一种异形桩及其施工方法与流程

本发明涉及桩基础技术领域，特别涉及一种异形桩及其施工方法。

背景技术：

桩作为桩基础的基础构件，是将建筑物的全部或部分荷载传递给地基土并具有一定刚度和抗弯能力的传力构件，一般而言，其横截面尺寸远小于其长度。

现有的桩一般包括柱状的桩体，桩体的下端呈锥状，便于在施工时，挤开土体。为了桩与土体的结合强度，桩还限定有顶部敞开的浆仓，桩体的外周壁开设有多个通连浆仓的出浆口，将桩打入土体后，通过注浆机构往浆仓注入高压力的水泥浆，以使水泥浆经出浆口进入土体，并与土体结合以提高桩与土体的结合强度，从而提高桩的承载能力。

但对于深厚软土地层等注浆困难的土体来讲，通过注浆来提高桩与土体的结合强度的方式显然是难以实现的。因此，只能通过加大桩的周壁与土体的接触面积来提高桩与土体的结合强度，即在通过加大桩体的长度或者直径的方式实现，而这种方式，一方面对打桩机器的具有较高要求，且造价高；另一方面，仅靠桩体周壁和土体的结合很难控制桩的上浮和侧偏，如果地层土体变形过大，容易造成负摩擦。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种异形桩及其施工方法，旨在不加大桩体长度或者直径的情况下，扩大桩与土体的接触面积和工作范围。

为实现上述目的，本发明提出一种异形桩，包括下端尖锐的柱状桩体，桩体限定有顶部敞开的空腔，所述空腔固设有底部封闭的内管，内管内部垂向间隔设置有多个隔板以将内管的内部空间分隔成多个独立的腔室，多个所述隔板开设有垂向相对的高压流体输送管过孔，以供刚性的高压流体输送管伸入腔室，每个所述高压流体输送管过孔装有与高压流体输送管密封配合的第一密封圈，每个隔板的底壁铰接有盖板，且铰接处装有复位扭簧用于驱动盖板往将高压流体输送管过孔封闭的方向摆动，内管和桩体对应每个腔室的位置相对开设有多个绕桩体的轴线分布的第一过孔和第二过孔，第一过孔活动插装有前部尖锐的插杆，插杆的后端设有径向尺寸大于第一过孔的限位凸缘且后端壁开设有容纳腔，第一过孔装有与插杆的周壁密封配合的第二密封圈，通过高压流体输送管往腔室注满高压流体后，插杆可在高压流体的作用下沿第一过孔移动至前部经第二过孔伸出桩体。

本发明还提出一种上述异形桩的施工方法，包括如下步骤：

s1、将桩体打入土体；

s2、驱使高压流体输送管沿高压流体输送管过孔下伸至进入位于最下方的腔室内；

s3、由高压流体输送机构经高压流体输送管将高压流体输入位于最下方的腔室内，直至位于最下方的腔室所对应的插杆在高压流体的压力作用下，沿第一过孔移动至前部经第二过孔伸出桩体并挤入土体中；

s4、将高压流体输送管上提至退出位于最下方的腔室，并由高压流体输送机经高压流体输送管将高压流体输入上一个腔室内，直至上一个腔室所对应的插杆在高压流体的压力作用下，沿第一过孔移动至前部经第二过孔伸出桩体并挤入土体中；

s5、按步骤s4的方式操作至所有的插杆均挤入土体中，完成异形桩的施工。

本发明技术方案通过隔板将固设于桩体的空腔内的内管垂向分隔成多个独立的腔室，在隔板的底壁铰接有可在复位扭簧的作用下往将高压流体输送管过孔封闭的盖板，并开设于内管的第一过孔活动插装有插杆，将桩体打入土体后，驱使高压流体输送管沿高压流体输送管过孔下伸至进入位于最下方的腔室内（下伸的过程会将装于所经隔板的盖板推开），接着，由高压流体输送机构（例如油压机或者高压气泵）经高压流体输送管将高压流体（如高压油液或者高压气体）输入位于最下方的腔室，直至位于最下方的腔室所对应的插杆在高压流体的压力作用下，沿第一过孔移动至前部经第二过孔伸出桩体并挤入土体中；紧接着，将高压流体输送管上提至退出位于最下方的腔室内，同时，位于最下方的盖板在复位扭簧的作用下，将位于最下方的高压流体输送管过孔封闭；然后，由高压流体输送机构经高压流体输送管将高压流体输入上一个腔室内，直至上一个腔室所对应的插杆在高压流体的压力作用下，沿第一过孔移动至前部经第二过孔伸出桩体1并挤入土体中；并如此操作至所有的插杆均挤入土体中，完成本发明异形桩的施工。显然，本发明通过沿桩体径向方向挤入土体的插杆，可在不增加桩体长度或者直径的情况下，扩大桩与土体的接触面积和工作范围，如同大树盘根一般，大幅度提高桩的承载能力并降低工程造价，同时，径向挤入土体的插杆还可抑制桩的下沉、上浮和侧斜等现象。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1沿a-a方向的剖视图；

图3为图2的b部分的放大详图；

图4为本发明的立体示意图；

图5为本发明拆去位于最上方的隔板后的俯视图；

图6为隔板和盖板的配合示意图；

图7为本发明另一实施例的主视图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种异形桩。

本发明实施例中，如图1至7所示，该异形桩包括下端尖锐的柱状桩体1，桩体1限定有顶部敞开的空腔10，所述空腔10固设有底部封闭的内管2，内管2内部垂向间隔设置有多个隔板3以将内管2的内部空间20分隔成多个独立的腔室21，多个所述隔板3开设有垂向相对的高压流体输送管过孔31，以供刚性的高压流体输送管（未图示）伸入腔室21，每个所述高压流体输送管过孔31装有与高压流体输送管密封配合的第一密封圈33，每个隔板3的底壁铰接有盖板32，且铰接处装有复位扭簧（未图示）用于驱动盖板32往将高压流体输送管过孔31封闭的方向摆动，内管2和桩体1对应每个腔室21的位置相对开设有多个绕桩体1的轴线分布的第一过孔22和第二过孔11，第一过孔22活动插装有前部尖锐的插杆4，插杆4的后端设有径向尺寸大于第一过孔22的限位凸缘41且后端壁开设有容纳腔42，第一过孔22装有与插杆4的周壁密封配合的第二密封圈221，通过高压流体输送管往腔室21注满高压流体（如高压油液或者高压气体）后，插杆4可在高压流体的作用下沿第一过孔22移动至前部经第二过孔11伸出桩体1。

将桩体1打入土体后，驱使高压流体输送管沿高压流体输送管过孔31下伸至进入位于最下方的腔室21内（下伸的过程会将装于所经隔板3的盖板32推开），接着，由高压流体输送机构（例如油压机或者高压气泵）经高压流体输送管将高压流体（如高压油液或者高压气体）输入位于最下方的腔室21，直至位于最下方的腔室21所对应的插杆4在高压流体的压力作用下，沿第一过孔22移动至前部经第二过孔11伸出桩体1并挤入土体中；紧接着，将高压流体输送管上提至退出位于最下方的腔室21内（同时，位于最下方的盖板32在复位扭簧（未图示）的作用下，将位于最下方的高压流体输送管过孔31封闭）；然后，由高压流体输送机构经高压流体输送管将高压流体输入上一个腔室21内，直至上一个腔室21所对应的插杆4在高压流体的压力作用下，沿第一过孔22移动至前部经第二过孔11伸出桩体1并挤入土体中；并如此操作至所有的插杆4均挤入土体中，完成本发明异形桩的施工。显然，本发明通过沿桩体1径向方向挤入土体的插杆4，可在不增加桩体1长度或者直径的情况下，扩大桩与土体的接触面积和工作范围，如同大树盘根一般，大幅度提高桩的承载能力并降低工程造价，同时，径向挤入土体的插杆4还可抑制桩的下沉、上浮和侧斜等现象。

在本发明实施例中，如图2、图3所示，每个腔室21所对应的第一过孔22在垂向方向上错开分布，以避免活动插装于每个腔室21所对应的第一过孔22的插杆4之间相互干涉，从而可将插杆4设计得较长，进而增加插杆4挤入土体的部分的长度，以提高桩与土体的接触面积和工作范围。所述高压流体输送管过孔31设于隔板3角落且避开插杆4的位置，以防止插杆4阻碍高压流体输送管沿高压流体输送管过孔31下伸至进入位于最下方的腔室21。

进一步地，内管2外壁对应每个所述腔室21的位置开设有通连腔室21的泄压孔（未图示），所述泄压孔（未图示）通连有泄压管6，泄压管6装有压力阀（未图示），当腔室21内的高压流体的压力大于设定值时，压力阀（未图示）开启，高压流体经压力阀（未图示）和泄压管6流出相应腔室21，避免相应腔室21的压力过大而将内管2撑破，直至相应腔室21的高压流体的压力小于设定值后，压力阀（未图示）关闭，阻止高压流体继续流出。

具体地，所述隔板3的底壁固设有铰座35，盖板32通过铰轴铰接于铰座35并可在将高压流体输送管过孔31开启和封闭的位置之间摆动，铰轴处装有所述复位扭簧（未图示），复位扭簧（未图示）的一端与隔板3相抵，另一端与盖板32的底壁相对，对盖板32施以往将高压流体输送管过孔31封闭的弹力，以在高压流体输送管退出相应腔室21后，推动盖板32将所述高压流体输送管过孔31封闭。

进一步地，所述盖板32的底壁设有将高压流体输送管过孔31围于其内的第三密封圈34，盖板32将高压流体输送管过孔31封闭时，盖板32与第三密封圈34密封相抵，以防止腔室21内的高压流体经高压流体输送管过孔31渗出。具体地，高压流体输送管过孔31的上端倒角，便于高压流体输送管伸入高压流体输送管过孔31。

在本发明实施例中，所述腔室21的侧壁与插杆4相对的位置设有可插入插杆4的容纳腔42并支撑插杆4的支撑导向杆5，以防止插杆4掉落。进一步地，所述容纳腔42的周壁成型有向内的限位挡环43，以限制插杆4相对内管2向后移动（这里以伸出桩体1的方面为向内，反之为向内）的范围，即插杆4沿支撑导向杆5向后移动至其限位挡环43与支撑导向杆5的端部相抵时，所述支撑导向杆5阻挡插杆4继续后退。

可以理解地，驱使所有的插杆4均挤入土体后，如有需要，还可往空腔10内浇注混凝土浆液，以提高桩的结构强度。

进一步地，本发明还包括用于将桩体1敞开的顶部封闭的桩帽7，以在完成施工后，将桩体1敞开的顶部封闭。

在本发明实施例中，垂向相邻的隔板3的间距以及插杆4的长度可根据需要而设定，例如，垂向相邻隔板3之间的间距可以为桩体1直径的2~10倍，优选5倍，插杆4可以是伸缩杆也可以是非伸缩杆，为伸缩时，挤入土体的长度可以设计得较大。每个腔室21对应的插杆4的数量可以根据需要而设定，例如可以为两个、三个、四个或者较多，如图2、图3所示，为四个的情况。

本发明还提出一种上述异形桩的施工方法，包括如下步骤：

s1、将桩体1打入土体（未图示）；

一般而言，桩体1可通过打桩机（未图示）打入土体，至于打桩机的具体结构以及具体如何将桩体1打入土体为现有技术，这里不再进行赘述。

s2、驱使高压流体输送管沿高压流体输送管过孔31下伸至进入位于最下方的腔室21内；

应当说明的是，高压流体输送管沿高压流体输送管过孔31下伸的过程会将装于所经隔板3的盖板32推开，而装于高压流体输送管过孔31的第一密封圈33则使高压流体输送管与高压流体输送管过孔31的结合处密封；

s3、由高压流体输送机构经高压流体输送管将高压流体输入位于最下方的腔室21内，直至位于最下方的腔室21所对应的插杆4在高压流体的压力作用下，沿第一过孔22移动至前部经第二过孔11伸出桩体1并挤入土体中；

具体地，高压流体输送机构可以为油压机或者高压气泵等，其与高压流体输送管通连，可经高压流体输送管向腔室21输送高压流体（例如高压油液或者高压气体）。高压流体填满位于最下方的腔室21的过程中，部分经插杆4的后端进入容纳腔42，并推动插杆4沿第一过孔22移动至前部经第二过孔11伸出桩体1并挤入土体中，直至插杆4后端的凸缘与内管2的内壁相抵。

s4、将高压流体输送管上提至退出位于最下方的腔室21并由高压流体输送机经高压流体输送管将高压流体输入上一个腔室21内，直至上一个腔室21所对应的插杆4在高压流体的压力作用下，沿第一过孔22移动至前部经第二过孔11伸出桩体1并挤入土体中；

具体地，将高压流体输送管上提至退出位于最下方的腔室21的过程中，位于最下方的盖板32同时在复位扭簧（未图示）的作用下，逐渐摆动至将位于最下方的高压流体输送管过孔31封闭，以防止高压液体流出腔室21。

应当说明的，上一个腔室21指位于刚完成高压流体输入的腔室21上方的腔室21，以位于最下方的腔室21为例，上一个腔室21是为位于次最下方的腔室21，并以此类推。

s5、按步骤s4的方式操作至所有的插杆4均挤入土体中，完成异形桩的施工。从而可在不增加桩体1长度或者直径的情况下，扩大桩与土体的接触面积和工作范围，如同大树盘根一般，大幅度提高桩的承载能力并降低工程造价，同时，径向挤入土体的插杆4还可抑制桩的下沉、上浮和侧斜等现象。

进一步地，驱使所有的插杆4均挤入土体后，如有需要，还包括往空腔10内浇注混凝土浆液，以提高桩的结构强度的过程。

进一步地，在完成异形桩施工后，还包括用桩帽7将桩体1敞开的顶部封闭的过程。

本发明实施例中，在高压流体输送机构经高压流体输送管将高压流体输入腔室21并推动插杆4挤入土体的过程中，若高压流体压力大于设定值时，还包括通过压力阀（未图示）将高压流体排出相应腔室21，避免相应腔室21的压力过大而将内管2撑破，直至相应腔室21的高压流体的压力小于设定值后，压力阀（未图示）关闭，阻止高压流体继续流出的过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。