專利名稱：使用具有上向流量限制器的中空心軸建造夯實(shí)集料墩的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用位移心軸(displacement mandrel)在基土中安裝集料 墩(aggregate pier )，以用于支撐建筑物、墻、工業(yè)設(shè)施以及與運(yùn)輸相關(guān)的 結(jié)構(gòu)。尤其，本發(fā)明涉及通過使用圓柱形中空心軸來安裝集料墩的方法和 設(shè)備，所述心軸包括用于在壓實(shí)過程中限制集料向上流入到心軸中的裝置。
背景技術(shù)：
位于包含軟土或松軟土壤的區(qū)域內(nèi)的重型設(shè)施或?qū)Τ两得舾械脑O(shè)施 經(jīng)常支撐在深地基上。這樣的深地基一般由打入樁或鉆孔后安裝的混凝土 墩構(gòu)成。深地基設(shè)計(jì)成將結(jié)構(gòu)負(fù)載通過軟土轉(zhuǎn)移到更強(qiáng)的土層。
近年來，集料墩越來越多地用來支撐位于包含軟土層的區(qū)域中的結(jié) 構(gòu)。墩設(shè)計(jì)成加強(qiáng)和加固軟層，并且使因而發(fā)生的沉降減到最低。這樣的 墩使用多種方法來建立，包括例如在美國專利No. 5,249,892和No. 6,354,766 ("短集料墩(Short Aggregate Piers)")中描述的鉆孔和夯實(shí)方法、 例如在美國專利No. 6,425,713 ("橫向位移墩(Lateral Displacement Pier)") 中描述的打入心軸方法(driven mandrel method),以及例如由Nathanial S.Fox開發(fā)并稱為"撞擊墩(impact Pier )，，且在美國專利No. 7,226,246中描 述的夯頭打入心軸方法。
上面提及的包括鉆或挖掘腔的"短集料墩"技術(shù)是一種有效的地基解 決方案，尤其是當(dāng)安裝在其中孔的側(cè)壁穩(wěn)定性容易維持的粘性土中時。
"橫向位移墩"和"撞擊墩"方法是為在其中腔的側(cè)壁穩(wěn)定性不容易 維持的顆粒土壤中安裝集料墩而開發(fā)的。"橫向位移墩"通過將管道打入 到地中，鉆出管道內(nèi)的土，用集料填充管道，并且使用管道來壓實(shí)"薄層 中，，的集料而建造。通常在管道底部使用斜邊來壓實(shí)。
"撞擊墩"是"橫向位移墩，，的擴(kuò)展。在此情形中，將較小直徑(8 到16英寸)的夯頭打入到地中。將夯頭連接到管道， 一旦將夯頭打入到 設(shè)計(jì)深度，就用碎石填充管道。然后提起夯頭，從而允許石料保留在腔中， 并且然后將夯頭打回去，以便壓實(shí)每一層集料。撞擊墩超過橫向位移墩的 優(yōu)勢在于建造的速度。
本發(fā)明是對這樣的已有技術(shù)的改進(jìn)，且尤其是對橫向位移墩、撞擊墩 和其方法的改進(jìn)。通過在打入心軸的過程中限制集料通過心軸向上位移來 為壓實(shí)集料提供更有效的機(jī)械裝置。
通常，本發(fā)明將采用鋼質(zhì)心軸(steel mandrel),而鋼質(zhì)心軸由作為主 要部分的用于將集料傳送到下部管道部分或夯頭的上部管道構(gòu)成。在抽回 心軸的過程中，集料的向上移動最小。然而，在壓實(shí)過程中，有可能在心 軸被向下壓時，材料被上推到心軸中。根據(jù)本發(fā)明，消除或大大減小了材 料向上移動到心軸內(nèi)的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種裝備有流量限制器的心軸，以避免在向下壓 實(shí)過程中集料向上移動到心軸中。本發(fā)明涉及例如在美國專利No. 6,425,713 ("橫向位移墩")中描述的系統(tǒng)和方法以及例如由Fox開發(fā)并稱 為"撞擊墩，，并且在美國專利No. 7,226,246中公開的夯頭打入心軸方法。 前面提到的所述全部文件的公開內(nèi)容在此特別地通過引用并入。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明可利用兩個圓柱形管道部分，這兩個圓柱
管道部分是主要的集料輸送機(jī)械裝置。集料輸送到位于頂部管道部分的上 端處的加料斗中。心軸的底部管道部分可具有比頂部管道部分略微大的直 徑，并且還作為心軸的夯頭來操作?？梢允侵鲃訖C(jī)械的或者被動的結(jié)構(gòu)構(gòu) 件位于底部管道部分內(nèi)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常允許集料材料不受限制地通過心軸 向下移動，并且當(dāng)心軸被升起時通過底部管道部分移出。當(dāng)通過向下移動 心軸來夯實(shí)集料時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件限制或者妨礙集料或者其它材料向上流動到 心軸中。
在第一實(shí)施方案中，底部管道部分包括，例如，呈可移動的垂直延伸 的構(gòu)件的形式的機(jī)械流量限制器。限制器安裝在底部管道部分內(nèi)部的頂部 區(qū)域附近，鄰近兩個管道部分的界面(但是應(yīng)理解，底部部分和頂部部分 可包括具有不同壁厚等的單一整體單元)。在夯實(shí)或壓實(shí)操作中，機(jī)械流 量限制器以主動的和動態(tài)的方式運(yùn)行，以限制心軸中的集料或土壤向上移 動。
在這個實(shí)施方案中，機(jī)械流量限制器優(yōu)選地由鋼鏈、線繩，或其它類 似的機(jī)械裝置構(gòu)成。機(jī)械流量限制器一般在心軸底部管道部分或夯頭內(nèi)部 固定到它們的頂端，并且當(dāng)心軸升起時，在心軸底部管道部分內(nèi)垂直向下 延伸。這是因?yàn)?，?dāng)心軸向上升起時集料使限制器變直。當(dāng)心軸在集料壓 實(shí)過程中向下移動時，機(jī)械流量限制器自由移動，并且由于與集料相互作 用而在心軸底部管道部分內(nèi)向內(nèi)和向上移動。當(dāng)限制器向內(nèi)移動時，它們 往往將集料擠在一起，從而限制集料在心軸內(nèi)向上流動。
在更具體的實(shí)施方案中，心軸的下端還可以包括犧牲盤(sacrificial plate )(另外，在此也稱為一次性打入鞋形物(driving shoe ))。犧牲盤被插 入到心軸夯頭的底部的開口內(nèi)。所述盤阻止土壤在打入操作過程中進(jìn)入心 軸中，并且，在集料的堆放和壓實(shí)過程中，所述盤留在心軸的底部?？蛇x 擇地，在打入前，可以去除犧牲盤，并且可以將集料放置在心軸的內(nèi)部。 在打入過程中，集料起限制土i裏進(jìn)入心軸的作用，這是因?yàn)橥ㄟ^機(jī)械流量 限制器防止了集料回到心軸中。在根據(jù)本發(fā)明建造集料墩時，將心軸打入到它的設(shè)計(jì)深度。如杲使用 犧牲盤，則通過安裝在心軸上端的加料斗將集料輸送到心軸頂部。如果在 沒有犧牲盤時打入心軸，則可在打入前將集料輸送到心軸中。 一旦在打入
操作過程中達(dá)到了想要的深度，就將心軸抽出預(yù)定的量，例如， 一般約3
英尺，并且允許集料流過心軸的主要的頂部輸送部分和較大的底部管道部 分。然后，使用能夠?qū)討B(tài)的或靜態(tài)的向下的力傳遞給夯頭的底部管道部
分的常規(guī)設(shè)備向下打入心軸， 一般約2英尺。在向下打入過程中，通過進(jìn) 入到心軸底部的集料將機(jī)械流量限制器向內(nèi)和向上推。這個動作使得流量 限制器在夯頭中集中在一起。然后，夯頭通過流量限制器在該區(qū)域閉合， 并且因此避免或妨礙了集料在心軸中向上流動。
在可選的實(shí)施方案中，本發(fā)明如先前所描述的，并且也可以具有兩個 圓柱形管道部分，這兩個圓柱形管道部分在它們的相鄰端對準(zhǔn)并互相連接 以形成長形心軸。如前所述，心軸的頂部管道部分是主要的集料傳輸機(jī)械 裝置，并且集料輸送到位于頂部管道部分的上端處的加料斗中。在一個實(shí) 施方案中，心軸的底部管道部分的直徑比頂部管道部分的直徑略微大，并 且當(dāng)心軸升起時，允許集料通過心軸進(jìn)行不受限制的移動。底部管道部分 還用作心軸的夯頭。
在這個實(shí)施方案中，；波動流量限制器安裝在底部管道部分的內(nèi)部，并 且用來限制集料在夯實(shí)或壓實(shí)操作中向上移動。被動流量限制器是靜態(tài)結(jié) 構(gòu)，并且大致水平向內(nèi)延伸。被動流量限制器可以由鋼、鋼合金、木材、 金屬盤，或者能夠在心軸的直接垂直向下移動的作用中在心軸底部部分內(nèi) 提供被動抵抗的其它構(gòu)造材料制成。被動流量限制器沿著底部管道部分或 者夯頭的內(nèi)周邊固定。被動流量限制器沿著它們的頂部表面的角度可以從 相對于水平線為大約0度到從水平線向下大約60度變化。它們延伸到心 軸中心的量足以在夯實(shí)過程中限制集料向上移動，但是當(dāng)心軸上升時基本 不阻止集料相對于心軸向下移動。
與第一實(shí)施方案一樣，心軸的下端也可以裝配有插入到心軸夯頭的底 部的開口內(nèi)的犧牲盤。作為一種選擇，可以在打入前去除所述盤并且將集 料放置在心軸中，以防止土壤在操作過程中進(jìn)入。在向下打入的過程中，進(jìn)入心軸的底部的集料與被動限制器接合。這個動作導(dǎo)致被動限制器之間 的集料"拱形"到限制器，從而"阻塞"心軸，并且阻止集料向上流動。
在所有實(shí)施方案中，本發(fā)明允許當(dāng)心軸升起時集料相對于心軸不受限 制的重力流動或移動，并且在向下打入心軸時提供形成臨時的集料堵塞
(aggregate plug )的機(jī)械或被動限制。集料堵塞能阻止集料在心軸中進(jìn)一 步向上移動，并且因此允許在向下壓實(shí)過程中集料堵塞與夯頭的底部邊緣 一起用作另外的壓實(shí)表面。這個較大的壓實(shí)表面有利于建造更強(qiáng)的和更硬 的墩。
可以理解，如下所迷的本發(fā)明不限于在下面的描述或


中闡述 的部件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以有可供選擇的實(shí)施例并且能以多 種方式實(shí)踐或?qū)嵤＞唧w地，所述的尺寸以及它們出現(xiàn)在附圖中的位置僅 僅是示例性的實(shí)施方式，并且在條件允許時可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員修改。
附圖簡述
圖1是闡述了根據(jù)本發(fā)明的受機(jī)械限制的心軸的第一實(shí)施方式的部分 截面前視示意圖。
圖2是圖1心軸的部分截面?zhèn)纫暿疽鈭D。
圖3是示出了用于集料的加料斗的本發(fā)明心軸的頂視圖。
圖4是圖1心軸的底部管道部分或夯頭的放大的部分截面示意圖，顯 示了機(jī)械流量限制器的實(shí)施方式，例如圍繞夯頭的內(nèi)周邊設(shè)置的鏈。
圖5是圖1中示出的底部管道部分或夯頭的放大的平面底視圖。
圖6是圖1實(shí)施方式的底部部分的內(nèi)部的透視圖。
圖7是圖1心軸的部分截面前視示意圖，此時，具有犧牲端帽(sacrificial end cap)的心軸正^皮打入。
圖8是與圖7相似的心軸的部分截面前視示意圖，此時，心軸正被抽 出離開腔底部的犧牲端帽并且離開腔中的松的填充集料。圖9是與圖7和圖8相似的心軸的部分截面前視示意圖，此時，心軸 正被向下打入以壓實(shí)心軸底部下面的松的集料，其中流量限制器向上和向 內(nèi)變形以壓縮夯頭的截面面積，并通過在心軸的底部部分形成臨時的集料 堵塞來防止集料經(jīng)過心軸向上移動。
圖10是圖示了使心軸的底部部分內(nèi)部的集料成拱形來阻止在夯實(shí)過 程中集料向上流動的視圖。
圖11是顯示了根據(jù)本發(fā)明的被動流量限制器的第二實(shí)施方式的部分 截面前視示意圖。
圖12是圖11顯示的心軸的部分截面?zhèn)纫暿疽鈭D。
圖13是圖11心軸的具有被動流量限制器的底部管道部分或夯頭的放
大的部分截面前4見示意圖。
圖14是圖13中示出的底部管道部分或夯頭的放大的底視圖，示出了 圍繞底部管道部分的內(nèi)周邊延伸的限制器。
圖15是圖11心軸的部分截面前視示意圖，此時，具有犧牲端帽的心 軸正纟皮打入。
圖16是與圖15相似的心軸的部分截面前視示意圖，此時，心軸正被 抽出離開腔底部的犧牲端帽，并且離開腔中的松的填充集料。
圖17是與圖15和圖16相似的心軸的前視圖，此時，心軸正被向下 打入以壓實(shí)松的填充集料，其中集料與被動流量限制器接合。
圖i8是示出了負(fù)載才莫數(shù)測試比較的曲線圖。
詳述
一方面，提供了一種用于在基土中安裝集料墩的方法和設(shè)備。所述方 法由用能夠打入心軸的基礎(chǔ)機(jī)器將如圖中所示出的中空管道心軸1打入到 基土中組成?；A(chǔ)機(jī)器一般裝備有振動打樁錘(vibratory piling hammer) 和對心軸施加靜態(tài)力以實(shí)現(xiàn)貫入到基土中的能力。這樣的機(jī)器是常規(guī)的， 并且在本領(lǐng)域中是眾所周知的，因此在這里不需要用更多的細(xì)節(jié)來描述。作為可選的機(jī)器，也可以使用例如那些僅僅提供靜態(tài)力、僅僅提供動態(tài)力， 或者它們的組合的機(jī)器。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，如圖1、 2、 7、 8、 9、 11、 12、 13、 15、 16和17
所示，心軸可具有安裝在較大直徑的底部管道部分2的頂部的較小直徑的 頂部管道部分9。盡管心軸1的上部部分9和下部部分2以示例性方式示 出為分開的部分，且其中下部部分2的外部直徑比上部部分9的外部直徑 大，但是它們也能采用其它形式。例如，上部部分9和下部部分2可被制 成為單獨(dú)的一個整體單元。進(jìn)一步地，上部部分9的外部直徑可與下部部 分2的外部直徑相同。在這樣的實(shí)施方案中，可通過使下部部分2比上部 部分9的壁薄來容納流量限制器。在示例性實(shí)施方案中，頂部管道部分9 和底部管道部分2優(yōu)選地由具有待構(gòu)建的集料墩所期望的尺寸大小的標(biāo)準(zhǔn) 圓柱或鏈接鋼管(articulated steel pipe)形成，這對那些普通技術(shù)人員來說 是明顯的。頂部管道部分9的下端優(yōu)選地使用環(huán)狀連接板10和適當(dāng)?shù)暮?接或者類似方法固定到底部管道部分2的上端，如圖4和圖13所示。底 部管道部分2用作夯頭。在圖l-10的實(shí)施方案中，底部管道部分2裝備有 垂直延伸的流量限制器6,所述流量限制器6在壓實(shí)過程中限制集料通過 心軸向上移動。
在打入之前，心軸可選地裝配有犧牲盤3，該犧牲盤3起打入鞋形物 的作用，并被裝入構(gòu)成心軸頭的底部部分2的內(nèi)部環(huán)形體4內(nèi)。 一次性打 入鞋形物比心軸頭的環(huán)形體略微大些，且因此，在打入到需要的打入深度 時，打入鞋形物在心軸1的底部保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩．?dāng)心軸l升起時，打 入鞋形物保持在打入深度，并且作為操作的一部分^f皮犧牲掉。構(gòu)成打入鞋 形物的犧牲盤3可以由鋼、鋼合金、木材、金屬盤，或者其它構(gòu)造材料制 成?？蛇x地，代替盤3，心軸1可充有集料，使得當(dāng)心軸l被打入時，集 料將在環(huán)形空間4內(nèi)形成臨時堵塞。
加料斗5在所有附圖中示出，尤其在圖3中示出，并且加料斗5可固 定(或者可拆除地固定)到心軸的頂部。加料斗5用于在操作過程中隨時 將集4牛注入到心軸內(nèi)(例如，舉例來說，通過在國際專利申請No. PCT/US2006/019678中描述的開縫心軸，其公開內(nèi)容在此通過引用并入)。至于本發(fā)明使用的集料，其通常是最大顆粒尺寸一般小于2英寸的"干
凈"石料。對于術(shù)語"千凈石料(clean stone)"而言，其意思是，其一般 包括的石料中少于5。/。的石料通過No. 200篩子尺寸(0.074英寸)。也可以 使用可選的集料組成，例如最大顆粒尺寸范圍在1/4英寸和3英寸之間的 千凈石料、其中多于5。/。的集料通過No. 200篩子尺寸的集料、再生混凝土、 礦渣、再生瀝青、沙子、玻璃以及其它構(gòu)造材料。
在可選的結(jié)構(gòu)中，心軸1的頂部部分9可以使用軋制鋼制造，以形成 具有圓形截面的圓柱。優(yōu)選地，心軸1的底部部分2的截面面積比心軸的 上部部分的截面面積略微大些。也可以使用其它可選的心軸直徑和形狀， 例如由鋼制成以形成方形、八邊形，或者鏈-接形狀的心軸。
心軸1的構(gòu)成夯頭的底部部分2的下部邊緣8也可以向外成斜角，而 不是如在示例性實(shí)施方案中示出的直的斷面。
盡管頂部部分9的直徑可以變化(例如，舉例來說，從大約6英寸至 大約14英寸)，但是心軸1的頂部部分9的外部直徑優(yōu)選地約為10英寸。 心軸壁厚也可以變化，例如，從大約1/4英寸至大約1英寸，取決于心軸 的直徑、長度、心軸的構(gòu)造材料以及打入條件。優(yōu)選地，心軸1為大約10 英尺至大約40英尺長。然而，可以采用可選的長度，例如，5英尺短和 70英尺長。底部管道部分或下部管道部分2的外部直徑優(yōu)選地比上部管道 部分9的外部直徑大約2至6英寸，取決于上部管道部分的直徑。
圖1-10實(shí)施方案中的心軸1的底部部分2包括垂直延伸的可移動的機(jī) 械流量限制器6，如圖4和圖5所示的，所述流量限制器6在它們的頂端 固定到鄰近頂部管道部分9的底端處的開口的連接板10的下表面。還如 圖6中所示的，流量限制器6沿著構(gòu)成夯頭的底部管道部分2的內(nèi)周邊以 大致圓形圖案自由地懸掛。
在這個實(shí)施方案中，流量限制器6優(yōu)選地是在心軸1的夯頭2中形成 圓形列陣的16個鋼連接鏈。根據(jù)心軸1和夯頭的直徑，可選數(shù)量的鋼連 接鏈可以用于列陣中。每一鋼鏈的連接數(shù)量也可根據(jù)每一單獨(dú)的鏈連接尺 寸和夯頭2的高度而變化。每一單獨(dú)的鏈的總長度優(yōu)選為下部管道部分2 的內(nèi)部高度的大約1/3至大約2/3。每一鏈段的厚度例如從大約1/4英寸至大約l英寸變化?？蛇x的材料，例如線繩或其它抗拉伸力但顯示出小的抗 壓縮力的機(jī)械裝置，也可以用于上向流量限制器6。
在操作中，將心軸1打入到想要的設(shè)計(jì)深度。如果使用犧牲盤3，則 在打入到想要的設(shè)計(jì)深度后，用集料填充加料斗5?？蛇x地，在打入前， 集料被部分地或全部地充入到心軸頭2的內(nèi)部，使得機(jī)械流量限制器6的 限制在構(gòu)成心軸1的夯頭的底部部分2中形成臨時的集料堵塞，以便在打 入到想要的設(shè)計(jì)深度的過程中，土壤不會明顯地進(jìn)入心軸1和2的內(nèi)部。
一旦心軸1到達(dá)了設(shè)計(jì)深度，就將其略微升起，并且，犧牲盤3或當(dāng) 沒有采用盤時的臨時的集料堵塞變?yōu)楸灰崎_，并保持在設(shè)計(jì)深度。當(dāng)心軸 升起時，集料通過相對于心軸向下移動并且移動到夯頭2的環(huán)形空間4之 外而保持在適當(dāng)位置。結(jié)果，心軸升起，而集料保持在原位，沒有明顯的 額外的集料向下流動。此時，通常地，集料第一次接觸所產(chǎn)生的腔的側(cè)壁。 在這個操作過程中，心軸1一般上升大約3英尺，并且然后一般向下打回 大約2英尺，以壓實(shí)由于夯頭上升而留下的集料。心軸1的打入迫佳j幾械 流量限制器6阻止由于接合集料而產(chǎn)生的向上，因此減小了夯頭2的截面 面積。這樣，阻止了任何大量的集料向上流回到心軸1內(nèi)。如圖10示例 性顯示的，這種限制在夯頭內(nèi)形成了臨時的集料堵塞。
對于打入操作來說，可以采用可選的升起和打入量。例如，為了實(shí)現(xiàn) 更寬的集料墩，可以將心軸1升起4英尺或5英尺，然后向下打入3英尺 或4英尺，在給定的深度提供較大體積的壓實(shí)集料以及較大寬度的集料。 對于想要小的寬度的應(yīng)用時，可以將心軸升起2英尺并打入1英尺。根據(jù) 想要的結(jié)果，可以采用其它的量，這對于普通技術(shù)人員來說容易明白。
由底部部分2構(gòu)成的心軸頭的環(huán)形空間4中的臨時的集料堵塞有利于 強(qiáng)迫所放置的松的集料層向下并且橫向進(jìn)入到孔的側(cè)壁內(nèi)，并且增加周圍 土壤的壓力。如易于明白的，在底部到頂部操作中逐漸建立了墩。
在如圖11-17所示的可選的實(shí)施方案中，心軸的底部部分2包括，例 如，固定在底部部分2的周邊周圍的水平設(shè)置的被動流量限制器16。在圖 11、 12、 13、 15、 16和17的圖示中，流量限制器16僅僅部分顯示在底部 部分2的內(nèi)周邊的側(cè)面邊緣。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中，流量限制器16 —般在底部部分2的內(nèi)周邊周圍延伸，這在圖14中更清楚地示出。
被動流量限制器16優(yōu)選地具有向下傾斜的上表面，以有利于集料向
下流動，并且還具有水平或者反向傾斜的(未示出)下表面，以便當(dāng)心軸
1在壓實(shí)過程中向下移動時限制或阻止集料向上流動。被動流量限制器16 沿著底部部分2的周邊向內(nèi)延伸。
舉例來說，在本實(shí)施方案中，位于不同高度的3個水平被動流量限制 器在底部部分2中示出，并且在內(nèi)部圓周周圍完全延伸。被動流量限制器 16之間的間距可以變化，例如，從0.25英尺到1英尺。根據(jù)心軸的頂部 部分9和底部部分2的內(nèi)部直徑以及所使用的集料的顆粒尺寸，被動流量 限制器16的寬度可以不同。被動流量限制器16的寬度應(yīng)使得通過心軸的 向上位移允許集料呆在所形成的腔中(并且接觸腔壁)。相反，在打入心 軸1的過程中，集料的向上流動的被動限制由于集料和限制器16之間的 接合而得以實(shí)現(xiàn)。被動流量限制器16的數(shù)量根據(jù)底部部分2的長度變化。 另外，如先前提到的，流量限制器16將延伸進(jìn)入底部部分2的中心的量 足以限制集料在夯實(shí)過程中的向上流動，但是當(dāng)心軸1上升時基本不阻止 集料保持在腔的底部。
除此以外，在所有其它方面，圖11-17的實(shí)施方案與圖1-10的實(shí)施方 案一般相同。
在圖11-7的實(shí)施方案的操作中，如之前的，將心軸打入到設(shè)計(jì)深度。 如果采用了犧牲盤3，則在打入到設(shè)計(jì)深度后，也再一次用集料填充加料 斗5?？蛇x地，如圖1-10的實(shí)施方案中的情況，在打入之前，可以將集料 部分地或全部地填充進(jìn)心軸1和底部夯頭2內(nèi)，且集料接合^f皮動流量限制 器16,以在心軸1的底部部分2中形成臨時的集料堵塞，使得在打入過程 土壤不進(jìn)入到心軸1的內(nèi)部。
一旦心軸1到達(dá)了設(shè)計(jì)深度并且心軸1被略微升起，則犧牲盤3或者 臨時的集料堵塞變?yōu)楸灰崎_，并且保持在設(shè)計(jì)深度。當(dāng)心軸l升起時，集 料保持在原位，并且，相對于心軸向下移動并流到夯頭下部部分2中的圓 形空間4之外。在其它方面，該方法一般與關(guān)于圖l-10描述的一樣。在^l行本發(fā)明時，注意到，應(yīng)用圖1-10中的實(shí)施方案與應(yīng)用例如美國
專利No. 7,226,246中描述的系統(tǒng)做對比，來完成全部安裝和現(xiàn)場負(fù)載模數(shù) 測試。在討論所做的測試時，參考圖18的圖表，其闡述了例如圖1-10所 示的裝置與例如美國專利No. 7,226,246中公開的裝置之間的模數(shù)負(fù)載測試 的比較結(jié)果。
實(shí)施例
圖18示出了兩個墩的測試結(jié)果， 一個使用相似于美國專利No. 7,226,246中描述的方法建造，且一個使用本發(fā)明建造。兩個墩都使用具有 14英寸直徑頭的心軸和使用向上3英尺和向下2英尺的方法(如上面所描 述的)建造。圖18的圖表顯示，用例如圖1-10中的心軸建造的墩比使用 例如美國專利No. 7,226,246中的系統(tǒng)建造的墩更硬。更具體地，圖表在 X-軸上示出了墩頂部的應(yīng)力，并在Y-軸上示出了墩頂部的撓度。在建造過 程中進(jìn)行的容積測量顯示，使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的平均墩直徑比使用引 用的美國專利的系統(tǒng)的平均墩直徑大20%。
在進(jìn)行測試時，用于兩個系統(tǒng)的模數(shù)負(fù)載測試墩的集料由具有大約 0.50英寸到大約1.25英寸的名義顆粒尺寸范圍的碎石灰?guī)r碩石組成。圖 18的圖表示出了其中兩個墩安裝在地表下17英尺到19英尺深度的并排比 較。地表由具有很少或沒有淤泥的從細(xì)到中等顆粒的砂礫組成。
通過在墩的頂部上放置混凝土柱帽來準(zhǔn)備模數(shù)負(fù)載測試?；炷林?被安裝成使得柱帽的底部形成在地表下24英寸，并且柱帽的頂部與地表 適當(dāng)齊平。柱帽的直徑為24英寸，以便限制墩的頂部的整個表面面積。 通過對混凝土柱帽的頂部施加增加的負(fù)載執(zhí)行測試。液壓頭和負(fù)載反力架 用來施加負(fù)載。
圖18的表示出了墩頂部的應(yīng)力與墩頂部的撓度。該應(yīng)力用每一負(fù)載 增量的測試負(fù)載除以混凝土柱帽的面積來確定。在混凝土柱帽的頂部使用 指示表來確定墩頂部的撓度。校準(zhǔn)指示表以具有0.001英寸的精度。將指 示表安裝到所提到的由反力架獨(dú)立支撐的橫梁上。
如觀察圖18的表可以得知的，測試結(jié)果表明，對于使用相似的集料組成安裝到相似的深度和相似的土壤條件的墩，當(dāng)與使用前述專利的系統(tǒng) 安裝的墩比較時，如圖1-10所示的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)顯示了更強(qiáng)的硬度。 在墩應(yīng)力的相關(guān)頂部用墩頂部的應(yīng)力所界定的強(qiáng)度除以墩頂部的撓度來 ^故這個比H。
盡管通過各種實(shí)施方式的描述闡述了本發(fā)明，并且盡管用相當(dāng)多的細(xì) 節(jié)描述了這些實(shí)施方式，但是本申請人沒有意圖要限制，或者無論如何沒 有要將所附權(quán)利要求的范圍限制到這樣的細(xì)節(jié)。因此，本發(fā)明在其更廣泛 的方面不限于所示出和所描述的特定細(xì)節(jié)、代表性的設(shè)備和方法以及示例 性的例子。因此，可對這樣的細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，而不背離申請人的總的發(fā)明 概念的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于建造集料墩的系統(tǒng)，其包括心軸，其具有上部部分和夯頭，并且，有一通道延伸通過所述心軸，以用于通過所述心軸將集料輸送到所述夯頭；且所述夯頭是敞開的，以提供用于使集料通過所述夯頭離開所述心軸的通道，并且，所述夯頭具有在其中連接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，當(dāng)所述心軸在操作過程中升起時，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許集料經(jīng)由所述心軸自由流動，并且，在向下夯實(shí)過程中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件防止集料流回到所述心軸中。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述夯頭的直徑比所述心軸的 上部部分的直徑大。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可與所述夯頭接合的打 入盤，以防止在將所述心軸打入到預(yù)定深度的過程中土壤進(jìn)入所述心軸。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括可移動的機(jī) 械流量限制器，所述可移動的機(jī)械流量限制器移動以阻塞進(jìn)入所述心軸的 夯頭通道，從而防止在夯實(shí)過程中集料流入到所述心軸中。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)械流量限制器包括連接 成圍繞所述夯頭的內(nèi)壁向下延伸的鏈。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可與所述夯頭接合的打 入盤，以防止在將所述心軸打入到預(yù)定深度的過程中土壤進(jìn)入所迷心軸。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括被動流量限 制器，所述被動流量限制器防止在夯實(shí)過程中集料流回到所述心軸中。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述被動流量限制器是基本水 平延伸的構(gòu)件，所述基本水平延伸的構(gòu)件沿所述夯頭的內(nèi)周邊圍繞所述夯 頭的內(nèi)壁固定。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述基本水平延伸的構(gòu)件具有 從相對于水平線為大約0度到從水平線向下大約60度傾斜的頂部表面。
10. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可與所述夯頭接合的打 入盤，以防止在將所述心軸打入到預(yù)定深度的過程中土壤進(jìn)入所述心軸。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述心軸的上部部分和所述夯 頭是具有一致外部直徑的單一整體單元。
12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述心軸的上部部分和所述夯 頭是連接在一起的兩個分離的單元。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述夯頭的直徑比所述上部 部分的直徑大。
14. 一種用于建造集料墩的方法，其包括使用具有上部部分和夯頭的 心軸，所述上部部分和所述夯頭允許集料經(jīng)由所述心軸流動，所述方法包 括提供以一種構(gòu)型連接在所述夯頭內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述構(gòu)型允許，當(dāng)所 述心軸在操作過程中升起時，集料保持在通過打入所述心軸而形成的腔 中；以及在夯實(shí)操作過程中，通過所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件和所述集料之間的接合來阻止 集料流回到所述心軸中。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括將集料輸送到所述 夯頭中，并將所述心軸打入到想要的深度。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括當(dāng)所述心軸處于想 要的深度時，將集料輸送到所述心軸中，升起所述心軸以允許所述集料留 下，夯實(shí)所卸下的集料，并且重復(fù)所述步驟直到建造了想要的集料墩。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述集料是石料、再生混凝 土、再生瀝青、礦渣、沙子以及玻璃中的一種。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括使?fàn)奚P與所述夯頭 接合，以使得不能流入所述夯頭，并將所述心軸打入到想要的深度。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，當(dāng)打入到所述想要的深度時， 將所述犧牲盤從所述夯頭釋放。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括當(dāng)所述心軸處于想要 的深度時，將集料輸送到所述心軸中，升起所述心軸以允許所述集料留下， 夯實(shí)所卸下的集料，并且重復(fù)所述步驟直到建造了想要的集料墩。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述集料是石料、再生混凝 土、再生瀝青、礦渣、沙子以及玻璃中的一種。
22. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括可移動的 機(jī)械流量限制器，所述可移動的機(jī)械流量限制器移動以阻塞進(jìn)入所述心軸 的夯頭通道，從而防止在夯實(shí)過程中集料流入到所述心軸中。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述機(jī)械流量限制器包括連 接在所述夯頭的內(nèi)壁周圍以在其中向下延伸的鏈。
24. 如4又利要求14所述的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括-故動流量 限制器，所述被動流量限制器阻止在夯實(shí)過程中集料流入到所述心軸中。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述被動流量限制器是圍繞 所述夯頭的內(nèi)周邊的基本水平延伸的構(gòu)件。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述基本水平延伸的構(gòu)件具 有從相對于水平線為大約0度到從水平線向下大約60度傾斜的頂部表面。
27. —種用于建造集料墩的系統(tǒng)，其包括心軸，其具有上部部分和夯頭，且有一通道延伸通過所述心軸，以用 于通過所述心軸將集料輸送到所述夯頭；且所述夯頭是敞開的，以提供用于使集料通過所述夯頭進(jìn)入腔內(nèi)的通 道，并且，所迷夯頭具有可移動的機(jī)械流量限制器，所述可移動的機(jī)械流 量限制器移動以阻塞進(jìn)入所述心軸的夯頭通道，從而防止在夯實(shí)過程中集 料流入到所述心軸中。
28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)械流量限制器包括連 接在所述夯頭的內(nèi)壁周圍以在其中向下延伸的鏈。
29. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述夯頭的直徑比所述心軸 的所迷上部部分的直徑大。
30. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可與所述夯頭接合的 打入盤，以防止在將所述心軸打入到預(yù)定深度的過程中土壤進(jìn)入所述心軸。
31. —種用于建造集料墩的系統(tǒng)，其包括心軸，其具有上部部分和夯頭，并且有一通道延伸通過所述心軸，以 用于通過所迷心軸將集料輸送到所迷夯頭；且所述夯頭是敞開的，以提供用于使集料通過所述夯頭進(jìn)入腔內(nèi)的通 道，并且所述夯頭具有被動流量限制器，所述被動流量限制器用于防止在 夯實(shí)過程中集料流回到所述心軸中。
32. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述被動流量限制器是沿所 述夯頭的內(nèi)周邊圍繞所述夯頭的內(nèi)壁固定的基本水平延伸的構(gòu)件。
33. 如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述基本水平延伸的構(gòu)件具 有從相對于水平線為大約0度到從水平線向下大約60度傾斜的頂部表面。
34. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可與所述夯頭接合的 打入盤，以防止在打入到預(yù)定深度的過程中土壤進(jìn)入所述心軸。
全文摘要
提供了一種用于安裝集料墩的系統(tǒng)和方法。將圓柱形中空心軸打入到想要的深度。逐步地將集料輸送通過心軸。升起并打入心軸以夯實(shí)集料。心軸的夯頭中的物理構(gòu)件允許集料保留在由心軸形成的腔中，并且防止集料在打入過程中進(jìn)入心軸。
文檔編號E02D3/12GK101617083SQ200880005930
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月22日
發(fā)明者布萊恩·梅特卡夫, 科爾德·J·維斯曼 申請人:土工技術(shù)強(qiáng)化公司