一种高承载地下构件结构装置的制作方法

本发明涉及一种土木建筑工程领域的专用地下构件的结构装置，具体涉及一种能够承受压力或拉力或拉压双向荷载的高承载地下构件的工程结构装置。

背景技术：

在土木建筑工程领域，铁路工程、公路工程、港口工程、水利水电工程、房屋建筑工程领域所涉及的建筑物与构筑物均需要地下构件的可靠支撑或支护，才能够保证各类建筑物与构筑物有效地抵抗重力、岩土压力、水浮力等荷载，确保这些建筑物与构筑物的稳定性与正常使用。为了满足复杂工程地质与水文地质条件和恶劣江河湖海自然环境下的结构工程技术要求，提高现有地下支撑构件或防护构件的承载能力，迫切需要寻求一种高效能、低风险、结构简单、经济宜用、安全可靠的高承载地下构件结构装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够在复杂地质条件和恶劣自然环境下，通过增大地下构件关键部位的承载面积或体积，更好地发挥岩土体的自承能力，达到大大提高地下构件的承载力、耐久性和可靠性，并使这种新型的高承载地下构件的结构装置能够广泛应用于土木建筑工程领域。

本发明采用的技术方案如下：

一种高承载地下构件结构装置，包括至少一根承载杆与上连接件套和下连接件套连接形成结构装置的支撑骨架；一个土工膜筒密封固定连接于上连接件套的下端和下连接件套的上端外侧；一个进浆口位于上连接件套的圆形顶板上。

进一步的，本发明所述的高承载地下构件结构装置，包括至少一根承载杆，上连接件套和下连接件套，至少一根支撑管与上连接件套和下连接件套固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒密封固定连接于上连接件套和下连接件套的套筒外侧，一个上部与浆液泵压管相连接的进浆口，进浆口位于上连接件套的圆形顶板上。

进一步的，本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，包括至少一根承载杆，上连接件套和下连接件套，一根或多根支撑管与上连接件套和下连接件套固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒密封固定连接于上连接件套和下连接件套的套筒外侧，一个上部与浆液泵压管相连接的进浆口管，进浆口管密封固定于上连接件套的圆形顶板的过孔，进浆口管的底部穿过上连接件套的圆形顶板伸入土工膜筒内，承载杆从支撑管内穿过并与上连接件套和下连接件套固定连接。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，其中所述土工膜筒包裹于所述支撑骨架周侧，采用等直径或非等直径设计，其设计直径为30cm至300cm，所述土工膜筒采用透气不透浆或不透气不透水不透浆柔性材料制作。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，其中所述土工膜筒与所述支撑骨架通过密封固定的方式连接，密封固定连接采用卡紧箍、抱压箍、捆扎丝或绕紧锁方式以保证所述土工膜筒与所述上连接件套和所述下连接件套的所述套筒在固定连接部位的密封性，包裹于所述支撑骨架周侧的所述土工膜筒可以折叠，也可以膨胀展开。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，其中所述支撑骨架的所述上连接件套和所述下连接件套与所述支撑管的制造材料为钢材、塑料、玻璃钢或纤维增强复合材料，所述支撑管为中空管，各所述支撑管的内径尺寸相等或不等，所述上连接件套和所述下连接件套由所述圆形顶板和圆形底板与所述套筒构成，所述套筒可采用圆形筒、方形筒或多边形筒的几何形式，所述上连接件套的所述圆形顶板和下连接件套的所述圆形底板的过孔与所述支撑管外侧的密封固定连接方式为粘接、焊接或螺纹连接，保障良好的气密性，所述支撑管的根数为1根、2根、4根、6根、8根或10根以上的设定数量。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，其中所述进浆口管与所述上连接件套的所述圆形顶板上的过孔采用粘接、焊接、螺母或螺纹密封固定连接，所述进浆口管的底部伸入所述土工膜筒内部，所述进浆口管的顶部出露于所述圆形顶板的上部，所述浆液泵压管采用插接或螺纹连接的方法直接与所述进浆口管密封连接，或者安装活接头，利用所述活接头连接所述进浆口管与所述浆液泵压管，利用所述上连接件套的所述圆形顶板上设置的所述进浆口管，可以实现通过所述浆液泵压管低压向所述土工膜筒内灌注水泥浆、水泥砂浆或其他胶凝材料，形成似圆锥形、似圆柱形或其他设定形状的扩体承载段。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，其中针对所述土工膜筒内保压的工程技术要求，所述进浆口管采用单向阀替换，所述单向阀与所述上连接件套的所述圆形顶板上的过孔采用粘接、焊接、螺母或螺纹等连接方式形成密封固定连接，所述单向阀的底部插入所述土工膜筒内部，所述单向阀的顶部出露于所述圆形顶板的上部，并可安装活接头，通过所述活接头连接所述单向阀与所述浆液泵压管，利用所述上连接件套的所述圆形顶板上设置的所述单向阀，通过所述浆液泵压管高压将气体和水泥浆、水泥砂浆或其他胶凝材料单向排入土工膜筒中，并能够防止土工膜筒中的气体或液体反向回流，进而形成似圆锥形、似圆柱形或其他设定形状的扩体承载段。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，对于采用不透气不透水不透浆材料制作的所述土工膜筒的结构装置，在所述上连接件套的所述圆形顶板上增设一个过孔，并在其上安装一个单向排气阀，所述单向排气阀与所述上连接件套的所述圆形顶板上的过孔采用粘接、焊接、螺母或螺纹等连接方式形成密封固定连接，利用所述单向排气阀可以将所述土工膜筒内的气体向外排出，并能够防止所述土工膜筒外面的气体反向回流。

本发明所述的一种高承载地下构件结构装置，其中所述承载杆体为高强螺纹钢筋、普通螺纹钢筋、普通圆截面钢筋、钢绞线、高强钢丝或纤维增强复合材料筋；所述承载杆的数量为是1根、2根、4根、6根、8根或多于8根，所述承载杆穿过所述支撑管，并采用焊接、锁扣、p锚或螺母与支撑骨架的上连接件套的圆形顶板和下连接件套的圆形底板固定相连；所述下连接件套的圆形底板的底部可设置密封防腐帽，对所述承载杆进行防腐保护，提高高承载地下构件结构装置的耐久性。

本发明同现有技术相比，其有益效果在于：

适用于多种复杂地质条件和恶劣自然环境中的不同类型的结构工程，可以广泛应用于各类土木建筑工程，以及专项基础工程、地基处理工程与岩土锚固工程。采用本发明的技术方案能够实现地下构件的承载力提高，并在降低整体工程造价的同时也能够大幅度提高土木建筑工程的可靠性与安全性。

下面结合具体实施例对本发明的高承载地下构件结构装置作进一步说明。

附图说明

图1为实施例1的高承载地下构件结构装置的结构示意图的主视剖面图；

图2为图1的a-a截面的俯视图；

图3为实施例2的高承载地下构件结构装置的结构示意图的主视剖面图；

图4为图3的b-b截面的俯视图；

图5为实施例3的高承载地下构件结构装置的支撑骨架结构示意图；

图6为实施例3的高承载地下构件结构装置的结构示意图的主视剖面图；

图7为实施例4-7的高承载地下构件结构装置的结构示意图的主视剖面图；

图8为实施例3的高承载地下构件结构装置的进浆口管结构示意图；

图9为实施例4-7的高承载地下构件结构装置的单向阀结构示意图；

图10为图7的c-c截面的俯视图；

图11为高承载地下构件结构装置的单向排气阀结构示意图；

图12为采用本发明的高承载地下构件结构装置应用于桩基工程的示意图；

图13为采用本发明的高承载地下构件结构装置应用于岩土锚固工程的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示，一种高承载地下构件结构装置，包括4根承载杆10与上连接件套21和下连接件套23固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21的下端和下连接件套23的上端外侧，一个进浆口501位于上连接件套21的圆形顶板22上。

上部的进浆口501可与浆液泵压管60相连接。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用非等直径设计，其最大直径为100cm，土工膜筒40采用透气不透浆柔性材料制作。土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用抱压箍方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性，包裹于支撑骨架周侧的土工膜筒40可以折叠，也可以通过水泥砂浆灌注膨胀展开。

支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23的制造材料为钢材，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为圆形筒。

浆液泵压管60采用螺纹连接的方法直接与进浆口501密封连接，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的进浆口501，实现通过浆液泵压管60低压向土工膜筒40内灌注水泥砂浆，形成蒜头形扩体承载段。

承载杆10采用普通圆截面钢筋，4根承载杆10采用焊接方式与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23的圆形顶板22和圆形底板24固定相连。下连接件套23的圆形底板24的底部设置一个密封防腐帽。

实施例2

如图3、图4所示，本发明的一种高承载地下构件结构装置，包括4根承载杆10，上连接件套21和下连接件套23，4根支撑管30与上连接件套21和下连接件套23固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21和下连接件套23的套筒26外侧，一个上部与浆液泵压管60相连接的进浆口501，进浆口501位于上连接件套21的圆形顶板22上。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用非等直径设计，其最大直径为100cm，土工膜筒40采用透气不透浆柔性材料制作。土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用抱压箍方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性，包裹于支撑骨架周侧的土工膜筒40可以折叠，也可以通过水泥砂浆灌注膨胀展开。

支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23与支撑管30的制造材料为塑料，支撑管30为等内径中空管，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为方形筒，上连接件套21的圆形顶板22和下连接件套23的圆形底板24的过孔与支撑管30外侧的密封固定连接方式为焊接，保证良好的气密性。

浆液泵压管60采用螺纹连接的方法直接与进浆口管50密封连接，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的进浆口管50，实现通过浆液泵压管60低压向土工膜筒40内灌注水泥砂浆，形成蒜头形扩体承载段。

承载杆10采用普通圆截面钢筋，4根承载杆10穿过4根支撑管30，并采用焊接方式与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23的圆形顶板22和圆形底板24固定相连。下连接件套23的圆形底板24的底部设置一个密封防腐帽。

实施例3

如图图5-6、图8所示，本发明的一种高承载地下构件结构装置，包括2根承载杆10，上连接件套21和下连接件套23，2根支撑管30与上连接件套21和下连接件套23固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21和下连接件套23的套筒26外侧，一个上部与浆液泵压管60相连接的进浆口管50，进浆口管50密封固定于上连接件套21的圆形顶板22的过孔，进浆口管50的底部穿过上连接件套21的圆形顶板22并伸入土工膜筒40内，2根承载杆10从2根支撑管30内穿过并与上连接件套21和下连接件套23固定连接。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用非等直径设计，其最大直径为100cm，土工膜筒40采用透气不透浆柔性材料制作。土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用抱压箍方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性，包裹于支撑骨架周侧的土工膜筒40可以折叠，也可以通过水泥砂浆灌注膨胀展开。

支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23与支撑管30的制造材料为钢材，支撑管30为等内径中空管，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为圆形筒，上连接件套21的圆形顶板22和下连接件套23的圆形底板24的过孔与支撑管30外侧的密封固定连接方式为焊接，保证良好的气密性。

进浆口管50与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺纹连接方式形成密封固定连接，进浆口管50的底部伸入土工膜筒40内部，进浆口管50的顶部出露于圆形顶板22的上部，浆液泵压管60采用插接的方法直接与进浆口管50密封连接，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的进浆口管50，实现通过浆液泵压管60低压向土工膜筒40内灌注水泥砂浆，形成蒜头形扩体承载段。

承载杆10采用普通圆截面钢筋，2根承载杆10穿过2根支撑管30，并采用焊接方式与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23的圆形顶板22和圆形底板24固定相连。下连接件套23的圆形底板24的底部设置一个密封防腐帽。

实施例4

如图7、图9所示，本发明的一种高承载地下构件结构装置，包括4根承载杆10，上连接件套21和下连接件套23，5根支撑管30与上连接件套21和下连接件套23固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21和下连接件套23的套筒26外侧，一个上部与浆液泵压管60相连接的单向阀70，单向阀70密封固定于上连接件套21的圆形顶板22的过孔，单向阀70的底部穿过上连接件套21的圆形顶板22并伸入土工膜筒40内，4根承载杆件10从任意4根支撑管30内穿过并与上连接件套21和下连接件套23固定连接。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用60cm等直径设计，土工膜筒40采用透气不透浆的柔性材料制作。土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用卡紧箍方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性，包裹于支撑骨架周侧的土工膜筒40可以折叠，也可以通过水泥浆灌注膨胀展开。

支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23与支撑管30的制造材料为钢材，支撑管30为非等内径中空管，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为圆形筒，上连接件套21的圆形顶板22和下连接件套23的圆形底板24的过孔与支撑管30外侧的密封固定连接方式为焊接，保证良好的气密性。

单向阀70与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用焊接连接方式形成密封固定连接，单向阀70的底部插入土工膜筒40内部，单向阀70的顶部出露于圆形顶板22的上部，并安装活接头100，通过活接头100连接单向阀70与浆液泵压管60，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的单向阀70，通过注浆泵压灌水泥浆将浆液泵压管60中的气体和注浆泵泵送的水泥浆单向排入土工膜筒40内，并防止土工膜筒40中的气体或液体反向回流，进而形成圆柱形扩体承载段。

承载杆10采用高强螺纹钢筋，4根承载杆10穿过任意4根支撑管30，并采用螺母连接方式与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23的圆形顶板22和圆形底板24固定相连，下连接件套23的圆形底板24的底部设置一个密封防腐帽。

实施例5

如图7、图10所示，本发明的一种高承载地下构件结构装置，包括4根承载杆10，上连接件套21和下连接件套23，5根支撑管30与上连接件套21和下连接件套23固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21和下连接件套23的套筒26外侧，一个上部与浆液泵压管60相连接的单向阀70，单向阀70密封固定于上连接件套21的圆形顶板22的过孔，单向阀70的底部穿过上连接件套21的圆形顶板22并伸入土工膜筒40内，4根承载杆10从任意4根支撑管30内穿过并与上连接件套21和下连接件套23固定连接。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用80cm等直径设计，土工膜筒40采用不透气不透浆的柔性材料制作。土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用捆扎丝捆扎方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性。

支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23与支撑管30的制造材料为玻璃钢，支撑管30为非等内径中空管，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为方形筒，上连接件套21的圆形顶板22和下连接件套23的圆形底板24的过孔与支撑管30外侧的固定连接方式为粘接，保证良好的气密性。

如图9和图11所示，单向阀70与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺母连接方式形成密封固定连接，单向阀70的底部插入土工膜筒40内部，单向阀70的顶部出露于圆形顶板22的上部，并安装活接头100，通过活接头100连接单向阀70与浆液泵压管60，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的单向阀70，通过注浆泵压灌水泥浆将浆液泵压管60中的气体和注浆泵泵送的水泥浆单向排入土工膜筒40内，并防止土工膜筒40中的气体和液体反向回流。在上连接件套21的圆形顶板22上设有一个过孔，并安装一个单向排气阀90，单向排气阀90与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺纹方式形成密封固定连接，利用单向排气阀90能够实现将土工膜筒40内的气体向外排出的功能，并防止土工膜筒40外面的气体进入土工膜筒40，进而形成似圆柱形扩体承载段

承载杆10采用高强螺纹钢筋。4根承载杆10穿过任意4根支撑管30，并采用螺母连接方式与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23的圆形顶板22和圆形底板24固定相连。

实施例6

如图7、图9、图11及图12所示，本发明一种高承载地下构件结构装置用于桩基工程，即将该高承载地下构件结构装置安设在钢筋混凝土桩的底部，形成扩底承载桩用以承受更大的上部竖向荷载，或作为扩底抗拔桩用以抵抗更高的水浮力。

作为扩底承载桩/扩底抗拔桩，桩底关键部位的地下构件结构装置包括：承载杆10为15根φ25圆截面钢筋，结构装置的支撑骨架由15根等直径的支撑管30与上连接件套21和下连接件套23固定连接构成，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21和下连接件套23的套筒26外侧，一个上部与浆液泵压管60相连接的单向阀70，单向阀70密封固定于上连接件套21的圆形顶板22的过孔，单向阀70的底部穿过上连接件套21的圆形顶板22并伸入土工膜筒40内，15根承载杆10从15根支撑管30内穿过并与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23通过焊接固定连接。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用非等直径设计，其最大直径为200cm，土工膜筒40采用内涂防渗层的高强复合土工膜材料制作，土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用捆扎丝捆扎方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性。支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23与支撑管30的制造材料为钢材，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为圆形筒，上连接件套21的圆形顶板22和下连接件套23的圆形底板24的过孔与支撑管30外侧的密封固定连接方式为焊接，保证良好的气密性。

单向阀70与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺母连接方式形成密封固定连接，单向阀70的底部插入土工膜筒40内部，单向阀70的顶部出露于圆形顶板22的上部，并安装活接头100，通过活接头100连接单向阀70与浆液泵压管60，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的单向阀70，通过注浆泵压灌水泥砂浆将浆液泵压管60中的气体和注浆泵泵送的水泥砂浆单向排入土工膜筒40内。在上连接件套21的圆形顶板22上安装有一个单向排气阀90，单向排气阀90与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺纹方式形成密封固定连接，利用单向排气阀90能够将土工膜筒40内的气体向外排出，进而形成似圆锥形扩体座。

在扩底承载桩/扩底抗拔桩的底部高承载地下构件结构装置通过注浆泵完成土工膜筒40内的水泥砂浆灌注后，利用混凝土导管向高承载地下构件结构装置上部的直径为60cm的桩孔灌注细石混凝土直至桩顶设计标高，施工完成1根扩底承载桩/扩底抗拔桩。

实施例7

如图7、图9、图11及图13所示，本发明高承载地下构件结构装置用于岩土锚固工程，即将该高承载地下构件结构装置安装在球形地锚的底部，形成可承受拉压荷载的球形地锚。

作为球形地锚，锚杆底部关键部位的地下构件结构装置包括：承载杆10为2根φ28高强螺纹钢筋，结构装置的支撑骨架由3根非等内径的支撑管30与上连接件套21和下连接件套23固定连接形成结构装置的支撑骨架，一个土工膜筒40密封固定连接于上连接件套21和下连接件套23的套筒26外侧，一个上部与浆液泵压管60相连接的单向阀70，单向阀70密封固定于上连接件套21的圆形顶板22的过孔，单向阀70的底部穿过上连接件套21的圆形顶板22并伸入土工膜筒40内，2根承载杆10从2根小内径的支撑管30内穿过并与支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23通过螺母固定连接。

土工膜筒40包裹于支撑骨架周侧，采用非等直径设计，最大球体直径为90cm，土工膜筒40采用高强涂胶无纺布材料制作。土工膜筒40与支撑骨架的密封固定连接采用抱压箍方式以保证土工膜筒40与上连接件套21和下连接件套23的套筒26在固定连接部位的密封性。支撑骨架的上连接件套21和下连接件套23与支撑管30的制造材料为钢材，上连接件套21和下连接件套23由圆形顶板22和圆形底板24与套筒26构成，套筒26为圆形筒，上连接件套21的圆形顶板22和下连接件套23的圆形底板24的过孔与支撑管30外侧的密封固定连接方式为焊接，保证良好的气密性。

单向阀70与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺母连接方式形成密封固定连接，单向阀70的底部插入土工膜筒40内部，单向阀70的顶部出露于圆形顶板22的上部，并安装活接头100，通过活接头100连接单向阀70与浆液泵压管60，利用上连接件套21的圆形顶板22上设置的单向阀70，通过注浆泵压灌水泥浆将浆液泵压管60中的气体和注浆泵泵送的水泥浆单向排入土工膜筒40内，在上连接件套21的圆形顶板22上安装有一个单向排气阀90，单向排气阀90与上连接件套21的圆形顶板22上的过孔采用螺纹方式形成密封固定连接，利用单向排气阀90能够将土工膜筒40内的气体向外排出。

利用前端设有竖向喷浆口或侧向喷浆口和后端设有顶进机构的钻具，通过插入粗内径的支撑管30内，携带本发明的高承载地下构件结构装置放至锚孔中的设计标高，同时根据设计要求进行侧向或竖向压力喷注水泥浆，进而形成周围包裹水泥土的球形锚固体。

在球形地锚通过注浆泵完成土工膜筒40内的水泥浆灌注后，利用活接头100分离浆液泵压管60与单向阀70，并通过浆液泵压管60向地下构件结构装置之上的直径为16cm的锚孔内继续灌注水泥浆直至地锚顶部设计标高，施工完成1根球形地锚。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。