專利名稱：自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭，屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
樁基礎(chǔ)因地質(zhì)適應(yīng)性好、承載力高、沉降小，應(yīng)用廣泛。樁按截面形狀分，有實心方樁、空心方樁、管樁；除常見的等截面樁外，按外觀形狀分，有擴底樁、擠擴樁、螺旋樁、楔形樁等。樁按施工方法分，有非擠土樁、部分擠土樁和擠土樁。按承載機理分，有摩擦樁和端承樁。其中，螺旋樁為摩擦樁，與同直徑同長度的直樁相比，其承載力較高，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟性能。螺旋樁按施工方法分，有非擠土的灌注螺旋樁和擠土的預(yù)制螺旋樁。灌注螺旋樁的成樁質(zhì)量對施工機械和場地要求較高，養(yǎng)護周期長。相對于灌注螺旋樁，預(yù)制螺旋樁可采用鋼或高強混凝土，樁身質(zhì)量好，對場地適應(yīng)性強，無泥漿排放，沉樁快。普通預(yù)制螺旋樁，一般為單螺旋葉片，葉片升角(螺旋葉片與樁軸交界處繞設(shè)角度)較小，一般為5° -30°，施工須采用旋入方式沉樁(樁頂亦須有適當(dāng)壓力)。在沉樁過程中，樁身須承受較大扭矩，樁身材料多采用鋼，造價較高；如果樁身采用混凝土，施工須采用適當(dāng)措施以保證沉樁過程中樁身不承擔(dān)過大的扭矩，比如，樁身截面為外圓內(nèi)方，方孔內(nèi)插入方鋼棒，扭轉(zhuǎn)方鋼棒帶動樁旋轉(zhuǎn)下沉，從而減少樁身承受的扭矩，但這對樁的制作要求較高。實際上，普通預(yù)制螺旋樁在長期的工作狀態(tài)中一般承受軸力及少量彎矩和剪力，并不承擔(dān)扭矩，而在短暫的沉樁過程中卻需承擔(dān)扭矩，這就造成了材料利用的不充分甚至不合理，如混凝土適宜抗壓，不適宜抗扭，承擔(dān)扭矩將使樁身造價偏高；另外，施加較大的扭矩需要較大的機械裝置，設(shè)備投資較高。樁基工程中，經(jīng)常使用預(yù)制樁頭，樁頭的作用一般是堵頭或破土。比如，在沉管灌注樁施工時，先將預(yù)制好的混凝土樁頭置于鋼管底端，使用振動沉管打樁機將樁頭打入地下，這時樁頭的作用一般是堵頭；在預(yù)制樁施工時，在預(yù)制樁底端安裝鋼樁頭，這時樁頭的作用一般是破土。在灌注樁工程中，還經(jīng)常使用擴大樁身或樁底的方法，比如，擠擴樁、珠盤樁、爆擴樁、夯擴樁等，采用增大土體承壓面積的方法提高基樁承載力；載體樁，采用擠密樁端土體的方法提聞基粧承載力。上述預(yù)制粧頭，截面尺寸沒有擴大，不能直接提聞基粧承載力；而擴大樁身或樁底的方法一般用于灌注樁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，一是克服上述旋入式螺旋樁存在的在沉樁過程中施工扭矩較大的不足，提出了一種壓入式螺旋樁，即自旋樁；二是借鑒預(yù)制樁頭、擴大樁身或樁底的方法，采用與自旋樁同樣的入土機制，提出了一種設(shè)置于樁身中段的自旋樁腰，和一種設(shè)置于樁底的自旋樁頭。本發(fā)明中的自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭(下文統(tǒng)稱為自旋體)，均包括有樁軸及螺旋葉片。樁軸周圍繞設(shè)螺旋葉片，螺旋葉片的升角即螺旋葉片與樁軸交界處的繞設(shè)角度為 50° — 85。。自旋體的樁軸可為圓形、圓環(huán)形(管形)或者正多邊形。自旋體的螺旋葉片可分為單螺旋結(jié)構(gòu)與多螺旋結(jié)構(gòu)，多螺旋結(jié)構(gòu)的葉片呈中心旋轉(zhuǎn)對稱布置。螺旋葉片沿環(huán)向(升角方向)可為平板形或波形，沿徑向可為矩形或梯形截面。自旋樁的螺旋葉片為連續(xù)設(shè)置或分層設(shè)置，自旋樁腰及自旋樁頭的螺旋葉片為連續(xù)設(shè)置。自旋體的材料可為鋼、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、預(yù)應(yīng)力高強混凝土、鋼纖維混凝土及其組合。自旋樁在施工時，在樁軸上部設(shè)抱緊裝置，抱緊點沿樁軸周圍均勻布置，防止樁偏斜；抱緊裝置與加壓裝置之間設(shè)置滾動軸承，比如雙向推力球軸承；沉樁期間，對樁頂施加壓力，不施加扭矩，土對螺旋葉片的反力對樁產(chǎn)生分布扭矩，克服樁周圍摩阻力產(chǎn)生的扭矩，推動樁旋轉(zhuǎn)下沉。自旋樁腰設(shè)置于預(yù)制樁的中段，如樁腰設(shè)置于樁的連接處，在樁腰的上端、或下端、或上下兩端設(shè)置滾動軸承；樁腰亦可附著于樁身上，形成裙狀，在樁腰與樁身之間設(shè)置滾動軸承。自旋樁頭分為平頭形和尖錐形。自旋樁頭設(shè)置于預(yù)制樁的底端，在樁頭與預(yù)制樁的連接處設(shè)置滾動軸承，如在預(yù)制樁的底端與樁頭的頂端相連處設(shè)置滾動軸承；預(yù)制樁的底端亦可插入樁頭內(nèi)，在與樁頭的底端相連處設(shè)置滾動軸承。本發(fā)明改變了普通螺旋樁的葉片布置，提出了一種新的沉樁入土機制及相應(yīng)的施工方法。主要措施有四項
一、加大螺旋葉片升角。升角達到50° -85°，利用樁周圍土的反力產(chǎn)生分布扭矩，克服樁周圍摩阻力產(chǎn)生的扭矩，使自旋體旋轉(zhuǎn)；樁軸承受的扭矩沿樁長分散分布，無需象普通螺旋樁那樣在樁頂或樁兩端施加集中扭矩。二、采用多螺旋葉片。自旋體的多螺旋葉片采用中心旋轉(zhuǎn)對稱布置，使樁軸承受的局部扭矩對稱分布并均勻化，從而減小局部扭矩。三、采用滾動軸承連接。施工時，對樁頂僅施加壓力，不施加扭矩，確保樁不受集中扭矩。(I)自旋樁的連接在自旋樁的樁頂采取抱緊措施，抱緊點沿樁軸周圍均勻布置，防止樁偏斜；在抱緊裝置與加壓設(shè)置之間設(shè)置滾動軸承，如雙向推力球軸承。(2)自旋樁腰的連接樁腰設(shè)置于樁的連接處時，在樁腰的上端、或下端、或上下兩端設(shè)置滾動軸承；樁腰亦可附著于樁身上，形成裙狀，在樁腰與樁身之間設(shè)置滾動軸承。(3)自旋樁頭的連接在自旋樁頭與預(yù)制樁的連接處設(shè)置滾動軸承，如在預(yù)制樁的底端與樁頭的頂端相連處設(shè)置滾動。四、優(yōu)化螺旋葉片形狀。螺旋葉片沿環(huán)向(升角方向)可制作為波形，增加葉片的空間剛度及強度，同時又可減小旋轉(zhuǎn)阻力。螺旋葉片沿徑向可制作為梯形截面，減少葉片的應(yīng)力集中程度。上述措施大大減少了沉樁過程中的自旋體所受的扭矩，使得短暫的沉樁過程與長期的工作狀態(tài)所承受的荷載狀況基本一致，這為充分合理利用樁體材料奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。本發(fā)明的有益效果
與普通樁相比較，上述自旋體擴大了樁與周圍土體的承壓面積，有利于提高基樁的承載力。自旋樁可抗壓、抗拔和抗水平力。鋼制或預(yù)應(yīng)力混凝土自旋樁還可拔出后重復(fù)使用。自旋樁在沉樁入土過程中承受的扭矩很小，與其它壓入式樁的施工裝置基本相同；自旋樁腰及自旋樁頭可與普通預(yù)制樁聯(lián)合應(yīng)用，亦不改變現(xiàn)有施工裝置。因此，本發(fā)明技術(shù)經(jīng)濟性能好，便于推廣應(yīng)用。


圖1、2為本發(fā)明帶單螺旋葉片的自旋樁示意圖。圖3、4為本發(fā)明帶雙螺旋葉片的自旋樁示意圖。圖5、6為本發(fā)明帶三螺旋葉片的自旋樁示意圖。圖7、8為本發(fā)明帶四螺旋葉片的自旋樁示意圖。圖9為本發(fā)明鋼制板形螺旋葉片示意圖。圖10為本發(fā)明鋼制波形螺旋葉片示意圖。圖11為本發(fā)明混凝土梯形截面螺旋葉片示意圖。圖12為本發(fā)明自旋樁頂部施工機具安裝示意圖。圖13、14為本發(fā)明自旋樁腰及與預(yù)制樁樁身連接示意圖。圖15、16為本發(fā)明自旋樁頭及與預(yù)制樁樁底連接示意圖。圖中I為樁軸、2為螺旋葉片、3為加壓裝置、4為滾動軸承、5為抱緊裝置、6為自旋樁腰、7為自旋樁頭。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進一步說明
工廠預(yù)制階段樁軸I材料可采用鋼材，亦可采用混凝土(含鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼纖維混凝土等)，或者采用鋼與混凝土的組合。當(dāng)樁軸I采用鋼管或鋼管混凝土?xí)r，相應(yīng)的螺旋葉片2材料采用鋼板。當(dāng)樁軸I采用混凝土?xí)r，相應(yīng)的螺旋葉片2材料亦采用混凝土。工地施工階段(1)自旋樁施工在樁頂設(shè)抱緊裝置5，抱緊點沿樁軸I周圍均勻布置，防止樁偏斜；在抱緊裝置5與加壓設(shè)置3之間設(shè)置滾動軸承4，如雙向推力球軸承；沉樁時,對樁軸I頂施加壓力，不施加扭矩,樁周土推動樁旋轉(zhuǎn)下沉。(2)自旋樁腰6施工自旋樁腰6設(shè)置于預(yù)制樁軸I的中段，如自旋樁腰6設(shè)置于樁軸I和樁軸I的連接處，在自旋樁腰6的上端、或下端、或上下兩端設(shè)置滾動軸承4 ;亦可采取抱緊裝置5使自旋樁腰6附著于樁軸I上，形成裙狀，在自旋樁腰6與樁軸I之間設(shè)置滾動軸承4 ;沉樁時，對樁軸I頂施加壓力，不施加扭矩，樁周土推動自旋樁腰6旋轉(zhuǎn)而樁軸I不轉(zhuǎn)，自旋樁腰6隨樁軸I下沉。(3)自旋樁頭7施工自旋樁頭13設(shè)置于預(yù)制樁11的底端，在自旋樁頭7與預(yù)制樁的連接處設(shè)置滾動軸承4，如在預(yù)制樁的底端與樁頭7的頂端相連處設(shè)置滾動軸承4 ;預(yù)制樁的底端亦可插入樁頭7內(nèi)，在與樁頭7的底端相連處設(shè)置滾動軸承4。
權(quán)利要求
1.自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭，其特征在于，均包括有樁軸及螺旋葉片，樁軸周圍繞設(shè)螺旋葉片，螺旋葉片的升角即螺旋葉片與樁軸交界處的繞設(shè)角度為50° — 85°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭，其特征在于，螺旋葉片分為單螺旋結(jié)構(gòu)與多螺旋結(jié)構(gòu)，多螺旋結(jié)構(gòu)的葉片呈中心旋轉(zhuǎn)對稱布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭，其特征在于，所述螺旋葉片沿環(huán)向即升角方向可為平板形或波形，沿徑向可為矩形或梯形截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述中的自旋樁，其特征在于，所述樁軸上部設(shè)抱緊裝置，抱緊點沿樁軸周圍均勻布置，抱緊裝置上部設(shè)加壓裝置，抱緊裝置與加壓裝置之間設(shè)置滾動軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述中的自旋樁腰，其特征在于，所述自旋樁腰設(shè)置于預(yù)制樁的中段，樁腰連接上下樁，樁腰的上端、或下端、或上下兩端設(shè)置滾動軸承；或樁腰附著于樁軸上，形成裙狀，樁腰與樁身之間設(shè)置滾動軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述中的自旋樁頭，其特征在于，所述自旋樁頭設(shè)置于預(yù)制樁的底端，在樁頭與預(yù)制樁的連接處設(shè)置滾動軸承；或預(yù)制樁的底端插入樁頭內(nèi)，在與樁頭的底端相連處設(shè)置滾動軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述中的自旋樁，其特征在于，所述自旋樁的螺旋葉片為連續(xù)設(shè)置或分層設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述中的自旋樁腰，其特征在于，所述自旋樁腰的螺旋葉片為連續(xù)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或6所述中的自旋樁頭，其特征在于，所述自旋樁頭的螺旋葉片為連續(xù)設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋樁、自旋樁腰，其特征在于，所述樁頭底部分為平頭形和尖錐形。
全文摘要
本發(fā)明涉及自旋樁、自旋樁腰及自旋樁頭。自旋樁包括有樁軸及螺旋葉片；葉片的升角即葉片與樁軸交界處的繞設(shè)角度為50°-85°，形狀可為平板形和波形，截面可為矩形和梯形，葉片可連續(xù)設(shè)置或分層設(shè)置；樁體材料采用鋼、鋼筋、鋼纖維和混凝土制作；沉樁采用壓入方式，期間，樁周土對螺旋葉片的反力產(chǎn)生對樁軸的分布扭矩，克服樁周摩阻力產(chǎn)生的扭矩，使樁旋轉(zhuǎn)下沉；自旋樁可抗壓、抗拔和抗水平力，亦可拔出后重復(fù)使用。自旋樁腰設(shè)置于樁的中段，自旋樁頭設(shè)置于樁的底端，二者形狀與自旋樁類同，但較自旋樁短，且葉片為連續(xù)設(shè)置，隨樁一起壓入土中。本發(fā)明所需施工設(shè)備普通，技術(shù)經(jīng)濟性能好，值得推廣應(yīng)用。
文檔編號E02D7/22GK103046544SQ20131002907
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者湯保新 申請人:湯保新