专利名称：一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器及施工方法
技术领域：
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种全桩长挤扩成孔的灌注桩施工装置及施 工方法，具体地说，是指一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器及施工方法。
背景技术：
随着城市建筑密集度增加，施工过程产生泥浆污染的灌注桩和产生噪声和振动的 打入桩由于带来严重的环境问题，其应用日益受到限制。采用静压桩已经成为城市施工的 一种重要趋势。然而由于压桩力受到压桩机自重的限制，该方法难以满足大桩长、大直径的 高承载力桩的施工。因此，开发一种使用小压桩力就可以获得高承载力桩的施工方法具有 重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现全桩长挤扩成孔的挤扩器及相应的挤扩灌注 桩的施工方法，将筒型挤扩器以小直径状态植入土层，到达设计深度后使其直径扩展，以获 得大直径的桩孔，向桩孔中填筑桩体材料，即获得大直径桩，从而能以低压桩力获得高承载 力桩。本发明提供的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其结构组成如下该挤扩器由若干节挤扩器单元连接而成，各节挤扩器单元主要由中心螺杆(I)、中 心螺母对(J)、支撑杆对(G)、支撑梁(F)和扩展叶片(B)构成。其中中心螺杆(I)是由反 向螺杆㈧和正向螺杆(H)组成。反向螺杆㈧上套有中心螺母对(J)中的反向螺母(C)； 正向螺杆(H)上套有中心螺母对(J)中的正向螺母(D)。一对反、正向螺母(C)、⑶上铰 接若干对支撑杆对(G)，支撑杆对(G)的另一端铰接在支撑梁(F)上，支撑梁(F)外连扩展 叶片⑶。本发明提供的一种用于全桩长挤扩灌注桩的施工方法可以采用如下具体步骤实 现第一步将处于收缩状态的挤扩器植入土层设计深度；第二步旋转中心螺杆⑴带动反向螺母(C)和正向螺母⑶相向运动。驱使铰 接在反向螺母(C)和正向螺母(D)上的支撑杆对(G)另一端向外凸起，推动支撑梁(F)向 外运动，支撑梁(F)顶着扩展叶片(B)打开，扩展叶片(B)直接挤压土层，直至扩张至设计 桩孔直径；第三步向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料，然后向上收起挤扩器；或者，先将挤 扩器收起，然后向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料。本发明具有如下优点及功效(1)本发明提供的挤扩器可用低压桩力施工获得高承载力桩；(2)应用本发明提供的挤扩器和施工方法，施工机具简单轻便，便于在狭小空间施 工；
(3)应用本发明提供的挤扩器和施工方法，施工无振动、无噪音、无泥浆污染。
图Ia——本发明提供的挤扩器紧缩状态横剖面结构示意图；图Ib——本发明提供的挤扩器紧缩状态纵剖面结构示意图；图2a——本发明提供的挤扩器扩张状态横剖面结构示意图；图2b——本发明提供的挤扩器扩张状态纵剖面结构示意图；图中标号及符号说明如下A反向螺杆；B扩展叶片；C反向螺母；D正向螺母；F支撑梁；G支撑杆对；H正向螺杆；I中心螺杆J中心螺母；Ll收缩状态挤扩器直径；L2扩展后挤扩器直径。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明提供的用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器及 施工方法进行详细说明。本发明提供的挤扩器由若干节挤扩器单元连接而成，各节挤扩器单元如图Ia所 示，所述的挤扩器单元主要包括中心螺杆I、中心螺母对J、支撑杆对G、支撑梁F和扩展叶片 B，所述的中心螺杆I，如图Ib所示，分为反向螺杆A和正向螺杆H两部分，所述的中心螺母 对J包括反向螺母C和正向螺母D，并且所述的反向螺母C和正向螺母D分别装配在反向螺 杆A和正向螺杆H上。在所述的反向螺母C上铰接有至少两个支撑杆G1，在所述的正向螺 母D上铰接有至少两个支撑杆G2，每个支撑杆Gl和支撑杆G2组成一对支撑杆对G，每对支 撑杆对G的另一端铰接在支撑梁F上的相同位置K，支撑杆对G的对数与支撑梁F的个数相 同，所述的反向螺母(C)和正向螺母(D)上铰接的支撑杆对(G)在周向上平均分布。在所 述支撑梁F外连扩展叶片B，所述的支撑梁F与扩展叶片B之间固定连接或铰结。当挤扩 器单元处于收缩状态时，相邻扩展叶片B之间相互搭叠，如图Ia所示，两支撑梁F之间的最 大距离为Li，如图Ib所示；当挤扩器单元处于扩展状态时，扩展叶片B的末端支撑在其相 邻的下一扩展叶片B的根部，如图加，两支撑梁F之间的最大距离为L2，如图2b所示；其中 L2大于Li。在收缩状态下，所述的反向螺母C和正向螺母D之间的距离相对较远，当需要扩展 时，外界力使得中心螺杆I旋转，带动反向螺母C和正向螺母D相对于反向螺杆A和正向螺 杆H旋转，进而反向螺母C和正向螺母D之间的距离变小，反向螺母C和正向螺母D分别驱 动其上铰接的支撑杆对G的另一端向外凸起，进而通过支撑梁F推动扩展叶片B扩张。根据设计桩长连接若干节挤扩器单元形成全桩长挤扩器，其中各挤扩器单元间的 连接可以采用如下方式1)仅中心螺杆I连接，连接方法可以采用焊接、螺栓连接等公知连 接方法；2)中心螺杆I和支撑梁F都连接，其中中心螺杆I的连接方式与1)中所述相同； 支撑梁F的连接方式可以采用焊接、螺栓连接等公知连接方法，也可以采用连通多个挤扩 器单元的共用连续支撑梁的方式；幻采用中心螺杆I、支撑梁F和扩展叶片B同时连接的方 式，其中中心螺杆I、支撑梁F的连接方式与1) ,2)中所述方法相同，扩展叶片B的连接方式 可以采用焊接、螺栓连接等公知连接方法，也可以采用连通多个挤扩器单元的共用连续扩展叶片的方式。本发明提供的一种用于全桩长挤扩灌注桩的施工方法可以采用如下具体步骤实 现第一步将处于收缩状态的挤扩器植入土层设计深度。第二步旋转中心螺杆I带动反向螺母C和正向螺母D相向运动。驱使铰接在反 向螺母C和正向螺母D上的支撑杆对G另一端向外凸起，推动支撑梁F向外运动，支撑梁F 顶着扩展叶片B打开，扩展叶片B直接挤压土层，直至扩张至设计桩孔直径，扩展叶片B的 末端支撑在其相邻的下一扩展叶片B的根部。第三步向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料，然后向上收起挤扩器；或者，先将挤 扩器收起，然后向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料。其中，当土质条件较好，扩孔后桩孔孔壁土体可以自立，扩孔器收起后桩孔孔壁土 体不会坍塌，则可以先收起挤扩器，然后填筑桩体材料。如果土质条件不好，扩孔后桩孔孔 壁土体不能自立，挤扩器收起后桩孔孔壁土体会坍塌，则可以先填筑桩体材料，然后收起扩 孔器。实施例一工程场地土层为流塑态淤泥质粘土。挤扩器采用铝合金制作，挤扩器在收缩状态 下直径Ll = 80mm，挤扩后直径L2 = 150mm，设计桩长10m。挤扩器中各个挤扩器单元之间 连接采用中心螺杆I、支撑梁F和扩展叶片B同时连接的方式；其中，中心螺杆I采用焊接 连接，支撑梁F和扩展叶片B采用连通所有挤扩器单元的共用连续支撑梁和连续扩展叶片 的方式。用静压方式将处于收缩状态的挤扩器压入土中。旋转挤扩器中心螺杆I使挤扩器 扩展至直径150mm，向挤扩形成的桩孔中浇筑C20混凝土，反向旋转中心螺杆I并向上收起 扩孔器，完成全桩长挤扩素混凝土灌注桩的施工。实施例二 工程场地土层为可塑态粉质粘土。挤扩器采用低合金碳素钢制作，挤扩器在收缩 状态下直径Ll = IOOmm，挤扩后直径L2 = 250mm，设计桩长20m。挤扩器中各挤扩器单元 之间的连接采用中心螺杆I和支撑梁F同时连接的方式；其中，中心螺杆I采用锥形螺栓 连接；支撑梁F连接先采用连通多个挤扩器单元的共用连续支撑梁的方式使整个挤扩器分 为三节，然后再将各节挤扩器的支撑梁采用焊接连接，最终形成完整的20m长挤扩器。用钻 机钻直径IOOmm孔，将处于收缩状态的挤扩器压入孔中。旋转挤扩器中心螺杆I使挤扩器 扩展至直径250mm，反向旋转中心螺杆I并向上收起扩孔器，向挤扩形成的桩孔中放置钢筋 笼，浇筑C20混凝土，完成全桩长挤扩钢筋混凝土灌注桩的施工。实施例三工程场地土层为流塑态淤泥质粉质粘土。挤扩器采用高强工程塑料制作，挤扩器 在收缩状态下直径Ll = 150mm，挤扩后直径L2 = 300mm，设计桩长15m。挤扩器中各挤扩器 单元之间的连接采用中心螺杆I连接和部分单元的支撑梁F和扩展叶片B连接的方式；其 中，中心螺杆I采用阴阳口插接加销钉的方式连接；先采用连通多个挤扩器单元的共用连 续支撑梁和扩展叶片的方式使整个挤扩器分为三节，然后各节挤扩器通过中心螺栓连接。 采用激震器将处于收缩状态的挤扩器贯入土中。旋转挤扩器中心螺杆I使挤扩器扩展至直 径300mm，向挤扩形成的桩孔浇筑流态的水泥与土拌和物，反向旋转中心螺杆I并向上收起扩孔器，完成全桩长挤扩水泥土灌注桩的施工。其中水泥与土拌和物硬化后无侧限抗压强 度大于1. 5MPa。实施例四工程场地土层为可塑态粉土。挤扩器采用钛合金制作，挤扩器在收缩状态下直径 Ll = 400mm，挤扩后直径L2 = 600mm，设计桩长40m。挤扩器中各挤扩器单元之间的连接采 用中心螺杆、支撑梁和扩展叶片同时连接的方式；其中，中心螺杆采用锥形螺栓连接；支撑 梁和扩展叶片连接先采用连通多个挤扩器单元的共用连续支撑梁和扩展叶片的方式使整 个挤扩器分为五节，然后再将各节挤扩器的支撑梁和扩展叶片采用焊接连接，最终形成完 整的40m长挤扩器。用螺旋钻机钻直径400mm孔，将处于收缩状态的挤扩器压入孔中。旋 转挤扩器中心螺杆I使其扩展直径600mm，反向旋转中心螺杆I并向上收起挤扩器，向挤扩 形成的桩孔中放置钢筋笼，浇筑C25混凝土，完成全桩长挤扩钢筋混凝土灌注桩的施工。
权利要求
1.一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于该挤扩器由若干节挤扩器 单元连接而成，各节挤扩器单元主要由中心螺杆(I)、中心螺母对(J)、支撑杆对(G)、支撑 梁(F)和扩展叶片⑶构成，其中，中心螺杆⑴是由反向螺杆㈧和正向螺杆(H)组成， 反向螺杆(A)上套有中心螺母对(J)中的反向螺母(C)，正向螺杆(H)上套有中心螺母对 (J)中的正向螺母(D)，反向螺母(C)和正向螺母⑶上铰接支撑杆对(G)，支撑杆对(G)的 另一端铰接在支撑梁(F)上，支撑梁(F)外连扩展叶片(B)。
2.根据权利要求1所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于所 述的挤扩器单元之间的中心螺杆(I)分别固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于 所述的挤扩器单元之间的中心螺杆(I)和支撑梁(F)分别固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于 所述的挤扩器单元之间的中心螺杆(I)、支撑梁(F)和扩展叶片(B)分别固定连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于 所述的各挤扩器单元之间的位于同一个竖直线上的支撑杆对(G)共用一个支撑梁，和/或 共用一个扩展叶片(B)。
6.根据权利要求1所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于所 述的反向螺母(C)和正向螺母(D)上铰接的支撑杆对(G)在周向上平均分布。
7.一种用于全桩长挤扩灌注桩的施工方法，其特征在于采用如下步骤进行第一步将处于收缩状态的挤扩器植入土层设计深度；第二步旋转中心螺杆(I)带动反向螺母(C)和正向螺母(D)相向运动；驱使铰接在反 向螺母(C)和正向螺母⑶上的支撑杆对(G)另端向外凸起，推动支撑梁(F)向外运动，支 撑梁(F)顶着扩展叶片(B)打开，扩展叶片(B)直接挤压土层，直至扩张至设计桩孔直径；第三步向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料，然后向上收起挤扩器；或者，先将挤扩器 收起，然后向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料。
全文摘要
本发明公开一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器及施工方法，属于土木工程技术领域；所述挤扩器由若干节挤扩器单元连接而成，各单元由中心螺杆、中心螺母对、支撑杆对、支撑梁和扩展叶片构成；中心螺杆由正向螺杆和反向螺杆连接构成，正、反向螺杆上分别套中心螺母对中的正向和反向螺母；一对正反螺母上铰接若干对支撑杆对，支撑杆对另一端铰接于支撑梁，支撑梁外连扩展叶片。旋转土层中处于收缩态的挤扩器的中心螺杆，带动正、反向螺母相向运动，使支撑杆对推动支撑梁和扩展叶片扩张形成桩孔；向桩孔中填筑桩体材料即得灌注桩。应用本发明提供的挤扩器及施工方法，可用低压桩力施工获得高承载力桩；施工机具简便，施工无振动、噪音和泥浆污染。
文档编号E02D5/34GK102071681SQ20111002014
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者俞悦, 刘鹏, 翟京, 黄新 申请人:北京航空航天大学