專利名稱：混凝土樁及用于成型這種樁的螺旋鉆機和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種混凝土樁，以及用于成型這種混凝土樁的螺旋鉆機和方法。
背景技術：
隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，建筑工程對地基的設計施工要求越來越高，因此混凝土樁在高層建筑、橋梁、港口和近海建筑等工程中得到越來越廣泛的應用。為了使樁基能夠滿足抗變形，抗震等建筑設計要求，常采用加長樁體、加大樁體直徑等方式來提高承載力。但是，加長或加大樁體直徑必然會導致增大混凝土的用量，特別是當樁體長度和直徑之比過大時，樁體的承載能力會顯著下降，因此，通過加長或加大樁體來提高樁體的承載能力往往是徒勞的，同時勢必還會造成混凝土的大量浪費。本申請人通過實際研究發(fā)現(xiàn)，樁體所受到的垂直和水平載荷在地面以下的淺層受力較大，因此只需加大在地面以下的淺層處的樁體直徑便能夠大大提高混凝土樁的承載能力，且能夠節(jié)省混凝土用量。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土樁，以及用于成型這種混凝土樁的螺旋鉆機和方法。采用本發(fā)明，不但能夠保證并提高樁體承載能力，有效地保持樁體的設計形狀，同時還能夠大大節(jié)省混凝土的用量，在各種地質條件下，能夠快速、高質量地進行施工，并降低工程造價。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種混凝土樁，其由上部，下部以及連接了所述上部和下部的中部一體構成，所述上部的直徑大于所述下部的直徑。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述上部的直徑與所述下部的直徑之比為(1.2～6)∶1。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述中部為倒錐臺形，其斜面延長線與混凝土樁的中心軸線的夾角為5°～90°，通常該夾角為45°。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述中部由沿混凝土樁軸向設置的多個倒錐臺和連接相鄰倒錐臺的圓柱部分組成。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述上部的深度L應大于0.1米。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，在混凝土樁中插有鋼筋籠。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，在所述混凝土樁的最外層和周圍土層之間形成有水泥漿擴孔護壁層。
本發(fā)明還提供了一種用于成型混凝土樁的螺旋鉆機，其包括底盤，設置在底盤上的鉆塔以及通過鉆塔上的升降系統(tǒng)安裝在鉆塔上的鉆具，所述鉆具設有帶螺旋刀片的空心鉆桿，其頂端經(jīng)動力頭與混凝土供料管的一端可相對轉動地相互連通，其下端設有鉆頭，在所述空心鉆桿的下端出料口處設有閥板，所述鉆具由上部，下部以及連接所述上部和下部的中部一體構成，所述上部的直徑大于所述下部的直徑。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述鉆具的上部的直徑與其下部的直徑之比為(1.2～8)∶1。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述鉆具的中部為至少一個倒錐臺形。所述倒錐臺形中部的斜面延長線與混凝土樁的中心軸線的夾角為5°～90°。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，在所述空心鉆桿內沿其軸向設有內注漿管，其上端與用于供給水泥漿的外部供漿管相連，所述內注漿管的下端與水泥漿噴嘴連通。
另外，作為對本發(fā)明的進一步改進，所述水泥漿噴嘴設置在位于所述鉆具底部的螺旋刀片的非受力面下且不應超出所述螺旋刀片的非受力面邊緣。噴嘴的數(shù)量為一個兩個或更多，它們對稱于所述空心鉆桿的軸線分布。
本發(fā)明還提供了一種用于成型混凝土樁的方法，其包括以下步驟當鉆具最下端的鉆頭的鉆進深度達到預成型混凝土樁的大直徑上部所具有的深度后，開動泥漿泵，經(jīng)水泥漿噴嘴旋噴出水泥漿，以形成水泥漿擴孔護壁層；當鉆具最下端的鉆頭達到混凝土樁的設計成型深度后，提升鉆具，同時，經(jīng)鉆具內的空心鉆桿壓灌混凝土，混凝土填實鉆出的孔以達到混凝土樁的成型高度后，移開鉆具，以形成混凝土樁。
作為對本發(fā)明方法的進一步改進，所述水泥漿噴嘴的噴射壓力為0.1-30Mpa。
作為對本發(fā)明方法的進一步改進，在灌注混凝土后，插入鋼筋籠。
通過本發(fā)明的混凝土樁，不但能夠保證并提高樁體承載能力，有效地保持樁體的設計形狀，同時還能夠大大節(jié)省混凝土的用量，例如在同等條件下，用同等數(shù)量的混凝土材料，能夠提高樁體的承載能力達80％以上。采用本發(fā)明中用于成型混凝土樁的螺旋鉆機和方法，能夠在各種地質條件下，快速、高質量地進行施工，制造出具有特定形狀的混凝土樁，并降低工程造價。
從以下附圖能夠更清楚地理解本發(fā)明的特點和優(yōu)點，其中圖1(a)-1(d)分別描述了本發(fā)明不同結構的混凝土樁；圖2為本發(fā)明的螺旋鉆機的整體示意圖，在該圖中可以看到，本發(fā)明的螺旋鉆機外接有混凝土泵，砼攪拌機和泥漿泵、水泥漿攪拌機；圖3為本發(fā)明的螺旋鉆機的詳細正視圖；
圖4(a)為本發(fā)明螺旋鉆機中鉆具的詳細視圖；圖4(b)為表示水泥漿噴嘴在螺旋刀片上設置結構的局部放大視圖；圖5(a)-5(f)為表示用于成型本發(fā)明混凝土樁的方法過程的示意圖。
具體實施例方式
圖1(a)-(d)分別描述了本發(fā)明不同結構的混凝土樁。從這些附圖中可清楚地看到，本發(fā)明的混凝土樁10的共同特點在于其由上部10A，下部10C以及連接了上部10A和下部10C的中部10B一體構成。上部10A的直徑D大于下部10C的直徑d且D∶d的比為(1.2～8)∶1。上部10A的深度L通常大于0.1米。如圖1(b)所示，所述中部10B為倒錐臺形，其斜面延長線與混凝土樁10的中心軸線I的夾角為5°～90°，通常為45°。在混凝土樁10的最外層和周圍土層之間形成有水泥漿護擴孔壁層12。根據(jù)實際需要，也可對本發(fā)明的混凝土樁10的結構作出一定的改進，如圖1(d)所示，可以在混凝土樁10中插入鋼筋籠14，或如圖1(c)所示，可加厚下部10C和周圍土層之間的水泥漿擴孔護壁層12。當插入鋼筋籠14時，根據(jù)抗水平力的要求，通常，上部10A的深度L＞2.5D。
上面已經(jīng)論述了本發(fā)明的混凝土樁10的結構，下面，參照圖2-4(b)對用于形成所述混凝土樁10的本發(fā)明螺旋鉆機20以及用于該鉆機的鉆具28進行詳細說明。
所述螺旋鉆機20包括底盤22，設置在底盤22上的鉆塔24以及通過鉆塔上的升降系統(tǒng)26安裝在鉆塔24上的鉆具28。鉆具28設有帶螺旋刀片28a的空心鉆桿28b。如圖3和4a所示，鉆具28的形狀與上述混凝土樁10相似，也由具有大直徑的上部，倒錐臺形的連接中部和具有較小直徑的下部一體構成，其具體結構、設計參數(shù)與上述混凝土樁的結構和參數(shù)相一致，故在這里不作進一步的詳細描述?？招你@桿28b的頂端經(jīng)動力頭30與混凝土供料管32的一端可相對轉動地相互連通，混凝土供料管32的另一端與混凝土泵41相連以實現(xiàn)向空心鉆桿28b內供給混凝土。電動機31能夠通過圖中未示出的減速機構驅動動力頭30轉動，從而帶動空心鉆桿28b轉動以進行鉆孔作業(yè)。在空心鉆桿28b內沿其軸向設有一根內注漿管34。內注漿管34上端設有注漿器36，注漿器36經(jīng)外部供漿管38與水泥漿供給源、即攪拌機40a、水泥漿攪拌機40c和泥漿泵40b相連。內注漿管34的下端與水泥漿噴嘴42相連通。如圖4(b)所示，所述水泥漿噴嘴42設置在最下部螺旋刀片28a的非受力面下，且不應超出螺旋刀片28a的非受力面邊緣以防止堵塞。這樣，在鉆孔時，通過水泥漿噴嘴42向周圍上壤層噴出由內注漿管34供給的水泥漿，以在周圍土壤層上形成水泥漿護壁層12。在本實施例中，噴嘴42的方向與空心鉆桿28b的軸向大致垂直，但是本領域普通技術人員應理解，根據(jù)實際情況，例如根據(jù)土壤特性，在硬土層施工時，可以將噴嘴42的噴射角度改為與水平面呈10°～45°夾角。噴嘴42通常為兩個且對稱于空心鉆桿28b軸線分布，當然也可采用三個或更多。在空心鉆桿28b的下端焊接有鉆頭44，在空心鉆桿28b的下端出口和鉆頭44之間設有封閉空心鉆桿28b的下端出口的閥板46，閥板46的下端可鉸接在鉆頭44上且由固定在鉆頭和閥板上的如彈簧這樣的控制裝置(圖中未示出)來控制閥板46相對于空心鉆桿28b下端的開啟，以實現(xiàn)混凝土的排出。當然，還可采用其它的裝置或結構來控制閥板相對于空心鉆桿28b的開啟，例如可參見本申請人的授權公告號為ZL96212544.X的實用新型專利。
下面，對本發(fā)明中用于形成混凝土樁的方法進行詳細說明。
圖5(a)-5(f)示意性地表示了用于成型本發(fā)明混凝土樁的過程，其中，圖5(a)表示了鉆具向下進行鉆孔同時旋噴水泥漿的步驟，圖中的箭頭方向表示鉆具的鉆進方向；圖5(b)表示了鉆具鉆達到設計深度時的狀態(tài)，圖中的箭頭方向表示鉆具的鉆進方向。圖5(c)表示了鉆具達到設計深度后提升鉆具同時壓灌砼的步驟，圖中的箭頭方向表示鉆具的提升方向；圖5(d)表示了在鉆出的孔中填實混凝土的步驟；圖5(e)表示了插入鋼筋籠的步驟，圖中的箭頭方向表示鋼筋籠的插入方向；圖5(f)表示了將鋼筋籠插到底的步驟。
如圖5(a)-5(f)所示，本發(fā)明的方法是這樣實現(xiàn)的當鉆具最下端的鉆頭的鉆進深度達到預成型混凝土樁的大直徑上部所具有深度L后，開動泥漿泵，經(jīng)注漿供給源、外部供漿管、注漿器、內注漿管和水泥漿噴嘴以0.1-40Mpa的壓力旋噴出水泥漿；當鉆具最下端的鉆頭達到混凝土樁預成型的深度H后，提升鉆具并停止旋噴水泥漿，同時，打開所述閥板，經(jīng)空心鉆桿壓灌混凝土，混凝土填實鉆出的孔達到混凝土樁的成型高度后，移開鉆具。之后，根據(jù)實際需要，可插入鋼筋籠，從而形成混凝土樁。
采用這種方法，由于在鉆孔的過程中，通過旋噴出水泥漿，可在混凝土樁的最外層和周圍土層之間形成水泥漿擴孔護壁層，因此能夠防止混凝土以及其中的水分不會滲入周圍的土壤中，從而能夠有效地保持混凝土樁的設計形狀，并減少混凝土用量，特別是所述的倒錐臺中部，避免產(chǎn)生塌孔的的危險；同時旋噴出的水泥漿在鉆進中被擠壓并順孔壁上升，以起到潤滑劑的作用。
以上內容僅是本發(fā)明的最佳實施例。顯然，在不脫離本發(fā)明思想的前提下，本領域普通技術人員可對本發(fā)明作出各種變型和改進。例如，可以在混凝土樁中依次用多個倒錐臺連接部分連接相鄰的直徑上部和小直徑下部，這些倒錐臺形連接部分的斜面延長線與混凝土樁的中心軸線(I)的夾角可均為5°～90°。當前地基加固的理論、在設計上采用樁土共同承擔荷載，這樣可以充分發(fā)揮天然地基的承載力，倒錐臺形樁基承載力，由樁體和錐臺共同發(fā)揮，有較大的擴散角，使樁體間距加大到4-8d后，可以減少樁數(shù)1/3-1/2，同樣起到來減樁前的承載力效果，此種樁最大特點，可以使地基平衡，橫向水平力受到更大的約束，沉降值變低，復合地基呈現(xiàn)柔性。所以加大樁基的淺層部份的橫載面積是提高樁基垂直，水平承載力的最有效的方法。
本申請人通過實際研究發(fā)現(xiàn)，群樁設計上同樣可以采用樁土共同承擔荷載理論，用壓灌砼樁施工可以解決樁端無沉渣、虛土和孔壁松弛和沉降值變小，提高水平、垂直承載力。應強調的是，在不脫離本發(fā)明思想的前提下，所有這些改進均應落入本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種混凝土樁，其特征在于所述混凝土樁由上部(10A)，下部(10C)以及連接所述上部和下部的中部(10B)一體構成，所述上部(10A)的直徑D大于所述下部(10C)的直徑d。
2.根據(jù)權利要求1所述的混凝土樁，其特征在于所述上部(10A)的直徑D與所述下部(10C)的直徑d的比為(1.2～8)∶1。
3.根據(jù)權利要求2所述的混凝土樁，其特征在于所述中部(10B)為倒錐臺形，其斜面延長線與混凝土樁的中心軸線(I)的夾角為5°～90°。
4.根據(jù)權利要求3所述的混凝土樁，其特征在于所述夾角為45°。
5.根據(jù)權利要求2所述的混凝土樁，其特征在于所述中部(10B)由沿混凝土樁軸向設置的多個倒錐臺和連接相鄰倒錐臺的圓柱部分組成。
6.根據(jù)權利要求5所述的混凝土樁，其特征在于所述倒錐臺的斜面延長線與混凝土樁的中心軸線(I)的夾角為5°～90°。
7.根據(jù)權利要求3所述的混凝土樁，其特征在于所述上部(10A)的深度L大于0.1米。
8.根據(jù)權利要求1-7中任意一條所述的混凝土樁，其特征在于在所述混凝土樁的最外層和周圍土層之間形成有水泥漿擴孔護壁層(12)。
9.根據(jù)權利要求1-7中任意一條所述的混凝土樁，其特征在于在所述混凝土樁中插有鋼筋籠。
10.根據(jù)權利要求9中任意一條所述的混凝上樁，其特征在于在所述混凝土樁的最外層和周圍土層之間形成有水泥漿擴孔護壁層(12)。
11.一種用于成型混凝土樁的螺旋鉆機，其包括底盤，設置在底盤上的鉆塔以及通過鉆塔上的升降系統(tǒng)安裝在鉆塔上的鉆具(28)，所述鉆具設有帶螺旋刀片(28a)的空心鉆桿(28b)，其頂端經(jīng)動力頭(30)與混凝土供料管(32)的一端可相對轉動地相互連通，其下端設有鉆頭(44)，在所述空心鉆桿的下端出口設有閥板(46)，其特征在于所述鉆具由上部，下部以及連接所述上部和下部的中部一體構成，所述上部的直徑大于所述下部的直徑。
12.根據(jù)權利要求11所述的螺旋鉆機，其特征在于所述鉆具(28)的上部的直徑與其下部的直徑之比為(1.2～8)∶1。
13.根據(jù)權利要求12所述的螺旋鉆機，其特征在于所述鉆具的中部為至少一個倒錐臺形。
14.根據(jù)權利要求13所述的螺旋鉆機，其特征在于所述倒錐臺形中部的斜面延長線與鉆桿的中心軸線(I)的夾角為5°～90°。
15.根據(jù)權利要求11-14中任意一條所述的螺旋鉆機，其特征在于在所述空心鉆桿(28b)內沿其軸向設有內注漿管(34)，其上端與用于供給水泥漿的外部供漿管(38)相連，所述內注漿管的下端與水泥漿噴嘴(42)連通。
16.根據(jù)權利要求15所述的螺旋鉆機，其特征在于所述水泥漿噴嘴(42)設置在位于所述鉆具底部的螺旋刀片的非受力面下且不超出所述螺旋刀片的非受力面邊緣。
17.根據(jù)權利要求16所述的螺旋鉆機，其特征在于噴嘴42的數(shù)量為兩個或更多，它們對稱于所述空心鉆桿(28b)的軸線分布。
18.一種用于成型混凝土樁的方法，其包括以下步驟當鉆具最下端的鉆頭的鉆進深度達到預成型混凝土樁的大直徑上部所具有的深度后，開動泥漿泵，經(jīng)水泥漿噴嘴旋噴出水泥漿，以形成水泥漿擴孔護壁層；當鉆具最下端的鉆頭達到混凝土樁的設計成型深度后，提升鉆具，同時，經(jīng)鉆具內的空心鉆桿壓灌混凝土，混凝土填實鉆出的孔達到混凝土樁的成型高度后，移開鉆具，以形成混凝土樁。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于所述水泥漿噴嘴的噴射壓力為0.1-40Mpa。
20.根據(jù)權利要求18或19所述的方法，其特征在于在灌注混凝土后，插入鋼筋籠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混凝土樁，其由上部，下部以及連接上部和下部的倒錐臺形中部一體構成。上部的直徑大于下部的直徑上部，中部為倒錐臺形且其斜面延長線與混凝土樁10的中心軸線的夾角為5°～90°。本發(fā)明還涉及用于成型這種混凝土樁的螺旋鉆機和方法。
文檔編號E02D5/30GK1435541SQ02103619
公開日2003年8月13日 申請日期2002年1月29日 優(yōu)先權日2002年1月29日
發(fā)明者何慶林, 何霞, 何濱 申請人:何慶林, 何霞, 何濱