一种膨胀抗拔桩及其施工机械和施工工艺的制作方法

本发明涉及建筑领域，特别涉及一种膨胀抗拔桩及其施工机械和施工工艺。

背景技术：

随着预制抗拔桩施工技术的普遍应用，桩身强度和抗拔承载力与土体摩擦力的匹配度越来越被人们所关注，通常设计是依据图集桩身设计抗拉强度结合地质勘察资料计算桩长和单桩设计抗拔承载力。对于摩擦持力层为淤泥质粘土及高含水低渗透性软土地区，其抗拔桩一般采用大直径多节桩加长设计方案，在解决多节桩接桩质量问题需采取特殊接桩构造加固措施。由于抗拔桩长过长加之接桩数量增多造成预应力抗拔桩成本增加，且下部抗拔配筋利用率低因而材料浪费现象严重。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种膨胀抗拔桩及其施工机械和施工工艺。本技术方案通过利用膨胀部在土壤里膨胀，即导板带动套板以桩体朝向膨胀部的一端为圆心背向滑块转动，扩大了膨胀部与土壤的接触面积，膨胀部与土壤接触、挤压产生锚塞效应从而提高了膨胀抗拔桩在土壤内的端部摩擦力以抵抗土壤中水对结构产生的上浮力；因此，本技术方案充分利用了软土地区土层特点、改变了膨胀抗拔桩的端部外形特性和摩阻系数，有效提高了抗拔桩的单桩抗拔承载力；

同时，本技术方案由于采用了膨胀部，因此避免了现有技术方案中，对大直径多节桩加长设计方案的采用，因此有效的控制了桩体的直径，进而避免了由于抗拔桩长过长加之接桩数量增多，所造成抗拔桩成本增加，且下部抗拔配筋利用率低造成的材料浪费现象严重的问题，有效的节约了施工成本。

本发明中的一种膨胀抗拔桩，包括：桩体、芯杆和膨胀部；所述桩体具有连通所述桩体两端的芯孔，所述芯杆位于所述芯孔内，所述膨胀部与所述桩体的一端连接，所述芯杆的一端与所述膨胀部连接，所述芯杆背向所述膨胀部的一端伸出所述芯孔；所述膨胀部和所述桩体朝向膨胀部的一端插入土壤内，所述膨胀部在土壤内膨胀以抵抗土壤中水对结构产生的上浮力。

上述方案中，所述膨胀部包括套板、导板和滑块；

所述套板的一端连接有L型角钢，所述套板的另一端连接有加强板，所述L型角钢的水平部分与所述套板连接，所述L型角钢的竖直部分与所述桩体朝向膨胀部的一端连接；所述加强板与所述套板相互垂直；

所述导板的一侧与所述套板的侧面连接；所述滑块与所述芯杆朝向所述膨胀部的一端连接；所述导板背向套板的一侧具有斜边，若干个所述导板和加强板围绕形成横截面为梯形的执行空间，所述滑块位于所述执行空间内，所述执行空间的横截面朝向所述加强板的一端为长边，所述执行空间背向所述加强板的一端为短边。

上述方案中，所述套板具有若干个，若干个所述套板围绕所述桩体朝向膨胀部的一端的端面分布；所述导板具有若干个，若干个所述导板分别与若干个所述套板连接；所述斜边背向所述加强板的一端具有卡槽，所述套板具有加强筋；所述滑块朝向加强板的一端具有卡销，所述加强板的侧面具有与所述卡销匹配的卡口。

上述方案中，所述芯孔的直径大于所述芯杆的直径，所述芯孔的侧壁与所述芯杆围绕形成环形桶状的连接空间，所述连接空间用于容纳可固化的浆液以连接所述芯杆与桩体。

上述方案中，所述桩体为柱状结构，所述桩体的横截面为圆形或多边形；所述芯杆背向所述膨胀部的一端具有螺纹；

所述膨胀抗拔桩还包括端板，所述端板与所述桩体背向所述膨胀部的一端连接并覆盖所述芯孔背向所述膨胀部的一端，所述端板还具有连通所述芯孔和外界的通气孔和注浆孔。

一种膨胀抗拔桩的施工机械，包括：拉拔装置和预应力拉张装置，所述拉拔装置位于所述桩体背向土壤的一端并与所述桩体的芯杆连接，所述拉拔装置提升所述芯杆，使所述芯杆背向土壤移动并带动滑块移动实现膨胀部膨胀；

所述预应力拉张装置与所述桩体背向土壤的一端接触，所述预应力拉张装置还与所述芯杆连接，并通过拉张所述芯杆向膨胀部输出预应力；所述预应力拉张装置带动所述滑块移动，实现所述膨胀部膨胀并在芯杆和桩体上附加预应力。

上述方案中，所述拉拔装置固定在静压桩机的送桩杆内，所述送桩杆朝向桩体的一端为开口，所述送桩杆朝向开口的一端还具有拉拔空间，所述拉拔空间与开口连通；

所述拉拔装置包括：电机、变速箱和螺纹夹具；所述电机与所述变速箱连接，所述变速箱与所述螺纹夹具连接，所述螺纹夹具具有与芯杆匹配的螺孔，所述螺孔与所述芯杆通过螺纹连接；

所述电机、变速箱和螺纹夹具固定在所述拉拔空间内，所述电机位于所述变速箱背向所述开口的一侧，所述螺纹夹具位于所述变速箱朝向所述开口的一侧，所述芯杆穿过所述开口与所述螺纹夹具连接。

上述方案中，所述预应力拉张装置包括液压千斤顶、液压管、支座和注浆管，所述液压千斤顶通过所述液压管与液压站连接，所述支座的底部可拆卸的固定在所述桩体背向土壤的一端上，所述液压千斤顶位于所述支座的顶部的上方并与芯杆连接，所述液压站向液压千斤顶输出液压，使液压千斤顶拉张所述芯杆以向膨胀部输出预应力；

所述注浆管穿过支座并插入所述桩体的芯孔内，用于向所述芯孔内注入可固化的浆液。

一种膨胀抗拔桩的施工工艺，包括以下步骤：

S1.施工准备：准备施工图纸，确定送桩点；

S2.材料进场：具有芯孔的桩体进场，并运送至操作点；

S3.制作膨胀部：在操作点制作膨胀部；

S4.芯杆安装：将芯杆穿过所述芯孔并将芯杆和膨胀部相互连接，将膨胀部与桩体相互连接获得基础抗拔桩；

S5.根据施工图纸的需要判断是否需要接桩；

S51.静压送桩：若不需要接桩，则将膨胀抗拔桩运送至送桩点，使膨胀抗拔桩具有膨胀部的一端朝向土壤，静压桩机的送桩杆将膨胀抗拔桩压入送桩点内；在所述膨胀抗拔桩的桩体背向土壤的一端，连接具有连通所述芯孔和外界的通气孔和注浆孔的端板，形成膨胀抗拔桩；

S52.静压接桩及送桩：若施工图纸需要较深的压桩深度而需要接桩时，可通过基础抗拔桩和连接桩实现，并形成膨胀抗拔桩；

S6.芯杆拉拔：当膨胀抗拔桩压入送桩点内达到预定高度时，螺纹夹具对准所述膨胀抗拔桩的芯杆，操作拉拔装置的电机，所述电机通过拉拔装置的变速箱使拉拔装置的螺纹夹具转动，将所述芯杆旋入螺纹夹具的螺孔内，在芯杆旋入所述螺孔的过程中，实现芯杆在所述膨胀抗拔桩的芯孔的轴向移动，进而使所述膨胀抗拔桩的滑块朝向送桩杆移动；

所述滑块在向所述送桩杆移动的过程中，所述滑块的侧面将与所述膨胀抗拔桩的导板的斜边接触，使所述导板带动所述膨胀抗拔桩的套板，以所述膨胀抗拔桩的桩体朝向膨胀部的一端为圆心背向所述滑块转动，进而实现所述膨胀部在土壤内膨胀，提高膨胀抗拔桩在土壤内的摩擦力以抵抗土壤中水对结构产生的上浮力；

S7.土方开挖：在送桩点开挖基坑；

S8.预应力张拉：将预应力拉张装置的支座固定在所述桩体背向土壤的一端，再将预应力拉张装置的液压千斤顶与芯杆连接，操作液压站使液压站通过所述预应力拉张装置的液压管向所述液压千斤顶输出液压，使芯杆和滑块获得朝向预应力拉张装置方向的预应力，进而使所述套板获得背向所述滑块转动的预应力；

在具有预应力的所述芯杆上连接螺母，并使所述螺母与所述端板相互挤压，以保证所述芯杆、滑块和套板的预应力不被衰减；

S9.芯孔注浆：将所述预应力拉张装置的注浆管穿过支座，并通过注浆孔插入芯孔内，操作所述注浆管使所述注浆管向芯孔注入可固化的浆液；

S10.桩芯砼浇灌：在所述基坑内浇筑桩芯砼；

S11.检测验收：根据施工要求进行验收。

上述方案中，所述步骤S52具体包括以下步骤：

S521.制造连接桩：通过制作连接桩以保证压桩深度，并根据施工图纸对压桩深度的要求确定所述连接桩的数量；所述连接桩由芯杆和具有芯孔的桩体和组成，所述连接桩的芯杆的两端分别穿过所述连接桩的芯孔，所述连接桩至少具有一个；

S522.静压基础抗拔桩和连接桩：利用静压桩机先将基础抗拔桩压入送桩点的土壤内，将所述连接桩提升至所述基础抗拔桩的上方，将所述基础抗拔桩的芯杆和连接桩的芯杆通过螺纹套筒相互连接成为一体，再将所述连接桩的底部与所述基础抗拔桩背向土壤的一端接触，再通过静压桩机将连接桩压入土壤内与基础抗拔桩成为一体；

S523.静压连接桩：将下一个连接桩提升至位于土壤内的连接桩的上方并位于空中，并将位于空中的连接桩的芯杆和位于土壤内的连接桩的芯杆通过螺纹套筒相互连接成为一体，再将位于空中的连接桩的底部与位于土壤内的连接桩背向土壤的一端接触，再通过静压桩机将位于空中的连接桩压入土壤内与位于土壤内的连接桩成为一体；

S524.形成膨胀抗拔桩：按照S523步骤持续压入所述连接桩直至达到施工图纸的桩深深度要求时，在最后一个压入土壤内的连接桩的桩体背向土壤的一端，连接具有连通所述芯孔和外界的通气孔和注浆孔的端板，使所述基础抗拔桩和连接桩形成一整体，并成为膨胀抗拔桩。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种膨胀抗拔桩及其施工机械和施工工艺，扩大了膨胀部与土壤的接触面积，膨胀部与土壤接触、挤压产生锚塞效应从而提高了膨胀抗拔桩在土壤内的端部摩擦力以抵抗土壤中水对结构产生的上浮力，有效提高了抗拔桩的单桩抗拔承载力；避免了现有技术方案中，对大直径多节桩加长设计方案的采用，因此有效的控制了桩体的直径，进而避免了由于抗拔桩长过长加之接桩数量增多，所造成抗拔桩成本增加，且下部抗拔配筋利用率低造成的材料浪费现象严重的问题，有效的节约了施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种膨胀抗拔桩的结构示意图；

图2为本发明一种膨胀抗拔桩中芯杆、膨胀部、端板和螺母之间连接关系的结构示意图；

图3为本发明一种膨胀抗拔桩中膨胀部的局部放大结构示意图；

图4为本发明一种膨胀抗拔桩的施工机械中拉拔装置和送桩杆的结构示意图；

图5为本发明一种膨胀抗拔桩的施工机械中送桩杆具有执行空间的一端的局部放大结构示意图；

图6为本发明一种膨胀抗拔桩的施工机械中预应力拉张装置与膨胀抗拔桩之间连接的结构示意图；

图7为本发明一种膨胀抗拔桩的膨胀部在土壤内膨胀的结构示意图；

图8为本发明一种膨胀抗拔桩的施工工艺的流程图。

图中：1、桩体 2、芯杆 3、膨胀部 4、端板

5、拉拔装置 6、预应力拉张装置 7、送桩杆 8、执行空间

9、螺母 11、芯孔 21、螺纹 31、套板

32、导板 33、加强筋 34、滑块 35、L型角钢

36、加强板 37、卡销 38、卡槽 39、卡口

321、斜边 41、通气孔 42、注浆孔 51、电机

52、变速箱 53、螺纹夹具 54、无线控制开关 55、充电电池

56、控制线 531、螺孔 61、液压千斤顶 62、液压管

63、支座 64、注浆管 71、开口 72、拉拔空间

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-图8所示，本发明是一种膨胀抗拔桩，包括：桩体1、芯杆2和膨胀部3；桩体1具有连通桩体1两端的芯孔11，芯杆2位于芯孔11内，膨胀部3与桩体1的一端连接，芯杆2的一端与膨胀部3连接，芯杆2背向膨胀部3的一端伸出芯孔11；膨胀部3和桩体1朝向膨胀部3的一端插入土壤内，膨胀部3在土壤内膨胀以抵抗土壤中水对结构产生的上浮力。

具体的，膨胀部3包括套板31、导板32和滑块34；

套板31的一端连接有L型角钢35，套板31的另一端连接有加强板36，L型角钢35的水平部分与套板31连接，L型角钢35的竖直部分与桩体1朝向膨胀部3的一端连接；加强板36与套板31相互垂直；

导板32的一侧与套板31的侧面连接；滑块34与芯杆2朝向膨胀部3的一端连接；导板32背向套板31的一侧具有斜边321，若干个导板32和加强板36围绕形成横截面为梯形的执行空间8，滑块34位于执行空间8内，执行空间8的横截面朝向加强板36的一端为长边，执行空间8背向加强板36的一端为短边。

进一步的，套板31具有若干个，若干个套板31围绕桩体1朝向膨胀部3的一端的端面分布；导板32具有若干个，若干个导板32分别与若干个套板31连接；斜边321背向加强板36的一端具有卡槽38，套板31具有加强筋33；滑块34朝向加强板36的一端具有卡销37，加强板36的侧面具有与卡销37匹配的卡口39；

滑块34将通过芯杆2移动至卡槽38内，卡槽38将阻止滑块34的移动。

优选的，芯孔11的直径大于芯杆2的直径，芯孔11的侧壁与芯杆2围绕形成环形桶状的连接空间，连接空间用于容纳可固化的浆液以连接芯杆2与桩体1。

优选的，桩体1为柱状结构，桩体1的横截面为圆形或多边形；芯杆2背向膨胀部3的一端具有螺纹21；

膨胀抗拔桩还包括端板4，端板4与桩体1背向膨胀部3的一端连接并覆盖芯孔11背向膨胀部3的一端，端板4还具有连通芯孔11和外界的通气孔41和注浆孔42。

一种膨胀抗拔桩的施工机械，包括：拉拔装置5和预应力拉张装置6，拉拔装置5位于桩体1背向土壤的一端并与桩体1的芯杆2连接，拉拔装置5提升芯杆2，使芯杆2背向土壤移动并带动滑块34移动实现膨胀部3膨胀；

预应力拉张装置6与桩体1背向土壤的一端接触，预应力拉张装置6还与芯杆2连接，并通过拉张芯杆2向膨胀部3输出预应力；预应力拉张装置6带动滑块34移动，实现膨胀部3膨胀并在芯杆2和桩体1上附加预应力。

具体的，拉拔装置5固定在静压桩机的送桩杆7内，送桩杆7朝向桩体1的一端为开口71，送桩杆7朝向开口71的一端还具有拉拔空间72，拉拔空间72与开口71连通；

拉拔装置5包括：电机51、变速箱52和螺纹夹具53；电机51与变速箱52连接，变速箱52与螺纹夹具53连接，螺纹夹具53具有与芯杆2匹配的螺孔531，螺孔531与芯杆2通过螺纹21连接；

电机51、变速箱52和螺纹夹具53固定在拉拔空间72内，电机51位于变速箱52背向开口71的一侧，螺纹夹具53位于变速箱52朝向开口71的一侧，芯杆2穿过开口71与螺纹夹具53连接。

优选的，拉拔装置5还包括相互连接的无线控制开关54和充电电池55，无线控制开关54和充电电池55固定在送桩杆7背向拉拔空间72的一端，充电电池55与电机51通过控制线56连接。

具体的，预应力拉张装置6包括液压千斤顶61、液压管62、支座63和注浆管64，液压千斤顶61通过液压管62与液压站(图中未示出)连接，支座63的底部可拆卸的固定在桩体1背向土壤的一端上，液压千斤顶61位于支座63的顶部的上方并与芯杆2连接，液压站向液压千斤顶61输出液压，使液压千斤顶61拉张芯杆2以向膨胀部3输出预应力；

注浆管64穿过支座63并插入桩体1的芯孔11内，用于向芯孔11内注入可固化的浆液(图中未示出)。

一种膨胀抗拔桩的施工工艺，包括以下步骤：

S1.施工准备：准备施工图纸，确定送桩点；

S2.材料进场：具有芯孔11的桩体1进场，并运送至操作点；

S3.制作膨胀部：在操作点制作膨胀部3；

S4.芯杆安装：将芯杆2穿过芯孔11并将芯杆2和膨胀部3相互连接，将膨胀部3与桩体1相互连接获得基础抗拔桩；

S5.根据施工图纸的需要判断是否需要接桩；

S51.静压送桩：若不需要接桩，则将膨胀抗拔桩运送至送桩点，使膨胀抗拔桩具有膨胀部3的一端朝向土壤，静压桩机的送桩杆7将膨胀抗拔桩压入送桩点内；在膨胀抗拔桩的桩体1背向土壤的一端，连接具有连通芯孔11和外界的通气孔41和注浆孔42的端板4，形成膨胀抗拔桩；

S52.静压接桩及送桩：若施工图纸需要较深的压桩深度而需要接桩时，可通过基础抗拔桩和连接桩实现，并形成膨胀抗拔桩；

S6.芯杆拉拔：当膨胀抗拔桩压入送桩点内达到预定高度时，螺纹夹具53对准膨胀抗拔桩的芯杆2，操作拉拔装置5的电机51，电机51通过拉拔装置5的变速箱52使拉拔装置5的螺纹夹具53转动，将芯杆2旋入螺纹夹具53的螺孔531内，在芯杆2旋入螺孔531的过程中，实现芯杆2在膨胀抗拔桩的芯孔11的轴向移动，进而使膨胀抗拔桩的滑块34朝向送桩杆7移动；

滑块34在向送桩杆7移动的过程中，滑块34的侧面将与膨胀抗拔桩的导板32的斜边321接触，使导板32带动膨胀抗拔桩的套板31，以膨胀抗拔桩的桩体1朝向膨胀部3的一端为圆心背向滑块34转动，进而实现膨胀部3在土壤内膨胀，提高膨胀抗拔桩在土壤内的摩擦力以抵抗土壤中水对结构产生的上浮力；

S7.土方开挖：在送桩点开挖基坑；

S8.预应力张拉：将预应力拉张装置6的支座63固定在桩体1背向土壤的一端，再将预应力拉张装置6的液压千斤顶61与芯杆2连接，操作液压站使液压站通过预应力拉张装置6的液压管62向液压千斤顶61输出液压，使芯杆2和滑块34获得朝向预应力拉张装置6方向的预应力，进而使套板31获得背向滑块34转动的预应力；

在具有预应力的芯杆2上连接螺母9，并使螺母9与端板4相互挤压，以保证芯杆2、滑块34和套板31的预应力不被衰减；

S9.芯孔注浆：将预应力拉张装置6的注浆管64穿过支座63，并通过注浆孔42插入芯孔11内，操作注浆管64使注浆管64向芯孔11注入可固化的浆液；

S10.桩芯砼浇灌：在基坑内浇筑桩芯砼；

S11.检测验收：根据施工要求进行验收。

具体的，步骤S52具体包括以下步骤：

S521.制造连接桩：通过制作连接桩以保证压桩深度，并根据施工图纸对压桩深度的要求确定连接桩的数量；连接桩(图中未示出)由芯杆(图中未示出)和具有芯孔的桩体(图中未示出)和组成，连接桩的芯杆的两端分别穿过连接桩的芯孔，连接桩至少具有一个；

S522.静压基础抗拔桩和连接桩：利用静压桩机先将基础抗拔桩压入送桩点的土壤内，将连接桩提升至基础抗拔桩的上方，将基础抗拔桩的芯杆2和连接桩的芯杆通过螺纹套筒相互连接成为一体，再将连接桩的底部与基础抗拔桩背向土壤的一端接触，再通过静压桩机将连接桩压入土壤内与基础抗拔桩成为一体；

S523.静压连接桩：将下一个连接桩提升至位于土壤内的连接桩的上方并位于空中，并将位于空中的连接桩的芯杆和位于土壤内的连接桩的芯杆通过螺纹套筒相互连接成为一体，再将位于空中的连接桩的底部与位于土壤内的连接桩背向土壤的一端接触，再通过静压桩机将位于空中的连接桩压入土壤内与位于土壤内的连接桩成为一体；

S524.形成膨胀抗拔桩：按照S523步骤持续压入连接桩直至达到施工图纸的桩深深度要求时，在最后一个压入土壤内的连接桩的桩体背向土壤的一端，连接具有连通芯孔和外界的通气孔41和注浆孔42的端板4，使基础抗拔桩和连接桩形成一整体，并成为膨胀抗拔桩。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。