一种多层级扩大体刚性复合桩制造技术

本发明专利技术公开了一种多层级扩大体刚性复合桩

【技术实现步骤摘要】
一种多层级扩大体刚性复合桩、施工设备及施工方法


[0001]本专利技术涉及基础工程专用桩领域，更具体地说，涉及一种多层级扩大体刚性复合桩
、
施工设备及施工方法
。

技术介绍

[0002]随着城市建设的快速发展，桩基础类型日新月异，目前新的桩型主要有以下几类：
[0003]1、
钻孔挤扩多支盘灌注桩技术
[0004]挤扩支盘桩是在普通钻孔灌注桩的基础上发展起来的
。
支盘桩作为一种桩型具有很长的历史，是在人工挖孔桩中用人工扩孔形成多个承力盘，成为竹节桩
。
不过，由于没有专用的施工机械设备，其应用范围受到限制
。20
世纪
80
年代末期专利技术了用于支盘挤扩成型的液压设备，该设备适用于水上水下各种环境及各种地质条件，使挤扩支盘桩成为一种普遍适用的新技术
。
检测结果表明，挤扩支盘桩承载力的
80
％～
90
％来自承力盘的支撑力，桩侧摩阻力只占总承载力的
10
％～
20
％
。
挤扩支盘桩的承载力是同样桩长
、
桩径普通灌注桩的
2.0
～
3.0
倍
。
[0005]2、
钻孔扩底灌注桩技术
[0006]钻孔扩底灌注桩是对等截面普通钻孔灌注桩施工工艺进一步改进和完善的新桩型
。
施工时当柱状钻头钻到设计持力层后，采用特殊的扩底机械和钻头，通过加压撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层，从而扩大钻孔灌注桩的底部，在达到设计要求的扩底直径后浇注混凝土成桩，形成底部混凝土扩大头
。
钻孔扩底灌注桩可以充分利用桩底土层承载力高的特点，从而大大提高单桩承载力，节约造价
。
该技术
20
世纪
50
年代在国外得到成功应用，近年来我国在该项技术上得到迅速推广和应用
。
[0007]3、
钻孔灌注桩后压浆技术
[0008]钻孔灌注桩承载力低的原因之一是由于桩侧的泥皮过厚和桩底沉渣过厚
。
为了解决这个问题，在钻孔灌注桩施工过程中，在钢筋笼上设置桩底压浆管和桩侧压浆管，并固定在钢筋笼上随钢筋笼一起下入钻孔，然后浇灌混凝土
。
等混凝土达到一定强度后，从压浆管压入高压水泥浆使桩侧泥皮和桩底沉渣得到加固，一般在桩底形成水泥浆加固体的扩大头，在桩侧形成水泥浆劈裂渗透的网状结构，使桩端和桩侧阻力得到提高
。
检测结果表明，注浆后的单桩承载力提高
30
％～
100
％
。
目前该技术在软黏土地区提高钻孔灌注桩承载力起到重要作用，并已逐渐发展成为较成熟的工艺技术，在上海
、
天津
、
广州等地得到广泛应用
。
[0009]上述的钻孔挤扩多支盘灌注桩技术
、
钻孔扩底灌注桩技术和钻孔灌注桩后压浆技术的缺点共性如下：首先由于采用旋转取土，多余的土方必须外运，增加成本；其次采用钢筋混凝土现浇模式，受现场工人技术水平限制，工程质量可靠性差；再次有的采用泥浆成孔，泥浆造成城市污染；最后这三项技术虽然采用了扩径的模式，但扩径部分为素混凝土，或为水泥土混合物，为半刚性结构体，抗剪差，在高承载力及抗剪力的情况下，容易产生破坏，造成质量隐患
。
[0010]4、
钻孔复合桩技术
(
静压植根桩
)
[0011]挤扩支盘桩
、
扩底桩
、
后压浆灌注桩从提高土对桩的阻力方面作了改进，使桩的承载力得到大幅度提高
。
但是，对灌注桩的桩身缩颈
、
离析，甚至断桩问题没有得到根本的解决
。
对于桩侧土的摩阻力和桩端阻力大幅度提高，设计采用一柱一桩情况下，确保桩身质量问题显得更加突出
。
为解决桩身质量问题，采用钻孔的方法植入钢筋混凝土预制桩
。
其施工流程为，先在预定的位置钻孔，然后将钢筋混凝土预制桩接好，放入钻孔中心，将注浆管插入桩底把高压水泥浆压入桩与钻孔的空隙中，等水泥浆凝固后就形成了一个钻孔复合桩
。
[0012]钻孔复合桩的缺点：首先静压植根桩采用螺旋取土，多余的土方必须外运，增加成本；其次静压植根桩桩径扩大头受限于钻孔直径，无法增加刚性扩大头直径，虽然底部可以扩径，但扩径部分充填为水泥土，刚度差
、
抗剪差，无法充分发挥扩大头的优势；第三，从扩大头到桩顶部，竹节扩大部分上下一致，不能充分发挥支盘扩径的优点
。
[0013]5、
囊袋式扩大头预制空心桩
[0014]通过对埋置入土层部分的桩体进行囊袋式扩大，可以大幅度提升桩的抗水平位移能力，从而优化桩径和桩长
。
[0015]缺点：首先采用囊袋式存在很严重的质量隐患，质量不可控；其次囊袋式充填为水泥浆液作为扩大体部分，同样存在半刚性结构体，抗剪差
。
在高承载力及抗剪力的情况下，容易产生破坏，造成质量事故
。
[0016]6、
扩大头预制桩
[0017]扩大头预制桩的施工流程大致如下：
(1)
利用沉桩机械将预制管桩和空心桩尖沉至预定标高；
(2)
利用空心桩尖中间的孔洞投放炸药；
(3)
引爆炸药；
(4)
在桩端形成扩大头；
(5)
在爆扩头内投放填料
(
碎石等
)
，并夯实；
(6)
浇混凝土，形成桩端加强区，形成桩端扩大头
。
用该方法极大地提高了桩的承载力，改善了桩端土的物理力学指标，避免了桩端土的软化，降低工程造价
。
[0018]缺点：首先采用炸药在目前环保要求下，基本无可行性；其实充填的碎石
、
混凝土为半刚性体，抗剪差，在高承载力及抗剪力的情况下，容易产生破坏，造成质量问题
。
[0019]7、
劲性复合桩
[0020]劲性水泥土搅拌植入管桩由水泥土搅拌桩
、
管桩两部分组成
。
水泥土搅拌桩由大型搅拌杆将水泥浆液从其喷口以高压喷入地基，并强行与原土搅拌，形成大直径水泥土搅拌桩，在水泥土搅拌桩初凝前插入其中管桩，形成复合受力桩的一种新桩型，一般称为劲性复合桩
。
据芯桩相对于搅拌桩的长短，可分为短芯劲性搅拌桩和长芯劲性搅拌桩
。
[0021]缺点：首先劲性复合桩的承载力来源于侧壁摩阻力和端部承载力
。
外环水泥土部分的承载力因水泥土抗剪差，刚度低，无法作为有效端部承载力计算；其次侧壁摩阻力要考虑外侧水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多层级扩大体刚性复合桩，包括搅拌桩或旋喷桩
(100)
和置入搅拌桩或旋喷桩
(100)
内的刚性桩
(200)
，其特征在于：所述搅拌桩或旋喷桩
(100)
包括主桩身
(110)
和轴向间隔分布在主桩身
(110)
上的至少两层支盘扩大体，所述刚性桩
(200)
包括能够插入主桩身
(110)
内的刚性桩主体
(210)
和轴向间隔分布在刚性桩主体
(210)
上且与上述的支盘扩大体位置相对应的刚性扩大体，所述刚性扩大体具有能够受控径向展开的刚性支盘，且收缩状态的刚性支盘的外轮廓尺寸小于主桩身
(110)
的内轮廓尺寸，径向展开状态的刚性支盘的外轮廓尺寸大于主桩身
(110)
的内轮廓尺寸，并沿径向伸入搅拌桩或旋喷桩
(100)
的对应支盘扩大体内，所述刚性支盘上下轴向限位以传递抗压和抗拔载荷
。2.
根据权利要求1所述的多层级扩大体刚性复合桩，其特征在于：所述刚性支盘通过翼板展开执行机构受控径向展开，所述翼板展开执行机构为气压伸出机构或液压伸出机构或机械传动伸出机构
。3.
根据权利要求2所述的多层级扩大体刚性复合桩，其特征在于：所述刚性支盘通过锁定机构被限制在径向展开状态
。4.
根据权利要求1或2或3所述的多层级扩大体刚性复合桩，其特征在于：所述刚性扩大体包括一级刚性扩大体
(220)
和二级刚性扩大体
(230)
，所述一级刚性扩大体
(220)
的外轮廓尺寸等于或略小于主桩身
(110)
的内轮廓尺寸，所述二级刚性扩大体
(230)
为径向尺寸可变扩大体结构，收缩状态的二级刚性扩大体
(230)
的外轮廓尺寸等于或略小于一级刚性扩大体
(220)
的外轮廓尺寸，径向展开状态的二级刚性扩大体
(230)
的外轮廓尺寸大于一级刚性扩大体
(220)
的外轮廓尺寸
。5.
根据权利要求4所述的多层级扩大体刚性复合桩，其特征在于：所述一级刚性扩大体
(220)
包括上支盘
(221)、
下支盘
(222)
和芯管
(224)
，所述上支盘
(221)
和下支盘
(222)
套设在芯管
(224)
上并通过垫块
(223)
固定连接，在上支盘
(221)
和下支盘
(222)
之间形成用于安装二级刚性扩大体
(230)
的空间；所述二级刚性扩大体
(230)
包括径向滑动设于上支盘
(221)
和下支盘
(222)
之间的若干扩大翼板
(231)
，所述扩大翼板
(231)
与芯管
(224)
之间设有伸缩气囊
(232)
，通过伸缩气囊
(232)
的充气膨胀使扩大翼板
(231)
径向展开
。6.
根据权利要求5所述的多层级扩大体刚性复合桩，其特征在于：所述上支盘
(221)
或下支盘
(222)
上设有弹簧销机构，所述扩大翼板
(231)
靠近芯管
(224)
的一侧具有插销孔，在所述扩大翼板
(231)
径向展开后，通过弹簧销机构插入插销孔内实现扩大翼板
(231)
的锁定
。7.
根据权利要求4所述的多层级扩大体刚性复合桩，其特征在于：每层所述支盘扩大体均包括一级支盘扩大体
(120)
和二级支盘扩大体
(130)
，所述二级支盘扩大体
(130)
的直径大于一级支盘扩大体
(120)
的直径，并位于一级支盘扩大体
(120)
的下方，形成阶梯式支盘扩大体结构；所述一级刚性扩大体
(220)
与一级支盘扩大体
(120)
位置相对应，所述二级刚性扩大体
(230)
与二级支盘扩大体
(130)
位置相对应
。8.
一种权利要求1至7任意一项所述的多层级扩大体刚性复合桩的施工设备，包括钻具
(1)
，所述钻具
(1)
通过旋喷分流器
(6)
安装在三轴搅拌桩机
(2)
或旋拧机
(4)
上，用于成型上述的搅拌桩或旋喷桩
(100)
，还包括用于置入上述的刚性桩
(200)
的刚桩置入设备，其特征在于：所述钻具
(1)
包括钻具主体
(1
‑
1)
和设于钻具主体
(1
‑
1)
底部的螺旋搅拌合金钻头
(1
‑
2)
，所述钻具主体
(1
‑
1)
的外侧壁上沿轴向间隔分布有若干搅拌叶片
(1
‑
3)
，位于钻具主体
(1
‑
1)
底部或螺旋搅拌合金钻头
(1
‑
2)
上的搅拌叶片
(1
‑
3)
上设有朝向外侧的高压水泥浆喷嘴
(1
‑
4)
和高压水喷嘴
(1
‑
16)
，所述高压水泥浆喷嘴
(1
‑
4)
通过高压水泥浆管路
(1
‑
5)
连接至旋喷分流器
(6)
上的高压水泥浆接口，所述高压水喷嘴
(1
‑
16)
通过高压水管路
(1
‑
17)
连接至旋喷分流器
(6)
上的高压水接口；所述钻具主体
(1
‑
1)
上位于搅拌叶片
(1
‑
3)
的下方分别设有下部低压水泥浆喷嘴
(1
‑
6)
和下部压缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴斌华，高强，韩斌，王立东，魏鹏，俞建金，李鑫鑫，刘蔚蔚，张磊，刁志翔，
申请(专利权)人：江苏建院城市发展有限公司，
类型：发明
国别省市：