一种铰链扩大头钢管桩的制作方法

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及到钢管桩领域，具体说来是一种铰链扩大头钢管桩。

背景技术：

钢管桩具有桩位选取灵活，布置简单，经济实用，对场地要求低等特点，近年来在海上平台、地基加固、基坑支护、滑坡治理等领域被广泛运用。据可靠数据2015年我国钢材产量达到了11亿吨，利用率却不到67％，钢材的产能过剩大大降低了钢管桩的成本，使其在岩土工程领域得到了极大的推广。但传统的钢管桩功能单一，抗拔、抗压承载力有限，以下几点尤为明显：

1，在一些地下水位较高的软弱土层中桩体在地下水的浮力作用下抗拔、抗浮性能不足。有学者基于此研究出了一种新型伞状锚来提高桩体的抗拔性能，其主要是利用伞状筋体骨架上部兜住土体的自重以及兜住土体与未兜住土体之间的抗剪强度来提供抗拔力，但由于伞状筋体骨架与土体接触面积较小，兜住土体的范围十分有限，在实际应用中对抗拔性能的提高并不明显。

2，现有伞状锚在沉放过程中尖端铰接结构摩擦较大，容易渗入土颗粒导致筋体骨架沉放角度难以达到预期，抗拔性能提高有限。

3，传统的钢管桩在承载力达不到要求时通常是通过增加桩径，提高桩长来解决问题，增加了施工成本。

4，传统的钢管桩注浆技术其承载力主要来自桩周的摩阻力和桩端端承力。其所形成的泥土固结体主要包裹在桩壁周边，扩大头范围较小，对桩端端承力提高有限。

鉴于以上几个问题，传统的钢管桩技术亟待改进。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足之处，提供了一种铰链扩大头钢管桩来提高桩体的抗拔、抗压性能，效果显著。为了达到上述目的，本发明包括钢管桩桩体，锥形桩尖，滚珠轴承，旋转轴，螺栓，变厚度镂空钢片，高压喷浆孔，弹簧，磁铁块，磁铁固定装置。

作为优选所述的铰链扩大头钢管桩。在桩身端部焊接有四个1/4圆弧的滚珠轴承，旋转轴穿过滚珠轴承和变厚度镂空钢片上的螺栓孔通过螺栓固定在一起，旋转轴上下位置各设有一排高压喷浆孔，磁铁块安装于磁铁固定装置端部，磁铁固定装置焊接在铰链扩大头钢管桩的桩身上，钢片和钢管桩桩身通过弹簧互相连接。起初变厚度镂空钢片被吸附于磁铁块上，弹簧处于压缩状态，磁铁块对钢片的吸力略大于弹簧弹力和变厚度镂空钢片自重的水平分力之和。优先进行变厚度镂空钢片下部喷浆孔高压喷浆，在钢片下部喷出高速水泥浆，形成负压。下部喷浆5s后进行上部喷浆孔喷浆，在上部喷浆压力下，原先的力系平衡被打破，变厚度镂空钢片被上部喷浆压力推离磁铁块，磁力消失后，变厚度镂空钢片在下部负压，上部喷浆压力，自身重力以及弹簧弹力作用下绕旋转轴向下转动，落至锥形桩尖位置，呈近水平状态。喷浆完成后，可以在变厚度镂空钢片周边位置形成有效的扩大固结体。

作为优选所述的变厚度镂空钢片(1)自下而上厚度依次增加，钢片与土体主接面设有圆形镂空孔。

作为优选所述的滚珠轴承，旋转轴形状可随桩身形状变化，本案例中设为1/4圆弧形。

作为优选所述的铰链扩大头钢管桩的桩尖的桩径大于桩身直径，最大处直径应为桩身直径的1.2-1.8倍。

通过以上技术方案，本发明的有益之处有：

1，本发明通过在钢管桩端部设置可旋转的变厚度镂空钢片来承载上部土体的质量，与伞状锚结构相比增大了与土体的接触面积，极大增加了上部兜住土体的质量以及兜住土体与未兜住土体之间的抗剪强度。提高了钢管桩的抗拔性能。

2，本发明通过对钢片周边范围喷浆，不仅在桩壁还能在钢片周边形成有效的固结体。扩大了固结体的作用范围，极大提高了抗拔、抗压性能。

3，本发明通过旋转轴下部喷浆孔高速喷浆在钢片底部形成负压，再通过上部喷浆压力将钢片推离磁铁块，钢片在下部负压，上部喷浆压力，自身重力以及弹簧弹力作用下绕旋转轴旋转。并通过滚珠轴承、钢片镂空、钢片表面光滑等构造措施确保钢片下放到位。

4，本发明设计的铰链扩大头钢管桩可工厂化生产，工业化组装，安全性能高。

附图说明

图1是本发明铰链扩大头钢管桩初始状态的结构主视图。

图2是本发明铰链扩大头钢管桩上钢片张开到最大角度的结构主视图。

图3是本发明变厚度镂空钢片的结构主视图。

图4是本发明铰链扩大头钢管桩喷浆成型后旋转轴位置的剖面图。

图中：1、变厚度镂空钢片，2、锥形桩尖，3、磁铁固定装置，4、铰链扩大头钢管桩桩身，5、螺栓，6、拉伸弹簧，7、滚珠轴承，8、旋转轴，9、磁铁块，10、旋转轴上部喷浆口，11、旋转轴下部喷浆口，12、变厚度镂空钢片光滑侧面，13、变厚度镂空钢片镂空孔，14、喷浆完成后的有效括体，15、压缩状态的弹簧。

具体实施方式

参见图1-4所示，一种铰链扩大头钢管桩，包括变厚度镂空钢片1，钢管桩端部位置焊接有滚珠轴承7，旋转轴8嵌套于滚珠轴承7中，旋转轴8与变厚度镂空钢片1通过两两对称的螺栓5固定。旋转轴上下两侧分别设置有喷浆口10、11，旋转轴上部喷浆口10位置上方焊接有磁铁固定装置3，磁铁块9被固定于磁铁固定装置上，旋转轴和桩身连接有弹簧6，所述滚珠轴承7为1/4圆弧形，对称焊接于桩身端部，两端对称设置有螺栓孔。

所述的变厚度镂空钢片1端部对称设置有螺栓孔。

所述的旋转轴8对称伸出滚珠轴承部位设有螺纹，旋转轴通过滚珠轴承和变厚度镂空钢片的对称螺栓孔通过螺栓一次固定。

所述的变厚度镂空钢片设置有对称等分布的圆形镂空孔，与土体主接触面为粗糙，侧接触面光滑。

所述的锥形桩尖2的最大直径为桩身直径的1.2-1.8倍。

基于铰链扩大头钢管桩施工方法包含以下步骤：

1，制作钢管桩，旋转轴、滚珠轴承、变厚度镂空钢片上的螺栓孔一一对应，通过螺栓一次固定。

2，压缩弹簧，使变厚度镂空钢片被吸附于磁铁上。

3，测量放线，据设计图纸放线定位，确保桩孔轴线在一条直线上。

4，桩机安装，移动就位。

5，钢管桩吊放到位，保证桩位正，桩身直。

6，打桩前在桩头顶部放置桩帽，其上直接接受锤击应力的部位，放置硬木制减震木塞。

7，打桩，将两台经纬仪假设在桩架的正面和侧面，校正桩架导向杆及桩的垂直度。保持锤，桩帽与桩在统一纵轴线上。空打1-2m，再次校正垂直度后正式施打。

8，当沉放到某一深度并经复核质量良好时，连续打击至桩顶高出地面60-80cm，停止锤击，进行接桩，同样步骤至达到设计高度。

9，放入喷浆管，拌制水泥浆液，水灰比为1.0。

10，喷浆，喷浆压力不小于25Mpa，先进行旋转轴底部喷浆口喷浆，底部喷浆5s后再进行旋转轴上部喷浆口喷浆，根据实际情况可适当提高上部喷浆压力，喷射时间不小于20分钟。喷浆过程中若出现压力骤然下降，上升或冒浆等异常情况，应停止施工，查明原因并及时采取措施。

11，为使钢管桩与承台共同工作，在钢管桩桩头加焊一个桩盖，并在外壁加焊8～12根φ20mm的锚固钢筋，再进行桩端与承台的链接施工。