專利名稱：一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基礎(chǔ)工程領(lǐng)域，涉及一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置及方法，可廣泛應(yīng)用于各種地基的鉆孔灌注樁施工，尤其對(duì)于含礫卵石層及軟土地基，其優(yōu)越性更加明顯。
背景技術(shù)：
目前，鉆孔灌注樁在高層建筑地基施工中應(yīng)用越來越多，其直徑大、施工簡(jiǎn)單、承載力高的優(yōu)勢(shì)使其具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，常規(guī)鉆孔灌注樁施工時(shí)，樁端存在虛土和難以清理的沉渣，吳立春等在文《樁底沉渣對(duì)鉆孔灌注樁承載力影響的試驗(yàn)研究》(工程勘察 2009年增刊第2期)中指出，樁端沉渣過厚不僅會(huì)大幅降低樁端承載力(文中試驗(yàn)最大降幅達(dá)50%)，對(duì)樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮也有較大影響，從而導(dǎo)致單樁承載力下降明顯(試驗(yàn)中最大降幅達(dá)到25%)。蔣建平等人在文《樁端巖土差異對(duì)超長(zhǎng)樁影響的對(duì)比研究》(巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2004年第18期)中，通過對(duì)兩根樁長(zhǎng)72m、直徑lm、樁端沉渣分別為0和30mm 的超長(zhǎng)灌注樁對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在荷載14700kN時(shí)，后者沉降量達(dá)前者的2. 8倍，單樁承載力差異明顯。針對(duì)此缺陷，工程界一直在研究其改進(jìn)工藝，在現(xiàn)有的改進(jìn)工藝中，通過擴(kuò)底方法壓實(shí)虛土和沉渣，從而提高單樁承載力的研究思路逐漸成為主流，其中專利申請(qǐng)?zhí)?200710157293. 4，公開號(hào)CNlOl 135151A的“高承載力的預(yù)制與現(xiàn)澆鋼砼組合樁身的爆破成樁方法”通過爆破樁端土體，用砼澆注底座的方法形成擴(kuò)底樁；專利申請(qǐng)?zhí)?00720014694. X，公開號(hào)CN201087400Y的“高承載力沉管灌注擴(kuò)底樁”和專利號(hào)200720091935. 0，公開號(hào) CN201080793Y的“新型長(zhǎng)螺旋壓漿鉆桿”均采用擴(kuò)底的機(jī)械設(shè)備形成樁端底座空間，用砼澆注底座的方法形成擴(kuò)大頭。就工藝的復(fù)雜程度而言，不論是爆破擴(kuò)底還是機(jī)械擴(kuò)底方法，都是人為地將整個(gè)擴(kuò)底工藝分成擴(kuò)底和澆砼兩個(gè)環(huán)節(jié)，并針對(duì)擴(kuò)底環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，形成擴(kuò)底空間后，通常采用控制澆砼的方法形成擴(kuò)大頭，顯然此方法需要特殊機(jī)械且工藝復(fù)雜。針對(duì)采用注漿方式改善樁端土體性質(zhì)的工藝措施，由于較為復(fù)雜的施工工藝常常會(huì)造成漿液難以控制，導(dǎo)致大量的注漿材料被浪費(fèi)，尤其當(dāng)樁端附近存在含礫卵石類巖土層或滲透性較好的軟土地基時(shí)，漿液會(huì)向四周大范圍滲流，導(dǎo)致樁端附近的土體無法形成擴(kuò)頭底座，達(dá)不到預(yù)先的設(shè)計(jì)目的。工程界也提出了其他改進(jìn)工藝，如專利申請(qǐng)?zhí)?95111174. 4，公開號(hào)CN1144332A的“一種測(cè)試或提高鉆孔灌注樁承載力的方法及其專用皮囊”將一個(gè)預(yù)留注漿管和出漿管的專用皮囊隨鋼筋籠下放至樁底，通過注漿實(shí)現(xiàn)擴(kuò)底和壓實(shí)虛土及沉渣的目的，但是皮囊的高彈性表皮材料在面對(duì)含礫卵石層或其他硬質(zhì)地基時(shí)， 其擴(kuò)底作用難以發(fā)揮，對(duì)樁端虛土和沉渣的壓實(shí)效果非常有限，同時(shí)對(duì)于樁端存在帶棱角的碎石時(shí)，皮囊材料易破損進(jìn)而導(dǎo)致工藝失效。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置及方法， 將擴(kuò)底工藝中擴(kuò)底和澆砼兩個(gè)環(huán)節(jié)合并在一起，不僅能達(dá)到壓實(shí)樁端虛土和沉渣，提高單樁承載力的工程目的，而且簡(jiǎn)化了樁端擴(kuò)底的工藝環(huán)節(jié)，節(jié)省了注漿材料，同時(shí)解決了在含礫卵石層等硬質(zhì)地基和軟土地基中注漿擴(kuò)底效果差的工程問題。本發(fā)明一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，包括進(jìn)漿口(1)、出漿口 O)、止?jié){上擋板⑶、止?jié){下?lián)醢澧?、尖齒(5)、封閉伸縮環(huán)(6)、預(yù)留注漿管(7)以及預(yù)留出漿管⑶， 其特征在于
所述進(jìn)漿口(1)、出漿口 O)、止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4)及封閉伸縮環(huán)(6)相互間緊密連接，封閉伸縮環(huán)(6)為可折疊的高強(qiáng)度柔性材料，如SBC120聚乙烯丙綸復(fù)合卷材、 PVC、EVA、PE、ECB等抗拉強(qiáng)度高且能產(chǎn)生較大塑性變形的材料，在注漿壓力作用下產(chǎn)生一定的變形但不破裂，有利于最大限度地?cái)D密周邊土體；
所述止?jié){下?lián)醢?4)下方均勻分布有尖齒(5)，所述尖齒( 為金屬材料或高強(qiáng)度土工材料，如鋼材、高強(qiáng)度復(fù)合塑料、人工或天然石材、混凝土等高強(qiáng)度材料，在注漿壓力作用下止?jié){下?lián)醢?4)產(chǎn)生下向位移，尖齒( 可有效深入土體，并與擠密土體共同形成承載體。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4)及封閉伸縮環(huán) (6)在封閉伸縮環(huán)(6)擴(kuò)展后，形成以圓盤狀擴(kuò)頭體。圓盤狀的擴(kuò)頭體具有如下的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
(1)擴(kuò)頭體形成過程及其對(duì)樁端土體的擠壓過程同時(shí)進(jìn)行，形成的擴(kuò)頭體性狀完全匹配樁端土體的各薄弱點(diǎn)；
(2)擴(kuò)頭體配合下部尖齒，可有效深入樁端土體內(nèi)，具有擠壓加固和改善樁端土體應(yīng)力狀態(tài)的獨(dú)特效果。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述止?jié){上擋板C3)及止?jié){下?lián)醢?4)采用金屬材料或高強(qiáng)度土工材料制作，如鐵板、人工石材、高強(qiáng)塑料等較常見的材料，易于加工生產(chǎn)和推一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底方法，其特征在于，所述方法如下
(1)首先進(jìn)行常規(guī)灌注樁的鉆孔施工，樁孔成型后，將擴(kuò)底裝置水平布設(shè)于灌注樁鋼筋籠底部，并采用螺紋或機(jī)械連接依次連接預(yù)留注漿管(7)與進(jìn)漿口(1)、預(yù)留出漿管(8)與出漿口 O)，隨灌注樁鋼筋籠下放至樁孔中；
(2)完成常規(guī)灌注樁的澆砼施工后，調(diào)節(jié)注漿流量和注漿壓力對(duì)樁端擴(kuò)底裝置進(jìn)行高壓注漿；
(3)預(yù)先制備并埋設(shè)于樁端的擴(kuò)底裝置下端配有尖齒，在高壓注漿的壓力作用下，止?jié){上擋板⑶與止?jié){下?lián)醢澧戎g的空間被填充、擴(kuò)大，封閉伸縮環(huán)(6)擴(kuò)展，尖齒對(duì)樁端四周土體進(jìn)行有效擠壓，從而達(dá)到壓實(shí)樁端虛土和沉渣，形成圓盤狀擴(kuò)頭體(14)，提高樁體承載力的目的。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述步驟O)中，注漿時(shí)，壓力注漿泵(11)的注漿壓力、儲(chǔ)漿器(1 的容量、攪拌機(jī)(π)的攪拌速度以及圓盤狀擴(kuò)頭體(14)的注漿量可以根據(jù)樁體設(shè)計(jì)承載力、樁端巖土體的工程特性以及樁端擴(kuò)底裝置各部件的強(qiáng)度等因素進(jìn)行綜合設(shè)定。該技術(shù)方案使得本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種地基的鉆孔灌注樁施工，尤其對(duì)于含礫卵石層及軟土地基，其優(yōu)越性更加明顯。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于它簡(jiǎn)化了樁端擴(kuò)底的工藝環(huán)節(jié)，澆砼的同時(shí)利用擴(kuò)底裝置在高壓注漿壓力作用下的充分?jǐn)U展形成擴(kuò)頭底座。同時(shí)，封閉環(huán)境下加壓擴(kuò)底，大大提高了注漿材料的利用率，而且?guī)Ъ恺X的擴(kuò)底裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于規(guī)?；a(chǎn)。與現(xiàn)有各種擴(kuò)底裝置及方法相比，在常規(guī)地基擴(kuò)底時(shí)工藝環(huán)節(jié)更加簡(jiǎn)單易行，在含礫卵石等硬質(zhì)地基和軟土地基擴(kuò)底時(shí)，不僅避免了注漿材料的無謂消耗，而且能夠?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)注漿和有效擴(kuò)底，形成樁端擴(kuò)頭底座并充分壓實(shí)虛土和沉渣，從而大幅提高樁體承載力，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工程價(jià)值。


圖1 一壓漿前灌注樁結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2—壓漿前樁端擴(kuò)底裝置示意圖； 圖3—壓漿后灌注樁結(jié)構(gòu)示意圖4一壓漿后樁端擴(kuò)底裝置示意圖； 圖5—樁端擴(kuò)底裝置俯視剖面圖； 圖6—樁端擴(kuò)底裝置仰視剖面圖。各圖中結(jié)構(gòu)包括進(jìn)漿口(1)、出漿口 O)、止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?、尖齒 (5)、封閉伸縮環(huán)(6)、預(yù)留注漿管(7)、預(yù)留出漿管(8)、注漿管(9)、出漿管(10)、壓力注漿泵(11)、儲(chǔ)漿器(12)、攪拌機(jī)(13)、圓盤狀擴(kuò)頭體(14)、巖土體(15)、樁孔(16)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖1所示為壓漿前灌注樁結(jié)構(gòu)示意圖。施工過程中，首先進(jìn)行常規(guī)鉆孔灌注樁的鉆孔施工，樁孔16成型后，將擴(kuò)底裝置水平布設(shè)在灌注樁鋼筋籠底部，并采用螺紋或機(jī)械連接依次連接進(jìn)漿口 1與預(yù)留注漿管7、預(yù)留注漿管7與注漿管9、出漿口 2與預(yù)留出漿管 8、預(yù)留出漿管8與出漿管10。在樁外地面上，將攪拌機(jī)13、儲(chǔ)漿器12和壓力注漿泵11依次連接完畢并最終與注漿管連接，形成完整注漿系統(tǒng)后，可對(duì)樁孔內(nèi)灌注砼，完成澆砼成樁工藝。圖2所示為壓漿前樁端擴(kuò)底裝置示意圖。預(yù)制的樁端擴(kuò)底裝置為圓盤狀，其外徑比樁孔直徑小2 5cm，擴(kuò)底裝置中進(jìn)漿口 1和出漿口 2位于止?jié){上擋板3上部?jī)蓚?cè)，且距邊緣2、cm。止?jié){上擋板3與止?jié){下?lián)醢?間用封閉伸縮環(huán)6連接，壓漿前，封閉伸縮環(huán)6折疊鋪設(shè)于止?jié){上下?lián)醢逯g，尖齒5均勻密布于止?jié){下?lián)醢?表面。圖3所示為壓漿后灌注樁結(jié)構(gòu)示意圖。樁身澆砼完成后應(yīng)進(jìn)行對(duì)樁端擴(kuò)底裝置進(jìn)行壓漿，壓漿過程中，壓力注漿泵11的注漿壓力、儲(chǔ)漿器12的容量、攪拌機(jī)13的攪拌速度以及圓盤狀擴(kuò)頭體14的注漿量應(yīng)考慮樁體設(shè)計(jì)承載力、樁端巖土體15的工程特性以及樁端擴(kuò)底裝置各部件的強(qiáng)度等因素進(jìn)行綜合設(shè)定。圖4所示為壓漿后樁端擴(kuò)底裝置示意圖。漿液經(jīng)過攪拌機(jī)13攪拌、儲(chǔ)漿器12和壓力注漿泵11加壓，經(jīng)過注漿管9和預(yù)留注漿管7，由進(jìn)漿口 1注入擴(kuò)底裝置內(nèi)腔，管內(nèi)及腔內(nèi)的空氣經(jīng)由出漿口 2，沿預(yù)留出漿管8和出漿管10被排到地面，使整個(gè)擴(kuò)頭裝置內(nèi)充滿漿液并充分?jǐn)U展擠壓樁端巖土體15。圖5所示為樁端擴(kuò)底裝置俯視剖面圖，反映了止?jié){上擋板3、進(jìn)漿口 1、出漿口 2以及封閉伸縮環(huán)6之間的布置關(guān)系。圖6所示為樁端擴(kuò)底裝置仰視剖面圖，反映了止?jié){下?lián)醢?上尖齒5的分布情況及其與封閉伸縮環(huán)6之間的布置關(guān)系。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于樁端擴(kuò)底裝置，在樁端擴(kuò)底套的預(yù)先制作過程中，首先應(yīng)保證進(jìn)漿口、出漿口、止?jié){上擋板、止?jié){下?lián)醢逡约胺忾]伸縮環(huán)之間連接緊密，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)整套裝置的封閉注漿擴(kuò)展。另外，選擇擴(kuò)底裝置各部件的制作原材料時(shí)，止?jié){上擋板、止?jié){下?lián)醢搴图恺X應(yīng)優(yōu)先考慮金屬材料或高強(qiáng)度土工材料制作，封閉伸縮環(huán)應(yīng)優(yōu)先考慮高強(qiáng)度柔性材料制作，同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合不同工程實(shí)際，生產(chǎn)不同材質(zhì)、不同規(guī)格和不同極限承載壓力的擴(kuò)底產(chǎn)品。例如，在遇到含礫卵石層等硬質(zhì)地基時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮硬度大、強(qiáng)度高的材料，這樣才能在擠壓含礫卵石巖土層時(shí)保證裝置不被破壞而漏漿，有效壓實(shí)樁端附近的礫卵巖土層；而遇到軟土地基時(shí)，應(yīng)首先考慮硬度小、彈性好的材料，這樣既能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)底裝置的大范圍擴(kuò)展，保證軟土的充分壓實(shí)，又能節(jié)約工程成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的。同時(shí)，本發(fā)明的擴(kuò)底裝置及方法還可在矩形樁、方形樁等其他斷面的樁基端部加固中使用。本發(fā)明的其他配套設(shè)施，包括各注漿管、出漿管、注漿設(shè)備和密封材料等，可參考類似工程選用，本發(fā)明無特殊要求。
權(quán)利要求
1.一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，包括進(jìn)漿口(1)、出漿口 O)、止?jié){上擋板(3)、 止?jié){下?lián)醢?、尖齒(5)、封閉伸縮環(huán)(6)、預(yù)留注漿管(7)以及預(yù)留出漿管(8)，所述進(jìn)漿口(1)、出漿口 O)、止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4)及封閉伸縮環(huán)(6)相互間緊密連接； 其特征在于所述止?jié){下?lián)醢?4)下方均勻分布有尖齒(5)，所述止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4) 及封閉伸縮環(huán)(6)在封閉伸縮環(huán)(6)擴(kuò)展后，形成帶尖齒的圓盤狀擴(kuò)頭體(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，其特征在于所述封閉伸縮環(huán)(6)為SBC120聚乙烯丙綸復(fù)合卷材、PVC、EVA、PE或ECB等抗拉強(qiáng)度高且具有一定變形能力的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，其特征在于所述尖齒 (5)為鋼材、高強(qiáng)度復(fù)合塑料、人工石材、天然石材或混凝土高強(qiáng)度材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，其特征在于所述止?jié){上擋板( 及止?jié){下?lián)醢?4)為金屬材料或高強(qiáng)度土工材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，其特征在于所述止?jié){上擋板C3)及止?jié){下?lián)醢?4)為鐵板、人工石材或高強(qiáng)塑料。
6.一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底方法，其特征在于，所述方法如下6. 1首先進(jìn)行常規(guī)灌注樁的鉆孔施工，樁孔成型后，將擴(kuò)底裝置水平布設(shè)于灌注樁鋼筋籠底部，并采用螺紋或機(jī)械連接依次連接預(yù)留注漿管(7)與進(jìn)漿口(1)、預(yù)留出漿管(8)與出漿口 O)，隨灌注樁鋼筋籠下放至樁孔中；6. 2完成常規(guī)灌注樁的澆砼施工后，調(diào)節(jié)注漿流量和注漿壓力對(duì)樁端擴(kuò)底裝置進(jìn)行高壓注漿；6. 3預(yù)先制備并埋設(shè)于樁端的擴(kuò)底裝置下端配有尖齒，在高壓注漿的壓力作用下，止?jié){上擋板⑶與止?jié){下?lián)醢澧戎g的空間被填充、擴(kuò)大，封閉伸縮環(huán)(6)擴(kuò)展，尖齒對(duì)樁端四周土體進(jìn)行有效擠壓，從而達(dá)到壓實(shí)樁端虛土和沉渣，形成圓盤狀擴(kuò)頭體(14)，提高樁體承載力的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底方法，其特征在于所述步驟6.2中，注漿時(shí)，壓力注漿泵(11)的注漿壓力、儲(chǔ)漿器(1 的容量、攪拌機(jī) (13)的攪拌速度以及圓盤狀擴(kuò)頭體(14)的注漿量可以根據(jù)樁體設(shè)計(jì)承載力、樁端巖土體的工程特性以及樁端擴(kuò)底裝置各部件的強(qiáng)度等因素進(jìn)行綜合設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明屬于基礎(chǔ)工程領(lǐng)域，涉及一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置及方法。本發(fā)明一種帶尖齒的新型灌注樁擴(kuò)底裝置，包括進(jìn)漿口(1)、出漿口(2)、止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4)、尖齒(5)、封閉伸縮環(huán)(6)、預(yù)留注漿管(7)以及預(yù)留出漿管(8)，所述進(jìn)漿口(1)、出漿口(2)、止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4)及封閉伸縮環(huán)(6)相互間緊密連接；所述止?jié){下?lián)醢?4)下方均勻分布有尖齒(5)，所述止?jié){上擋板(3)、止?jié){下?lián)醢?4)及封閉伸縮環(huán)(6)在封閉伸縮環(huán)(6)擴(kuò)展后，形成帶尖齒的圓盤狀擴(kuò)頭體(14)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于它簡(jiǎn)化了樁端擴(kuò)底的工藝環(huán)節(jié)，澆砼的同時(shí)利用擴(kuò)底裝置在高壓注漿壓力作用下的充分?jǐn)U展形成擴(kuò)頭底座。
文檔編號(hào)E02D5/44GK102168421SQ20111006130
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者吳順川, 高永濤 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)