专利名称：自动压扩器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及建(构)筑物桩基施工机具设备的改进，具体讲是一种自动压扩器。是在现有的沉管灌注桩施工机具基础上，改用静压桩机配带本自动压扩器，进行施工沉管灌注桩，将同截面直杆桩挤扩成桩端扩底或桩身多节扩大盘体的沉管灌注桩。
背景技术：
现有技术的沉管灌注桩具有造价低，施工简便快捷，桩长可以根据岩土层面起伏情况调整等显著优点，但也存在一些明显的缺陷，例如桩的承载力较低，施工中产生振动和噪音，桩身质量稳定性较差，易产生缩径、断桩和夹泥现象。因此，如何提高沉管灌注桩的承载力，解决桩身质量问题，是沉管灌注桩能否广泛推广使用的两大技术关键问题。在现有技术的沉管灌注桩施工中也有采用压扩或夯扩等形式来提高沉管灌注桩的单桩承载力，一般做法是在沉管下端配有预制钢筋砼桩尖(称有桩靴)、或在沉管下端预先填充干粉(称无桩靴)的压扩或夯扩形式，即在沉管内增设一个内压(夯)管，实施压扩是用顶置油缸推动内压管，实施夯扩是用锤击内夯管达到桩端扩大头的实现。这些方法在某种程度上提高了单桩承载力，改善了桩身质量，但还是存在施工工艺繁琐，功效较低，且仅能形成桩端一个扩大头，扩大头成型也不够理想，桩身质量也没从根本上得到解决的问题；对于带钢筋笼的沉管灌注桩，施工起来非常不方便。
有一种可以使得灌注桩的承载力大幅度提高，又具有较高的抗拔性、抗震性、稳定性的专用挤扩器。其具体做法是先用钻机钻孔成型后，移开机具，将该挤扩器吊入孔中，使用液压缸将挤扩器顶开形成一定顶压力，而将孔壁相应位置强行挤压出一个径向空腔，然后收缩挤扩器在同一水平面旋转一个角度，再行扩张挤压孔壁，挤出另一个径向空腔；这样多次旋转挤扩后形成一个间隔性盘体(又称支盘)，然后吊出挤扩器，再进行清孔、吊入钢筋笼，浇灌砼后成为变径支盘桩。该挤扩器在一定程度上解决了灌注桩的承载力问题，但施工时两套设备交叉使用，成孔后由于扩盘占用时间较长，加上在成孔的壁上挤扩，经常出现塌孔现象，使孔底的沉渣也变多，特别在地下水丰富或潜压水压力较大的土层中以及细、中粗砂、卵石土层中，此工艺成桩不理想，其使用受到一定局限性。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述几种沉管灌注桩及变径支盘桩的缺陷，提供一种自动压扩器，将静力压桩的技术优势与沉管灌注桩的经济优势优化组合，首创单管式全液压静力压扩多节盘体沉管灌注桩施工工艺，不仅改变原沉管灌注桩承载力低、桩身质量差等致命弱点，而且使用本自动压扩器施工的压扩沉管灌注桩具有静压桩的无振动、无噪音、无污染的优点。
本实用新型的目的是由以下技术方案实现的，研制了一种自动压扩器，其包括压桩机的沉管，外接套，液压装置和组合阀瓣式压扩锥头。在压桩机沉管的下端通过外接套刚性连接有液压装置，该液压装置的油缸下端再刚性连接有阀瓣座，该阀瓣座通过其内环至少两个以上等距的柱形球铰座相应铰接有至少两叶以上的阀瓣，该阀瓣的内侧还通过连杆铰接在液压装置的空心活塞杆下端；所述的组合阀瓣式压扩锥头分别通过柱形球铰链和连杆，并在液压装置的空心活塞杆带动控制下，构成了闭合状态的或张开状态的压扩锥头。
所述的外接套，其上、下端套分别与沉管的下端外管壁和液压装置的油缸上端外壁刚性连接；在沉管下端的内管壁上还连固有防护内套，该内套的下端滑配合密封套装在空心活塞杆上端的空心内壁上。
所述的柱形球铰链，其由柱形球铰座和柱形球铰头组成，其中柱形球铰座固定在阀瓣座内环至少两个以上等分处，柱形球铰头嵌装铰接在相应的柱形球铰座中，该球铰头的另一端凸起固定在阀瓣的上端。
所述的阀瓣，其形状为扇形或半圆锥形或半球形；其分别通过至少两个以上柱形球铰链将至少两叶以上的阀瓣上端正好内铰接于阀瓣座的内环中。
所述的液压装置，其包括进、出油管，进、出油管接头，油缸，上、下压盖，上、下端盖，空心活塞，空心活塞杆以及密封圈；其中，所述的上、下压盖分别螺纹连接在油缸的上、下端，该上、下压盖还分别压紧上、下端盖，该上、下端盖通过其内外环分别密封安装在油缸和空心活塞杆之间的油缸密封腔内；所述的油缸密封腔是油缸密封套装在空心活塞杆的外壁上，油缸内壁与空心活塞杆外壁构成了油缸密封腔；密封安装在该油缸密封腔内的空心活塞将该油缸密封腔分隔成上、下油腔；进、出油管通过进、出油管接头经过油缸壁中的油道接通于上、下油腔；该活塞通过两端头各一只环形键销固定在空心活塞杆上，该活塞杆下端连接有连杆座，固定在连杆座上的双耳铰链孔与连杆上端的单耳铰链孔用铰链轴铰接，该连杆的下端与阀瓣内侧铰接在一起。
所述的组合阀瓣式压扩锥头，其每叶阀瓣内侧都设有双耳铰链座，所述的连杆下端也设有相应单耳铰链孔，即该连杆通过连杆下端的单耳铰链孔与阀瓣内侧的双耳铰链座用铰链轴铰接；当铰接在连杆上的活塞杆作上下垂直移动时，该活塞杆带动连杆同步上下移动；所述的阀瓣依其柱形球铰头铰接在柱形球铰座内，而且该连杆的下端又铰接在该阀瓣的内侧，因此，该阀瓣仅能依该柱形球铰链为圆心作一定弧度的径向摆动；即上下移动的活塞杆带动连杆及其铰接的阀瓣作径向摆动，构成了锥体形闭合状态或莲花形张开状态的压扩锥头。
本实用新型的优点是(1)本压扩器施工的压扩桩的扩大头(盘)成型理想。本压扩器是利用液体介质在密封管道及油腔中传递应力，使位于沉管端头的压扩锥头阀瓣能根据使用者的要求及时开启或关闭，使沉管内混凝土流出或截止，并通过与全液压静压桩机中沉管刚性连接的压扩器将巨大的静压力传入地基深层压扩器处的现浇混凝土和持力层中，向压扩器四周水平与下部强制挤压，在形成桩底或桩身扩大盘的同时，也对桩底和桩身盘体处土层进行了挤密和压实，从而大大提高了桩底和盘体处土层的密实度和强度，使盘体处土层承载力大有提高，加之桩底扩大盘和桩身扩大盘体使桩的端承力面积扩大了许多，单桩承载力随之显著提高。由于本压扩桩施工时因压扩锥头为锥体，其在静力作用下均匀挤入，形成较均匀的现浇混凝土扩大盘外形。
(2)本压扩桩的桩端及盘体土层因挤压而提高了的密度与强度。本压扩桩的扩盘成型是经过沉管及自动压扩器传递，直接把上部巨大的静压力挤入地基深层盘体处现浇混凝土和持力层中，并向持力层水平面与下部强制挤压，形成扩大头(盘)的；同时因挤密压实而大大提高了桩端及盘体处持力层的密度与强度。并且对盘体下的桩身砼也实施了挤压，提高了桩身质量。
(3)本压扩桩的桩身质量有保障。在单管式全液压静力压扩多节盘体沉管灌注桩施工时沉管内置放了与桩长几乎相等的特制振动器，除便于拔管外，对桩身现浇混凝土实施深层振动，并随同沉管而逐步提升，成桩完毕后停止振动，这样，避免了沉管灌注桩易产生的桩身缩颈、断裂、夹泥等弊病，提高了桩身质量。
(4)本压扩桩施工省去桩尖，节约而且可靠。本自动压扩器因施工压扩桩不用预制桩尖，所以节省了预制桩尖、铁垫圈等费用(每根桩平均节约约60元)，同时也避免了因预制桩尖破碎嵌入管内而造成的废桩，这样免去了较长的施工准备周期(预制桩尖的制作工期)，使整个桩基施工总工期比同等条件的沉管灌注桩缩短至少20天以上。
(5)本压扩桩可作为良好抗拔桩。本压扩桩不仅是一种多支点承受竖向力的桩，也是一种理想的抗拔桩。可适用对抗震性、稳定性、抗拔性、承载力有高要求的大型建(构)筑物桩基础。
(6)本压扩桩施工适用范围更广泛。本压扩桩属高承载力、低造价型桩，而且采用全液压静力压桩机作为动力源，桩直径可至Φ800，在适合的工程地质条件下，用它代替沉管灌注桩、预制桩(包括管桩)及钻孔灌注桩，不仅比普通直杆桩缩短桩长，而且工程桩的总数和桩承台体积都将大大减少。现浇混凝土桩身即受压实又得深层振动成型，桩身质量有可靠保障，比传统的直杆沉管灌注桩适用范围更广泛、技术经济效益更为显著。
(7)本压扩桩施工更环保。由于本自动压扩器的配套设备选用了全液压静力压桩机，而压扩器的液压装置又巧妙地利用了桩机自身的油压力作动力源，该装置的油缸密封套装在空心活塞杆的外壁上，油缸内壁与空心活塞杆外壁构成了油缸密封腔，使空心活塞杆即承担油缸、油腔作用，又肩负阀瓣-连杆机构的动力传递功能；这样本自动压扩器除了拥有沉管灌注桩原有的经济优势外，而且还彻底消除了振动、噪声和污染，属于绿色施工。所以，比其它桩更适合市区、医疗、学校、精密仪器等需防震、防尘、防噪音地区的基础施工，这也是其它施工工艺无法比拟的。
(8)施工后不存有沉渣虚土，完全免除了桩底注浆消除沉渣的工艺。
(9)本压扩桩根据上部结构传递荷载的需要，在桩身竖向较好持力层挤扩成形不同直径或同等直径的并有一定厚度的扩径盘体，将原普通摩擦桩或端承磨擦桩变为多支承点的磨擦端承桩或多节点端承桩。承载力大幅度提高，经济效益十分明显。
(10)本压扩桩可适用粘性土、粉土、砂土、中粗砂、卵石、砾砂土层，且特别在地下水丰富或有弱潜压水时使用效果好于普通灌注桩。
(11)本压扩桩将成孔、扩底、桩身变径(挤扩盘体)对土体挤密、浇筑砼、桩成型全部施工工艺均溶为同一设备、同一沉管，施工工艺紧密相连，一气呵成，比其它形式扩底或挤扩支盘桩采用成孔、扩盘两套设备交叉使用的施工工艺要优越、简单得多，这是其他扩底或支盘桩设备及与之相应施工工艺无法比拟的。
(12)本自动压扩器对现已投入使用的各规格型号静压桩机(只要能压管桩)完全不必改动就可使用。
图1为自动压扩器闭合状态的剖视结构图。
图2为图1的K向视图。
图3为柱形球铰链结构放大图。
图4为自动压扩器张开状态的剖视结构图。
图5为图4的K向视图。
图6为自动压扩器的单叶阀瓣侧剖视结构图(图1的N向视图)。
图7为自动压扩器单叶阀瓣正面结构图。
具体实施方式
本实用新型的实施例结合附图进一步说明如下参见图1——7，制成的一种自动压扩器，其包括压桩机的沉管1，外接套2，液压装置和组合阀瓣式压扩锥头。在压桩机沉管1的下端通过外接套2刚性连接有液压装置，该液压装置的油缸15下端再刚性连接有阀瓣座10，该阀瓣座10通过其内环至少两个以上(图中为六个)等距的柱形球铰座10′相应铰接有至少两叶以上(图中为六叶)的阀瓣14，该阀瓣14的内侧还通过连杆13铰接在液压装置的空心活塞杆16下端；所述的组合阀瓣式压扩锥头分别通过柱形球铰链和连杆13，并在液压装置的空心活塞杆16带动控制下，构成了闭合状态的或张开状态的压扩锥头。
所述的外接套2，其上、下端套分别与沉管1的下端外管壁和液压装置的油缸15上端外壁刚性连接；在沉管1下端的内管壁上还连固有防护内套21，该内套21的下端滑配合密封套装在空心活塞杆16上端的空心内壁上。
所述的柱形球铰链，其由柱形球铰座10′和柱形球铰头14′组成，其中柱形球铰座10′固定在阀瓣座10内环至少两个以上(图中为六个)等分处，柱形球铰头14′嵌装铰接在相应的柱形球铰座10′中，该球铰头14′的另一端凸起固定在阀瓣14的上端。
所述的阀瓣14，其形状为扇形或半圆锥形或半球形；其分别通过至少两个以上(图中为六个)柱形球铰链将至少两叶以上(图中为六叶)的阀瓣14上端正好内铰接于阀瓣座10的内环中。
所述的液压装置，其包括进、出油管19、20，进、出油管接头17、18，油缸15，上、下压盖3、9，上、下端盖4、8，空心活塞6，空心活塞杆16以及密封圈；其中，所述的上、下压盖3、9分别螺纹连接在油缸15的上、下端，该上、下压盖3、9还分别压紧上、下端盖4、8，该上、下端盖4、8通过其内外环分别密封安装在油缸15和空心活塞杆16之间的油缸密封腔内；所述的油缸密封腔是将油缸15密封套装在空心活塞杆16的外壁上，油缸15内壁与空心活塞杆16外壁构成了油缸密封腔；密封安装在该油缸密封腔内的空心活塞6将该油缸密封腔分隔成上、下油腔5、7；进、出油管19、20通过进、出油管接头17、18经过油缸15壁中的油道接通于上、下油腔5、7；该活塞6通过两端头各一只环形键销22固定在空心活塞杆16上，该活塞杆16下端连接有连杆座11，固定在连杆座11上的双耳铰链孔24与连杆13上端的单耳铰链孔25用铰链轴12铰接，该连杆13的下端与阀瓣14内侧铰接在一起。
所述的组合阀瓣式压扩锥头，其每叶阀瓣14内侧都设有双耳铰链座23，所述的连杆13下端也设有相应单耳铰链孔25′，即该连杆13通过连杆13下端的单耳铰链孔25′与阀瓣14内侧的双耳铰链座23用铰链轴12铰接；当铰接在连杆13上的活塞杆16作上下垂直移动时，该活塞杆16带动连杆13同步上下移动；所述的阀瓣14依其柱形球铰头14′铰接在柱形球铰座10′内，而且该连杆13的下端又铰接在该阀瓣14的内侧，因此，该阀瓣14仅能依该柱形球铰座10′为圆心作一定弧度的径向摆动；即上下移动的活塞杆16带动连杆13及其铰接的阀瓣14作径向摆动，构成了锥体形闭合状态或莲花形张开状态的压扩锥头。
本自动压扩器在压扩沉管灌注桩施工中的使用过程先移动桩机，将沉管1下端的压扩器的压扩锥头对准桩位点，调整桩机水平，使沉管1垂直，再将灌满混凝土的沉管1压入设计标高；将油缸15上油腔5充满液压油，使空心活塞6及与之连接一体的空心活塞杆16推动连杆13及其阀瓣14往下端移动，并将阀瓣14推开；这时沉管1内混凝土可以浇灌压扩器端部，将沉管1提高h即压扩器尾端处浇灌一定高度的混凝土后，再切断油缸15上油腔5进油，改向下油腔7注油，空心活塞6及与之连接一体的空心活塞杆16拉动连杆13也同步在沉管1内上移，连杆13相应拉动阀瓣14迅速关闭；之后用桩机钳口夹住沉管1，将锥体形闭合状态的压扩锥头强力向下挤压入已浇混凝土中，使混凝土往周边水平扩张而形成扩大头，同时因挤密效应而对压扩器周围及下部土层产生挤密而大大改善盘端持力层中的密度和强度。根据承载力要求及盘端持力层条件，可反复上述作业程序2-3次，以实现对混凝土的多次强力挤压，使扩大头有效直径成倍增大，盘端土层强度也会显著提高。所以本自动压扩器的压扩沉管灌注桩不但充分利用和挖掘了桩端、桩身土层承载力的潜力，而且也充分发挥和提高了桩身材料强度的作用。使桩的承载力产生一个质的飞跃。
本领域的普通技术人员都会理解，在本实用新型的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是可能的，都没有超出本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种自动压扩器，其包括压桩机的沉管，外接套，液压装置和组合阀瓣式压扩锥头，其特征在于在压桩机沉管的下端通过外接套刚性连接有液压装置，该液压装置的油缸下端再刚性连接有阀瓣座，该阀瓣座通过其内环中至少两个以上等距的柱形球铰座相应铰接有至少两叶以上的阀瓣，该阀瓣的内侧还通过连杆铰接在液压装置的空心活塞杆下端；所述的组合阀瓣式压扩锥头分别通过柱形球铰链和连杆，并在液压装置的空心活塞杆带动控制下，构成了闭合状态的或张开状态的压扩锥头。
2.根据权利要求1所述自动压扩器，其特征在于所述的外接套，其上、下端套分别与沉管的下端外管壁和液压装置的油缸上端外壁刚性连接；在沉管下端的内管壁上还连固有防护内套，该内套的下端滑配合密封套装在空心活塞杆上端的空心内壁上。
3.根据权利要求1所述自动压扩器，其特征在于所述的柱形球铰链，其由柱形球铰座和柱形球铰头组成，其中柱形球铰座固定在阀瓣座内环至少两个以上等分处，柱形球铰头嵌装铰接在相应的柱形球铰座中，该球铰头的另一端凸起固定在阀瓣的上端。
4.根据权利要求1所述自动压扩器，其特征在于所述的阀瓣，其形状为扇形或半圆锥形或半球形；其分别通过至少两个以上柱形球铰链将至少两叶以上的阀瓣上端正好内铰接于阀瓣座的内环中。
5.根据权利要求1所述自动压扩器，其特征在于所述的液压装置，其包括进、出油管，进、出油管接头，油缸，上、下压盖，上、下端盖，空心活塞，空心活塞杆以及密封圈；其中，所述的上、下压盖分别螺纹连接在油缸的上、下端，该上、下压盖还分别压紧上、下端盖，该上、下端盖通过其内外环分别密封安装在油缸和空心活塞杆之间的油缸密封腔内；所述的油缸密封腔是油缸密封套装在空心活塞杆的外壁上，油缸内壁与空心活塞杆外壁构成了油缸密封腔；密封安装在该油缸密封腔内的空心活塞将该油缸密封腔分隔成上、下油腔；进、出油管通过进、出油管接头经过油缸壁中的油道接通于上、下油腔；该活塞通过两端头各一只环形键销固定在空心活塞杆上，该活塞杆下端连接有连杆座，固定在连杆座上的双耳铰链孔与连杆上端的单耳铰链孔用铰链轴铰接，该连杆的下端与阀瓣内侧铰接在一起。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述自动压扩器，其特征在于所述的组合阀瓣式压扩锥头，其每叶阀瓣内侧都设有双耳铰链座，所述的连杆下端也设有相应单耳铰链孔，即该连杆通过连杆下端的单耳铰链孔与阀瓣内侧的双耳铰链座用铰链轴铰接；当铰接在连杆上的活塞杆作上下垂直移动时，该活塞杆带动连杆同步上下移动；所述的阀瓣依其柱形球铰头铰接在柱形球铰座内，而且该连杆的下端又铰接在该阀瓣的内侧，因此，该阀瓣仅能依该柱形球铰链为圆心作一定弧度的径向摆动；即上下移动的活塞杆带动连杆及其铰接的阀瓣作径向摆动，构成了锥体形闭合状态或莲花形张开状态的压扩锥头。
专利摘要本实用新型的自动压扩器，在静压桩机沉管的下端通过外接套刚性连接有液压装置，该液压装置巧妙地利用了静压桩机本身的油压力作动力源。液压装置的空心活塞杆既承担了油缸、油腔作用，又肩负阀瓣－连杆机构的动力传递功能，压扩锥头分别通过柱形球铰链和连杆，在空心活塞杆带动控制下，构成闭合状态的或张开状态的压扩锥头。该器将成孔、扩底、桩身变径(挤扩盘体)对土体挤密、浇筑砼、桩成型全部工艺仅用同一压扩器，一气呵成。首创单管式全液压静力压扩多节盘体沉管灌注桩施工工艺，其不仅改变原沉管灌注桩承载力低、桩身质量差等致命弱点，而且使用本压扩器施工具有无振动、无噪音、无污染的优点，其经济效益十分明显。
文档编号E02D5/34GK2861282SQ200620084549
公开日2007年1月24日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者张明义, 欧阳甘霖, 曲丽香, 张沈阳 申请人:欧阳甘霖