专利名称：桩结构的施工方法及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木、水利或市政工程领域，特别是涉及建筑用桩基础或基坑护壁结构等。
目前的建筑物用基础，特别是高层建筑物用基础普通采用桩基础，该桩基础的设计是根据现场地基的一点或几点地质勘测报告为基础进行的，但实际上往往多数情况下在构成基础的各个桩位的下面地基地质情况是与勘测点的地质情况有很大差别的，这样就造成构成基础的各个桩的承载力和使用期沉降不相同，进而使得建成后的建筑物产生不均匀沉降，这也就是为什么造成建成后的建筑物发生损坏事故的80％以上的原因在于基础，但是目前基础设计和施工中又没有什么很好的办法来解决上述问题。上述施工方法的另一缺点是施工后不能了解每根桩的真实承载力，并且以施工前后的试桩来测定承载力，而该一两根试桩的试验也不能代表所有的桩，并且增加了工期和施工成本。
本发明的目的在于提供一种新型的桩结构施工方法及其设备，采用该方法和设备可在施工后马上能得出每根桩的真实承载力，在施工的同时可完成对桩孔壁和桩底孔土压力的测定从而在每根桩施工完毕后即可得出真实承载力和预定使用期的沉降量，并且可使桩结构中的每根桩的承载力和使用期的沉降基本保持相同。
本发明的上述目的是通过下述方法达到的，该方法包括以下步骤a).对打桩地基进行勘察探测，大致了解地基土层的状况并确定出桩的尺寸及桩支翼的初步尺寸和初步位置；b).根据上述勘察探测而推算出的桩尺寸在地基中形成桩身孔至规定深度；c).通过桩支翼孔成形装置对位于上述桩支翼的初步位置附近的桩身孔孔壁土体进行探测得出上述初步位置附近土体的实际土体力学性质，从而确定桩支翼最终尺寸和最终位置；d).通过桩支翼孔成形装置对位于上述桩支翼的最终位置的桩身孔孔壁土体按上述桩支翼最终尺寸进行挤压从而形成桩支翼孔；e).对所形成的桩身孔及桩支翼孔灌注混凝土形成混凝土桩；f).按上述步骤对桩结构中的其它的桩进行施工从而形成由多根混凝土桩构成的桩结构。
在上述步骤c)中，在探测到上述初步位置的土体的力学性质较差的情况下，沿桩身孔孔壁移动桩支翼孔成形装置对孔壁土体继续进行探测直至探测到所需的土层，并将该土层位置作为相应的桩支翼的最终位置。
上述桩支翼为桩分支。
在上述步骤c)中，在探测到上述初步位置的土体的力学性质较差的情况下，仍将该土层位置作为相应的桩支翼的最终位置，但在上述步骤d)中，在该位置形成大于该位置上的相应初步尺寸的桩支翼。
在上述步骤c)中，在探测到上述初步位置的土体的力学性质较差的情况下，仍将该土层位置作为相应的桩支翼的最终位置，但在上述步骤d)中，在该土层区域上形成多个具有相应初步尺寸的桩支翼，而其数量多于在该位置上的初步确定的桩支翼的数量。
上述桩支翼为桩承力盘和/或桩分支。
上述土体力学性质为土体压缩力学性质。
上述土体力学性质为土体的摩阻系数。
在上述步骤c)中，土体力学性质的测定是采用传感器来完成的。
在桩身孔、桩支翼孔形成后，将桩孔成形质量检测仪插入桩身孔中对桩身孔、桩支翼孔的成形质量进行检测。
对其内无水的桩身孔、桩支翼孔采用可夜视的观测系统进行上述孔的质量检测。
对其内有泥浆的桩身孔、桩支翼孔采用超声波扫描仪进行上述孔的质量检测。
在向桩身孔、桩支翼孔灌注混凝土后，待该混凝土达到一定强度时用超声波仪对桩身、桩支翼的成形质量进行检测。
在上述步骤c)中，采用计算机系统对桩支翼的最终尺寸、位置进行计算。
在施工过程中，采用计算机系统对桩支翼孔成形装置的操纵进行控制。
在施工过程中，将土体力学性质测定值、形成后的桩身、桩支翼的成形质量和其尺寸、位置的有关信号转变为数字信号，并储存于计算机系统中。
通过图像显示器将上述桩身孔、桩支翼孔的实际成形情况显示出来以便于进行监控。
在灌注混凝土之前插入钢筋或钢筋笼。
在灌注混凝土之前插入预应力筋，在混凝土达到一定强度之后对预应力筋施加预应力并予以锚固。
在上述步骤e)中，上述混凝土的灌注采用导管法、串管法及泵送混凝土法进行的。
在上述步骤b)中，上述桩身孔是采用正循环钻孔法，反循环钻孔法，螺旋钻孔法，螺旋钻孔法，射流冲土法，人工挖孔法，抓斗或铲斗取土法，打入套管挤土法，锤击冲孔法形成的。
在上述步骤b)中，上述桩身孔是这样形成的，即在桩位引孔，在引孔中下入护管，采用冲击锤沿护管对地基冲击成孔，之后提出护管，接着向孔内放入虚土桶。
在上述步骤b)中，上述桩身孔是采用螺旋钻孔法形成的，并且上述步骤d)按下述方式进行，对中间的桩支翼中的承力盘端部土层按设计要求进行锤击分层加固，将虚土桶放入孔底后，放入桩支翼孔形成装置，在各层加固位置挤压形成桩支翼孔，将虚土桶提出，形成桩底部承力盘。
在上述步骤b)中包括清理孔底虚土处理，即使钻具在原深度处进行空转，直至达到规定要求，另外上述步骤d)中的桩支翼孔是这样进行的，即按设计要求标高，在桩支翼孔成形装置中的上下节段醒目位置标注桩支翼挤扩标志，按由上到下的顺序挤扩形成桩支翼，在虚土桶提出后，形成桩支翼中的桩底承力盘槽孔。
在上述步骤b)中，上述桩身孔是通过泥浆护壁钻孔法形成的，并且上述步骤d)按下述方式进行，起吊桩支翼孔形成装置，待桩支翼孔成形装置基本停止晃动或转动后，徐徐下入桩身孔内，在投放上述装置的同时，在桩支翼孔成形装置中的上下节段联接管上按3～5m的间隔采用异形油管夹锁定供、回油管，在桩支翼孔成形装置中的上下节段联接管上标有深度尺寸，按所需标高，规定顺序挤压形成桩支翼孔。
在进行上述步骤e)之后，通过预留压浆管对桩身底端及桩支翼端部进行压力注浆以便对该部分周围土体进行加固。
上述桩支翼孔的挤压方向与和桩身孔壁相垂直的方向的夹角为±90°。
上述桩支翼孔是沿桩身孔轴线的平行方向对桩身孔孔壁周围土体进行挤压形成的。
先沿桩身孔轴线的斜向向上方向对桩身孔孔壁的选定位置第一规定区域内的土体挤压形成构成桩支翼孔的第一腔，然后再沿桩身孔轴线的斜向向下方向对桩身孔孔壁的上述选定位置第二位置区域内的土体挤压形成构成桩支翼的第二腔，上述第一腔和第二腔共同构成桩支翼孔。
沿桩身孔轴线的斜向向上方向对桩身孔孔壁的选定位置第一规定区域的土体挤压形成构成桩支翼孔的第一腔，与此同时沿桩身孔轴线的斜向向下方向对桩身孔孔壁的所示选定位置第二规定区域内的土体挤压形成构成桩支翼孔的第二腔，上述第一腔和第二腔共同构成桩支翼孔。
上述桩支翼孔仅仅是通过沿桩身孔轴线的斜向向下方向对桩身孔孔壁的选定位置规定区域的土体进行挤压形成的。
首先在桩身孔孔壁的选定位置规定区域内的周围土体中形成水平孔穴，接着从该孔处将位于该孔穴下方的桩身孔孔壁周围土体沿桩身孔轴线平行方向向下挤压从而构成桩支翼孔。
在形成桩支翼孔的过程中进行桩支翼加固材料的注入。
桩体材料一部分是在形成桩支翼孔的过程中注入，另一部分是在上述过程之后注入，桩身孔是通过护壁液来护壁的。
上述护壁液为水泥浆，它是在借助桩身孔成形装置形成桩身孔之后一边提升桩身孔成形装置，一边注入桩身孔内的，直至桩身孔中不塌孔的位置，在形成桩支翼孔之后，将补浆管插入桩身孔底部，同时投入粒料，接着通过补浆管以高压方式从补浆管底部开口压入水泥浆直至将整个桩孔灌满。
在形成桩支翼孔后向桩身孔、桩支翼孔注入桩体材料。
将上述桩支翼孔挤压形成沿桩身孔轴向的尺寸较长的形状。
将上述桩支翼孔挤压形成沿桩身孔轴向延伸的螺旋孔。
上述桩支翼孔是在通过桩身孔成形装置形成桩身孔后将其提出的过程中形成的。
上述所形成的桩为素混凝土桩。
上述桩成排布置以形成支护桩结构。
上述支护桩结构中的桩顶部通过连梁相连接，并且通过在各个桩本身上所形成的桩支翼连接。
本发明的上述方法的专用设备包括桩支翼孔成形装置，该装置上设有在其进行桩支翼孔成形时对地基土体的力学性质进行测定的测定器。
上述测定器为传感器。
上述传感器包括压力头，该压力头与驱动缸相连，该驱动缸与压力显示器相连。
上述测定器为土体摩阻性质测定仪。
该设备还包括上述桩支翼孔成形装置的操作系统，该系统包括液压站和计算机监视控制系统。
上述液压站包括液压压力显示器。
上述计算机监视控制系统包括将有关信号转变成数字信号以及对有关数字信号进行运算的数据处理单元，上述各种数字信号显示器和存储器，操作键盘，反映桩身孔、桩支翼孔的实际成形情况的图像显示系统。
上述计算机监视控制系统包括操作台，该操作台上设置有键盘，显示器，扩音装置，桩身孔、桩支翼孔的实际成形图像显示器，桩支翼孔成形装置操纵杆和打印器。
上述图像显示系统为可对干孔成形质量进行检测的可夜视的观测系统，该系统包括可进行图像拍摄的彩色摄像机，将摄像机拍摄的图像显示出来的监视器，用于安装上述摄像机和电源的密封筒，观测头，摄像用的光源，录像机。
上述观测头包括用于观测孔壁的水平观测头和用于观测孔底的垂直观测头。
上述图像显示系统包括用于对湿孔成形质量进行检测的超声波扫描仪。
上述计算机监视控制系统包括对桩支翼孔形成装置的操纵进行控制的单元。
上述桩支翼孔成形装置为液压驱动式，它包括桩支翼孔形成用弓压机构，该弓压机构的伸出部构成上述测定器中的压力头。
上述测定器为土体摩阻性质测定仪。
上述桩支翼孔成形装置包括桩支翼孔成形机构，该机构包括第一弓压臂和第二弓压臂，该第一弓压臂和第二弓压臂通过其端部相互铰接，第一弓压臂的另一端与第一连接件铰接，第二弓压臂的另一端与第二连接件铰接，上述第一连接件与驱动缸的活塞杆的端部刚性连接，上述第二连接件与上述驱动缸的另一活塞杆端部刚性连接，上述二个活塞杆工作时运动方向相反但同轴设置，上述驱动缸包括二个活塞，它们工作时运动方向相反但同轴平行设置，上述二个活塞杆分别与上述二个活塞刚性连接。
上述桩支翼孔成形装置包括多组桩支翼孔成形机构，该多组成形机构沿设备纵向和/或横向按一定间距分布。
上述桩支翼孔成形装置包括多组桩支翼孔成形机构，该多组成形机构相对设备纵轴线对称布置。
上述设备包括桩身孔成形装置，上述桩支翼孔成形装置设于该桩身孔成形装置上。
上述桩支翼孔成形装置包括主支承件，其上固定有驱动器，另外还设有桩支翼孔成形机构，该机构包括第一弓压臂和第二弓压臂，该第一弓压臂的一端与动力杆铰接，该动力杆由上述驱动器带动，上述第一弓压臂另一端与第二弓压臂的一端铰接，第二弓压臂的另一端与第一固定件相铰接，该固定件位于第一弓压臂与动力杆的铰接点的侧边并处于第一弓压臂和第二弓压臂铰接点相对动力杆与第一弓压臂铰接点的移动轴线的所在侧边，上述第二固定件与第一分支板的一端铰接，第一分支板的另一端为自由端部，第一分支板的内侧贴靠于第一弓压臂和第二弓压臂的铰接部，第一分支板内侧还设有导板，该导板上沿第一分支板的平行方向开有导向槽，第一弓压臂和第二弓压臂是通过横向移动轴铰接的，上述导向槽可使上述横向移动轴在其内滑动，导向槽从横向移动轴未发生向外侧横向位移处朝向第二弓压臂一侧延伸。
上述设备包括主支承件，其设有驱动器，另外还设有桩支翼孔成形机构，该机构包括第一弓压臂和第二弓压臂，该第一弓压臂的一端与动力杆铰接，该动力杆由上述驱动器带动，上述第一弓压臂的另一端与第二弓压臂的一端铰接，第二弓压臂的另一端与固定与主支承件上的固定件铰接，第一弓压臂上整体有形成第一分支板，第二弓压臂上形成有第二分支板。
上述设备包括伸缩式动力挤压器，它可沿桩身孔轴线的斜向向下方向依直线挤压桩身孔孔壁周围土体。
上述设备包括沿水平方向可插入桩身孔孔壁周围土体中的挤压件，它与驱动器相连从而当其插入孔壁周围土体中时可沿桩身孔轴线平行方向向下挤压孔壁周围土体。
上述设备包括桩身孔成形装置，该装置为掘土成形器。
上述掘土成形器为潜水钻机，射流冲土成孔器，钻头钻，全套管钻机，正循环钻机，反循环钻机，抓斗取土器或铲斗取土器。
上述掘土成形器为螺旋钻机，它包括有钻杆，该钻杆为空心管，上述钻杆上设有桩支翼孔成形装置，空心钻杆底部开有与其相连通的可注入桩体材料或护壁液的喷嘴，钻杆顶部与注入材料供应液连通。
本发明的另一种专用设备包括履带行走机构，转台，位于转台上的驾驶室以及桩支翼孔成形装置的操作系统，吊臂，该吊臂底部与转台相连，其顶端通过吊索悬吊分支孔和/或承力盘槽孔成形装置，该装置通过夹紧器导向固定，该夹紧器后端与上述转台连接。
上述设备包括置于地面上的与桩支翼孔成形装置分开的桩支翼孔成形装置的操作系统。
采用上述本发明的施工方法和设备，可以真实得出每根基础桩的承载力和沉降，并从整体上使所有桩的承载力和沉降基本保持一致，这样所形成的基础不会产生不均匀沉降，从而可大大减少施工后使用期的隐患。另外采用本发明，可以减小施工前的地基勘探工作量并可减少或无需进行施工前、后的试桩或桩的荷载试验，从而大大降低施工费用并缩短工期。再有本发明是将勘探地基地质情况贯穿于桩的施工过程中，从而可清楚地了解每个桩底及周土情况，这样可更加合理地对桩基础进行设计从而可大大降低材料的浪费，并降低桩基础的成本。此外，由于按本发明方法桩分支/桩承力盘位于相应的所需的持力层上从而可充分发挥带分支/承力盘的桩的优越性，使其承载力达到最高，其使用期沉降量降到最小。上面仅仅对本发明用作建筑物的承受压力的桩基础的优点进行了描述，但是应注意到本发明完全可用于承受拉力的桩基础，以及抗倾覆的支护结构中，并且可产生均匀地抵抗上浮力，即建筑物仅仅有较小的均匀上浮量，或者均匀地抵抗弯矩，即支护结构中的每根桩具有基本一致的较小的角位移的现象。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
图1为本发明桩基础施工方法的示意图；图1A为本发明桩基础施工方法的第一阶段示意图1B为本发明桩基础施工方法的第二阶段示意图；图1C为本发明桩基础施工方法的第三阶段示意图；图2为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第一实施例示意图，其中图2A-C为三个不同施工阶段；图3为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第二实施例示意图，其中图3A-C分别为三个不同施工阶段；图4为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第三实施例示意图，其中图4A-C为三个不同施工阶段；图5为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第四实施例示意图，其中图5A-C为三个不同施工阶段；图6为同时具有桩身孔成形装置和桩分支孔和/或承力盘槽孔装置的本发明设备第一实施例的示意图；图7为同时具有桩身孔成形装置和桩分支孔和/或承力盘槽孔装置的本发明设备第二实施例的示意图；图8为同时具有桩身孔成形装置和桩分支孔和/或承力盘槽孔装置的本发明设备中分支孔和/或承力盘槽孔成形装置的第一实施例的示意图；图9为同时具有桩身孔成形装置和桩分支孔和/或承力盘槽孔装置的本发明设备中分支孔/或承力盘槽孔成形装置的第二实施例的示意图；图10为图9所示成形装置的收拢状态示意图；图11为图9所示成形装置的工作状态平面示意图；图12为本发明设备中的分支孔和/或承力盘槽孔成形装置第四实施例的示意图；图13为图12所示装置的收拢状态图；图14为本发明设备中的分支孔和/或承力盘槽孔成形装置又一实施例的立面图。
图15为本发明另一种专用设备的透视图；图16为本发明设备中的桩分支孔成形装置的操作系统的透视图。
作为本发明的桩结构的具体施工方法的桩基础施工方法，其步骤包括首先对施工区域的地基进行地质勘探，了解该区域地基的土体情况，当然还可以做试桩来了解地质情况，根据该地质勘探结果确定初步的桩身数量，长度，桩径，桩位以及桩支翼的数量，长度，直径，位置，利用钻机在桩位向下钻孔至规定深度，形成桩身孔，如图1A所示，之后将桩支翼孔成形装置放入该桩身孔中，在上述初步确定的桩支翼位置通过上述桩支翼孔成形装置对土体进行挤压，上述装置中的挤压机构与压力表相连，根据压力表中的数值得出土体弹性模量或摩阻系数，进而可确定该位置土层是否适合制作桩支翼，如果该土层太软，可通过调节桩支翼的位置或桩支翼的大小以及桩支翼在该土层的数量来满足原该位置桩支翼的设计要求，如图1B所示，上述调节桩支翼的位置指通过上述桩支翼孔成形装置对上述软弱土层附近的土层进行挤压探测直至找到所需的持力层，然后按上述方式确定的土层位置形成所需的数量或尺寸的桩支翼孔，如果该土层满足要求，直接制作初步确定的桩支翼孔，按上述方式在桩身孔中形成所规定的桩支翼孔(即桩分支孔和/或桩承力盘槽孔)，然后，利用扫描仪对整个桩孔进行扫描检查桩支翼孔、桩身孔壁的成形质量，如图1C所示，接着插入预应力筋灌注混凝土，待混凝土达到一定强度后对预应力筋张拉并锚固。
作为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第一实施例，其步骤包括用本发明设备1形成桩身孔，如图2A所示，该设备包括分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2和钻孔装置3，该该桩支翼孔成形装置2上连有压力杆(图中未示出)，上述压力杆与地面上的压力表(图中未示出)连通，之后沿斜向向上方向挤压孔壁土体，如图2B所示，最后以所形成的孔穴顶部土体为支点沿斜向向下方向挤压孔壁土体从而形成分支孔和/或承力盘槽孔，如图2C所示，上述分支孔和/或承力盘槽孔的成形是在利用本发明设备向下形成桩身孔时制作，也可在桩身孔成形后向上提出本发明设备的过程中制作。
作为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第二实施例，其步骤包括用本发明设备形成桩身孔，该设备包括分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2和钻孔装置3，该桩支翼孔成形装置2上连有压力杆(图中未示出)，上述压力杆与地面上的压力表(图中未示出)连通，如图3A所示，在向下形成桩身孔的同时或之后利用本发明设备沿斜向向上和斜向向下同时挤压孔壁土体形成桩分支孔和/或承力盘槽孔，如图3B所示，最后挤压完毕形成图3C所示的形状。
作为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和/或承力盘槽孔同时成形的第三实施例，其步骤包括用本发明设备1形成桩身孔，该设备1包括分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2和钻孔装置3，该桩支翼孔成形装置2上连有压力杆(图中未示出)，上述压力杆与地面上的压力表(图中未示出)连通，如图4A所示，在向下形成桩身孔的过程中或形成桩身孔之后，可利用上述分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2对土体进行斜向挤压，如图4B所示。图4B中的虚线为最终挤压状态，当挤压完毕后便可形成如图4C所示的状态。
作为本发明方法中桩身孔与桩分支孔和或承力盘槽孔同时成形的第四实施例，其步骤包括用本发明设备1形成桩身孔，该设备1包括分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2和钻孔装置3，该桩支翼孔成形装置2上连有压力杆(图中未示出)，上述压力杆与地面上的压力表(图中未示出)连通，如图5A所示，在利用设备1向下形成桩身孔时，或在形成桩身孔后提出该设备1时可在桩身孔孔壁上形成水平槽4，如图5B所示。之后，利用本发明设备1中的特定的分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2(该装置将在后面描述)，从该水平槽4处向下挤压土体形成分支孔和/或承力盘槽，如图5C所示。
图6为同时具有桩身孔成形装置和桩分支孔和/或承力盘槽孔装置的本发明设备的一个实施例，该设备1包括潜水钻3，该潜水钻3包括钻杆5，钻杆5上设有动力装置6和泵6A，钻杆底部设有钻头7，钻杆上还设有一个或多个分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2。
图7为本发明设备的另一实施例，该设备1包括螺旋钻8，该钻包括顶部的驱动器9，螺旋叶片10，钻杆11，在钻杆11上还形成有一个或多个分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2。
图8为本发明设备中的分支孔和/或承力盘槽孔成形装置的一种形式，该装置2包括可水平伸出的两个挤压头17，如图8所示。两个挤压头之间设有驱动油缸18，该驱动油缸18伸出时可使挤压头17沿水平方向伸出，两个挤压头还与竖向油缸19的一端相连，该油缸19伸出时可使挤压头17向下挤压土体，该成形装置2特别适合图4中所示的方法。
图9和10为本发明设备中用的分支孔和/或承力盘槽孔挤压成形装置的第三种形式，该装置2包括外管29，其内设有多个成形机构和投入加固料通道29A，外管29上开有供成形机构伸出的孔，外管外部设有泵站，它通过油路管与成形机构中的油缸连通(图中未示出)，如图10所示，在成形机构中设有竖向动力杆30，该动力杆30由上述油缸带动(图中未示出)，该杆30通过竖向移动轴31与上弓压臂31铰接，上弓压臂32通过横向移动轴33与由下弓压臂整体形成的下下分支板34铰接，该板34底部与下固定轴35铰接，该轴35相对外管29固定。上分支板36上端铰接于上固定轴37上，该轴37相对外管29固定，在图9、10中，仅仅画出了相对称的两套成形机构中的左边一套(一半)，右边一套与左边的相同，故图中未示出。当然，可根据需要设置1套、3套或更多的同步机构。在上分支板36内侧设有导板33，上分支板36的自由端部39位于上弓压臂32与横向移动轴33的连接处。导板38共有两个，它们分别设置在上分支板36的两侧，导板38从上分支板36的自由端部39处沿上分支板36板面方向向下延伸，其伸出部开有横向移动轴33的导向槽38A，横向移动轴33还铰接有上分支滑板40，该滑板40贴靠上分支板36内侧并向上延伸，在下分支板34的两侧设有复合上分支板41，其底部铰接于下固定轴35上，复合下分支板41的自由端部42设有限位块43，在上弓压臂32内侧设有压块44，图9表示上述机构处于伸出的状态，图10表示上述机构处于收拢状态，如图11所示，上述成形装置2还包括四块挡土板45(每侧2块)，它们分别设于上分支板36的两侧，在挡土板45内侧上分支板36下端导向臂46的先期插入时，分支板有效宽度47内未被挤压的原土48不可能向两侧成孔后的空间49塌落，加上上分支板滑板40的作用有效地防止了上分支板36上方的土体向下塌落，保证了分支承力盘下方土体的挤压密实，上述装置的优点是可避免在制作桩分支孔和/或承力盘槽孔时所产生的整个装置上浮现象以及所形成的孔穴形状不规则、易塌方的缺点。
图12为第四种桩分支孔和/或承力盘槽孔成形装置的形式，该装置2与图10的结构类似，不同的是图10的装置中的上分支板先压出，之后下分支板压出，故图10装置适合图3所示方法，而图11所示装置2也带有上、下分支板50、51，它们同时被压出，它适合图4所示方法，图12所示装置2还设有上弓压臂52和下弓压臂53，上弓压臂52与上分支板50为整体连接，下分支板51与下弓压臂53整体连接。上弓压臂52顶部与竖向动力杆54相铰连，该杆由驱动缸带动，上弓压臂52另一端与下弓压臂53铰接，下弓压臂53另一端与外管55铰接，外管55开有上述机构伸出的孔，图13为上述装置的收拢状态。
上述挤压成形装置可带有沿环向的多个挤压板或头，从而在制成时只经过1-2次就可基本形成承力盘。
如图14所示，本发明设备中的另一种桩分支孔和/或承力盘槽孔的成形装置，它包括外套筒62，其内设有二对弓压臂，每对弓压臂包括上弓压臂63和下弓压臂64，上弓压臂63的顶端与连接部件65铰接，上弓压臂63的底端与下弓压臂64铰接，下弓压臂64的底端与连接部件66相连，上述外套筒62的顶部设有驱动缸67，该驱动缸7中设有上活塞68和下活塞69，该上活塞68通过活塞杆70与连接部件66刚性相连，下活塞69通过活塞杆71与连接部件65刚性连接，上述驱动缸67的中部侧臂上开有供液体通过的嘴72，驱动缸67的底部侧壁上开有供液体通行的嘴73，其顶部开有供液体通行的嘴74。在该装置初始状态，即图示的虚线所示状态，设备中的弓压臂处于收回位置，驱动缸67中的二个活塞68和69位于驱动缸的中间位置，当要驱动弓压臂压出时，通过泵向驱动缸中的嘴72压入油，而嘴73和74则有油通过，这样上活塞68逐渐上升，使活塞杆70向上运动从而带动连接部件66向上移动，而下活塞69逐渐下降，同时活塞杆71向下运动从而带动连接部件65向下移动，由于上下弓压臂63和64等长，而驱动缸中的活塞68和69也相对并对称设置，这样连接部件65和66同时移动使上下弓压臂的铰接点可沿水平方向作直线运动，其结果是可沿水平方向压出一个成等腰三角形的分支孔，逐渐转动上述装置并驱动上下弓压臂压出便可形成桩的承力盘槽孔。
如图15所示，本发明的另一种专用设备1’包括履带行走机构70，转台71，位于转台71上的驾驶室72以及桩分支孔成形装置的操作系统73，吊臂74，该吊臂74底部与转台71相连，其顶端通过吊索悬吊分支孔和/或承力盘槽孔成形装置2，该装置2通过夹紧器75导向固定，该夹紧器75后端与上述转台71连接。上述桩分支孔成形装置的操作系统73与图16所示的桩分支孔成形装置的操作系统73’基本相同(后面将要描述)，只不过前者设于可行走的本发明的专用设备1’上，而后者与分支孔和/或承力盘槽孔成形装置分开而设置于地面上。
如图16所示，该设备中的桩支翼孔成形装置的操作系统还可为设置于地面上的上述桩支翼孔成形装置的操作系统73’，该系统73’包括液压站76和计算机监视控制系统77。上述液压站76包括液压压力显示器。
上述计算机监视控制系统77包括将有关信号转变成数字信号以及对有关数字信号进行运算的数据处理单元，上述各种数字信号显示器和存储器，操作键盘，反映桩身孔、桩支翼孔的实际成形情况的图像显示系统和打印器。
从图16中可看到的上述计算机监视控制系统77所包括的部件有操作台78，该操作台78上设置有键盘79，显示器80，扩音装置81，桩身孔、桩支翼孔的实际成形图像显示器82，桩支翼孔成形装置操纵杆83。
上述图像显示系统84为可对干孔成形质量进行检测的可夜视的观测系统，该系统包括可进行图像拍摄的彩色摄像机，将摄像机拍摄的图像显示出来的监视器，用于安装上述摄像机和电源的密封筒，观测头，摄像用的光源，录像机，上述观测头包括用于观测孔壁的水平观测头和用于观测孔底的垂直观测头(图中未示出)。
上述图像显示系统包括用于对湿孔成形质量进行检测的超声波扫描仪(图中未示出)。
上述计算机监视控制系统包括对桩支翼孔形成装置的操纵进行控制的单元(图中未示出)。
权利要求
1.一种桩结构的施工方法，其步骤包括a).对打桩地基进行勘察探测，大致了解地基土层的状况并确定出桩的尺寸及桩支翼的初步尺寸和初步位置；b).根据上述勘察探测而推算出的桩尺寸在地基中形成桩身孔至规定深度；c).通过桩支翼孔成形装置对位于上述桩支翼的初步位置附近的桩身孔孔壁土体进行探测得出上述初步位置附近土体的实际土体力学性质，从而确定桩支翼最终尺寸和最终位置；d).通过桩支翼孔成形装置对位于上述桩支翼的最终位置的桩身孔孔壁土体按上述桩支翼最终尺寸进行挤压从而形成桩支翼孔；e).对所形成的桩身孔及桩支翼孔灌注混凝土形成混凝土桩；f).按上述步骤对桩结构中的其它的桩进行施工从而形成由多根混凝土桩构成的桩结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤c)中，在探测到上述初步位置的土体的力学性质较差的情况下，沿桩身孔孔壁移动桩支翼孔成形装置对孔壁土体继续进行探测直至探测到所需的土层，并将该土层位置作为相应的桩支翼的最终位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于上述桩支翼为桩分支。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤c)中，在探测到上述初步位置的土体的力学性质较差的情况下，仍将该土层位置作为相应的桩支翼的最终位置，但在上述步骤d)中，在该位置形成大于该位置上的相应初步尺寸的桩支翼。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤c)中，在探测到上述初步位置的土体的力学性质较差的情况下，仍将该土层位置作为相应的桩支翼的最终位置，但在上述步骤d)中，在该土层区域上形成多个具有相应初步尺寸的桩支翼，而其数量多于在该位置上的初步确定的桩支翼的数量。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于上述桩支翼为桩承力盘和/或桩分支。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述土体力学性质为土体压缩力学性质。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述土体力学性质为土体的摩阻系数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤c)中，土体力学性质的测定是采用传感器来完成的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在桩身孔、桩支翼孔形成后，将桩孔成形质量检测仪插入桩身孔中对桩身孔、桩支翼孔的成形质量进行检测。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于对其内无水的桩身孔、桩支翼孔采用可夜视的观测系统进行上述孔的质量检测。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于对其内有泥浆的桩身孔、桩支翼孔采用超声波扫描仪进行上述孔的质量检测。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在向桩身孔、桩支翼孔灌注混凝土后，待该混凝土达到一定强度时用超声波仪对桩身、桩支翼的成形质量进行检测。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤c)中，采用计算机系统对桩支翼的最终尺寸、位置进行计算。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在施工过程中，采用计算机系统对桩支翼孔成形装置的操纵进行控制。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在施工过程中，将土体力学性质测定值、形成后的桩身、桩支翼的成形质量和其尺寸、位置的有关信号转变为数字信号，并储存于计算机系统中。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于通过图像显示器将上述桩身孔、桩支翼孔的实际成形情况显示出来以便于进行监控。
18.权利要求1所述的方法，其特征在于在灌注混凝土之前插入钢筋或钢筋笼。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在灌注混凝土之前插入预应力筋，在混凝土达到一定强度之后对预应力筋施加预应力并予以锚固。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤e)中，上述混凝土的灌注采用导管法、串管法及泵送混凝土法进行的。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤b)中，上述桩身孔是采用正循环钻孔法，反循环钻孔法，螺旋钻孔法，螺旋钻孔法，射流冲土法，人工挖孔法，抓斗或铲斗取土法，打入套管挤土法，锤击冲孔法形成的。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤b)中，上述桩身孔是这样形成的，即在桩位引孔，在引孔中下入护管，采用冲击锤沿护管对地基冲击成孔，之后提出护管，接着向孔内放入虚土桶。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤b)中，上述桩身孔是采用螺旋钻孔法形成的，并且上述步骤d)按下述方式进行，对中间的桩支翼中的承力盘端部土层按设计要求进行锤击分层加固，将虚土桶放入孔底后，放入桩支翼孔形成装置，在各层加固位置挤压形成桩支翼孔，将虚土桶提出，形成桩底部承力盘。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于在上述步骤b)中包括清理孔底虚土处理，即使钻具在原深度处进行空转，直至达到规定要求，另外上述步骤d)中的桩支翼孔是这样进行的，即按设计要求标高，在桩支翼孔成形装置中的上下节段醒目位置标注桩支翼挤扩标志，按由上到下的顺序挤扩形成桩支翼，在虚土桶提出后，形成桩支翼中的桩底承力盘槽孔。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在上述步骤b)中，上述桩身孔是通过泥浆护壁钻孔法形成的，并且上述步骤d)按下述方式进行，起吊桩支翼孔形成装置，待桩支翼孔成形装置基本停止晃动或转动后，徐徐下入桩身孔内，在投放上述装置的同时，在桩支翼孔成形装置中的上下节段联接管上按3～5m的间隔采用异形油管夹锁定供、回油管，在桩支翼孔成形装置中的上下节段联接管上标有深度尺寸，按所需标高，规定顺序挤压形成桩支翼孔。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在进行上述步骤e)之后，通过预留压浆管对桩身底端及桩支翼端部进行压力注浆以便对该部分周围土体进行加固。
27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述桩支翼孔的挤压方向与和桩身孔壁相垂直的方向的夹角为±90°。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述桩支翼孔是沿桩身孔轴线的平行方向对桩身孔孔壁周围土体进行挤压形成的。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于先沿桩身孔轴线的斜向向上方向对桩身孔孔壁的选定位置第一规定区域内的土体挤压形成构成桩支翼孔的第一腔，然后再沿桩身孔轴线的斜向向下方向对桩身孔孔壁的上述选定位置第二位置区域内的土体挤压形成构成桩支翼的第二腔，上述第一腔和第二腔共同构成桩支翼孔。
30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于沿桩身孔轴线的斜向向上方向对桩身孔孔壁的选定位置第一规定区域的土体挤压形成构成桩支翼孔的第一腔，与此同时沿桩身孔轴线的斜向向下方向对桩身孔孔壁的所示选定位置第二规定区域内的土体挤压形成构成桩支翼孔的第二腔，上述第一腔和第二腔共同构成桩支翼孔。
31.根据权利要求27所述的方法，其特征在于上述桩支翼孔仅仅是通过沿桩身孔轴线的斜向向下方向对桩身孔孔壁的选定位置规定区域的土体进行挤压形成的。
32.根据权利要求27所述的方法，其特征在于首先在桩身孔孔壁的选定位置规定区域内的周围土体中形成水平孔穴，接着从该孔处将位于该孔穴下方的桩身孔孔壁周围土体沿桩身孔轴线平行方向向下挤压从而构成桩支翼孔。
33.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在形成桩支翼孔的过程中进行桩支翼加固材料的注入。
34.根据权利要求1所述的方法，其特征在于桩体材料一部分是在形成桩支翼孔的过程中注入，另一部分是在上述过程之后注入，桩身孔是通过护壁液来护壁的。
35.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述护壁液为水泥浆，它是在借助桩身孔成形装置形成桩身孔之后一边提升桩身孔成形装置，一边注入桩身孔内的，直至桩身孔中不塌孔的位置，在形成桩支翼孔之后，将补浆管插入桩身孔底部，同时投入粒料，接着通过补浆管以高压方式从补浆管底部开口压入水泥浆直至将整个桩孔灌满。
36.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在形成桩支翼孔后向桩身孔、桩支翼孔注入桩体材料。
37.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将上述桩支翼孔挤压形成沿桩身孔轴向的尺寸较长的形状。
38.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将上述桩支翼孔挤压形成沿桩身孔轴向延伸的螺旋孔。
39.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述桩支翼孔是在通过桩身孔成形装置形成桩身孔后将其提出的过程中形成的。
40.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所形成的桩为素混凝土桩。
41.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述桩成排布置以形成支护桩结构。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于上述支护桩结构中的桩顶部通过连梁相连接，并且通过在各个桩本身上所形成的桩支翼连接。
43.一种权利要求1所述方法的专用设备，其特征在于该设备包括桩支翼孔成形装置，该装置上设有在其进行桩支翼孔成形时对地基土体的力学性质进行测定的测定器。
44.根据权利要求43所述的设备，其特征在于上述测定器为传感器。
45.根据权利要求44所述的设备，其特征在于上述传感器包括压力头，该压力头与驱动缸相连，该驱动缸与压力显示器相连。
46.根据权利要求41所述的设备，其特征在于上述测定器为土体摩阻性质测定仪。
47.根据权利要求41所述的设备，其特征在于该设备还包括上述桩支翼孔成形装置的操作系统，该系统包括液压站和计算机监视控制系统。
48.根据权利要求47所述的设备，其特征在于上述液压站包括液压压力显示器。
49.根据权利要求47所述的设备，其特征在于上述计算机监视控制系统包括将有关信号转变成数字信号以及对有关数字信号进行运算的数据处理单元，上述各种数字信号显示器和存储器，操作键盘，反映桩身孔、桩支翼孔的实际成形情况的图像显示系统。
50.根据权利要求49所述的设备，其特征在于上述计算机监视控制系统包括操作台，该操作台上设置有键盘，显示器，扩音装置，桩身孔、桩支翼孔的实际成形图像显示器，桩支翼孔成形装置操纵杆和打印器。
51.根据权利要求49所述的设备，其特征在于上述图像显示系统为可对干孔成形质量进行检测的可夜视的观测系统，该系统包括可进行图像拍摄的彩色摄像机，将摄像机拍摄的图像显示出来的监视器，用于安装上述摄像机和电源的密封筒，观测头，摄像用的光源，录像机。
52.根据权利要求51所述的设备，其特征在于上述观测头包括用于观测孔壁的水平观测头和用于观测孔底的垂直观测头。
53.根据权利要求49所述的设备，其特征在于上述图像显示系统包括用于对湿孔成形质量进行检测的超声波扫描仪。
54.根据权利要求47所述的设备，其特征在于上述计算机监视控制系统包括对桩支翼孔形成装置的操纵进行控制的单元。
55.根据权利要求45所述的设备，其特征在于上述桩支翼孔成形装置为液压驱动式，它包括桩支翼孔形成用弓压机构，该弓压机构的伸出部构成上述测定器中的压力头。
56.根据权利要求43所述的设备，其特征在于上述测定器为土体摩阻性质测定仪。
57.根据权利要求43或45所述的设备，其特征在于上述桩支翼孔成形装置包括桩支翼孔成形机构，该机构包括第一弓压臂和第二弓压臂，该第一弓压臂和第二弓压臂通过其端部相互铰接，第一弓压臂的另一端与第一连接件铰接，第二弓压臂的另一端与第二连接件铰接，上述第一连接件与驱动缸的活塞杆的端部刚性连接，上述第二连接件与上述驱动缸的另一活塞杆端部刚性连接，上述二个活塞杆工作时运动方向相反但同轴设置，上述驱动缸包括二个活塞，它们工作时运动方向相反但同轴平行设置，上述二个活塞杆分别与上述二个活塞刚性连接。
58.根据权利要求43或45所述的设备，其特征在于上述桩支翼孔成形装置包括多组桩支翼孔成形机构，该多组成形机构沿设备纵向和/或横向按一定间距分布。
59.根据权利要求43或45所述的设备，其特征在于上述桩支翼孔成形装置包括多组桩支翼孔成形机构，该多组成形机构相对设备纵轴线对称布置。
60.根据权利要求43或45所述的设备，其特征在于它包括桩身孔成形装置，上述桩支翼孔成形装置设于该桩身孔成形装置上。
61.根据权利要求43、45或60所述的设备，其特征在于上述桩支翼孔成形装置包括主支承件，其上固定有驱动器，另外还设有桩支翼孔成形机构，该机构包括第一弓压臂和第二弓压臂，该第一弓压臂的一端与动力杆铰接，该动力杆由上述驱动器带动，上述第一弓压臂另一端与第二弓压臂的一端铰接，第二弓压臂的另一端与第一固定件相铰接，该固定件位于第一弓压臂与动力杆的铰接点的侧边并处于第一弓压臂和第二弓压臂铰接点相对动力杆与第一弓压臂铰接点的移动轴线的所在侧边，上述第二固定件与第一分支板的一端铰接，第一分支板的另一端为自由端部，第一分支板的内侧贴靠于第一弓压臂和第二弓压臂的铰接部，第一分支板内侧还设有导板，该导板上沿第一分支板的平行方向开有导向槽，第一弓压臂和第二弓压臂是通过横向移动轴铰接的，上述导向槽可使上述横向移动轴在其内滑动，导向槽从横向移动轴未发生向外侧横向位移处朝向第二弓压臂一侧延伸。
62.根据权利要求43、45或60所述的设备，其特征在于它包括主支承件，其设有驱动器，另外还设有桩支翼孔成形机构，该机构包括第一弓压臂和第二弓压臂，该第一弓压臂的一端与动力杆铰接，该动力杆由上述驱动器带动，上述第一弓压臂的另一端与第二弓压臂的一端铰接，第二弓压臂的另一端与固定与主支承件上的固定件铰接，第一弓压臂上整体有形成第一分支板，第二弓压臂上形成有第二分支板。
63.根据权利要求43、45或60所述的设备，其特征在于它包括伸缩式动力挤压器，它可沿桩身孔轴线的斜向向下方向依直线挤压桩身孔孔壁周围土体。
64.根据权利要求43、45或60所述的设备，其特征在于它包括沿水平方向可插入桩身孔孔壁周围土体中的挤压件，它与驱动器相连从而当其插入孔壁周围土体中时可沿桩身孔轴线平行方向向下挤压孔壁周围土体。
65.根据权利要求43所述的设备，其特征在于它包括桩身孔成形装置，该装置为掘土成形器。
66.根据权利要求65所述的设备，其特征在于上述掘土成形器为潜水钻机，射流冲土成孔器，钻头钻，全套管钻机，正循环钻机，反循环钻机，抓斗取土器或铲斗取土器。
67.根据权利要求65所述的设备，其特征在于上述掘土成形器为螺旋钻机，它包括有钻杆，该钻杆为空心管，上述钻杆上设有桩支翼孔成形装置，空心钻杆底部开有与其相连通的可注入桩体材料或护壁液的喷嘴，钻杆顶部与注入材料供应液连通。
68.根据权利要求43所述的设备，其特征在于该设备包括履带行走机构，转台，位于转台上的驾驶室以及桩支翼孔成形装置的操作系统，吊臂，该吊臂底部与转台相连，其顶端通过吊索悬吊分支孔和/或承力盘槽孔成形装置，该装置通过夹紧器导向固定，该夹紧器后端与上述转台连接。
69.根据权利要求43所述的设备，其特征在于该设备包括置于地面上的与桩支翼孔成形装置分开的桩支翼孔成形装置的操作系统。
全文摘要
本发明涉及一种桩结构的施工方法及其专用设备,该方法主要步骤包括:对地基探测确定桩身初步尺寸及桩支翼的初步尺寸及位置,形成桩身孔,通过桩支翼孔形成装置对孔壁土体探测,进而确定桩支翼最终尺寸和位置,通过上述装置对土体挤压形成桩支翼孔,对桩身孔和桩支翼孔灌注混凝土形成混凝土桩,按上述步骤对其它的桩进行施工形成桩结构。按本发明方法,可在每根桩施工过程中了解该桩位的地质状况,从而可马上得出该桩的真实承载力/变形,并避免建筑物的不均匀沉降。
文档编号E02D5/22GK1191915SQ97100439
公开日1998年9月2日 申请日期1997年2月26日 优先权日1997年2月26日
发明者张国梁, 徐永洁, 贺德新 申请人:张国梁, 徐永洁