然後，如第25圖所示般地，可再次被向下強力推進，此將導致位於此孔穴102中的集料會被壓緊且此集料的一部分會被側向地強力推進至土壤基質36內(第25圖)。中空管30之向下移動範圍係取決於各種因素，包括：孔穴102之大小與形狀、集料與添加物的組成與混合、傳遞於中空管30上之力、及土壤基質36之特性。典型地，持續此向下移動，直到此特別的底部頭件32的下端或底位於或接近該先前已形成之孔穴102的底部81為止，或直到發生此向下移動實質被拒為止。

在完成第二向下移動之後，中空管30通常被升高此孔穴102的全長，將再次地在升高期間排放集料及諸可選用添加材料，並再次地填充此剛形成之孔穴102(第26圖)。完全降低及完全升高之循環被完成至少兩次及可選擇地三次或更多次，以便可將更多之集料44及諸可選用添加材料側向地強力推進至土壤基質36內。另外，此循環可作各種型式之調整，諸如完全升高及降低，緊跟著完全升高及部分降低，或部分升高及完全降低，以及此等之組合。或者，在一個或多個將中空管30升高並將集料及諸可選用添加材料排放之完全循環之後，後續之操作可相同或類似於前述之典型集料基墩形成順序，其中各層段藉由升高及降低一預定距離而被形成。

或者，在完成一單一層段(即所得之具有或不具有各種可選用添加材料之集料基墩)之後，再使中空管30及球莖狀底部頭件32進入此已形成之單一層段集料基墩內之諸進一步步驟可被除去。換言之，此裝置可被用以在土壤基質內形成一單一長形基墩，此延長了土壤穿透之垂直長度。此具有諸經提高密度之相鄰土壤的單一層段集料基墩可為有效的，而不需任何其他強固化或堅硬化。單一層段集料基墩可發揮作用的一種狀況係在地震時當基質土壤可能被液化時將可有效地減緩液化。

概括考量 ：

水或水泥漿或其他液體可被使用以利於集料44流動及進給通過中空管30。水可被直接地進給至中空管30內或通過料斗34。其可在一壓力下，或藉由將料斗34當用作一貯槽而提供落差。因此，水、水泥漿或其他液體可有效地使集料流動，尤其在例如直徑為5至10英吋之小直徑中空管30內。在前述所有實施例中，中空管30內通道及/或排放孔之大小典型地係至少4倍大於最大集料之大小。在各層段72之垂直高度係12英吋且管30之內徑係大約6至10英吋之情形下，用水當作一潤滑劑係特別令人滿意的。

應注意的是，形成於基質土壤36中之孔穴102的直徑係相對小於許多替代基墩形成技術者。使用一可深入基質土壤36內之相當小直徑孔穴102或小尺寸開孔的方法，將使一管30可被強力推進或驅動至一相當之深度並可隨後形成一基墩，其水平尺寸係可測地較大於此中空管30之諸外部尺寸。利用具有或不具有添加物之集料44以便藉由壓緊及水平位移而形成一或多個層段因此可如前述般地藉由中空管30及特別底部頭件32而被達成。諸層段72被垂直地壓緊，且集料44被橫貫軸向地強力推進，此導致一被高度黏合之基墩結構並可製成一具有比其原本孔穴直徑大之直徑的更堅硬且堅固之集料基墩。

實驗結果 ：

第22圖說明本發明基墩對照一經鑽孔之混凝土基墩的試驗結果。此圖表說明當此諸基墩以漸增之負荷直到最大負荷予以負載且接著將此負荷減小至零時，三個依據本發明所建造之集料基墩的移動(曲線A、B、C)對一習知經鑽孔之混凝土基墩的移動(曲線D)情形。此諸試驗係使用下列之條件並用一以鋼強化且經鑽孔之混凝土基墩作為對照物試驗基墩而被進行。

一大約8英吋直徑之孔或孔穴被鑽到達20英呎深度，並被填以混凝土而形成一經鑽孔之混凝土基墩(試驗D)。一鋼強化棒被置於此經鑽孔之混凝土基墩的中心以提供結構整體性。一成圓柱形式且具12英吋直徑之硬紙板被置於此基墩之上部以利於後續壓緊負荷載試驗。全部四個試驗之基質土壤係具有中等密度之細小或中等大小的沙，其具有在每英呎3至17錘擊數之範圍內的標準穿透錘擊數(Penetration Blow Counts)(SPT’s)。地下水係位於一在地面下近10英呎深之深度處。

本發明之集料基墩(如試驗A、B、C中所報告的)係以一具有6英吋外徑之中空管30及一具有10英吋外徑之特別底部構件32所製。試驗A及B僅使用集料。試驗C使用集料及水泥漿。試驗A使用多個2英呎之預定升高移動及多個1英呎之預定向下推進移動，此導致複數個1英呎之層段。試驗B使用多個3英呎之預定向上移動及多個2英呎之預定向下推進移動，此再次導致多個1英呎之層段。試驗C使用多個2英呎之預定向上移動及多個1英呎之預定向下推進移動，並包含水泥漿之添加。

數據分析可與已被建造之基墩的硬度及模數相關。在為0.5英吋之撓曲處，試驗A相對應於27噸(ton)之負荷，試驗B相對應於35噸之負荷，試驗C相對應於47噸之負荷，及試驗D相對應於16噸之負荷。因此，在這撓曲量(0.5英吋)處及使用試驗B作為標準試驗及比較基礎之情形下，試驗B之相對硬度比係1.0，試驗A係0.77，試驗C係1.34，及試驗D係0.46。此標準試驗B係比對照試驗基墩(試驗D)更堅硬2.19倍。此標準試驗B係比試驗A更堅硬1.30倍，而具有水泥漿添加物之試驗C係比習知之混凝土基墩(試驗D)更堅硬2.94倍。此說明根據本發明所形成之基墩的模數大致上係較大於該經鑽孔之混凝土基墩(試驗D)之模數。這些試驗亦說明配合2英呎向下推進移動之3英呎升高移動的工程係優於2英呎升高移動與1英呎向下推進移動的工程。此諸試驗亦說明水泥漿添加物之使用可實質地改善此已形成之基墩的硬度以使其撓曲小於約0.75英吋，但相較於試驗B卻未實質改善撓曲大於約0.9英吋之已形成基墩的硬度。

在所揭示之實施例中，因為中空管或中空軸30之球莖狀底部頭件32具有一較大之截面面積，故產生各種之優點。首先，本裝置在使用一底閥機構54時之構形可在孔穴102形成於土壤基質36期間，以及在中空管30被部分地從土壤基質36中抽出以露出或形成一孔穴85於土壤基質36中之時，減小集料在此裝置中發生阻塞之機會。再者，此構形允許得自諸靜力向量及諸動力向量之額外能量可經由本裝置之底部頭件32而被傳遞並衝擊在位於孔穴70中之集料44上。另一優點在於：此中空管30在已形成於地面下之孔穴102的側面上之摩擦力將由於中空管30之有效直徑係小於底部頭件32之有效直徑且因此較小於此已形成孔穴之原本直徑而被減小。此將可更快速地推進入土壤中並可推進通過可能被認為更堅實或剛硬之岩層。較大截面面積之底部頭件32亦加強提供孔穴區段102在大小方面適於容納集料44之能力，而此集料44具有比相關於中空軸30之其餘他部分更大的體積，因而提供額外材料以供在形成基墩72時承受縱向(或軸向)及橫向(或橫貫軸向)力。中空管30在此已形成於土壤36中之孔穴102的側面上之經減小的摩擦力亦提供一優點：可在基墩形成期間更容易升高中空管30且可防止此中空管30變成阻塞於土壤基質中。

在本發明之製程中，最下方層段72可被形成有一較大有效直徑且具有被提供於其內之不同集料量。因此，在此基墩76中之此下方層段72或最下方層段72可在形成基墩76之基部時被構形為具有較大之橫截面面積以及較大之深度。經由範例，此最下方部分或最下方層段72可藉由將中空管30升高4英呎並接著將中空管30降低3英呎而被形成，因此將層段72之高度減小至1英呎，而諸後續層段72可藉由將中空管30升高3英呎並接著將中空管30降低2英呎而被形成，因此將層段72之厚度減小至1英呎。

如至目前所述的，已完成之基墩76可在其已藉由施加靜負荷或動負荷於此基墩76之頂部達一段經設定之時間而被形成之後被預載負荷(見第21圖)。因此，一負荷75可被作用至此基墩76之頂部達15秒鐘至15分鐘或更長之時間。鑑於一作用在基墩76頂部處之靜負荷75將會伴隨著在此靜負荷75下所形成之撓曲的測量，故此力之施加亦可提供一「模組指示器試驗」。此模組指示器試驗可被併入各基墩之預載內以便可用一動作而達成兩個目的；亦即(1)施加一預載；及(2)執行一模組指示器試驗。

被用於製造基墩76之集料44可被改變。換言之，潔淨之聚集石可被放置在一孔穴85內。此類石材可具有40mm直徑之公稱尺寸，而少於5%者具有小於2mm之公稱直徑。隨後，水泥漿可如前述般地被導入已形成之材料中。此水泥漿可在導入集料44之同時或之前或隨後被導入。

當一振動頻率被用以傳遞動力時，此被傳至中空軸或中空管30上之力的振動頻率較佳係在每分鐘300及3000循環間之範圍內。中空管或中空軸30相對於球莖狀底部頭件32之各種不同直徑比典型地係在0.92至0.50之範圍內。如前所述，底部斜面之角度相對於縱向軸線35係通常在30°及60°間之範圍內。

作為本發明之另一特徵，用於形成基墩之方法可藉由將具有球莖狀底部頭件32之中空管30插至所要基墩之全深度81而被進行。隨後，中空管30及球莖狀底部頭件32將以一連續動作被升高達所要基墩之全長，而在此中空管30及球莖狀底部頭件32被升高之際，集料及/或水泥漿或其他液體同時被釋放或注射入孔穴內。接著，當到達所要基墩的頂部，此中空管30及球莖狀底部頭件32可再次地被以靜力推進及可選用地藉由垂直振動及/或夯實動力機構而被往下地擴大向或至岩層中之基墩底部。當其藉由向下移動中空管30及球莖狀底部頭件32而被位移時，先前被排放之用於填充該孔穴的集料44及/或水泥漿或其他液體將被橫貫軸向地移動至土壤基質內。接著，重複此製程，並使此中空管30及球莖狀底部頭件32可被升高至所要基墩之剩餘長度或深度，或在中空管30被升高時以集料及/或液體材料填充於剛形成之孔穴中之各種情形下被升高至一較小長度。以此方式，形成基墩之材料可包括一層段或一系列層段，並使額外之集料及諸可選用之水泥漿及/或其他添加物被側向地傳遞至此中空孔穴之諸側面並進入土壤基質內。或者，最後順序可相同或類似於本發明之「典型」集料基墩形成方法，而多個薄層段藉由升高及降低中空管30而被形成。

應注意的是，用於實施前述諸程序及方法之機構可以加快之方式被操作。向下驅動中空管30及球莖狀底部頭件32例如可用兩分鐘或更少之時間而被相當快速地執行。使中空管30及球莖狀底部頭件32漸增地升高在已形成之孔穴內的部分或全部距離將可花費更少之時間，此取決於升高移動之距離與升高速率。因此，集料基墩將在幾分鐘之內在土壤基質36處被形成。因此，基於本發明之方法及裝置所達到之製造速率係顯著較快的。

額外特徵 ：

第27至36圖說明本發明之額外特徵及實施例。參照第27、27A及27B圖，圖式示意地揭露一包括一中空管500之裝置，其被連接至一球莖狀底部頭件502。此球莖狀底部頭件502包括概成圓柱狀之中心體501，其具有成截頭圓錐或錐狀造型且成向下並向內傾斜之區段或表面504，而此區段或表面504被連接至一概成水平之區段或表面505，其具有一貫穿其中之開孔506以便諸如集料、黏性料、水泥漿或其等之組合的通過。具有概成垂直之延長桿件510及512的分離水平板件508被安置成抵住封閉蓋508A，其被裝配成抵住該表面505。諸桿件510及512係沿著中空管500及球莖狀底部頭件502的外側而裝配。板件508可成一棒形，其係藉諸成傾斜之板件508B及508C予以加強。板件508啣合包括多個可使此板件508與開孔506相對準之垂直樁511的圓形蓋或板件503，藉此而可蓋住此開孔506，或可成一網柵或其他概成水平元件之型式，其在土壤最初被穿透而安置中空管500及球莖狀底部頭件502期間被向下傳送至土壤內。接著在退出中空管500及球莖狀底部頭件502時，此板件508與諸桿件510及512以及蓋503將保留在成形中之基墩的底端處之適當位置上。諸桿件(例如桿件510及512)如第29圖所示地可當作一上升固定件，或如第30圖所示地可當作一標示桿件以供負載試驗。因此，如第29及30圖所示，此諸標示桿件510及512與下連接板構件508相結合之總成將被安置在中空管500及球莖狀底部頭件502之外側上，還可被安置在一已形成之基墩(諸如第29圖中之基墩520及第30圖中之基墩522)之下端的下方。

第28圖描述本裝置之一變化型式，其可被用以實施本發明。在此替代裝置中，一中空管526係由一系列經連接或螺合之管區段528、530及532所構成，其等自一被升高之料斗534處縱向地延伸，或其等可自此中空管縱向地直接延伸。此中空管526之較小截面部分被連接至球莖狀底部頭件536上。在此方式中，此中空管區段之總重可被減少，且此球莖狀底部頭件536將提供一適當之裝置及一適當之直徑以供穿透入土壤基質內。此中空管526將亦提供一適當之管道以供集料、碎石、圓石、碎混凝土、水泥漿、黏性料、或其他基墩形成材料、或其等之組合物等通過。

雖然典型之結果係使諸區段在截面面積上從頂部起減小至底部，但多區段中空管之許多變化型式仍可被實施。變化型式之範例包括若干在橫截面面積上朝向中空管之頂端增加之區段。此諸區段可在橫截面面積上增加並接著減小。其等具有相同之橫截面面積，但具有不同之截面形狀。其等可為若干被一體地連接或可分離之區段。這些所述特徵之組合可被使用。此諸分離之區段可被預先組裝，或其等可在土壤穿透發生時於工作場所處被依次地組裝。典型地，其等被預先組奘。

第31圖說明一可供與中空管540及球莖狀底部頭件542配合使用之諸特徵的組合，而此諸特徵有利於對準此中空管540以便進行土壤穿透。因此，一成環形支撐環型式之特別對準導引設備544環繞此中空管540而裝配著，並被緊固於驅動機構上。此對準導引設備544用以在所要之方向及位置上將該中空管540及球莖狀底部頭件542之組合體導引至土壤基質內。尤其當此土壤基質係堅硬或密實時，此對準導引件或元件544亦可防止此中空管540之「踢出」。一或多個此類對準導引設備544可被使用。此中空管540係通常可滑動於或被可移動地安裝於此導引件544內。

第32圖說明一可被併合至球莖狀底部頭件542內之特徵，亦即將一感應器裝置546安置於此球莖狀底部頭件542內，以供感測由此球莖狀底部頭件542傳遞至正由其處被排放之材料上以及在土壤基質上的力。所施加之力可隨時間而被繪製，以便可提供底部頭件542在壓緊集料時及在穿透土壤基質時之效用的形式。

第33圖說明一機構，其被用以將中空管550及經連接之頭件(未示於第33圖中)向下地強力推進至土壤基質(未示於第33圖中)內。更具體而言，此中空管550之上端554被裝配至一導引管555之一短圓柱形區段553內，而此導引管555則被焊接至一連接管557，並依次地被焊接至一具有一板件552之實心金屬配件559上。此板件552係一水平板件，且因此被軸向地導引引抵住該板件552之諸力將抵此中空管550之頂端554衝擊板件552。一振動錘556包括一匹配板件558，其可被裝配成與板件552相抵，且其藉由多個伸出穿過諸開孔(如開孔560)之桿件或緊固件561及多個閂件562而被聯結至其上，以便可保持諸板件552及558連接在一起。接著，此振動錘556可被操作以將中空管550與頭件(未示於圖)向下地振動並驅動至土壤基質內並至經壓緊之已排放集料等上。

第34圖說明一預先穿透設備之形狀與外形，其可與前述之中空管裝置及頭件相結合使用。更具體而言，一預先穿透設備可被用以在土壤基質(尤其一堅硬或中度密實之土壤)內形成一初步開孔或通道。此設備可包括一具有前端572之垂直桿件570，而此前端被造形成有利於土壤之穿透，例如具有圓錐之形狀。一般而言，此圓錐572之大直徑端係較小於一球莖狀底部頭件的最大橫向尺寸，而此頭件係與本方法中之一後續步驟相關聯，亦指使用一球莖狀底部頭件及中空管以便穿透至土壤基質內之步驟。然而，穿透端572之形狀與結構可被改變，以便可達成提供一有利於形成一初步通道於土壤基質內之裝置的目標，而一中空管及相關連之球莖狀底部頭件將隨後地被驅迫或插入此土壤基質內。

第35圖說明本發明之方法的另一態樣。換言之，此方法概括地如前所述般包括一球莖狀底部頭件及一與其相關聯之中空管的使用，以便建造一位於土壤基質586內之集料基墩的一個區段或部分，諸如一下區段584。位於此下區段584上方之區域可隨後地由一基墩結構所組成，亦即一基墩結構588，其依據一些其他之教示(例如在美國專利第5,249,892號專利中所提出之教示)而被建造。只要技術係可相容的且由於與各別區段相關聯之諸特徵彼此互補之故將可用更高效率及最快之方式進行更深基墩之建造，與本發明之方法相關聯類型之多個基墩區段與其他之基墩形成方法的結合係特別令人滿意且有用的。例如，藉由一種教示或方法及裝置而被形成之上基墩部可具有比與本發明方法相關聯之下基墩部更高之生產力。來自諸負荷之應力在一組合式基墩系統之上部中係較大的。兩種或兩種以上之成垂直對準的基墩結構類型被認為係在本發明之範圍內。

第36圖係一說明一根據本發明所製之球莖狀底部頭件的典型底部平面圖之概略視圖。如前所述，此球莖狀底部頭件600係一球莖狀元件，具有一截面尺寸’較大於與其相鄰接之中空管元件602之截面尺寸。此球莖狀底部頭件之遠端590典型地包括一開孔592，諸如集料或碎石、圓滑石、碎混凝土、水泥漿、黏性料或其他類似者在實施本發明之方法中將流經此開孔592。此底部開孔592，如各圖式中所示，通常在此球莖狀底部頭件600之最遠端590處具有一比水平面590小之尺寸。因此，此開孔592通常小於此底部頭件600之橫截面區域的表面面積的一半。具有開孔592之表面590連接一經造型之表面594，其通常係圖錐形狀。然而，如前所述，其他形狀亦可被用以提供一從球莖狀底部頭件600之外表面596至此球莖狀底部頭件600之最底部表面590的轉變。此外，如前所述，此開孔592在最初進行土壤穿透期間，例如被一板件或一犧牲蓋或一封閉蓋所覆蓋。

第37及38圖說明本發明之另一實施例。首先參照第37圖，其揭示一球莖狀頭件600，被連接至一中空管或心軸602上。此中空管或心軸602包含一具有概略相等長度但較小直徑之第二心軸或中空管，即，可滑動地被安置於其內之管604。此諸中空管或管602及604藉由螺栓或銷606及608而被連接在一起，而此諸螺栓或銷被裝配通過外中空管602之上端及內中空管604之上端。此內中空管604另在其下端處包括通道或開孔610及612，此如第38圖中所討論者。

參照第38圖，此內心軸或管604可在縱向軸線616之方向上縱向向上地，相對於被連接至此球莖狀頭件600上之下心軸或中空管602套疊。如第37圖所示地，此諸螺栓或銷606及608被卸去，使外管602不與內管604連接，並接著被重新插入穿過諸開孔(尤其諸開孔610及612)，以便藉此延長中空管元件之有效操作極限或長度，而此中空管元件係由下方較大直徑中空管602及上方較小直徑中空管604之組合所構成。一料斗或其他機構可被設置以供將集料導引入諸中空管602及604之內部。

第37及38圖之實施例係特別有用的，因為其可在土壤基質內之較深深度處實施本發明之方法。換言之，本土壤基質高度係由第37圖中之表面高度622所代表。此球莖狀頭件600及諸中空管602及604之組合可被放置於土壤基質內達第37圖中所示之深度。接著，參照第38圖，諸中空管602及604可被套疊並驅動至一較深深度。換言之，內部中空管604可如第38圖中所示般被伸長，接著，整個總成被向下推進至或進一步安置在土壤內。以此方式，此球莖狀頭件600及諸中空管602及604之組合可輕易且快速地被插入至一更深之深度。接著，通過中空管602及604所進給之材料可利用前述之方法而被進給於其中。此諸套疊之中空管602及604可達成一在深度上之顯著增加，因而可其用本發明之方法以一非常快速有效且經濟之方式來實施。當然，前述之所有其他特徵均可與第37及38圖所示之諸套疊心軸或管結合使用。而且，額外之套疊管亦可被使用，儘管對此類之使用可能有一實際之限制。典型地，較大直徑管602會被連接至頭件600上並被安置在下一個套疊管604a之外側上(如第37及38圖所示)，儘管相反情形亦可被採用，即一較大直徑管係位於較小直徑管之外側上，而較大直徑管係被升高或被向上延伸或被套疊遠離球莖狀頭件600之管件者。

因此，針對本發明及裝置所進行之各種修改與變更均係在本發明之範圍內。因此可在不脫離本發明之精神與範圍之下改變本發明之結構及操作方法。可作為替代之中空管的形狀、大小、剖面、及管長均可被利用。球莖狀底部頭件32可在其形狀與使用上被改變。底閥54可在其形狀與使用上被改變，或可藉由採用一犧牲蓋而被移除。此球莖狀底部頭件32之前端可具有任何適當形狀。例如，其可為尖的、圓錐的、鈍的、有角的、螺旋形的、或其他任何有利於穿透基質土壤並壓緊已排放之集料的形狀。此經擴大或球莖狀底部頭件32可與具有各種不同形狀或結構之中空管30的一或多個不同外徑區段相結合使用。因此，本發明將僅會被本案後附之諸申請專利範圍及其均等範圍所限制。

30．．．中空管

32．．．底部頭件

33．．．上區段

34．．．料斗

35．．．縱向軸線

36．．．土壤基質

37．．．驅動裝置

38．．．閥機構

42．．．延長部

44．．．集料

46/48．．．緩衝器

50．．．底部

50．．．底部開孔

50．．．前緣

52．．．排放孔

53．．．直徑

54．．．閥板件

55．．．邊緣

56．．．桿件

56．．．頭部

57．．．通道/軸向管

58．．．支柱

59．．．轂

59．．．邊緣

60．．．入口

62．．．出口

63．．．後緣

64．．．犧牲蓋

68．．．桿件

68/70．．．上升固定件

70．．．底板

70．．．孔穴

72．．．層段

75．．．重塊

75．．．靜負荷/動負荷

76．．．基墩

81．．．深度

81．．．底部

85．．．空間

85．．．孔穴

85A．．．孔穴

85X．．．孔穴

87．．．腿部

89．．．開孔

91．．．距離

91A．．．距離

100．．．深度

102．．．孔穴

104．．．環形空間

108．．．輔助側面通道

110．．．補充導管

500．．．中空管

502．．．底部頭件

503．．．蓋

504/505．．．區段或表面

506．．．開孔

508．．．板件

508A．．．封閉蓋

508B/508C．．．板件

510/512．．．延長桿件

511．．．樁

520．．．基墩

522．．．基墩

526．．．中空管

528/530/532．．．管區段

534．．．料斗

536．．．底部頭件

540．．．中空管

542．．．底部頭件

544．．．對準導引設備

550．．．中空管

552．．．板件

553．．．區段

554．．．上端

555．．．導引管

556．．．驅動裝置

556．．．振動錘

557．．．連接管

558．．．板件

559．．．金屬配件

560．．．開孔

561．．．桿件/緊固件

562．．．閂件

570．．．桿件

572．．．前端

584．．．下區段

586．．．土壤基質

588．．．基墩結構

590．．．遠端

592．．．開孔

594．．．表面

596．．．外表面

600．．．底部頭件

602/604．．．中空管

606/608．．．螺栓/銷

610/612．．．開孔

616．．．縱向軸線

以上之詳細說明係參考本案所附圖式而進行，其中此諸圖式包括：

第1圖係一中空管的示意圖，具有特別底部頭件藉由一垂直之靜向量力及可選用之動力而被推動、強力推進、或驅動入土壤內；

第2圖係第1圖所示者之下一步驟的示意圖，其中集料被置入一料斗中並被進給至中空管內。料斗已可自此中空管上分離並被安置在地面上而非在此中空管之頂部上；

第3圖係一料斗之剖面圖，而此料斗具有兩個或更多個隔離緩衝器且可與中空管相結合使用。

第3A圖係第3圖所示料斗及中空管之剖面等角視圖；

第3B圖係第3圖所示料斗及中空管之等角視圖；

第4圖係一具有內夾管閥或止回閥之中空管的剖面示意圖；

第5圖係一示意圖，描述將水、水泥漿、或其他添加材料可選用地導入中空管內並使水或水泥漿貯槽得進行再循環之步驟，諸添加材料亦可被直接導入中空管內；

第6圖係描述第2圖所示步驟之下一步驟的示意圖，其中具有球莖狀底部頭件之中空管被升高一段預定距離’以便暫時地在土壤基質中露出一中空孔穴部分，藉以使集料可快速地填滿此被露出之中空孔穴部分；

第7圖係接續第6圖所示者之下一處理步驟的示意圖，其中位於中空管之底部中的底閥被開啟而將集料釋放至一未掩蔽之中空孔穴區段內；

第8A及8B圖係第7圖中所顯示或說明之設備及步驟的替代者之示意剖面圖，其中中空管的球莖狀底部頭件包括一犧牲蓋，其如第8B圖所示，當中空管及特別底部頭件被升高一段預定距離時，將被釋放至一已形成之孔穴的底部內；

第8C圖係第8B圖中所示之犧牲蓋沿第8B圖中8C-8C線所取之剖面圖；

第9圖係一示意圖，其中中空管及其相關的特別底部頭件以可選用之動力提供一垂直之靜向量力，以便可藉由衝擊並壓緊此釋放自中空管處之集料，且藉由將此集料側向地推進至土壤基質內，而向下移動中空管及球莖狀底部頭件一段預定距離；

第10圖係一示意圖，中空管及其特別底部頭件被升高一段預定距離以形成一第二層段；

第11圖係一中空管及球莖狀底部頭件之操作示意圖，以便提供一垂直向量力向下移動此中空管及球莖狀底部頭件一段預定距離，藉以在第一已壓緊層段之頂部上形成第二已壓緊層段；

第12圖係一中空管之示意圖，具有一可選用之強化鋼桿件與標示元件被連接至一用於裝設在一已形成之集料基墩內部之板件上；

第13圖係一中空管之示意圖，其中可選用之水、水-水泥-沙漿液、或其他添加物係在此中空管中與集料相結合。

第14圖係一特別底部頭件之垂直剖面圖，具有一閘門型式之底閥；

第15圖係沿第14圖中之15-15線所取之球莖狀底部頭件的剖面圖；

第15A圖係第14圖中所示型式之替代球莖狀底部頭件的一部分之剖面圖；

第16圖係一特別底部頭件之剖面圖，其包括類似於第8A圖在下端部處之犧牲蓋；

第17圖係一特別底部頭件之剖面圖，具有一可選用之上升錨定構件或標示構件被連接至一板件上；

第18圖係一已被部分形成之多層段集料基墩的剖面圖，此等基墩係藉由本發明中空管及特別底部頭件以及方法所形成；

第19圖係一已完全形成之多層段集料基墩的剖面圖，此等基墩係藉由本發明中空管及特別底部頭件以及方法所形成；

第20圖係一已形成之多層段集料基墩的剖面圖，具有一可選用強化鋼桿及與其連接之板件，此板件使得該已形成之基墩包括一上升固定基墩或包含一可供隨後負載試驗用之標示構件；

第21圖係一已形成之集料基墩的剖面圖，其被預載負荷或具有一將在該已完成之基墩上執行之指示器模組負載試驗；

第22圖係曲線圖，說明本發明與一在具有相同土壤基質岩層之已鑽孔混凝土樁相較所得之比較性負載試驗圖表；

第23圖係使用本發明裝置以形成一單一層段集料基墩或一集料基墩的方法之示意剖面圖，其中一單一層段或一延伸層段被先形成以便可用集料填滿孔穴，且接著一可選用之第二步驟可被執行或預先穿透入該單一層段或延伸層段內，藉以形成後續之諸薄層段；

第24圖係接續由第23圖所示之方法之示意剖面圖；

第25圖係進一步接續由第24圖所示之步驟之示意剖面圖；

第26圖係進一步接續由第22-24圖所示之方法之示意剖面圖；

第27圖係一圖解圖，顯示配合兩個或多個位於中空管外部及被連接之底板或犧牲蓋之諸上升或標示桿件；

第27A圖係第27圖所示結構之側面視圖；

第27B圖係第27圖所示結構之底面圖；

第28圖係一圖解圖，顯示將一中空長形管之諸不同截面面積區段與一球莖狀底部頭件相連接併合成之裝置；

第29圖係一併合若干上升固定件之集料基墩的圖解圖；

第30圖係一根據本發明所製之集料基墩的圖解圖，此集料基墩併合若干用於進行負載試驗之標示桿件；

第31圖係本發明裝置之一實施例的圖解圖，用於將中空管及球莖狀底部頭件可在插入土壤基質內之際相對準；

第32圖係一球莖狀底部頭件之圖解圖，而此底部頭件併合一在製造一集料基墩期間用於隨著時間測量力或壓力之感測器；

第33圖係一用於將一振動錘連接至一中空管上之裝置的分解圖解圖，藉此可達成將此中空管及球莖狀底部頭件安置入土壤基質中；

第34圖係一土壤基質預先穿透設備之圖解圖’此設備可配合包括本發明實施例之裝置而被使用；

第35圖係一基墩之圖解圖，此基墩包括一由本發明之方法結合其他方法所製之多個基墩區段的複合物，以便可產生一新的組合；

第36圖係一球莖狀底部頭件之底部端視圖，其顯示位在此底部頭件之最遠端處、可供集料及/或其他材料通過之孔或開孔；

第37圖係一包括一可套疊中空管之替代結構的圖解圖；及

第38圖係第37圖所示實施例之另一圖解圖。

30．．．中空管

32．．．底部頭件

33．．．上區段

36．．．土壤基質

72．．．層段

85X．．．孔穴

Claims (29)

1. 一種用於在基質土壤中形成集料基墩之方法，其包括下列之步驟：a)藉由下降一中空管而在該基質土壤中形成一具有一底部、複數個側壁、及一縱向軸線之長形孔穴，該中空管具有一球莖狀底部頭件，在其最末端處具有一敞開端，其包括一用於閉合該最末敞開端之閉合機構，該敞開端與中空管成一直線，該球莖狀底部頭件被形成為具有一比與其相鄰連接之中空管的橫截面面積大之橫截面面積部分，且更包括一作成由底部朝上且向外的錐狀前緣，及由位在該球莖狀底部頭件及中空管之間連接處之一頂部作成朝下且向外的錐狀後緣，界定表面被構成為當向下進入土壤基質及自土壤基質向上移出時，可在該土壤基質上提供軸向與向外的橫貫軸向之向量力，該球莖狀底部頭件在該前緣及後緣間具有一長度，其至少為該球莖狀底部頭件直徑的一倍，且該閉合機構在該長形孔穴形成期間會閉合，以便可防止集料在該孔穴形成期間自該底部頭件處排放，並可防止該底部頭件或中空管在該長形孔穴之穿透與形成期間遭基質土壤材料所堵塞；b)在該經形成之孔穴中升高該中空管一段預定之第一增量距離；c)當該中空管被升高時開啟該閉合機構； d)經由該球莖狀底部頭件最末敞開端，將基墩構成集料饋入該孔穴部分內，而該孔穴部分係指藉由將該中空管升高該第一增量距離而被顯現者；及e)一致地下降該中空管及球莖狀底部頭件一段預定之第二增量距離，以便藉由來自該球莖狀底部頭件之軸向與向外橫貫軸向衝擊力壓緊在該經排放的集料的表面上而壓緊該孔穴中之該經排放的集料，且將一部份該基墩構成集料橫貫軸向地相對向外的移動，並進入至該經填滿之孔穴的該等側壁內。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該中空管最初被強力推進入該基質土壤中一段預定距離，以形成一長形孔穴。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中包括在該中空管上提供一靜力的步驟，以便進行該中空管之驅動及進行經排放材料之壓緊。
4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中包括在該中空管上提供一動軸向力及靜力的步驟，以便進行該中空管之驅動及進行經排放材料之壓緊。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該長形孔穴或其部分的直徑最初係藉由預先鑽製或預先穿透該基質土壤而被形成，以便形成一長形孔穴，其具有大致與該底部頭件的直徑相等或略小於該底部頭件的直徑之直徑，且隨後降低或部分地降低及部分地強力推進該具有球莖狀底 部頭件之中空管至該已預先形成之長形孔穴內。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中包括重複步驟b)至e)之步驟。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中包括在壓緊之前先關閉該閉合機構之步驟。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中包括額外步驟分開地進給一與該集料相結合之材料，以便有利於集料流動及/或可增加該已形成之集料基墩的強度及/或堅硬度。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中壓緊該經排放之集料的步驟包括減小該經壓緊之層段的軸向尺寸至大約為該未壓緊集料增量距離的1/2至1/4，以便可形成一經壓緊之集料層段，其具有一大約為該中空管在步驟b)期間所升高之該增量距離的1/2至1/4。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，另包括在以申請專利範圍第1項之方法形成之集料基墩之上，形成一非由申請專利範圍第1項之方法所形成之類型的第二基墩或基墩段步驟。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，包括預先荷載該已形成之集料基墩的額外步驟，以便增加其能力及強度。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，包括放置一或多根大致與該中空管相對準之桿件之步驟，而該或該等桿件係從一板件處向上延伸。
13. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該第一增量距離在 該等重複步驟b)至e)之步驟中之至少一者會被改變。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一增量距離係大致相等於該待形成之基墩的高度。
15. 一種用於在基質土壤中形成集料基墩之方法，其包括下列之步驟：a)藉由放置一具有一球莖狀底部頭件的中空管至基質土壤內一段預定深度，而在該基質土壤中形成一具有一底部、側壁、及一縱向軸線之長形孔穴，該球莖狀底部頭件具有球莖形狀，其最大截面面積大於被連接至其上之該中空管，該球莖狀底部頭件更包括一作成由底部朝上且向外的錐狀前緣，及由位在該球莖狀底部頭件及中空管之間連接處之一頂部，作成朝下且向外的錐狀後緣，界定表面使其構成為當向下進入土壤基質及自土壤基質向上移出時在經排放之材料上傳遞軸向與橫貫軸向力，並具有一配備有一蓋板之最末端底部排放孔，該排放孔與中空管成一直線，且該球莖狀底部頭件在該前緣及後緣間具有一長度，其至少之為該球莖狀底部頭件直徑一倍；b)升高該中空管離該孔穴之底部處一段增量距離；c)開啟該底部排放孔，並在升高該中空管之際經由該中空管而將基墩構成材料進給至該孔穴內；及d)藉由一致地向下朝該孔穴之底部驅動該中空管與該球莖狀底部頭件而用該球莖狀底部頭件垂直地壓緊該基 墩構成材料，因而橫貫軸向地移動一部分該基墩構成材料進入該孔穴之該等側壁中。
16. 一種用於在土壤基質中建造土壤加固集料基墩之裝置，其係下列之結合：a)一具有一縱向軸線之長形中空管，其包括一材料進口及一具有一敞開底部排放端之球莖狀底部頭件，該球莖狀底部頭件之外橫截面係較大於與其鄰接之該中空管的外橫截面，藉此可形成該中空管之球莖狀截面，其具有一比與該球莖狀端部相鄰接之該中空管的外橫截面形狀及尺寸更大之外橫截面形狀及尺寸；b)該球莖狀底部頭件更包括一由底部朝上且向外的錐狀前緣，及由位在該球莖狀底部頭件及中空管之間連接處之一頂部，作成朝下且向外的錐狀後緣，界定表面使其被構成為當向上和向下的移動時傳遞軸向與向外的橫貫軸向力於基質土壤與集料上，且該球莖狀底部頭件在該前緣及後緣間具有一長度，其為該球莖狀底部頭件直徑一倍；及c)該球莖狀底部頭件在其最末處包括一材料排放孔，且該材料排放孔與中空管成一直線，並進一步包括一可移除之蓋板或一閥，其為可開啟並關閉。
17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該中空管另包括多個區段，其各具有一不同之橫截面面積。
18. 如申請專利範圍第16項之裝置，另包括至少兩根被安 裝在該中空管與該頭件外部之桿件，該等桿件被連接至一位於該中空管與該頭件外部之板件。
19. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該等桿件包括多個上升固定桿可作為一上升錨定系統之一部分。
20. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該等桿件包括多個標示構件。
21. 如申請專利範圍第16項之裝置，另包括一對準機構，用於穩定該中空管並防止其作側向移動。
22. 如申請專利範圍第16項之裝置，另包括一壓力偵測感應器，被裝設在該球莖狀底部頭件內以感應壓力。
23. 如申請專利範圍第16項之裝置，其結合一獨立之土壤基質預先穿透裝置，以便在將該具有球莖狀底部頭件之中空管插入地面內之前形成一孔穴。
24. 如申請專利範圍第16項之裝置，另包括一被裝設於該中空管上之第一板件與一被連接至一振動錘上之第二板件。
25. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該中空管包括至少兩個套疊之縱向區段，且該等區段中之一者被連接至該底部頭件。
26. 如申請專利範圍第25項之裝置，包括一可釋放緊固機構，用於將該等區段一起連接成一非套疊形態。
27. 如申請專利範圍第25項之裝置，其中該等區段係同心的。
28. 如申請專利範圍第25項之裝置，其中該等區段包括一被連接於該頭件上之第一較大直徑區段與一被可滑動地設置在該第一區段內之第二區段。
29. 如申請專利範圍第25項之裝置，包括一徑向銷，可移除地連接該等區段。