一种防止混凝土灌注桩钢筋笼上浮的锚固叉的制作方法

本发明涉及混凝土灌注领域的锚固装置。

背景技术：

如图1，混凝土灌注桩是一种广泛应用于土木工程中的桩基，由钢筋笼和现浇混凝土组成，其施工过程主要有三个步骤：(a)钻孔→(b)放置钢筋笼→(c)灌注混凝土→(d)成桩。

在灌注混凝土过程中，混凝土1沿插入桩孔底部的导管2注入桩孔底部，至下而上灌满桩孔。混凝土1以较高的速度沿导管2向下冲向桩孔底部岩土体5后，混凝土3向上反弹并与预先放置的钢筋笼4发生剧烈碰撞和挤压，整个过程如图2所示。在这个过程中，向上反弹的混凝土3会带动钢筋笼4一起向上浮动。在灌注的初期，由于钢筋笼4的自重不足以平衡混凝土反弹所产生的上浮力，钢筋笼4会向上移动，造成混凝土灌注桩下部钢筋缺失，对成桩质量产生不良影响，而且桩基的埋深越大，钢筋笼的上浮越严重，对成桩质量的不良影响越严重。

为了防止钢筋笼上浮，施工单位一般会在钢筋笼的上部放置重物以平衡混凝土反冲所产生的上浮力，但是这种方法不能够准确地估算重物的重量，当重量小于上浮力时，钢筋笼仍然上浮，解决不了问题；当重量大于上浮力时，特别是当桩基超过一定深度时，在顶部重物的压力和底部强大的反冲力的共同作用下，钢筋笼中的纵向钢筋会产生屈曲，严重影响成桩质量。

技术实现要素：

为了解决混凝土灌注桩施工过程中出现的上述问题，本发明提出了一种能够将钢筋笼与桩孔底部岩土体锚固的装置，该装置一方面能够将钢筋笼的底部锚固在桩基的岩土体上，另一方面能够使混凝土的反冲力相互平衡，从根本上解决钢混凝土灌注桩在施工过程中的筋笼上浮问题。

本发明技术方案：

一种能够将钢筋笼，其特征在于，为固定在灌注桩桩孔侧壁4上的锚固装置，该锚固装置为伞形可变形锚固叉1，安装在混凝土灌注桩钢筋笼2的底部，

所述伞形可变形锚固叉1的基本构造，由内支撑环5、外支撑环6、四个以上呈对称分布的叉杆7，导轨8和张力弹簧12等主要构件组成。

所述外支撑环6的构造，由套筒14、水平支撑杆15和外环16三个部分组成。

所述内支撑环5通过内支撑环铰链9与叉杆7相连，同时与导轨8采用螺母13相连；外支撑环6的直径与钢筋笼2的直径相同，并且与钢筋笼2的竖向钢筋焊接在一起，外支撑环6通过套筒14嵌套在导轨8上，可以沿导轨8的轴线上下滑动；叉杆套筒10通过外支撑环铰链11与外支撑环6相连；叉杆7的一端通过内支撑环铰链9与内支撑环5相连，另一端则穿入叉杆套筒10，可以在叉杆套筒10内沿其轴线滑动；在内支撑环5和外支撑环6之间安装有张力弹簧12。

本发明的优点和有益效果如下：

1、锚固原理简单：在钢筋笼的自重和桩孔底部向上反力的共同作用下，叉杆7能够自动向外撑开，插入桩孔孔壁的岩土体中，从而将钢筋笼2的底部固定，可以有效地防止混凝土灌注过程中所引起的钢筋笼上浮，特别是针对长深桩和超长深桩更加有效，能够有效地避免因钢筋笼上浮造成坏桩和废桩，提高混凝土灌注桩的施工质量。

2、制作简单，费用少，具有很高的经济效益。

3、施工过程中不需要人工干预，自动化程度高，不会对成桩质量产生负面影响。

附图说明

图1现有技术中应用于土木工程中的桩基

图2钢筋笼上浮机理示意图

图3钢筋笼与锚固叉之间的构造

图4伞形可变形锚固叉的基本组成

图5锚固叉的构造详图

图6外支撑环构件

图7伞形可变形锚固叉的工作示意图

图8混凝土对钢筋笼的反冲作用

图9锚固叉的抗浮机理示意图

图10灌注桩钢筋笼与锚固叉之间的构造关系

图11锚固叉构件分解图

图12锚固叉构件组装

图13锚固叉组装效果

图14外支撑环构造

数字标记

1—锚固叉；2—混凝土灌注桩钢筋笼；3—灌注桩桩孔；4—岩土体；5—内支撑环；6—外支撑环；7—叉杆；8—导轨；9—内支撑环铰链；10—叉杆套筒；11—外支撑环铰链；12—张力弹簧；13—紧固螺母；14—套筒；15—水平支撑杆；16—外环。

具体实施方式

本发明提出一种能够将钢筋笼2固定在灌注桩桩孔侧壁4上的锚固装置，该锚固装置为伞形可变形锚固叉1，安装在混凝土灌注桩钢筋笼2的底部，如图3所示。

伞形可变形锚固叉1的基本构造，如图4所示，由内支撑环5、外支撑环6、四个以上呈对称分布的叉杆7，导轨8和张力弹簧12等主要构件组成。

外支撑环6的构造如图6所示，由套筒14、水平支撑杆15和外环16三个部分组成。

伞形可变形锚固叉1的构造如图4、图5、图6所示，其中内支撑环5通过内支撑环铰链9与叉杆7相连，同时与导轨8采用螺母13相连；外支撑环6的直径与钢筋笼2的直径相同，并且与钢筋笼2的竖向钢筋焊接在一起，外支撑环6通过套筒14嵌套在导轨8上，可以沿导轨8的轴线上下滑动；叉杆套筒10通过外支撑环铰链11与外支撑环6相连；叉杆7的一端通过内支撑环铰链9与内支撑环5相连，另一端则穿入叉杆套筒10，可以在叉杆套筒10内沿其轴线滑动；在内支撑环5和外支撑环6之间安装有张力弹簧12。

如图7所示，本发明所述的伞形可变形锚固叉的工作分为以下两个阶段：

(a)在钢筋笼下放过程中，如图7(a)所示，锚固叉1的下部处于自由状态，不受外力作用，在张力弹簧12、自重和灌注桩孔壁的的共同作用下，叉杆7处于收紧状态。叉杆7不会影响钢筋笼的灌注桩桩孔内的下放和提升。

(b)当钢筋笼下放至灌注桩的桩孔底部时，如图7(b)所示，在钢筋笼整体自重和桩孔底部向上的反力共同作用下，锚固叉1会像雨伞一样张开，叉杆7会插入灌注桩孔壁的岩土体内，此时将对钢筋笼2起到锚固的作用。

本发明所述的锚固装置的抗上浮作用有以下两个方面：

1、锚固作用：如上所述，当安装有锚固装置的钢筋笼放置在混凝土灌注桩的桩孔底部后，叉杆7将插入桩孔侧壁的岩土体内或者与岩土体产生相互挤压，如图7(b)所示。从而将钢筋笼锚固在桩孔的底部，防止钢筋笼在混凝土反冲力的作用下向上浮起。

2、抵消混凝土反弹作用：传统的钢筋笼底部没有钢筋，当混凝土冲入桩孔底部时会向上反弹，会带动钢筋笼上浮，其上浮机理如图8所示。

当钢筋笼2的底部安装锚固叉1之后，如图9所示，混凝土对锚固叉1的外支撑环产生向下的冲击，使得叉杆7的张开角度更大，叉杆与桩孔侧壁之间会产生更大的挤压力，钢筋笼与岩土体之间的锚固将更加牢固。

本发明关键技术点在于提出了伞形可变形锚固叉，是一个根据混凝土灌注桩具体埋深和桩孔及桩基条件，经过设计计算的可张开和闭合的伞形钢结构。

锚固叉1的外支撑环6的最大直径等于灌注桩钢筋笼2的直径，与钢筋笼2的竖向钢筋焊接下为一体。

外支撑环6由内套筒14、水平支撑杆15和外环16三个部分组成。内套筒14为光滑圆管，嵌套在导轨8上，起到限制导轨8水平位移的作用，导轨8可以沿内套筒14的轴线上、下滑动；水平支撑杆15由在水平面内呈对称布置的构件组成，至少需要四根，起到固定内套筒14的作用；在外环16上安装有若干个外支撑环铰链11，用来固定叉杆套筒10。

锚固叉1的内支撑环5通过螺母13固定在导轨8的底部，同时在其外侧安装有若干个内支撑环铰链9，用来固定叉杆7。

导轨8的顶部的外径大于外支撑环内套筒的内径，能够限制导轨8的最大轴向位移，防止其从内套筒脱出，同时也能够防止叉杆7从叉杆套筒10中脱出。

叉杆7嵌套在叉杆套筒10内，两者之间能够沿轴线产生相对滑动，叉杆7的一端切削成为尖状，另一端则通过内环支撑铰链9固定在内支撑环5上。

在内支撑环5和外支撑环6之间安装有张力弹簧12，在钢筋笼下放过程中能够保持叉杆7处于收紧状态，不会对施工产生影响。

实施方式：

1、锚固叉的组装次序：

将叉杆套筒10通过外支撑环铰链11安装在外支撑环6上；

将叉杆7插入叉杆套筒10内，另一端通过内支撑环铰链9安装在内支撑环5上；

将导轨8插入套筒14，将张力弹簧套在导轨8上，然后将导轨8用紧固螺母13安装在内支撑环5上。

2、锚固叉与灌注桩钢筋笼的连接

将锚固叉1的外支撑环6焊接在灌注桩钢筋笼2的底部的纵向钢筋上，形成带有锚固装置的钢筋笼。