一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置

1.本发明涉及建筑技术领域，具体为一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置。


背景技术：

2.岩石风化是岩石长期经受物理、化学、生物的作用而发生的改变和破坏。强风化岩层最直观的特点便是类土状特性，用手即可捻碎，岩石的大部分特性均已消失，为地下工程建设带来了极大的工程地质难题。强风化作用使得不同类别的岩石具有了较多相同工程地质特性。强风化岩层的颜色一般较浅，无原岩颜色，只有端口中央保留原色，其裂隙密布，手指用力按压可成碎块，水中不溶解，其外观保留原岩组织结构，但岩体已分散。
3.全套管全回转钻机施工工艺工法可以实现施工人员在各类桩基础、钢筋砼结构等障碍物还没有清除的情况下进行灌注桩、置换桩、地下连续墙（咬合桩）的施工。其施工步骤主要有准备钻机、取土成孔、抓斗清障、灌注混凝土成桩。另外其在施工过程无振动，对地基基本无扰动；另外采用全套管支护无塌孔风险，成桩垂直精度高，质量好；施工过程不需要泥浆护壁，对环境污染极小，是一种可以在城市中广泛应用、高效、绿色环保的新型钻孔灌注桩施工方法。
4.钢筋笼是桩基工程中的基础工具之一，钢筋笼分节预制及安装。钢筋笼制作前，应将钢筋校直，并控制下料长度。制作时应采用环形模制作，主筋间距偏差不得超过
±
10mm，箍筋间距不得超过
±
20mm。钢筋笼成型后，其直径不得超设计尺寸的
±
10mm。钢筋笼整体拼装后长度不得超过设计长度的
±
100mm。
5.针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：在强风化基岩中用全回转套管钻机施工灌注桩时往往会发生钢筋笼上浮问题，导致成桩失败，造成施工材料浪费，施工成本增加，甚至影响施工工期。深究其原因，是下放导管灌注混凝土后，混凝土对钢筋笼向上的合力（包括混凝土对其的浮力、侧粘力、摩擦力、端头阻力等）大于钢筋笼自身重力，因此本施工问题亟待解决。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，已解决上述技术背景中提到的解决桩基底部为强风化基岩时，灌注混凝土后钢筋笼上浮问题。为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，包括圆柱形钢筋笼，所述圆柱形钢筋笼的一端焊接有加固托底，所述加固托底上设有触发结构和铰接结构，所述触发结构包括钢丝绳固定爪、连接杆、受力启动圆盘和钢丝绳，所述加固托底上开设有活动孔，且所述连接杆贯穿该活动孔，且所述连接杆靠近所述圆柱形钢筋笼的一端焊接所述钢丝绳固定爪，所述连接杆的另一端与所述受力启动圆盘焊接，所述铰接结构包括圆柱形压缩弹簧和抗拔抓锁，所述圆柱形压缩弹簧设置在所述抗拔抓锁与所述圆柱形钢筋笼之间，所述钢丝绳设置在所述抗拔抓锁与钢丝绳固定爪之间。
7.优选的，所述铰接结构还包括固定挡板、双头螺纹杆和螺母，所述固定挡板与所述加固托底连接，所述抗拔抓锁的一端与所述双头螺纹杆活动连接。
8.优选的，所述抗拔抓锁远离所述双头螺纹杆的一端倾斜设置，且其与所述抗拔抓锁呈钝角。
9.优选的，所述钢丝绳固定爪至少设有两个固定抓和一个固定柱，所述固定抓的一端焊接在固定柱上，且所述固定柱两两对称设置。
10.优选的，所述钢丝绳为首尾相连接单圈钢丝绳。
11.优选的，所述圆柱形压缩弹簧靠近所述加固托底设置。
12.优选的，所述连接杆为光圆钢筋制成，所述连接杆上焊接有固定圆盘。
13.优选的，所述固定圆盘将所述连接杆分为上连接杆和下连接杆，所述上连接杆的长度与所述抗拔抓锁的长度相适配。
14.优选的，所述圆柱形钢筋笼包括环绕设置的多根受力主筋和与其焊接的多根环向箍筋，所述受力主筋的一端向内收拢并焊接在加固托底上。
15.优选的，所述抗拔抓锁和钢丝绳固定爪的直径应大于受力主筋的直径。
16.综上，本发明具有以下有益效果：该种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，1.本发明一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，该装置由圆柱形钢筋笼、加固托底、抗拔抓锁、铰接结构、触发结构、圆柱形压缩弹簧和钢丝绳组成，当钢筋笼下放到孔底时，受力启动圆盘带动连接杆和钢丝绳固定爪上升，使钢丝绳滑落，抗拔抓锁在圆柱形压缩弹簧的作用下向外弹开并接触到孔底周围强风化基岩，并为钢筋笼提供一个可靠的抗拔力，装置的触发仅依靠钢筋笼自身的重力，不需要人工干预，并且装置的操作简单，极大的提高了钢筋笼抗拔成功率，提升施工效率。另外该装置的制备材料容易取得，且较为经济，节省了施工成本。
17.2.本发明一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，该装置的触发结构由钢丝绳固定爪、连接杆、固定圆盘和受力启动圆盘组成，其中连接杆穿过加固托底的圆柱形活动孔，上部焊接钢丝绳固定爪，中部焊接固定圆盘，下部焊接受力启动圆盘。当触发结构未碰到底层强风化基岩时，钢筋绳与弹簧均处于拉紧状态，可有效让抗拔抓锁处于收紧状态，避免在下放钢筋笼时，抗拔抓锁提前打开。当受力启动圆盘受到底部强风化基岩的压力后，连接杆向上移动，钢丝绳由拉紧状态变为松弛状态，此时抗拔抓锁会因受到下部弹簧的挤压而向外打开，保证了触发结构启动后，抗拔抓锁可以处于打开状态，确保装置的成功率。
18.3.本发明一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，该装置由圆柱形钢筋笼、加固托底、抗拔抓锁、铰接结构、触发结构、圆柱形压缩弹簧和钢丝绳组成，当底部抗拔抓锁装置未启动时，钢筋笼下部收拢直径为，加固托底的直径为，加固托底的直径大于钢筋笼下部收拢直径，确保抗拔抓锁外伸有足够的距离；连接杆为光圆钢筋制成，其穿过小孔内，杆身中部焊接固定圆盘，连接杆底端焊接受力启动圆盘，顶端焊接钢丝绳固定爪，其中上连接杆为，下连接杆为，上连接杆为的大小大致与抗拔抓锁的长度
相同；下连接杆距离不小于100mm，以确保连接杆向上有足够的距离，来保证抗拔桩锁的打开。
19.4.通过抗拔抓锁和钢丝绳固定爪的配合，使抗拔抓锁接触强风化基岩的内壁，此时将牢固的卡住圆柱形钢筋笼，提供一个可靠的抗拔力，达到防止圆柱形钢筋笼上浮的目的。
附图说明
20.图1为本发明的立体结构示意图；图2为本发明触发结构的立体结构示意图；图3为本发明结构的正视图；图4为本发明结构的俯视图；图5为本发明结构的俯视图；图6为本发明铰接结构的立体结构示意图；图7为本发明工作状态的底部结构示意图；图8为本发明图7的剖面图。
21.图中1、圆柱形钢筋笼；2、受力主筋；3、环向箍筋；4、加强筋；5、加固托底；6、铰接结构；7、抗拔抓锁；8、圆柱形压缩弹簧；9、钢丝绳；10、触发结构；11、钢丝绳固定爪；12、连接杆；13、固定圆盘；14、受力启动圆盘；15、固定挡板；16、双头螺纹杆；17、螺母、18、套筒。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。
23.请参阅图1-8，一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置，包括圆柱形钢筋笼1，圆柱形钢筋笼1的一端焊接有加固托底5，加固托底5上设有触发结构10和铰接结构6，触发结构10包括钢丝绳固定爪11、连接杆12、受力启动圆盘14和钢丝绳9，加固托底5上开设有活动孔，且连接杆12贯穿该活动孔，且连接杆12靠近圆柱形钢筋笼1的一端焊接钢丝绳固定爪11，连接杆12的另一端与受力启动圆盘14焊接，铰接结构6包括圆柱形压缩弹簧8和抗拔抓锁7，圆柱形压缩弹簧8设置在抗拔抓锁7与圆柱形钢筋笼1之间，圆柱形压缩弹簧8的一端固定连接在抗拔抓锁7的一侧，圆柱形压缩弹簧8的另一端固定连接在受力主筋2上，钢丝绳9设置在抗拔抓锁7与钢丝绳固定爪11之间。
24.铰接结构6还包括固定挡板15、双头螺纹杆16和螺母17，固定挡板15与加固托底5连接，抗拔抓锁7的一端与双头螺纹杆16活动连接。抗拔抓锁7远离双头螺纹杆16的一端倾斜设置，且其与抗拔抓锁7呈钝角，在抗拔抓锁7倾斜打开时，通过该倾斜设置，插入在强风化基岩内，此时提升本发明装置的抗拔能力。钢丝绳固定爪11至少设有两个固定抓和一个固定柱，固定抓的一端焊接在固定柱上，钢丝绳固定爪11的数量为四个，且固定抓两两对称设置，钢丝绳9为首尾相连接单圈钢丝绳，钢丝绳9设置时，大致路径是：沿着抗拔抓锁7的一
侧，到向内收拢的受力主筋2，再到固定爪，最后从受力主筋2的另一侧回到抗拔抓锁7，形成闭合的圆环，且钢丝绳9在布置时，应设置为水平状态，钢丝绳9固定爪的高度不能低于抗拔抓锁7的高度；同时，为了避免钢丝绳9与受力主筋2接触对本发明装置触发产生不利影响，抗拔抓锁7和固定爪的直径应略大于受力主筋2的直径。圆柱形压缩弹簧8靠近加固托底5设置。不论本发明装置是否触发，都应使弹簧的长度小于原长（一直处于被压缩的状态），连接杆12为光圆钢筋制成，连接杆12上焊接有固定圆盘13，通过固定圆盘13的设置，防止连接杆12脱离加固托底5，固定圆盘13将连接杆12分为上连接杆和下连接杆，上连接杆的长度与抗拔抓锁7的长度大约相等，并保证钢丝绳9处于水平状态，下连接杆也需设置足够的长度，以此来保证本发明装置的成功触发。圆柱形钢筋笼1包括环绕设置的多根受力主筋2和与其焊接的多根环向箍筋3；受力主筋2的一端向内收拢并焊接在加固托底5上。
25.如图1、3所示，圆柱形钢筋笼1由12根环绕设置的直径为22mm的受力主筋2焊接圆环箍筋而成，其中外侧环向箍筋3为10mm，内侧加强筋4为20mm。圆柱形钢筋笼1的直径为860mm，钢筋笼下部收拢后直径为608mm，受力主筋2收拢部分的长度为1000mm，收拢后的受力主筋2焊接在加固托底5上，加固托底5的直径为950mm，中心有圆柱形小孔。
26.如图2所示，连接杆12为光圆钢筋制成，其穿过小孔内，且杆身中部焊接固定圆盘，使得上连接杆为800mm，下连接杆为120mm，连接杆12底端焊接受力启动圆盘14，顶端焊接钢丝绳固定爪11。钢丝绳固定爪11由四棱柱和固定爪焊接而成，共有4个固定爪，分别焊接在棱柱的侧表面上，棱柱为边长为40mm的正方体，固定爪为24mm的光圆钢筋制成，呈40
×
40mm的直角型，需要注意的是，为了保证装置起作用，固定爪的角度应该控制在80
°
到90
°
之间。
27.如图6所示，为了保证抗拔抓锁7、受力主筋2和钢丝绳固定爪11在同一条直线上，铰接结构6应沿着受力主筋2的半径方向均匀的焊接在加固托底5上。铰接结构6的与受力主筋2之间的距离为75mm，铰接结构6由固定挡板15、双头螺纹杆16和螺母17组成。固定挡板15为40
×
40
×
10mm的钢板，板身中部设有直径为24mm的圆柱形小孔；双头螺纹杆16长80mm，直径为22mm，两头螺纹段各30mm。一个铰接结构6有两个固定挡板15，固定挡板15并排焊接在加固托底5上，两者相距30mm。
28.如图5、6所示,抗拔抓锁7由24mm的带肋钢筋制成，抗拔抓锁7主体部分长840mm，弯折部分长50mm，弯折角度约为160
°
。其主体部分的一端焊接一圆柱形套筒18，圆柱形套筒18高30mm，底部圆环外径为30mm，内径为24mm。在抗拔抓锁7和铰接结构6连接时，应将圆柱形套筒18放入两固定挡板15之间，并使两固定挡板15的圆柱形小孔与圆柱形套筒18中心线对齐，后插入双头螺纹杆16，并用螺母17旋紧固定。
29.如图1、2、4所示，选用圆柱形压缩弹簧8的规格为：原长为150mm，最大预压长度为75mm，外径26mm，内径16.5mm。圆柱形压缩弹簧8的两端分别焊接在受力主筋2和抗拔抓锁7上，由于圆柱形压缩弹簧8的原长仅为150mm，为了保证抗拔抓锁7在张开后圆柱形压缩弹簧8依然保持压缩状态，其应该尽量靠近加固托底5处焊接，本实施例的圆柱形压缩弹簧8焊接的部位距加固托底5约120mm。钢丝绳9由多股细钢丝捻绕制成，直径为8mm，钢丝绳9为固定抗拔抓锁的单圈绳，其路径为抗拔抓锁7
→
受力主筋2
→
钢丝绳固定爪11
→
受力主筋2
→
抗拔抓锁7。本实施例中，钢丝绳9一端固定在固定爪上，另一端固定在抗拔抓锁7的肋间，且应使抗拔抓锁7与收拢段的受力主筋2接近平行。此时圆柱形压缩弹簧的长度约为75mm。
30.如图7、8所示，当钢筋笼还未下放到孔底时，由于固定圆盘13的作用，触发结构10
不会因重力往下掉，此时，在圆柱形压缩弹簧8和钢丝绳9的作用下，整个装置处于受力平衡状态。在圆柱形钢筋笼1下放到设计标高前，先将套管上提一米左右，再继续下放圆柱形钢筋笼1至孔底，受力启动圆盘14将首先接触到土体，在圆柱形钢筋笼1和抗拔抓锁装置的重力作用下，受力启动圆盘14受到向上的支持力而上升，并会带动连接杆12和钢丝绳固定爪11一起向上运动。由于此时钢丝绳9初始时处于平行状态，即钢丝绳9在抗拔抓锁7上的连接处与钢丝绳固定爪11上钢丝绳9的连接处距离最近，一旦钢丝绳固定爪11向上运动，钢丝绳9将会从固定爪上滑落。在圆柱形压缩弹簧8的作用下，抗拔抓锁7将向外展开，并最终接触到强风化基岩岩壁。此时圆柱形压缩弹簧8长约为140mm，仍小于原长处于压缩状态，并将持续给抗拔抓锁7一个侧向力，使抗拔抓锁7紧紧的贴近岩壁。抗拔抓锁7与岩壁之间的夹角约为45
°
，当圆柱形钢筋笼1因为注入混凝土而产生上浮的趋势时，抗拔抓锁7将会卡住钢筋笼，圆柱形钢筋笼1、抗拔抓锁7和岩壁之间会出现受力平衡状态。
31.本发明的一种适用于基岩全回转套管成桩钢筋笼抗拔抓锁装置的使用方法及工作原理如下，在下圆柱形钢筋笼1前，先将套管向上提升一米，随后下放圆柱形钢筋笼至桩基底部，此时受力启动圆盘14首先接触到底部土体，然后继续下放圆柱形钢筋笼1，此时底部土体对受力启动圆盘14有一个向上的支持力，使受力启动圆盘14作用下相对固定圆盘13向上运动，使固定圆盘13与受力启动圆盘14往相互靠近的方向移动，此时受力启动圆盘14带动连接杆12和钢丝绳固定爪11也会随着受力启动圆盘14的上升而上升，当上升到一定程度时，钢丝绳9便会从钢丝绳固定爪11滑落，随后圆柱形压缩弹簧8恢复的弹力将撑开抗拔抓锁7，使抗拔抓锁7紧贴强风化基岩的岩壁，然后进行灌注混凝土，此时圆柱形钢筋笼1会产生上浮的趋势，抗拔抓锁7将牢固的卡住圆柱形钢筋笼1，提供一个可靠的抗拔力，达到防止圆柱形钢筋笼1上浮的目的。
32.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没 有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。