專利名稱：刺狀灌注樁施工技術(shù)及其擠壓成形機(jī)的制作方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域本專利涉及建筑地基施工技術(shù)、機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著高層、橋梁及其它大型設(shè)施等建筑工程的逐漸增多，各種深孔灌注樁得到了廣泛應(yīng)用。目前，常用的灌注樁是直孔灌注樁(簡(jiǎn)稱直孔樁或鉆孔樁)，后來(lái)又逐步發(fā)明了擴(kuò)底灌注樁(簡(jiǎn)稱擴(kuò)底樁)和擠擴(kuò)多支盤(pán)灌注樁(簡(jiǎn)稱支盤(pán)樁)。
1直孔灌注樁直孔灌注樁誕生于二十世紀(jì)四十年代。與預(yù)制樁相比，直孔灌注樁在工程設(shè)計(jì)、工程施工及工程造價(jià)等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、新材料、新工藝等科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，機(jī)械化和自動(dòng)化施工水平不斷提高。
深孔直孔灌注樁一般為端承摩擦樁。它充分利用了樁側(cè)摩阻力，而樁端阻力利用不夠，因此其單方砼極限承載力較小，約在300--400KN/m3之間。
2擴(kuò)底灌注樁為了充分發(fā)揮樁身材料的承載力效應(yīng)，在直孔灌注樁的基礎(chǔ)上，工程上逐漸采用了擴(kuò)底樁，使樁在混凝土增加不多的情況下，承載力卻得到大幅度的提高，從而使其成為摩擦端承樁，單樁承載力及單方砼極限承載力可成倍增加。但擴(kuò)底樁施工自動(dòng)化程度低，且樁底土層處于自然狀態(tài)，沒(méi)有被壓密，因此必須在地基中存在卵石、密實(shí)中、粗砂或硬塑狀態(tài)粘性土厚土層時(shí)方有實(shí)際意義，否則承載力不會(huì)明顯提高。
3擠擴(kuò)多支盤(pán)灌注樁二十世紀(jì)八十年代末期，在直孔灌注樁的基礎(chǔ)上，又發(fā)明了擠擴(kuò)多支盤(pán)灌注樁技術(shù)，再一次改變了灌注樁的結(jié)構(gòu)和施工工藝。擠擴(kuò)多支盤(pán)灌注樁是利用專用的液壓支盤(pán)成形機(jī)，在樁側(cè)周?chē)鷶D擴(kuò)出若干個(gè)盤(pán)形空間，然后澆灌而成的異形樁。它不僅是一種摩擦端承樁，更重要的是因?yàn)樗谋P(pán)形底部被壓密，且可在一個(gè)樁上設(shè)置多個(gè)支盤(pán)，從而極大地提高了其端承力，其單方砼極限承載力可達(dá)約700--1000KN/m3，甚至更多，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
擠擴(kuò)多支盤(pán)灌注樁的缺點(diǎn)是(1)設(shè)備龐大、笨重；(2)擠擴(kuò)出一個(gè)支盤(pán)空間需要使設(shè)備轉(zhuǎn)位、擠擴(kuò)工序10次之多，施工操作繁雜、緩慢，自動(dòng)化程度低；(3)支盤(pán)空間只有第一次擠擴(kuò)是真正壓密的，以后各次擠擴(kuò)因土體部分散落或土體錯(cuò)位，壓密程度并不理想，因此承載力的提高受到一定影響；(4)擠擴(kuò)多支盤(pán)灌注樁必須設(shè)置在卵石、密實(shí)中粗砂上方或其它硬土層時(shí)方可實(shí)現(xiàn)，否則要么擠不到位，要么承載力不會(huì)明顯提高，給設(shè)計(jì)和施工提出了較高的要求；(5)在較軟的土層中擠擴(kuò)時(shí)容易產(chǎn)生土體錯(cuò)位，盤(pán)形空間的成形難以保證；(6)擠擴(kuò)時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生“上浮”和“下竄”現(xiàn)象，對(duì)正常施工有一定影響；(7)由于在一個(gè)盤(pán)形空間和相鄰位置重復(fù)擠擴(kuò)，對(duì)盤(pán)腔撓動(dòng)較大，盤(pán)腔土體容易跨落，既增加了清理浮渣的工作量，又難以保證施工的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
刺狀灌注樁，簡(jiǎn)稱刺樁，是由樹(shù)根的抗壓及抗拔作用和特點(diǎn)構(gòu)思、研究而設(shè)計(jì)的一種新樁形結(jié)構(gòu)發(fā)明。該樁形的發(fā)明不僅在樁身結(jié)構(gòu)和造型上進(jìn)行了大膽的變革，同時(shí)，使樁的受力機(jī)理也發(fā)生了一定的變化。刺樁由樁身和布滿樁身的許多樁刺兩部分組成。樁身由鉆機(jī)施工，樁刺由本發(fā)明中的專用設(shè)備——刺樁成形機(jī)施工。
1要解決的技術(shù)問(wèn)題為了克服直孔樁、擴(kuò)底樁和支盤(pán)樁樁形各自的缺點(diǎn)和施工中存在的一些技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新的樁體結(jié)構(gòu)和施工專用設(shè)備——刺樁成形機(jī)。刺樁成形機(jī)不僅體積小、重量輕，而且可以一次擠壓成形，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，簡(jiǎn)化了施工程序，大大縮減了施工周期，降低了施工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。刺樁成形機(jī)擠壓出的樁刺短小，由于不存在重復(fù)擠壓動(dòng)作，對(duì)樁刺空間沒(méi)有干撓，壓密效應(yīng)和施工質(zhì)量容易保證。
2技術(shù)方案本專利解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是(1)在鉆機(jī)鉆孔結(jié)束后，移出鉆機(jī)。
(2)下放刺樁成形機(jī)，至所設(shè)定的位置。
刺樁成形機(jī)是由六個(gè)特制的液壓缸及其頂帽構(gòu)成。六個(gè)液壓缸每上下一對(duì)為一組，分別向兩個(gè)相反的方向橫向布置；三組反向布置的液壓缸橫向60°布置，縱向用螺柱連接成一體。
刺樁成形機(jī)的上下移動(dòng)，由專用的自移式臺(tái)車(chē)實(shí)現(xiàn)(此方案不在本專利說(shuō)明書(shū)中陳述)；也可以采用其它起吊設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
(3)開(kāi)動(dòng)自移式臺(tái)車(chē)上的液壓站，操作換向閥，使布置在刺樁成形機(jī)中液壓缸的活塞桿緩慢升出，活塞桿端頭的柱帽擠壓樁孔土壁，直至活塞桿全部升出后，換向閥換向，使活塞桿逐漸縮回，至此縱向距離相同、橫向相隔60°的一組共六個(gè)樁刺空間被擠出。
(4)上下調(diào)整刺樁成形機(jī)至設(shè)定位置，并順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)30°，重復(fù)上述擠壓動(dòng)作，完成第二次擠壓；繼續(xù)上下調(diào)整刺樁成形機(jī)至設(shè)定位置，并逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)30°，重復(fù)上述擠壓動(dòng)作，完成第三次擠壓；以此類推可在整個(gè)孔深的設(shè)定位置有規(guī)律地?cái)D壓出若干組(每組六個(gè))樁刺空間。
(5)擠壓完畢后，移出刺樁成形機(jī)，經(jīng)清孔后，下放鋼筋籠，澆灌成樁后即成為樁體上布滿短刺的刺樁。
3有益效果本專利的有益效果是(1)充分利用了各個(gè)土層的端阻力效應(yīng)，提高了樁的承載力，初步計(jì)算其單方砼極限承載力可達(dá)約600--1000KN/m3，約是直孔樁單方砼極限承載力的2--2.5倍，一定程度上可達(dá)到支盤(pán)樁的承載力效果。
(2)施工用設(shè)備——刺樁成形機(jī)，采用全液壓傳動(dòng)，體積小，重量輕，一個(gè)位置只擠壓一次，一次同時(shí)擠壓出一組共六個(gè)樁刺空間，作業(yè)時(shí)間更短；操作程序十分簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高了工作效率，增加了設(shè)備的技術(shù)含量，屬高新技術(shù)產(chǎn)品。
(3)頂帽為圓弧狀錐形結(jié)構(gòu)，擠壓時(shí)滑動(dòng)自然，對(duì)土體撓動(dòng)較小，易將周?chē)馏w壓密；加之一次擠壓成形，克服了支盤(pán)成形機(jī)擴(kuò)的缺點(diǎn)，施工質(zhì)量容易保證。澆灌成樁后，其壓密的樁刺周邊土體恰似一纖維狀網(wǎng)套，改善了樁的受力機(jī)理，有利于保持樁體的穩(wěn)定性和提高樁的承載能力。
(4)經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是單樁成樁后的樁形結(jié)構(gòu)效果中1.樁身；2.樁刺。
圖2是刺樁成形機(jī)外形結(jié)構(gòu)(活塞全部升出時(shí))效果3是刺樁結(jié)構(gòu)及形狀特征圖。
其中圖a為刺樁外形正視圖；圖b為刺樁外形俯視圖。
圖4是刺樁成形機(jī)一組液壓缸結(jié)構(gòu)圖。
圖中1.頂帽；2.軸銷；3.缸蓋；4.缸體及機(jī)體；5.活塞桿；6.活塞；7.缸底；8.機(jī)體連接部；9-螺帽；10-螺柱；11-樁孔孔壁。
圖5是刺樁成形機(jī)外形圖。
圖中A-刺樁成形機(jī)外形圖；B-刺樁成形機(jī)原始狀態(tài)俯示圖；C-刺樁成形機(jī)活塞桿全部升出時(shí)的俯示圖。
圖6是刺樁主樁壁面展開(kāi)圖。
圖中1.主樁壁面展開(kāi)面；2.樁刺孔腔。由圖可見(jiàn)，其刺樁孔腔形似網(wǎng)眼。
圖7是刺樁與直孔樁受力機(jī)理示意圖。
圖7-a為直孔樁受力機(jī)理示意圖；圖7-b為刺樁受力機(jī)理示意圖。由圖可見(jiàn)，刺樁與鉆孔樁受壓時(shí)單樁的承載力有明顯的不同。其中，鉆孔樁只承受底部樁端阻力的作用，其它均為樁側(cè)阻力；而刺樁則由于有眾多樁刺，承受的樁端阻力除了底部樁端阻力外，還有各樁刺處的端面阻力、側(cè)面阻力的共同作用。除此之外，壓密的樁刺周邊土體恰似一纖維狀網(wǎng)套，改善了樁的受力機(jī)理，有利于保持樁體的穩(wěn)定性和提高樁的承載能力。
圖8是刺樁施工工藝示意圖。
圖中a-鉆機(jī)鉆孔；b-清孔；c-擠壓刺樁孔腔；d-下放鋼筋籠e-樁體澆灌；f-澆灌放大圖；g-刺樁成形。
具體實(shí)施例方式
該發(fā)明具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可用于不同地質(zhì)條件下的樁孔施工，適合于泥漿護(hù)壁成孔、干作業(yè)成孔和水泥注漿護(hù)壁成孔等作業(yè)，現(xiàn)以泥漿護(hù)壁成孔為例進(jìn)一步說(shuō)明該發(fā)明的實(shí)施方式。
1泥漿護(hù)壁成孔如圖8-a所示，先使鉆樁機(jī)就位于定樁位置，調(diào)整好垂直度，埋設(shè)護(hù)筒，開(kāi)始鉆孔。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，利用孔內(nèi)地層中的粘性土原土造漿以泥漿護(hù)壁成孔。當(dāng)?shù)叵滤惠^低時(shí)，可注入清水造漿，孔口排出泥漿的比重在1.1～1.2之間。當(dāng)穿過(guò)軟土層或易塌土層時(shí)，要投入粘土或改用制備泥漿，排出泥漿比重宜增大至1.3～1.5之間。
2磨孔及清孔鉆進(jìn)結(jié)束后將鉆頭提離孔底200～500mm，然后大泵量泵入性能指標(biāo)符合要求的新泥槳，維持半小時(shí)左右，進(jìn)行清除孔底沉碴和沖磨孔壁泥皮(磨孔)，直到排出的泥漿含砂量小于4％，比重小于1.15方為合格，如圖8-b所示。
3擠壓樁刺空間移開(kāi)鉆機(jī)，下放刺樁成形機(jī)，接照設(shè)計(jì)規(guī)定的位置，擠壓出若干樁刺空間，如圖8-c所示；每擠壓一次，可擠壓出6個(gè)上下位置不同、橫向錯(cuò)位60°的樁刺空間，單個(gè)樁刺空間又形如錐刺狀，如圖3刺樁結(jié)構(gòu)及形狀特征圖所示；全部擠壓完畢后，樁孔四周布滿樁刺空間，形狀如圖3所示；其樁孔壁面展開(kāi)圖見(jiàn)圖6所示。在擠壓樁刺孔腔過(guò)程中，隨著樁刺孔腔空間的形成，樁孔中泥漿液面隨之下降，這時(shí)要及時(shí)補(bǔ)入足夠的泥漿。擠壓完畢后，移出刺樁成形機(jī)，測(cè)量孔底沉渣量；如沉渣超限，應(yīng)再次清孔，直至符合要求為止。
擠壓樁刺空間時(shí)，使用刺樁成形機(jī)。刺樁成形機(jī)的構(gòu)造及工作步驟如下
(1)刺樁成形機(jī)一組液壓缸構(gòu)造如圖4a所示，為刺樁成形機(jī)一組液壓缸構(gòu)造圖，它由兩個(gè)形狀和結(jié)構(gòu)完全相同的特制的液壓缸，按相反方向上下組裝而成，每個(gè)液壓缸由頂帽1、軸銷2、缸蓋3、缸體及機(jī)體4、活塞桿5、活塞6、缸底7等零件組成；兩個(gè)液壓缸在機(jī)體連接部8處用雙頭螺柱10和螺帽9連接而成。
(2)整體刺樁成形機(jī)構(gòu)造及操作如圖5A所示，一個(gè)完整的刺樁成形機(jī)由三組液壓缸橫向交叉60°、上下兩兩連接而成，圖5B為其原始狀態(tài)俯示圖，圖C為其活塞桿全部升出時(shí)的俯示圖。
當(dāng)刺樁成形機(jī)到達(dá)并停止在某一設(shè)計(jì)位置時(shí)，開(kāi)動(dòng)自移式臺(tái)車(chē)(本說(shuō)明書(shū)未提供該圖，也不詳細(xì)陳述)上的液壓站，操作換向閥，使布置在刺樁成形機(jī)中液壓缸的活塞桿緩慢升出，活塞桿端頭的柱帽擠壓樁孔土壁，直至活塞桿全部升出，見(jiàn)圖5所示。活塞桿全部升出后，要保壓一短小時(shí)間(約5--10秒)，以使被壓土體保持穩(wěn)定，且不致有大的回彈；保壓結(jié)束后，換向閥換向，使活塞桿逐漸縮回，至此縱向距離為一定、橫向相隔60°的六個(gè)樁刺空間被擠出。
調(diào)整刺樁成形機(jī)縱向位置，并且每調(diào)整一次縱向位置時(shí)，要同時(shí)調(diào)整刺樁成形機(jī)的橫向位置±30°(即必須按順時(shí)針調(diào)整30°一次、逆時(shí)針調(diào)整30°一次)，然后重復(fù)上述擠壓動(dòng)作，完成第二次擠壓。以此類推可在整個(gè)孔深的設(shè)定位置擠壓出眾多彼此交叉的放射狀樁刺空間，如圖3所示，圖3b為刺樁樁體的俯示圖。
可見(jiàn)使用刺樁成形機(jī)可一次擠壓成形，每換一次位置同時(shí)換一次角度(±30°)，操作方便，大大地縮短了操作時(shí)間，效率更高。
(3)刺樁成形機(jī)的起吊刺樁成形機(jī)的起吊要用圓環(huán)鏈實(shí)現(xiàn)，由自移式臺(tái)車(chē)上的專用絞車(chē)帶動(dòng)兩根規(guī)格相同的圓環(huán)鏈同步升降；圓環(huán)鏈在升降刺樁成形機(jī)的同時(shí)，還承擔(dān)掛搭兩根進(jìn)回油管的任務(wù)。刺樁成形機(jī)的起吊裝置又是一項(xiàng)專利技術(shù)，此處不再贅述。
4沉放鋼筋籠經(jīng)檢驗(yàn)合格后，開(kāi)始沉放鋼筋籠。鋼筋籠宜一次整體吊入，如過(guò)長(zhǎng)亦可分段吊入，兩段焊接好后再徐徐沉放入孔，如圖8-d所示。
6吊放導(dǎo)管鋼筋籠放好后，吊放用于澆筑混凝土的導(dǎo)管，如圖8-d所示。
7澆筑混凝土澆注砼時(shí)要求導(dǎo)管離孔底不得大于0.5m，即h1≤0.5m。初灌量除應(yīng)考慮樁刺的體積外，至少應(yīng)將粗導(dǎo)管埋入1.60m以上，即h2≥1.6m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管底端拔出砼面，如圖8-f所示。然后邊澆邊拔導(dǎo)管，澆注后樁頂(不計(jì)浮槳)至少應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m，即超灌量h3≥0.5m，如圖8-e所示。澆注完畢后，拔出粗導(dǎo)管和護(hù)筒，而細(xì)導(dǎo)管仍然保留在原位不動(dòng)，如圖8-e所示，初步凝固后，即成為圖8-g所示的形狀，即一根刺樁澆筑而成。
權(quán)利要求
1 刺狀灌注樁(簡(jiǎn)稱刺樁)是一種新的樁型，其特征是樁身周?chē)紳M錐形樁刺；根據(jù)設(shè)計(jì)方案，可在整個(gè)樁體外側(cè)交叉(30°)布置若干組(每組六個(gè))樁刺；樁刺的周?chē)桓叨葔好?，從而提高并增加了樁體的樁端阻力，樁側(cè)阻力也有一定的增加。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刺樁，要使用本專利的專用設(shè)備——刺樁成形機(jī)施工樁刺空間，其施工技術(shù)特征是在鉆機(jī)鉆孔結(jié)束后，移出鉆機(jī)；下放刺樁成形機(jī)，至所設(shè)定的位置；開(kāi)動(dòng)自移式臺(tái)車(chē)(本專利不包括自移式臺(tái)車(chē))上的液壓站，操作換向閥，使布置在刺樁成形機(jī)中液壓缸的活塞桿緩慢升出，活塞桿端頭的頂帽擠壓樁孔土壁，直至活塞桿全部升出后，換向閥換向，使活塞桿逐漸縮回，至此縱向距離相同、橫向相隔60°的一組共六個(gè)樁刺空間被擠出，刺樁成形機(jī)完成一次擠壓作業(yè)；調(diào)整刺樁成形機(jī)的縱向和橫向位置(只有相隔30°兩個(gè)位置)，重復(fù)以上操作，依次完成樁體內(nèi)的全部擠壓作業(yè)；經(jīng)必要的清孔后，澆灌成樁。
3 刺樁成形機(jī)為全液壓裝置，其結(jié)構(gòu)特征是由六個(gè)特制的液壓缸及其頂帽構(gòu)成，主要零件有缸體及機(jī)體、活塞、活塞桿、缸蓋、缸底、頂帽、軸銷等。六個(gè)液壓缸每上下一對(duì)為一組，分別向兩個(gè)相反的方向橫向布置；三組反向布置的液壓缸橫向60°布置，縱向用螺柱連接成一體。
全文摘要
刺狀灌注樁施工技術(shù)及其成形機(jī)，提供了一種新的樁型和施工設(shè)備。刺狀灌注樁，因樁身周?chē)紳M樁刺(圖1)而得名，簡(jiǎn)稱刺樁；由于樁刺的存在，使其樁端阻力大幅度提高，樁側(cè)阻力也有所增加，從而改變了樁體的受力機(jī)理，提高了樁體的承載能力。刺樁成形機(jī)由六個(gè)特制的液壓缸及其頂帽構(gòu)成；每?jī)蓚€(gè)液壓缸為一組，上下組合，相反布置；三組液壓缸橫向60°布置，用螺拴連接(圖2、圖3A)。施工時(shí)，操作刺樁成形機(jī)，活塞桿升出(圖3C)，頂帽擠壓樁孔土壁，即可擠出六個(gè)樁刺空間；調(diào)整上下位置，重復(fù)擠壓動(dòng)作，可在整個(gè)孔深內(nèi)有規(guī)律地?cái)D壓出眾多樁刺空間，圖4為主樁壁面展開(kāi)圖。清孔、下放鋼筋籠后，澆灌混凝土即成為刺樁。
文檔編號(hào)E02D5/36GK1528987SQ200310100399
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者武維承, 武熙 申請(qǐng)人:武維承, 武熙