专利名称：一种预制挤扩桩及其施工方法与施工机械设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木工程中桩基工程领域。
背景技术：
桩基工程是土木工程领域中重要组成部分之一，目前常用的工程桩形式主要有预 制桩与灌注桩两大类别，其中预制桩包括钢管桩、预制方桩、PHC管桩、预应力空心方桩等形 式，其特点是将工程桩预制成形后置入土体，利用桩与土的共同作用提供抗压、抗拔、抗弯 或水平承载力。灌注桩包括钻孔灌注桩、沉管灌注桩等形式，其特点是首先在岩土体中预成 孔，然后灌入桩体材料成桩。因桩尖持力层或部分桩侧土层强度高，在各类灌注桩中可通 过扩大桩端与土体接触面来提高桩基承载力，例如竹节桩、肢盘扩底桩均属于此类性质的 扩孔桩。与灌注桩相比，预制桩特别是PHC管桩，具有施工速度快、造价低、桩体强度高，施 工质量易控制等优点，目前广泛应用于土木工程各领域。但是目前的预制桩在置入土体前 桩体形状已经确定，能否在预制桩底部进行扩底来提高预制桩承载力具有巨大的工程实践 意义，目前最新的提高预制桩端部承载力的方法为通过先沉管灌注，然后压入预制桩身的 施工方法所完成的扩底桩，但该方法有施工工艺复杂，造价高、现场施工质量难以控制的缺 点，另一类提高预制桩承载力的方法是通过桩底、桩侧注浆来提高预制桩承载力，因预制桩 在施工后已通过挤土与土体紧密连接，因而该方法提高的承载力小且代价高，因此目前高 效的预制桩扩孔技术仍是国内外的一项空白。发明的内容本发明的第一个目的在于提供一种预制挤扩桩施工方法，该预制挤扩桩施工方法 可以在施工时形成桩底扩大段，可大幅度提高桩基承载力，大幅度节约桩基工程造价，施工 方便，质量可靠。该预制挤扩桩施工方法包括以下步骤a)确定桩位，将底部连接有桩塞的中空的预制桩沉入预定深度；b)移开桩塞，并将未凝结的桩体材料灌入中空的预制桩；c)通过中空的预制桩的中空部位，挤压未凝结的桩体材料，使未凝结的桩体材料 挤入中空的预制桩下部的土体中，形成桩底扩大段；d)根据桩底扩大段扩大幅度的需要，确定是否重复步骤(b)中将未凝结的桩体材 料灌入中空的预制桩，并确定是否重复步骤(c)，直至完成桩底扩大段施工，如桩底扩大段 满足要求，则不需要本步骤。在上述的预制挤扩桩施工方法中，上述的桩塞可以是放置于中空的预制桩下部且 能在压桩过程中阻止土体进入中空的预制桩内形成土塞的预制结构。在上述的预制挤扩桩施工方法中，上述的桩塞可以是略小于中空的预制桩的中空 部位且底部开口的管状结构。在上述的预制挤扩桩施工方法中，上述的未凝结的桩体材料可以是未凝固的混凝 土、或未凝结的石灰、或未凝结的水泥与碎石、粉煤灰、矿渣等材料掺和的混和料中的一种、或不凝结的碎石等散体材料。本发明的第二个目的在于提供一种预制挤扩桩，该预制挤扩桩能充分发挥桩端持 力层的潜力，大幅度提高了预制桩的承载力，造价低。该预制挤扩桩包括中空的预制桩、桩底扩大段、桩塞三部分组成，其中桩底扩大段 位于中空的预制桩下部，桩塞位于桩底扩大段下部。在上述的预制挤扩桩中，上述的桩塞、桩底扩大段、中空的预制桩之间可以通过钢 筋或钢绞线连接。在上述的预制挤扩桩中，上述的桩塞可以是安装于中空的预制桩底部的可以封堵 中空的预制桩的中空部位的预制桩尖。在上述的预制挤扩桩中，上述的桩塞可以是安装于中空的预制桩底部且可以相对 于中空的预制桩活动的板状结构。在上述的预制挤扩桩中，上述的桩塞可以通过钢筋或钢绞线连接至中空的预制桩 桩顶。在上述的预制挤扩桩中，可在上述中空的预制桩的中空部位灌注混凝土。在上述的预制挤扩桩中，上述的桩底扩大段为近似椭球形。本发明的第三个目的在于提供一种预制挤扩桩施工方法所用的成桩机械，该成桩 机械可顺利高效地完成桩体较长的预制挤扩桩的施工，可节省施工成本，提高施工效率。该成桩机械包括桩机、增高架、起吊系统三部分组成，其中增高架位于桩机上部， 起吊系统设置于增高架上。本发明的第四个目的在于提供一种预制挤扩桩施工方法所用的挤扩器，该挤扩器 结构简单、造价低、施工方便，成桩质量可靠，可顺利完成预制挤扩桩挤扩施工。该挤扩器为一横截面形状为圆形，底部封闭，外表面光滑的圆柱形结构。
图1为本发明的一个实施例所用的预制挤扩桩施工方法第一步骤挤扩前桩体结 构示意图；图2为本发明的一个实施例所用的预制挤扩桩施工方法第二步骤挤扩前桩体结 构示意图；图3为本发明的一个实施例所用的预制挤扩桩施工方法完成后桩体结构示意图；图4为本发明的一个实施例所用的成桩机械、挤扩器构造示意图。
具体实施例方式作为本发明的如图1至图4所示的一个实施例，主要目的在于介绍预制挤扩桩施 工方法、挤扩原理、挤扩后形成的预制挤扩桩的结构构造及挤扩施工过程中所用的成桩机 械、挤扩器的结构构造及其工作原理。在本实施例中介绍的预制挤扩桩施工方法的第一步， 确定桩位后，将桩塞(1)连接于中空的预制桩(2)底部，桩塞(1)可以是如图1所示的实心 的预制桩尖，也可以是盖在中空的预制桩(2)底部的板状结构，还可以是插入中空的预制 桩(2)的中空部位(9)的底部开口的管状结构，使桩塞(1)与中空的预制桩(2)之间在压 桩时相对位置稳定，然后将连接有桩塞(1)的中空的预制桩(2)沉入预定深度，即进入持
4力层一定深度，如图1所示。在本步骤中，如需减小沉桩过程中的挤土效应，可采用底部开 口的管状结构作为桩塞(1)置于中空的预制桩(2)的中空部位(9)中，沉桩完成后，拔出 桩塞(1)便可。从而完成本发明的预制挤扩桩施工方法的第一步，进入本发明的预制挤扩 桩施工方法的第二步。在预制挤扩桩施工方法的第二步，可利用如图4所示的挤扩器(3) 穿过中空的预制桩(2)的中空部位(9)，使挤扩器(3)底部压在桩塞(1)的顶部，通过捶击 或静压挤扩器(3)的顶部，使桩塞(1)移开进入土体，并在中空的预制桩(2)底部形成孔 洞，然后拔出挤扩器(3)，将未凝结的桩体材料灌入中空的预制桩(2)的中空部位(9)，同 时充填上述的在中空的预制桩(2)底部形成孔洞，未凝结的桩体材料可以是未凝结的混凝 土、或未凝结的石灰、或未凝结的水泥与碎石、粉煤灰、矿渣等材料掺和的混和料中的一种， 或不凝结的碎石等散体材料。在本步骤中，也可以先将未凝结的桩体材料灌入中空的预制 桩⑵的中空部位(9)，然后利用挤扩器(3)穿过中空的预制桩(2)的中空部位(9)，使挤 扩器(3)底部压在未凝结的桩体材料顶部，通过捶击或静压挤扩器(3)的顶部，使桩塞(1) 移开进入土体。从而完成本发明的预制挤扩桩施工方法的第二步，进入本发明的预制挤扩 桩施工方法的第三步。在本步骤中，再次利用如图4所示的挤扩器(3)穿过中空的预制桩 (2)的中空部位(9)，挤压未凝结的桩体材料，挤压的方式可以是利用挤扩器(3)的自重对 未凝结的桩体材料进行捶击挤压，也可以在挤扩器(3)的顶部进行捶击或静压，使未凝结 的桩体材料挤入中空的预制桩(2)下部的土体中，形成如图3所示桩底扩大段(4)。完成本 发明的预制挤扩桩施工方法的第三步，进入本发明的预制挤扩桩施工方法的第四步。根据 需要，如需继续增加桩底扩大段(4)的挤扩幅度，可以将挤扩器(3)拔出，重复第二步中将 未凝结的桩体材料灌入中空的预制桩(2)的中空部位(9)，重复本实施例的第三步骤，直至 完成桩底扩大段施工，如桩底扩大段(4)已满足要求，则不需要本步骤操作，完成本实施例 的第四步，即完成预制挤扩桩施工。在本实施例中，还可通过桩底扩大段(4)的桩体材料的 凝结进一步提高承载力。由中空的预制桩(2)、位于中空的预制桩(2)下部与其连接的桩 底扩大段(4)及与桩底扩大段(4)连接的桩塞(1)共同组成了预制挤扩桩。从而完成本发 明的的预制挤扩桩施工。在本实施例中，对中空的预制桩(2)为多节桩的情况，为了提高施 工效率，降低施工成本，可制造如图4所示的成桩机械。在如图4所示的成桩机械中，在桩 机(5)的上部安装增高架(6)，在增高架(6)上安装起吊系统(7)，这样便可通过起吊系统 (7)快捷起吊、放置比单节中空的预制桩(2)长的挤扩器(3)，从而提高施工效率，桩机(5) 可以是静力压桩机，也可以是打桩机。在本实施例中，中空的预制桩⑵可以是PHC管桩， 也可以是空心方桩，挤扩器(3)为一横截面形状近似为圆形，底部封闭，外表面光滑的圆柱 形结构。在本实施例中，为了进一步提高桩塞(1)、桩底扩大段(4)、中空的预制桩(2)之间 的连接强度，还可在桩塞(1)上设置连接钢筋或钢绞线(8)，在上述的预制挤扩桩施工方法 的第二步与第三步施工时避开对连接钢筋或钢绞线(8)的破坏，施工完成后形成的预制挤 扩桩整体性更强，如将连接钢筋或钢绞线(8) —直贯通至中空的预制桩(2)的桩顶，则连接 钢筋或钢绞线(8)便可作为抗拉结构使用，此种预制挤扩桩的抗拔承载力将有大幅度的提 高。在本实施例中，还可以在桩底扩大段(4)施工完成后继续向中空的预制桩(2)的中空 部位(9)灌注未凝结的桩体材料，可进一步提高桩身结构强度。
本专利包括但不限于本领域内专业人士可替代使用的其他施工方法。
权利要求
一种预制挤扩桩施工方法，其特征是该预制挤扩桩施工方法包括以下步骤a)确定桩位，将底部连接有桩塞(1)的中空的预制桩(2)沉入预定深度；b)移开桩塞(1)，并将未凝结的桩体材料灌入中空的预制桩(2)；c)通过中空的预制桩(2)的中空部位(9)，挤压未凝结的桩体材料，使未凝结的桩体材料挤入中空的预制桩(2)下部的土体中，形成桩底扩大段(4)；d)根据桩底扩大段(4)扩大幅度的需要，确定是否重复步骤(b)中将未凝结的桩体材料灌入中空的预制桩(2)，并确定是否重复步骤(c)，直至完成桩底扩大段(4)施工，如桩底扩大段(4)满足要求，则不需要本步骤。
2.根据权利要求1所述的预制挤扩桩施工方法，其特征在于上述的桩塞(1)可以是放 置于中空的预制桩(2)下部且能在压桩过程中阻止土体进入中空的预制桩(2)内形成土塞 的预制结构。
3.根据权利要求1所述的预制挤扩桩施工方法，其特征在于上述的桩塞(1)可以是略 小于中空的预制桩(2)的中空部位(9)且底部开口的管状结构。
4.根据权利要求1所述的预制挤扩桩施工方法，其特征在于上述的未凝结的桩体材料 可以是未凝固的混凝土、或未凝结的石灰、或未凝结的水泥与碎石、粉煤灰、矿渣等材料掺 和的混和料中的一种、或不凝结的碎石等散体材料。
5.一种预制挤扩桩，其特征是该预制挤扩桩包括中空的预制桩(2)、桩底扩大段(4)、 桩塞⑴三部分组成，其中桩底扩大段⑷位于中空的预制桩⑵下部，桩塞⑴位于桩底 扩大段⑷下部。
6.根据权利要求5所述的预制挤扩桩，其特征是上述的桩塞(1)、桩底扩大段(4)、中空 的预制桩⑵之间可以通过钢筋或钢绞线⑶连接。
7.根据权利要求5所述的预制挤扩桩，其特征是上述的桩塞(1)可以是安装于中空的 预制桩(2)底部的可以封堵中空的预制桩(2)的中空部位(9)的预制桩尖。
8.根据权利要求5所述的预制挤扩桩，其特征是上述的桩塞(1)可以是安装于中空的 预制桩(2)底部且可以相对于中空的预制桩(2)活动的板状结构。
9.根据权利要求5所述的预制挤扩桩，其特征是上述的桩塞(1)可以通过钢筋或钢绞 线(8)连接至中空的预制桩(2)桩顶。
10.根据权利要求5所述的预制挤扩桩，其特征是可在上述中空的预制桩(2)的中空部 位(9)灌注混凝土。
11.根据权利要求5所述的预制挤扩桩，其特征是上述的桩底扩大段(4)为近似椭球形。
12.—种预制挤扩桩施工方法所用的成桩机械，其特征是该成桩机械包括桩机(5)、增 高架(6)、起吊系统(7)三部分组成，其中增高架(6)位于桩机(5)上部，起吊系统(7)设置 于增高架(6)上。
13.一种预制挤扩桩施工方法所用的挤扩器，其特征是该挤扩器(3)为一横截面形状 为圆形，底部封闭，外表面光滑的圆柱形结构。
全文摘要
本发明涉及桩基工程领域中的一种预制挤扩桩及其施工方法与施工机械设备，本发明的预制挤扩桩施工方法包括以下步骤将底部连接有桩塞(1)的中空的预制桩(2)沉入预定深度；移开桩塞(1)，并将未凝结的桩体材料灌入中空的预制桩(2)；使未凝结的桩体材料挤入中空的预制桩(2)下部的土体中，形成桩底扩大段(4)；重复上述步骤，直至桩底扩大段(4)满足要求，所施工完成的预制挤扩桩包括上部的中空的预制桩(2)，下部的桩底扩大段(4)及底部的桩塞(1)组成，并研制了高效的施工设备，该种桩型施工方便，质量可靠，大幅度提高了目前广泛应用的PHC管桩、空心方桩等预制桩的端部承载力，可作为抗拔、抗压承载桩，承载力高，造价低。
文档编号E02D7/02GK101936004SQ20101026452
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者张继红 申请人:张继红