专利名称：一种灌注桩及其成桩法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基础工程中的混凝土灌注桩及其成桩方法。
目前，国内外广泛使用的桩基础分为预制桩和灌注桩。预制桩是事先将桩制造好，然后用专用设备打入或压入地下，施工时产生噪音和空气污染，在城市中被限制使用;对于较硬的地层，打入困难，易造成裂柱、弯桩或断桩;对于深基础需要接桩，很难保证桩的直线度和垂直度。灌注桩是先在地基上钻孔，然后在孔中灌注混凝土成桩，这种成桩法优点较多，但仍存在一定缺陷，如水泥用量大，易造成断桩、缩径。使用长臂螺旋钻成孔，高压注浆成桩的工艺，由于①是石子骨料与水泥浆分别倒入，石子又是事先一次性倒入，因而使桩体混凝土搅拌不均匀，仍有断桩;②是混凝土离析和成桩后桩体有的部位全是纯水泥浆，有的部位石子又过于集中，且由于施工方法及设备的局限性，桩体混凝土为无砂混凝土，因而大大降低了桩体强度。1987年10月21日公开的CN86100705 B公开了一种“钻孔压浆成桩法”，这种桩为无砂混凝土桩，桩体混凝土强度较差;水泥用量很大，使成本增加了三倍;这种工艺是螺旋成孔后事先注入水泥浆，再分别倒入石子，这样难以掌握混凝土本身的水灰比例，必须超量注入水泥浆才能冲动已倒入孔内的石子，因而桩体混凝土水份过大，使桩体表面产生缩径，桩体混凝土质量较差;由于水泥浆与石子是分别倒入，而石子又是一次性全部投入，故成桩后桩体石子分布不均匀，影响桩体强度分布的均匀;由于投料时间不一致，加压后造成桩的上半部压力达不到要求，上部桩混凝土固结不理想，甚至出现蜂窝现象，影响桩体承载力。由于施工技术及设备的限制，不论是预制桩还是灌注桩，其桩体外形均为圆柱体或方柱体，桩体表面均为平滑面，桩端部为锥形，参见
图1。这样形状的桩承受载荷的部位和方式一是靠锥形的桩端部3与地基4接触，以地层阻力承受载荷;二是靠桩体1的表面2与地层5接触，依靠桩体表面摩擦力承受载荷。如果桩端部3的受力层地基4很硬，则桩体1主要靠桩端部3承受载荷;如果桩端部的受力层属软弱层，则主要靠桩体表面2的摩擦力承受载荷。采用现有施工技术，一般桩体表面2的摩擦力较小，因而主要靠桩端部3承受载荷。对于桩端部承载，其锥形结构使得在受力时因端部与地层有较大的接触应力，从而使承载力降低，大大降低了桩基本身对上部较大载荷的承受能力。桩体表面摩擦力是依靠桩体表面与周围土层之间的接触压力所产生的，灌注桩由于混凝土灌注后自燃凝固收缩产生缩径现象，另外，在施工时，有时采用泥浆护壁的技术，在孔内壁形成一层泥浆，这都会使桩体表面摩擦力降低。灌注桩在钻孔施工中，由于孔底虚土难以取出，造成桩端部虚土过多，而使桩端部承载力降低、沉降量加大，同时虚土会使桩端部混凝土质量降低，也影响承载力。
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种桩端与地面接触面积大;增加了桩的承载方式，桩体与地层配合紧密;桩端部基础坚实;桩体混凝土的水泥、砂、石分布均匀，强度高;可节约大量水泥、成本低的灌注桩及其成桩法。
本发明的目的可通过以下措施来达到一种灌注桩，包括桩体，其特殊之处在于，所述桩体的外表面设有突出于桩体表面的螺旋体，所述桩体端部设有平台，桩端部的端头为一平面。
一种加工上述灌注桩的成桩法，先钻孔至预定深度后，拔出钻杆，其特之处在于将螺旋体刀具固定于钻杆上，在孔内壁加工出螺旋螺纹;螺旋体刀具行至孔底时，其底板将孔底虚土旋转压实，同时加工出孔底平台的凹槽;拔出钻杆放入钢筋笼;将欲灌注桩分成至少三段，分段分别完成每段的下入带喷嘴的钢管注浆管，投放所需砂子、石子，进行加压注浆搅拌;最后完成整个灌注桩。
本发明第二段下入的注浆管及以后下入的注浆管，其喷嘴均向上。
本发明灌注桩分段时，每段的段深由灌注桩长度、直径和注浆压力而定。
本发明灌注桩每段投放水泥、砂子、石子的数量由每段桩的体积决定。
附面说明如下图1为现有技术桩体的结构示意图。
图2为本发明桩体的结构示意图。
图3～4为本发明螺旋体刀具的结构示意图。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步详述参见图2，本发明的灌注桩是在桩体1的桩体表面2上设置了一突出于表面2的螺旋体7，螺旋体7嵌入地层5，可使桩体与地层紧密配合，浑然为一体。桩体承载力的大小是由地基土层的剪切强度极限决定的，因而螺旋体7的承载力将远远高于圆柱平滑表面桩体摩擦力。桩端部3为圆柱状平面端，桩端部3上还设有平台6，使桩端部与地基4的接触面积增大，从而增大桩端承载力。本发明的螺旋体7其横截面可为梯形、锯齿形、三角形、矩形、圆弧形及上述形状组合成的形状等;螺旋体7螺距的大小可据地基土层结构、施工刀具断面大小、承载力大小等因素而调整。
图3～4为本发明施工中所用的加工螺旋体7凹槽的螺旋体刀具的结构示意图。旋转体刀具的刀架箱10具有一箱体13，其顶部为上盖板12，上盖板12上设有与钻杆连接用的法兰盘11，箱体13底部为底板15，箱体13及底板15上分别设有排土孔14和18。刀具8前部伸出箱体13外，为保证加工时刀具8前端始终保持水平，刀具8尾部的重量大于前部，且在刀具8前端保持水平时，其尾部正好与底板15接触定位。刀具8尾部的接触定位也可在刀具8尾部与底板15间设一受力板17，这样，可节省不同型号刀具的用料。刀具8上设有定位销9，刀具8可绕其转动，只能垂直向下移动。刀具8由内筋板16夹持固定。使用时，刀架箱10通过法兰盘11与钻杆连接固定，随着钻杆的旋转，刀具8在钻好的孔壁上加工出螺旋螺纹，刀具8自上而下加工，其受到一向上的垂直力，这可通过底板15对刀具8尾部的反作用力来抵消;刀具8前端所受的与其旋转方向相反的水平力，通过刀具8前部与箱体的接触部位和刀具8尾部与内筋板16的接触部来平衡。加工的虚土由箱体13的排土孔14进入箱体13内，再由底板排土孔18排出落入孔底。刀架箱10落入孔底，底板15将孔底虚土压实、压平，同时在孔底壁上加工出一平台6的凹槽。加工完毕，钻杆上提，孔壁给刀具8前部一向下的力，刀具8绕固定销9转动，刀具8尾部翘起，前部被压入箱体13内。
施工时，可选用深孔钻机钻出圆柱孔，钻到设计深度后，拔出钻杆，换上螺旋体刀具，在圆柱孔内壁上加工出螺旋螺纹，在孔底部位，螺旋体刀具滞留旋转，加工出平台6的凹槽，同时对孔底虚土进行旋压处理，清除孔底虚土，将地基4压实，这不仅可提高地基支承力，而且可改善桩端部混凝土的质量，提高桩端支承力。将螺旋刀具退出，放入钢筋笼。根据桩体本身断面的直径、桩体长度和注浆压力将欲灌注桩分为至少三段，直径越大，每段的深度越浅，则注浆压力越小，具体施工时，只要注浆能搅拌动砂、石即可。一般15米以下灌注桩可分为三段，15米～20米灌注桩可分为四段。设计好水泥浆比例和每段注浆压力，先放入第一段钢管注浆管，该注浆管前端的喷嘴可向下，也可向上;然后倒入第一段所需的砂子、石子;进行第一段加压注浆搅拌，使第一段桩体内砂子、石子混合均匀。下入第二段钢管注浆管，为了不影响第一段已混合均匀的桩体，该注浆管的喷嘴朝上;倒入第二段所需砂子、石子，进行第二段加压注浆搅拌。下入第三段钢管注浆管，其喷嘴亦朝上;倒入第三段所需砂子、石子，进行第三段加压注浆搅拌，整个桩体灌注成型。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1、在现有圆柱灌注桩桩体表面增加螺旋体形成螺旋灌注桩，由于结构变化，增加了桩的承载方式，在保留原桩周摩擦力承载方式之外，又增加了地基通过螺旋体对桩的支承力，经计算，该部分支承力高出同一桩体的桩周摩擦力二倍以上。
2、由于对孔底虚土进行旋压处理，清除了孔底虚土，将基础压实，既提高了地基支承力，又改善了桩端混凝土质量，从而提高了桩的端部支承力。
3、螺旋灌注桩的端部为平面，又增加了附加平台，使桩端承压面积比原锥形承压面积增加一倍以上，从而使承载力提高。
4、螺旋灌注桩因受周围地基对旋体的支承力作用，当受到偏心载荷作用时，地基的支承力形成反力矩平衡偏心载荷引起的弯矩，因此使桩可承受比普通圆柱桩更大的偏心载荷。
5、现有技术中的圆柱桩有一定的抗上拔力功能，但螺旋桩的结构使桩与地基联接更为紧密，能承受更高的上拔力。
6、螺旋灌注桩有较好的稳定性，尤其在上硬下软的地基中，螺旋桩能与上部硬地层紧密联接，如发生沉降、只能是桩与地基同时沉降。螺旋灌注桩在各种形式振动作用下，较其它桩也有较好的稳定性，尤其在地震时有较好的抗震作用。
7、因螺旋桩承载力高，在相同的桩直径和长度的条件下，螺旋桩比现有技术中圆柱桩的承载力高出2～3倍以上。在相同的承载条件下，螺旋桩比普通圆柱桩少用原材料三分之一以上。
8、桩体混凝土为有砂混凝土，明显地提高了桩体混凝土的强度，增大了桩体本身的承载力。
9、桩体混凝土砂骨料的加入，节约了大量水泥，大大降低了成本。
10、使用分段投料和分段加工的工艺，使桩体混凝土的水泥、砂、石混合均匀，提高了桩的质量;且可据所需混凝土的强度进行水泥、砂、石的配比。
权利要求
1.一种灌注桩，包括桩体，其特征在于所述桩体的外表面设有突出于桩体表面的螺旋体，所述桩体端部设有平台，桩端部的端头为一平面。
2.一种加工如权利要求1所述灌注桩的成桩法，先钻孔至预定深度后，拔出钻杆，其特征在于将螺旋体刀具固定于钻杆上，在孔内壁加工出螺旋螺纹;螺旋体刀具行至孔底时，其底板将孔底虚土旋转压实，同时加工出孔底平台的凹槽;拔出钻杆放入钢筋笼;将欲灌注桩分成至少三段，分段分别完成每段的下入带喷嘴的钢管注浆管，投放所需砂子、石子，进行加压注浆搅拌;最后完成整个灌注桩。
3.如权利要求2所述的灌注桩成桩法，其特征在于第二段下入的注浆管及以后下入的注浆管，其喷嘴均向上。
4.如权利要求2或3所述的灌注桩成桩法，其特征在于所述灌注桩分段时，每段的段深由灌注桩长度、直径和注浆压力而定。
5.如权利要求4所述的灌注桩成桩法，其特征在于所述灌注桩每段投放水泥、砂子、石子的数量由每段桩的体积决定。
全文摘要
一种灌注桩及其成桩法。该灌注桩是在现有桩体表面设置了一螺旋体，桩端部设有平台，桩端头为平面。成桩时先钻孔至预定深度；再用螺旋体刀具在孔壁上加工出螺旋螺纹，在孔底加工出平台，并将虚土压实；将欲灌注桩分成至少三段，分段分别完成每段的下入带喷嘴注浆管，投放所需砂、石，进行加压注浆搅拌；最后成桩。本发明增加了桩的承载方式及桩端与地基的接触面积，桩体混凝土的水泥、砂、石分布均匀，强度高，成本低。
文档编号E02D5/56GK1082650SQ9310644
公开日1994年2月23日 申请日期1993年6月2日 优先权日1993年6月2日
发明者杨德兴, 谢允武 申请人:杨德兴, 谢允武