本发明涉及一种锚刺灌注桩及其施工方法，属于软基加固领域。
背景技术：
长期以来，高速公路以及堤防的软基处理一直是广泛关注的问题。过去常利用桩来进行软基加固，但软基中的桩仅依靠桩侧摩擦力所以桩的沉降大，这种软基加固的效果并不好并且成本还高、施工难度还大。与此同时，在“海洋强国”战略的大背景下，近海滩涂的水文观测是保护近海生态环境的一项重要手段。但由于近海滩涂的地基软，近海滩涂上的观测桩同样具有沉降大，抗风浪、潮汐能力差，施工难度大等问题。由此可见，如何低成本地、方便地、有效地提高桩在软基上的承载能力和稳定性已经成为了一个急需解决的问题，其意义不言而喻。
技术实现要素：
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够通过两次膨胀作用与软基牢固结合的锚刺灌注桩，适合高速公路、堤防、房屋等工程的基础加固，丁坝防护、河道防冲刷、近海水文观测、山体滑坡的防护等工程。
本发明还提供上述锚刺灌注桩的施工方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种锚刺灌注桩，包括桩体、外张倒锥、内张倒锥和倒刺，所述桩体一端设有膨胀段，所述桩体的侧壁设有贯穿孔，倒刺位于贯穿孔内；所述内张倒锥中部穿有钢筋，钢筋一端向上穿过桩体，另一端与外张倒锥连接，通过钢筋驱动外张倒锥和内张倒锥向上运动进入桩体，外张倒锥挤压膨胀段其发生形变，使膨胀段张开并插入土体内部，内张倒锥挤压倒刺使其贯穿桩体的侧壁向外运动并刺入土体内部，从而进一步固定该锚刺灌注桩。
其中，所述倒刺位于桩体内部的一端尺寸大于贯穿孔，另一端穿过贯穿孔后固定安装卡套，防止倒刺在灌注桩施工过程中出现掉落。
所述外张倒锥纵截面为等腰梯形，其底部直径大于膨胀段的初始直径，顶部直径小于膨胀段初始直径；所述内张倒锥为一尖顶的椎体，其底部直径小于桩体侧壁上两个相对倒刺之间的最大距离，即保证内张倒锥能够从桩体内拉出。
所述外张倒锥和内张倒锥之间设有一插销离合器，所述插销离合器为一有底的圆环，底部设有弹簧，环壁上相对位置设有l型卡槽；l型卡槽内设有能够延卡槽旋进或旋出的插销；钢筋下端连接插销，外张倒锥连接插销离合器底部；插销延l型卡槽顶部进入，然后旋转并挤压弹簧，在弹簧作用下卡入l型卡槽底部，分离时下压弹簧并旋转，从而旋出l型卡槽底部并从l型卡槽顶部离开；通过插销离合器将外张倒锥和内张倒锥分离，从而单独将内张倒锥从桩体内部取出。
所述膨胀段外围套有一弹簧箍，在沉桩的过程中保证膨胀段不变形、不膨胀，但当进行膨胀施工时，由于膨胀段的膨胀，弹簧箍受到挤压就会自动向上滑动。
所述桩体由一节以上钢管连接组成，桩体中相邻的两节钢管通过钢套筒连接，也可以采用螺纹接口或者直接焊接的方式连接。
所述桩体顶部还设有反力盖和反力架，所述反力盖置于桩体顶部，所述反力架安装于反力盖上端，反力架顶部设有连接钢筋的手拉葫芦。
其中，所述反力架中部设有能够上下活动的反力板，所述反力板下部设有千斤顶，上部设有固定钢筋的夹头，夹头内部设有供钢筋穿过垂直通道，侧面设有可旋入压紧钢筋的螺栓。
进一步地，所述千斤顶可选手动千斤顶或者液压千斤顶，当选择液压千斤顶时，配备驱动其加载的配电柜。
上述锚刺灌注桩的施工方法，包括如下步骤：
s1、地基成孔：利用冲击、振动、锤击或者水冲的方式来进行地基成孔；
s2、锚刺灌注桩制作：将倒刺从桩体内部贯穿侧壁，并在贯穿的外部一端固定安装卡套，将钢筋穿过内张倒锥与插销连接，外张倒锥置于膨胀段下方与插销离合器底部连接，插销卡入l型卡槽内，膨胀段外围套上弹簧箍；
s3、根据需要判断是否接钢管；
s31、直接沉桩：若不需要接钢管，则将锚刺灌注桩送入成孔内沉桩；
s32、接管沉桩：若需要接钢管，则通过钢套筒在桩体顶部连接钢管，以达到所需要的桩体长度，然后将锚刺灌注桩送入成孔内沉桩；
s4、膨胀桩提拔：沉桩完成后，将锚刺灌注桩向上提拔0.1～0.5m；
s5、安装施工机械：在锚刺灌注桩顶部安装反力盖和反力架，将反力架上的手拉葫芦连接钢筋；
s6、根据需要判断是否安装千斤顶；
s61、手拉葫芦拉拔倒锥：若不需要安装千斤顶，则通过手拉葫芦拉拔外张倒锥和内张倒锥；
s62、千斤顶拉拔倒锥：若需要安装千斤顶，则在反力架上安装反力板，反力板下部安装千斤顶，上部安装夹头并将钢筋固定，千斤顶驱动反力板向上运动，通过钢筋拉拔外张倒锥和内张倒锥；
s7、分离外张倒锥和内张倒锥：当膨胀段完全膨胀开后，下压并旋转钢筋，将插销从l型卡槽旋出，分离外张倒锥和内张倒锥，继续拉拔张倒锥，使其挤压倒刺贯穿桩体的侧壁进入土体，并将内张倒锥从桩体内拉出；
s8、灌注快硬材料：拔拉结束后，下压外张倒锥，再往锚刺灌注桩内灌注快硬材料；
s9、检测验收：根据施工要求进行验收。
步骤s8中，所述快硬材料包括如下按质量百分含量计的组份：5～15％煤渣，25～35％砂，25～35％水泥以及25～35％粗骨料，优选10％煤渣、30％砂、30％水泥和30％粗骨料，由于配方中含有煤渣，其具有散热快的特点，可以提高水泥的水化速度，因而提高快硬材料的强度。
本发明采用拉拔外张倒锥挤压膨胀桩的膨胀段实现第一次膨胀，继续向上拉拔内张倒锥，挤压倒刺使其贯穿桩体的侧壁并刺入土体内，从而实现锚刺灌注桩的两次膨胀固定；膨胀施工结束之后，利用钢筋将外张倒锥下压和锚刺灌注桩底部分离，继而往锚刺灌注桩内灌注快硬材料，快硬材料会在桩的底部形成一个坚硬的基础，加之桩底的支撑面积增大，这两者相互作用下将显著提高锚刺灌注桩的承载能力和稳定性，承载力较普通桩提高50％左右。
有益效果：
1、本申请锚刺灌注桩采用在膨胀段上部增设倒刺，通过拉拔外张倒锥、内张倒锥分别挤压膨胀段和倒刺，使得膨胀桩的膨胀段形变进入土体，倒刺贯穿桩体的侧壁刺入土体，从而使锚刺灌注桩具有两次支撑和固定效果，沉降小、稳定性好；
2、本申请采用插销离合器分离外张倒锥和内张倒锥，能够将内张倒锥取出以重复使用。
3、本申请锚刺灌注桩的施工机械采用手拉葫芦配合千斤顶拉拔倒锥，能够精准控制向上拉拔的速度，提高施工的准确性和成功率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是该锚刺灌注桩的整体结构图；
图2是该锚刺灌注桩的拉拔过程图；
图3是该锚刺灌注桩的施工完成图；
图4是该锚刺灌注桩插销离合器结构示意图；
图5是该锚刺灌注桩接头结构图；
图6是该锚刺灌注桩施工工艺流程图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
如图1至图3所示，该锚刺灌注桩的桩体6由两节钢管组成，两节钢管之间通过钢套筒7连接，首先利用
桩体6下端具有膨胀段9，桩体6内部安装有穿过侧壁贯穿孔63的可活动的倒刺61，钢筋10-1穿过内张倒锥11与插销离合器14的插销143连接，另一端穿过桩体6与反力架1顶部的手拉葫芦2连接，插销143卡入l型卡槽142内，外张倒锥10连接插销离合器14底部；膨胀段9外围套有一弹簧箍8，倒刺61位于桩体6侧壁外的一端固定安装卡套62；倒锥10纵截面为等腰梯形，其底部直径大于膨胀段9的初始直径，其顶部直径小于膨胀段9的初始直径，内张倒锥11为一尖顶的椎体，其底部直径小于桩体6侧壁上两个相对倒刺61之间的最大距离。
桩体6顶部设有反力盖5，反力盖5上端安装有反力架1，反力架1顶部设有连接钢筋10-1的手拉葫芦2；反力架1中部设有能够上下活动的反力板1-1，反力板1-1下部设有液压驱动的千斤顶4，上部设有固定钢筋10-1的夹头13，反力架1下部设有固定板16和固定螺帽15，钢筋10-1依次穿过固定板16、固定螺帽15和夹头13，通过夹头13侧面设置的螺栓13-1旋紧将钢筋固定，千斤顶4通过配电柜3控制加载。
如图4所示，插销离合器14为一有底的圆环，底部设有弹簧141，环壁上相对位置设有l型卡槽142，两l型卡槽相反设置，插销143从l型卡槽142头部进入，旋转并下压弹簧141，在弹簧141弹性作用力下，卡入l型卡槽142尾部；分离时，插销143下压并旋出l型卡槽142尾部，从l型卡槽142头部离开。
如图5所示，夹头13包括一供钢筋10-1穿过的纵向凹槽131和一横向凹槽132，螺栓13-1旋入横向凹槽132内并压紧钢筋10-1。
如图6和图3所示，该锚刺灌注桩的施工方法包括如下步骤：
s1、地基成孔：利用冲击、振动、锤击或者水冲等方式来进行地基成孔；
s2、锚刺灌注桩制作：将倒刺61从贯穿孔63穿过桩体6的侧壁，并在倒刺61贯穿的外部一端固定安装卡套62，将钢筋10-1穿过内张倒锥11与插销143连接，外张倒锥10置于膨胀段9下方与插销离合器14底部连接，插销143卡入l型卡槽142内，膨胀段9外围套上弹簧箍8；
s32、通过钢套筒7在桩体6顶部连接钢管，以达到所需要的桩体长度，然后将锚刺灌注桩送入成孔内沉桩；
s4、膨胀桩提拔：沉桩完成后，将锚刺灌注桩向上提拔0.1～0.5m，在桩底预留足够的混凝土灌注空间；
s5、安装施工机械：在锚刺灌注桩顶部安装反力盖5和反力架1，将反力架1上的手拉葫芦2连接钢筋10-1；
s62、千斤顶拉拔倒锥：在反力架1上安装反力板1-1，反力板1-1下部安装千斤顶4，上部安装夹头13并将钢筋10-1固定，千斤顶4通过配电柜3驱动反力板1-1向上运动，通过钢筋10-1拉拔外张倒锥10和内张倒锥11，当膨胀段9完全膨胀开后，利用分离器14将外张倒锥10和内张倒锥11分离，继续拉拔张倒锥11，使其挤压倒刺61贯穿桩体6的侧壁进入土体，并将内张倒锥11从桩体6内拉出；
s7、分离外张倒锥和内张倒锥：当膨胀段9完全膨胀开后，下压并旋转钢筋10-1，将插销143从l型卡槽142旋出，分离外张倒锥10和内张倒锥11，继续拉拔张倒锥11，使其挤压倒刺61贯穿桩体6的侧壁进入土体，并将内张倒锥11从桩体6内拉出；
s8、灌注快硬材料：拔结束后，利用钢筋下压外张倒锥，再往锚刺灌注桩内灌注快硬材料12(10％煤渣、30％砂、30％水泥和30％粗骨料)；
s9、检测验收：根据施工要求进行验收。
本发明提供了一种锚刺灌注桩及其施工方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。