专利名称：滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型方法及机具的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑基础工程技术领域，特别是一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型方法及机具。
目前，在建筑工程中广泛使用的灌注桩种类繁多。通常按成桩方法可分为人工挖孔桩、螺旋钻孔桩、振动沉管桩、锤击沉管桩、冲抓成孔桩等。按桩的型式又可分为直桩、扩底桩、葫芦桩、树根桩、螺旋桩、环箍桩、变截面桩、注浆桩、无砂桩等。纵观灌注桩的发展，都是沿着提高桩的承载能力这条主线进行的，并取得了一定的成效。但是，现在的成桩技术存在许多不足。如施工简单的直桩承载能力低，相对的材料消耗较大，也不经济。一些承载能力较高的桩又存在施工难度大，技术复杂，机具结构复杂，故障多，成桩质量不易保证，费时费力等问题。还有一些桩，由于设计和实际中存在一定的差异，机具与施工工艺要求之间的差异，使得桩的质量难以保证，因此使用受到限制。
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种施工简便，机具可靠，承载能力高的滚压成型螺旋灌注桩的成型方法及装置。
本发明是通过下列方式予以实现的一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型方法，主要包括钻直孔工序、螺旋成型工序、灌注成桩工序，其中，钻直孔工序是用螺旋钻孔机钻直孔，灌注成桩工序是将经过钻直孔和螺旋成型工序后的孔内放入钢筋笼并注满砼而成桩，本发明的特征是螺旋成型工序采用螺旋成型机具在已钻直孔的孔壁内从上到下旋转滚动挤压而成螺旋螺纹，其通过下列步骤完成A、首先将螺旋成型机具落至已钻完的直孔孔口处；B、启动电机，螺旋成型机具以一定的转速旋转，在旋转的同时松开卷扬机闸把，使螺旋成型机具边旋转边下移直至孔底，因螺旋成型机具上设置直径不同的滚压成形轮和直径相同的滚压修形支撑轮是按螺旋螺纹的螺距要求沿螺旋线分布的，所以它们的行走轨迹均是同一螺旋线，按由小到大逐次将直孔孔壁螺旋线轨迹上相应的土体沿孔的径向和轴向滚动挤压并形成螺旋螺纹；C、当螺旋成型机具钻至孔底时，由于其从上至下的旋转滚动挤压土体而导致少许土体的脱落，因此钻到孔底后，用螺旋成型机具的底板将孔底的少许浮土压实，然后停机；D、经过C工序后，再按下反转和卷扬机提升共同按钮，使卷扬机与螺旋成型机具按已滚动挤压出的螺旋线退出至孔口并移开，完成整个螺旋成型工序。
一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型机具，其特征是具有一个筒体，其前后端制出锥形头，在筒体的前部设有导向轮，在导向轮和后端锥形头之间按螺旋线均匀分布依次设有直径不同的滚压成型轮和直径相同的滚压修形支撑轮，它们在随螺旋成型机具的筒体旋转的同时还可自转而完成滚动挤压而成的螺旋螺纹。
所说的导向轮可以是互成120°角设置的三个导向轮，当然也可以是均布或对称设置的四个或两个导向轮。导向轮的工作长度可根据桩径、螺距等来确定，通常可通过滑动轴承、轴承座安装于筒体的轴承套座上。
所说的直径不同的滚压成型轮和直径相同的滚压修形支撑轮沿螺旋线上的横截面互为120°角设置(见图2)，其中，直径不同的滚压成型轮可以是5个，最下面的一个直径最小，最上面的一个直径最大并称为最终滚压成型轮，即从下到上直径逐渐增大，最终滚压成型轮又起修形支撑的作用，在其之后设有两个滚压修形支撑轮，它们的直径与最终滚压成型轮直径相同。这里滚压修形支撑轮至少有三个才能起到平衡作用，本发明是两个滚压修形支撑轮加起修形支撑作用的最终滚压成型轮恰好是三个，另外，滚压成型轮除上述给出5个以外，还可以采用多于或小于5个的情况，这可根据具体情况而定，这些直径不同的滚压成型轮的作用主要是依次滚压，使土体在径向和轴向两个方向产生压缩变形而形成螺旋螺纹，最终滚压成型轮除起到滚压成型的作用外，也起到修形支撑的作用，滚压成形支撑轮的作用主要是修形支撑，而最终滚压成型轮和两个滚压修形支撑轮则起到支撑整个螺旋成型机具重量的作用。这里需要注意的是图4、图5所示的螺旋桩体及滚压成型产生的土体压缩密实区，其影响范围往往在齿形尺寸的一倍以上，螺距S根据桩径d和土的力学性能确定，D/d＝1.5，齿形尺寸t＝d/4，b1＝d/4，b2＝3/5b1，并应满足抗冲切条件。齿形可以是本发明给出的圆梯形齿形的螺旋螺纹，当然也可以选择其它形状，可根据土的情况确定。另外，前述的直径不同的滚压成型轮和直径相同的滚压修形支撑轮的具体设计中，可根据桩径、螺距计算出螺旋升角，使上述各轮的轴线与筒体的轴线夹角α等于螺旋升角，并沿螺旋线轨迹在直径方向上成120°角分布，直径不同的前4个滚压成型轮是第一个螺距，最终滚压成型轮和两个滚压修形支撑轮是第2个螺距，这样就可保证上述各轮边旋转边下移过程中沿同一条螺旋线轨迹运动，上述各轮可通过轴、滑动轴承、轴承座安装于筒体上的轴承座上。
本发明和现有技术相比，除具有其它螺旋桩的优点外，还具有如下优点1、滚压成型不排土，省去了清土运土环节，节省人力物力，降低了成桩成本，减少了人的劳动强度，提高了效率。
2、滚压成型不排土，在螺纹台阶上和孔底就设有虚土产生，因此成孔质量好，桩的承载能力高。
3、采用螺旋滚压成型的方法，螺纹处土体的压缩量在5cm以上，使得环螺纹齿形产生一个挤压密实区，提高了土体的侧摩阻力和抗剪强度，从而提高了桩的承载能力。
4、现有技术多数是以少量减少桩侧摩承载力，而获得较大的端承力，而滚压成型梯形螺纹齿形的螺旋桩，一个螺旋节占原直径的侧面积F1＝πdb1/cosα，而螺旋齿顶的环形侧面积是F2＝πDb2/cosα，F2/F1=D·b2d·b1=910≈1,]]>既不降低侧壁摩阻力，又获得了极有意义的端承力，因此桩的承载能力显著提高。
5、单方砼承载能力高。目前用来评价桩的技术经济效益的指标是单方砼承载能力。一般直桩其值为20～30，变截面的桩其值为30～40，滚压成型螺旋桩为50～60，单方砼承载能力显著提高。
6、螺旋成型机具结构简单、可靠。现有成桩技术，多数所走的技术路线是一机多能，表面看起来是先进，但由此带来的结构复杂、故障甚多、成孔质量不易保证、费时，设备制造成本高，而螺旋成型机具另件少，结构简单，克服了上述缺点，使成型工艺变得切实可行，大大提高了机械的可靠性。
7、由于采用滚轮结构，成型过程中轮和土体之间是滚动摩擦，成型阻力小，动力消耗少，机具材料损耗少，维修工作量小，机具使用寿命高。
图1是本发明的主视图；图2、3是图1的A-A、B-B剖视图；图4是滚动挤压成型螺旋桩结构示意图；图5是滚动挤压成型螺旋桩结构剖面图。
图中1导向轮、2滚压成型轮(最下面的且直径最小的滚压成型轮)、3滚压成型轮、4滚压成型轮、5滚压成型轮、6滚压成型轮(最上面的滚压成型轮，也称最终滚压成型轮)、7滚压修形支撑轮、8滚压修形支撑轮、9筒体、10锥形头(后端)、11锥形头(前端)、12螺旋桩(或称滚压成型螺旋灌注桩)、13土体压缩密实区、14螺距(S)、15桩径(d)、16齿形尺寸(t)、17齿形尺寸(b1)、18齿形尺寸(b2)、19螺纹线直径(D)。
下面结合
本发明的最佳实施例
一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型方法，主要包括钻直孔工序、螺旋成型工序、灌注成桩工序，其中，钻直孔工序是用螺旋钻孔机钻直孔，灌注成桩工序是将经过钻直孔和螺旋成型工序后的孔内放入钢筋笼并注满砼而成桩，本发明的特征是螺旋成型工序采用螺旋成型机具在已钻直孔的孔壁内从上到下旋转滚动挤压而成螺旋螺纹，其通过下列步骤完成A、首先将螺旋成型机具落至已钻完的直孔孔口处；B、启动电机，螺旋成型机具以一定的转速旋转，在旋转的同时松开卷扬机闸把，使螺旋成型机具边旋转边下移直至孔底，因螺旋成型机具上设置直径不同的滚压成形轮2-6和直径相同的滚压修形支撑轮7和8是按螺旋螺纹的螺距要求沿螺旋线分布的，所以它们的行走轨迹均是同一螺旋线，按由小到大逐次将直孔孔壁螺旋线轨迹上相应的土体沿孔的径向和轴向滚动挤压并形成螺旋螺纹；C、当螺旋成型机具钻至孔底时，由于其从上至下的旋转滚动挤压土体而导致稍许土体的脱落，因此钻到孔底后，用螺旋成型机具的底板将孔底的少许浮土压实，然后停机；D、经过C工步后，再按下反转和卷扬机提升共同按钮，使卷扬机与螺旋成型机具按已滚动挤压出的螺旋线退出至孔口并移开，完成整个螺旋成型工序。
一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型机具，其特征是具有一个筒体9，其前后端制出锥形头11和10(即斜度，主要是便于该机具进出孔内)，在筒体9的前部设有导向轮1，该导向轮1的作用，一是对直孔孔壁滚压挤实，使孔径保持在螺旋成形要求的范围内，二是采用导向定位，在导向轮1和后端锥形头10之间按螺旋线均匀分布依次设有直径不同的滚压成型轮2-6(即、3、4、5、6)和直径相同的滚压修形支撑轮7、8，它们在随螺旋成型机具的筒体9旋转的同时还可自转而完成滚动挤压而成的螺旋螺纹。
所说的导向轮可以是互成120°角设置的三个导向轮1，当然也可以是均布或对称设置的四个或两个导向轮。导向轮1的工作长度可根据桩径15、螺距14等来确定，通常可通过滑动轴承、轴承座安装于筒体9的轴承套座上。
所说的直径不同的滚压成型轮2-6和直径相同的滚压修形支撑轮7、8沿螺旋线上的横截面互为120°角设置(见图2)，其中，直径不同的滚压成型轮可以是5个，最下面的一个直径最小，最上面的一个直径最大并称为最终滚压成型轮6，即从下到上直径逐渐增大，最终滚压成型轮6又起修形支撑的作用，在其之后设有两个滚压修形支撑轮7、8，它们的直径与最终滚压成型轮6的直径相同。这里滚压修形支撑轮7、8至少有三个才能起到平衡作用，本发明是两个滚压修形支撑轮7、8加起修形支撑作用的最终滚压成型轮6恰好是三个，另外，滚压成型轮2-6除上述给出5个以外，还可以采用多于或小于5个的情况，这些直径不同的滚压成型轮的作用主要是依次滚压，使土体在径向和轴向两个方向产生压缩变形而形成螺旋螺纹。
权利要求
1.一种滚压成型螺旋灌注桩的成型方法，主要包括钻直孔工序、螺旋成型工序、灌注成桩工序，其中，钻直孔工序是用螺旋钻孔机钻直孔，灌注成桩工序是将经过钻直孔和螺旋成型工序后的孔内放入钢筋笼并注满砼而成桩，本发明的特征是螺旋成型工序采用螺旋成型机具在已钻直孔的孔壁内从上到下旋转滚动挤压而成螺旋螺纹，其通过下列步骤完成A、首先将螺旋成型机具落至已钻完的直孔孔口处；B、启动电机，螺旋成型机具以一定的转速旋转，在旋转的同时松开卷扬机闸把，使螺旋成型机具边旋转边下移直至孔底，因螺旋成型机具上设置直径不同的滚压成形轮和直径相同的滚压修形支撑轮是按螺旋螺纹的螺距要求沿螺旋线分布的，所以它们的行走轨迹均是同一螺旋线，按由小到大逐次将直孔孔壁螺旋线轨迹上相应的土体沿孔的径向和轴向滚动挤压并形成螺旋螺纹；C、当螺旋成型机具钻至孔底时，由于其从上至下的旋转滚动挤压土体而导致少许土体的脱落，因此钻到孔底后，用螺旋成型机具的底板将孔底的少许浮土压实，然后停机；D、经过C工步后，再按下反转和卷扬机提升共同按钮，使卷扬机与螺旋成型机具按已滚动挤压出的螺旋线退出至孔口并移开，完成整个螺旋成型工序。
2.一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型机具，其特征是具有一个筒体，其前后端制出锥形头，在筒体的前部设有导向轮，在导向轮和后端锥形头之间按螺旋线均匀分布依次设有直径不同的滚压成型轮和直径相同的滚压修形支撑轮，它们在随螺旋成型机具的筒体旋转的同时还可自转而完成滚动挤压而成的螺旋螺纹。
3.如权利要求2所述的一种滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型机具，其特征在于A、所说的导向轮可以是互成120°角设置的三个导向轮；B、所说的直径不同的滚压成型轮和直径相同的滚压修形支撑轮沿螺旋线上的横截面互为120°角设置，其中，直径不同的滚压成型轮可以是5个，最下面的一个直径最小，最上面的一个直径最大并称为最终滚压成型轮，即从下到上直径逐渐增大，最终滚压成型轮又起修形支撑的作用，在其之后设有两个滚压修形支撑轮，它们的直径与最终滚压成型轮直径相同。
全文摘要
本发明涉及滚压成型螺旋灌注桩的螺旋成型方法及机具。其特征是:该机具有一个筒体,其上依次设有导向轮及滚压成型轮和压修形支撑轮。成型方法采用前述机具在已钻直孔的孔壁内从上到下按照一定的工步完成旋转滚动挤压而成的螺旋螺纹。具有结构简单,效率高,成本低,施工简便,成孔质量好,寿命长等特点。
文档编号E02D5/56GK1177666SQ9710539
公开日1998年4月1日 申请日期1997年7月22日 优先权日1997年7月22日
发明者刘大勇, 赵成功 申请人:刘大勇, 赵成功