用于涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备及方法
【专利摘要】本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种用于涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备及方法。该成桩设备包括预制混凝土桩头、钢套管、旋转齿轮、涡压叶片、H型钢；预制混凝土桩头设置在钢套管的底部，旋转齿轮安装在预制混凝土桩头的顶部，涡压叶片安装在钢套管的开口处。相对于现有技术，本发明的钢套管可重复利用，施工简单，无需开挖原土，缩减工期及减少造价；形成扩径部可以增大桩身与土体的整体咬合力，提高抗拔承载力；挤密周围土体，可大幅提高土体纵横向强度；沿H型钢腹板轴线方向对称设置的锚固件提高了型钢与混凝土之间的粘结握裹力；适用于各种砂性土质和粘性土质；可分层扩径，解决了传统扩径桩施工质量无法保证的关键问题。
【专利说明】用于涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔粧的成粧设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种用于涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备及方法。
【背景技术】
[0002]抗拔桩广泛应用于大型地下室抗浮、高耸建(构)筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、大型船坞底板的桩基础和静荷载试桩中的锚桩基础等，一般都是针对风荷载和地震荷载来考虑的。在地下水位较高的地区当上部结构荷重不能平衡地下水浮力的时候结构的整体或局部就会受到向上力的作用，如地下水池、建筑物的地下室结构、污水处理厂的生化池等必须设置抗拔桩。目前抗拔桩的做法，抗拔桩在抗拔时，主要是桩内钢筋受力和桩身与土体的侧摩阻力，所以接桩、钢筋笼焊接质量要求高，因此抗拔质量无法保证，承载力也会达不到要求，也不经济；并且现有做法中大部分要取原土，分为机械和人工挖孔，效率都比较低。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备及方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述方案:
[0005]涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，包括:预制混凝土桩头、钢套管、旋转配件、涡压叶片、H型钢；预制混凝土桩头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在预制混凝土桩头的顶部，涡压叶片安装在钢套管的开口处。
[0006]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:
[0007]1、钢套管可重复利用，施工简单，无需开挖原土，缩减工期及减少造价；
[0008]2、利用新拌混凝土是固液两相体、具有流动性好的特性，通过涡压叶片将流态混凝土涡压挤扩到桩身周围土体中，形成扩径部，增大桩身与土体的整体咬合力，提高抗拔承载力；
[0009]3、挤密周围土体，可大幅提高土体纵横向强度，同时扩径部可起到端承的作用；
[0010]4、沿H型钢腹板轴线方向对称设置的锚固件提高了型钢与混凝土之间的粘结握裹力;
[0011]5、适用性强，适用于各种砂性土质和粘性土质；可分层扩径，本发明解决了传统扩径桩施工质量无法保证的关键问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为用于涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备的整体结构示意图；
[0013]图2为图1中A-A剖面示意图；
[0014]图3为图1中B-B首I]面不意图；[0015]图4为涡压叶片示意图；
[0016]图5为预制混凝土桩头侧视图；
[0017]图6a为旋转齿轮的俯视图；
[0018]图6b为旋转齿轮的侧视图；
[0019]图7为用于抗拔桩的型钢侧视图；
[0020]图8为用于抗拔桩的型钢A-A剖面图；
[0021]图9a为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的钢套管就位示意图；
[0022]图9b为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的锤管入土示意图；
[0023]图9c为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的灌注混凝土示意图；
[0024]图9d为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的旋扭套管示意图；
[0025]图9e为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的提升套管示意图；
[0026]图9f为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的实施桩体上一个土层扩径部示意图；
[0027]图9g为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的拔出钢套管及型钢就位示意图。
[0028]图9h为本发明的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩过程中的插入H型钢示意图。
【具体实施方式】
[0029]如图1至图2所示，涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，包括:预制混凝土桩头1、钢套管2、旋转齿轮4、涡压叶片5、带锚固件9的H型钢8 ;预制混凝土桩头I设置在钢套管的底部，旋转齿轮4安装在预制混凝土桩头I的顶部，涡压叶片5安装在钢套管的开口处；其中:
[0030]所述的预制混凝土桩头1，下部为圆锥体，上部为圆柱体，圆柱体的顶端形成一圆柱形凸台。
[0031]所述的钢套管2，为金属圆管，钢套管2的内径比预制混凝土桩头I圆柱形凸台的外径略大，以保证预制混凝土桩头I的顶部恰好能够嵌入到钢套管底部，并留有一定空隙，以便完成第一步涡压挤扩之后能够使钢套管和预制混凝土桩头顺利脱离，将预制混凝土桩头永久性留置在地下。
[0032]靠近钢套管2底部约I米处，沿钢套管的轴向对称开设一对涡压腔出口 6，作为混凝土向外水平挤压的出口，每个开口的宽度(沿钢套管圆周方向的长度)为钢套管1/4周长，开口高度与涡压叶片5的端部高度相同；涡压叶片5由两个完全相同的半圆环钢板反对称焊接而成，涡压叶片5水平向呈S形，涡压叶片5两端之间的直线距离与钢套管2的直径相同；S形涡压叶片5的两端分别与涡压腔出口 6的竖向侧边焊接固定，将焊缝7打磨光滑，涡压叶片5所采用的钢材型号、钢板厚度与钢套管2的钢材型号、钢板厚度完全相同，保证涡压叶片5与钢套管2之间连接形成顺滑曲面，利于混凝土向外水平挤压。涡压叶片5、涡压叶片5上下两端之间的钢套管2、涡压腔出口 6三者形成涡压腔3。
[0033]钢套管2的顶部设置旋转齿轮4，旋转齿轮4内侧为光圆柱面、外侧设有啮合齿；旋转齿轮4的内径与钢套管2的外径相同，旋转齿轮4的顶面与钢套管2的顶面齐平，旋转齿轮4箍焊在钢套管2的顶部，旋转齿轮4作为锤击套管和旋扭套管的传力装置。
[0034]H型钢8的翼缘外侧按一定间距布置锚固件9，锚固件9为上端大、下端小的直角三角形的楔形体；锚固件9尖端向下，H型钢的下端进行削尖处理以便易于插入混凝土。
[0035]涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩方法，利用上述涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩成桩的设备，具体步骤如下:
[0036]第一步:钢套管就位:将混凝土预制桩头I对准要锤管入土的部位，将钢套管2座落在混凝土预制桩头I上；
[0037]第二步:锤管入土:利用夯锤将钢套管2连同混凝土预制桩头I 一同打入土层至预定标闻;
[0038]第三步:灌注混凝土:将抗拔桩所用的混凝土从钢套管2顶部灌注到钢套管内；
[0039]第四步:旋扭套管:将旋扭动力设备连接到钢套管顶部的旋转齿轮4上，通过转动旋转齿轮带动钢套管一同旋转，在涡压叶片5的挤压驱动作用下，套管内混凝土经过涡压腔口 6被沿水平方向涡压挤扩到周围土体中，起到扩径、挤密的作用，达到涡压扩径的目的；旋扭至预先设计的扩径尺寸之后，结束旋扭；
[0040]第五步:提升套管:完成涡压扩径之后，提升钢套管至上一土层需要形成扩径部的部位；
[0041]第六步:实施上一土层的涡压扩径:重复第三步?第四步，完成上一层土层的涡压扩径；根据工程需要形成扩径部的数量，可重复实施第三步?第五步；
[0042]第七步:拔出钢套管:将所有需要形成扩径部的部位实施涡压挤扩完毕之后，将混凝土灌注到钢套管内部至地面位置，缓慢拔出钢套管，并将型钢就位。
[0043]第八步:插入型钢:将带有锚固件的H型钢插入到混凝土中，完成此处涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩工作。
【权利要求】
1.一种涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，包括:桩头、钢套管、旋转配件、涡压叶片、H型钢；其特征在于桩头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在预制混凝土桩头的顶部，涡压叶片安装在钢套管的开口处。
2.根据权利要求1所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:H型钢为带锚固头的H型钢。
3.根据权利要求1-2所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:所述的桩头采用预制混凝土结构，下部为圆锥体，上部为圆柱体，圆柱体的顶端形成一圆柱形凸台。
4.根据权利要求1-3所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:所述的钢套管，为金属圆管，钢套管的内径比预制混凝土桩头圆柱形凸台的外径略大，以保证预制混凝土桩头的顶部恰好能够嵌入到钢套管底部，并留有一定空隙。
5.根据权利要求1-4所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:靠近钢套管底部约一米处，沿钢套管的轴向对称开设一对涡压腔出口，作为混凝土向外水平挤压的出口。
6.根据权利要 求1-5所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:每个开口的宽度为钢套管1/4周长，开口高度与涡压叶片的端部高度相同。
7.根据权利要求1-6所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:涡压叶片由两个完全相同的半圆环钢板反对称焊接而成，涡压叶片水平向呈S形，涡压叶片两端之间的直线距离与钢套管的直径相同；S形涡压叶片的两端分别与涡压腔出口的竖向侧边焊接固定，涡压叶片所采用的钢材型号、钢板厚度与钢套管的钢材型号、钢板厚度完全相同。
8.根据权利要求1-7所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:钢套管的顶部设置的旋转配件为旋转齿轮，旋转齿轮内侧为光圆柱面、外侧设有啮合齿；旋转齿轮的内径与钢套管的外径相同，旋转齿轮的顶面与钢套管的顶面齐平，旋转齿轮箍焊在钢套管的顶部。
9.根据权利要求1-8所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩设备，其特征在于:H型钢的翼缘外侧按一定间距布置锚固件，锚固件为上端大、下端小的直角三角形的楔形体；锚固件尖端向下。
10.一种涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩的成桩方法，利用权利要求1-9所述的涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩成桩的设备，其特征在于，具体步骤如下: 第一步:钢套管就位:将混凝土预制桩头对准要锤管入土的部位，将钢套管座落在混凝土预制桩头上； 第二步:锤管入土:利用夯锤将钢套管连同混凝土预制桩头一同打入土层至预定标闻; 第三步:灌注混凝土:将抗拔桩所用的混凝土从钢套管顶部灌注到钢套管内； 第四步:旋扭套管:将旋扭动力设备连接到钢套管顶部的旋转齿轮上，通过转动旋转齿轮带动钢套管一同旋转，在涡压叶片的挤压驱动作用下，套管内混凝土经过涡压腔口被沿水平方向涡压挤扩到周围土体中，起到扩径、挤密的作用，达到涡压扩径的目的；旋扭至预先设计的扩径尺寸之后，结束旋扭；第五步:提升套管:完成涡压扩径之后，提升钢套管至上一土层需要形成扩径部的部位； 第六步:实施上一土层的涡压扩径:重复第三步~第四步，完成上一层土层的涡压扩径；根据工程需要形成扩径部的数量，可重复实施第三步~第五步； 第七步:拔出钢套管:将所有需要形成扩径部的部位实施涡压挤扩完毕之后，将混凝土灌注到钢套管内部至地面位置，缓慢拔出钢套管，并将型钢就位。 第八步:插入型钢:将带有锚固头的H型钢插入到混凝土中，完成此处涡压挤扩混凝土分层扩径抗拔桩 的成桩工作。
【文档编号】E02D15/04GK103835288SQ201410113621
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李春宝, 薛世峰, 刘晓辉 申请人:中国石油大学(华东)