本发明涉及一种二次膨胀桩及其施工方法，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二次膨胀桩，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。
本发明还提供上述二次膨胀桩的施工方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种二次膨胀桩，包括桩体、倒锥和内张套环，所述桩体一端设有膨胀段，所述倒锥连接有穿过桩体的拉绳；所述内张套环固定于桩体内部，并与膨胀段上部重合，内张套环侧壁设有内张孔，内张孔内设有贯穿内张套环侧壁的钢支撑；所述倒锥通过拉绳驱动向上进入膨胀段并挤压膨胀段使其发生第一次膨胀，继续向上挤压钢支撑使其穿过内张套环侧壁，钢支撑再次挤压膨胀段使其发生第二次膨胀。
其中，所述钢支撑位于内张套环侧壁外的一端安装有卡套，防止钢支撑掉入桩内；钢支撑的长度小于内张套环的半径，从而给倒锥向上的空间挤压钢支撑使其穿过内张套环的侧壁。
所述内张套环顶部通过反力卡固定于桩体内部，反力卡的高度高于膨胀段。
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。
所述倒锥的纵截面为等腰三角形，其底部直径大于桩体的直径。
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拉绳的手拉葫芦。
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，上部设有固定拉绳的夹头，夹头内部设有供拉绳穿过垂直通道，侧面设有可旋入压紧拉绳的螺栓。
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。
上述二次膨胀桩的施工方法，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、二次膨胀桩制作：将钢支撑装入内张套环的内张孔内，内张套环固定于桩体内部，倒锥置于膨胀段下方，并将拉绳穿过桩体，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，则将二次膨胀桩送入成孔内沉桩；
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，然后将二次膨胀桩送入成孔内沉桩；
s4、膨胀桩提拔：沉桩完成后，将二次膨胀桩向上提拔0.1～0.5m；
s5、安装施工机械：在二次膨胀桩顶部安装反力盖和反力架，将反力架上的手拉葫芦连接拉绳；
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，上部安装夹头并将拉绳固定，千斤顶驱动反力板向上运动，通过拉绳拉拔倒锥；
s7、灌注混凝土：拔结束后，将倒锥下压分离二次膨胀桩底部，再往二次膨胀桩内灌注混凝土；
s8、检测验收：根据施工要求进行验收。
本发明采用拉拔倒锥挤压膨胀桩的膨胀段实现第一次膨胀，继续向上拉拔倒锥，其将挤压内张套环内的钢支撑，使钢支撑穿过内张套环的侧壁再一次挤压膨胀桩的膨胀段从而实现膨胀桩的二次膨胀；膨胀施工结束之后，利用钢筋将倒锥和膨胀桩底部分离，继而往钢管桩内灌注混凝土，混凝土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膨胀桩的承载能力和稳定性。二次膨胀桩较普通膨胀桩的膨胀角度更大，可达到70°，承载力较普通桩提高50％左右。
有益效果：
1、本申请二次膨胀桩采用在膨胀段上部增设内张套环，通过拉拔倒锥依次挤压膨胀段和内张套环内的钢支撑，使得膨胀桩的膨胀段发生两次膨胀作用，增大了膨胀角度和桩底的支撑面积，沉降小、稳定性好。
2、本申请二次膨胀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。
3、本申请二次膨胀桩的施工方法灵活可靠，方便实施，成本低。
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是该二次膨胀桩的整体结构图；
图2是该二次膨胀桩的膨胀过程图；
图3是该二次膨胀桩的内张套环结构示意图；
图4是该二次膨胀桩的钢套筒结构示意图；
图5是该二次膨胀桩的施工工艺流程图。
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4所示，该二次膨胀桩的桩体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，膨胀段9下方设有倒锥10，倒锥10上部连接拉绳10-1，拉绳10-1穿过桩体6与反力架1顶部的手拉葫芦2连接；膨胀段9外围套有一弹簧箍8，上方设有内张套环11，内张套环11通过反力卡11-1固定于桩体6内部。内张套环11侧壁留有内张孔111，内张孔111内设有贯穿内张套环11侧壁的钢支撑112，钢支撑112位于内张套环11壁外的一端安装有卡套113，内张套环11与膨胀段9上部重叠；倒锥10纵截面为等腰三角形，其底部直径大于桩体6和膨胀段9的初始直径。
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顶部设有连接拉绳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，上部设有固定拉绳10-1的夹头13，拉绳10-1穿过夹头13通过侧面设置的螺栓13-1旋紧将拉绳固定，千斤顶4通过配电柜3控制加载。
如图5所示，该二次膨胀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、二次膨胀桩制作：将钢支撑112装入内张套环11的内张孔111内，端部安装卡套113，内张套环11固定于桩体6内部，倒锥10置于膨胀段9下方，并将拉绳10-1穿过桩体6，膨胀段9外围套上弹簧箍8防止膨胀段9在沉桩的过程中发生膨胀和变形；
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，然后将二次膨胀桩送入成孔内沉桩；
s4、膨胀桩提拔：沉桩完成后，将二次膨胀桩向上提拔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：在二次膨胀桩顶部安装反力盖5和反力架1，将反力架1上的手拉葫芦2连接拉绳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并将拉绳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，通过拉绳10-1拉拔倒锥10挤压膨胀段9，使其发生形变并深入周围土壤之中；挤压膨胀段9时，弹簧箍8会相应的向上运动；继续向上挤压钢支撑112，钢支撑112穿过内张套环11的侧壁继续挤压膨胀段9的上部，膨胀段9发生二次膨胀并进一步深入周围土壤之中；
s7、灌注混凝土：拉拔结束后，利用钢筋将倒锥10下压分离二次膨胀桩底部，再往二次膨胀桩内灌注混凝土；
s8、检测验收：根据施工要求进行验收。
本发明已经在江苏省近海成功打入了44根，用于海岸防冲刷和近海的水文观测，现场的膨胀桩经过四年多的时间考验，其效果依然很好。
本发明提供了一种二次膨胀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。