專利名稱:金屬樁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁的成樁設(shè)備,具體地說(shuō)是擴(kuò)底樁成樁專用金屬樁頭。
背景技術(shù):
我國(guó)沿海地區(qū)均屬軟土地基,目前在軟土地基的樁基工程中,普遍采用的有三種樁沉管灌注樁、預(yù)制樁和大直徑鉆孔灌注樁。其中,大直徑鉆孔灌注樁承載力最高,但其造價(jià)昂貴、工效低,而且施工時(shí)污染嚴(yán)重。所以一般只用于像高層建筑這類承載力要求高的建筑;預(yù)制樁的質(zhì)量好、承載力也較高,但其造價(jià)也高,一般用于安全等級(jí)較高的建筑。按受力情況分類,這三者均屬摩擦樁。目前,三者之中應(yīng)用最為廣泛的是沉管灌注樁,約占各類樁總數(shù)量的80%左右,該樁的樁身為現(xiàn)澆鋼砼(即鋼筋混凝土)、樁頭為預(yù)制鋼砼。在施樁時(shí),先沉管至地基中的硬土層(一般指可塑至硬塑狀態(tài)的粘性土、粉質(zhì)粘土層)埋入預(yù)制樁頭,然后灌砼澆注成樁。但是由于地球地殼形成的地質(zhì)年代不同,軟土地基隨地殼層深度的增加一般交替呈現(xiàn)軟、硬土層,在連續(xù)打樁施工時(shí),在后的樁施工會(huì)對(duì)土層產(chǎn)生擠壓,影響到在先灌注而尚未完全凝固的樁,這種情形在軟土層與硬土層的交界處尤其嚴(yán)重,因而容易發(fā)生斷樁、縮頸現(xiàn)象,導(dǎo)致樁身質(zhì)量不能保證,一般約有10-20%的沉管灌注樁達(dá)不到要求,這迫使設(shè)計(jì)人員將單樁承載力定得很低,于是導(dǎo)致下樁密布,引起土體嚴(yán)重變形,甚至危及樁身質(zhì)量。這種樁的另一個(gè)缺點(diǎn)是承載力低,為增大承載力,一般采用在灌砼澆注樁身后加壓擴(kuò)底的辦法,但因這樣的擴(kuò)底方式,其大小形狀不夠確定和規(guī)則,因而應(yīng)用受到限制。
一般來(lái)說(shuō),預(yù)制樁的樁身質(zhì)量比現(xiàn)澆樁身的要高,所以在沉管灌注樁中采用預(yù)制樁身是有效提高質(zhì)量和承載力的好辦法,如申請(qǐng)?zhí)枮閆L931192960.9的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)“預(yù)制灌注復(fù)合管樁及其成樁工藝和設(shè)備”公開(kāi)了一種提高樁承載力和樁身質(zhì)量的擴(kuò)底樁,其樁身為預(yù)制混凝土管樁,在取土埋入樁身后,從管樁內(nèi)灌入混凝土現(xiàn)澆且邊震邊壓形成擴(kuò)大頭,該擴(kuò)大頭與預(yù)制混凝土管樁相固接構(gòu)成混凝土復(fù)合管樁。
前蘇聯(lián)專利SU1564267A1“高承載力樁”公開(kāi)了一種預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁,該樁包括一空心樁身和一由周邊部件和中心部件構(gòu)成的伸縮塊,其中周邊部悠揚(yáng)有尾部伸入樁身管內(nèi),當(dāng)沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,周邊展開(kāi)而擴(kuò)底。
昭60-440420日本專利中,公開(kāi)了一種“復(fù)合基礎(chǔ)樁”。該樁是“往底部擴(kuò)大的樁孔擴(kuò)底部灌注大徑混凝土樁,從該混凝土樁上部壓入頭部裝有鋼靴的小徑混凝土預(yù)制樁,將上述的混凝土澆注樁與該混凝土預(yù)制成為一體”。其成樁方法為采用回動(dòng)環(huán)流法挖掘樁孔。在這一技術(shù)方案中,一方面,復(fù)合基礎(chǔ)樁本身決定了其擴(kuò)底只能選擇“回動(dòng)環(huán)流法”挖掘樁孔的這一成樁方式;另一方面,這種成樁方式其所能成的大直徑底座只能將擴(kuò)大的尺寸限制在200mm左右。如此一來(lái),所謂“擴(kuò)底樁”實(shí)際上不過(guò)是下端為大直徑的鉆孔灌注樁,上部為直徑略小的管樁。對(duì)于樁身直徑600mm,其底座的直徑可擴(kuò)大200mm左右,從其端承力分析可知,這樣的“擴(kuò)底”尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到有效提高樁承載能力的目的。所使用的“回動(dòng)環(huán)流法挖掘樁孔”的成樁方法,更使這一“擴(kuò)底樁”因成樁方法不當(dāng),其擴(kuò)底效果甚至被否定。對(duì)于以“回動(dòng)環(huán)流法”這種濕式循環(huán)法成樁的大直徑鉆孔灌注樁,國(guó)家有明確的技術(shù)規(guī)范。即端承力要乘以0.45的折減系數(shù)。原因在于樁底泥漿無(wú)法取干凈,將導(dǎo)致樁的沉降。若沉降量過(guò)大,則其承載力便被視為零。顯然,樁身質(zhì)量及其承載力很重要地依賴于其成樁方法及成樁設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處,提供一種在既可保證樁身質(zhì)量又可有效提高承載力的沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁成樁過(guò)程中所用到的成樁設(shè)備,即金屬樁頭。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明針對(duì)沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁,該樁底樁由預(yù)制樁身和位于硬土層的現(xiàn)澆鋼砼底座構(gòu)成,所述的樁身在硬土層中利用位于其底部的插筋與底座對(duì)接錨固連接成整體。其樁身截面直徑d為250mm~700mm,底座最大處截面直徑D與樁身截面直徑d的比值為1.5<D/d<5.5。
本發(fā)明的成樁方法可以為以下步驟a、將帶有金屬樁頭的沉管穿過(guò)軟土層沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高硬土層;b、取出金屬樁頭,并在沉管內(nèi)挖土、取土形成擴(kuò)底底座空腔,必要時(shí)應(yīng)將放射鋼筋放入底座空腔并釘入硬土;c、無(wú)論對(duì)于實(shí)心或空心預(yù)制鋼砼樁身,都可事先在底部預(yù)先固定好插筋,然后,先現(xiàn)澆砼形成底座,再在沉管中放入預(yù)制鋼砼樁身,并通過(guò)其底部插筋與現(xiàn)澆砼底座對(duì)接錨固;d、拔出沉管、成樁。
本發(fā)明在成樁過(guò)程中使用專用沉管,其底部壁厚大于上部的壁厚且內(nèi)徑略小。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于在成樁過(guò)程中使用專用金屬樁頭,使用時(shí)置于沉管內(nèi)的該金屬樁頭,其外形大致呈尖錐形,內(nèi)周壁設(shè)置有大頭水平銷。
與已有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在利用本發(fā)明金屬樁頭,通過(guò)實(shí)施相應(yīng)的成樁方法,可以使沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁底端的與樁身截面直徑之比達(dá)到1.5以上,其常規(guī)的擴(kuò)底面積可達(dá)2.3平方米,承力可達(dá)270T左右。這是現(xiàn)有技術(shù)所不能及的。本發(fā)明與專用沉管配合使用,使擴(kuò)底可采用干式取土挖土、用空氣吸取,擴(kuò)底過(guò)程中,可以將樁底取凈,無(wú)顆粒虛土,折減系數(shù)達(dá)到1.00。保證了擴(kuò)底的可靠性,可以將底部直徑增加到足夠大,而且做到準(zhǔn)確、隨意。其成樁過(guò)程簡(jiǎn)單、清潔而無(wú)噪聲,單樁造價(jià)與單樁承載力之比低。
圖面說(shuō)明
圖1為本發(fā)明擴(kuò)底樁結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明擴(kuò)底樁具有現(xiàn)澆平底鋼砼底座結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明擴(kuò)底樁具有現(xiàn)澆凸底鋼砼底座結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明擴(kuò)底樁具有現(xiàn)澆凹底鋼砼底座結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明置于擴(kuò)底樁底座中的放射筋展開(kāi)狀態(tài)結(jié)示意圖。
圖6為本發(fā)明擴(kuò)底樁斷面為圓形的實(shí)心預(yù)制樁身示意圖。
圖7為本發(fā)明擴(kuò)底樁斷面為矩形的實(shí)心預(yù)制樁身示意圖。
圖8為本發(fā)明擴(kuò)底樁斷面為削角三角形的實(shí)心預(yù)制樁身示意圖。
圖9為本發(fā)明擴(kuò)底樁斷面為圓環(huán)形的空心預(yù)制樁身示意圖。
圖10為本發(fā)明預(yù)制復(fù)合砼樁身實(shí)施例的樁身斷面示意圖。
圖11為本發(fā)明之預(yù)制復(fù)合鋼砼樁身實(shí)施例的樁身斷面示意圖。
圖12為本發(fā)明成樁工藝流程圖之一。
圖13為本發(fā)明成樁工藝流程圖之二。
圖14為本發(fā)明成樁工藝流程圖之三。
圖15為本發(fā)明專用金屬樁頭及配套使用的沉管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16為圖15的A-A剖視圖。
圖17為圖15的B-B剖視圖。
圖18為圖15的C-C剖視圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-4所示,沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁由預(yù)制樁身2和現(xiàn)澆鋼砼底座1構(gòu)成,樁身2在沉管定位下在硬土層中利用位于其底部的插筋3與底座1對(duì)接錨固連接成整體。
底座1最大處的直徑應(yīng)當(dāng)大于樁身2的直徑,最佳地,樁身2截面直徑d為250~700毫米,底座1截面最大處直徑D與d的比值一般為1.5<D/d<5.5。底座1中心與樁身2中心最好同軸,這在施工中可由沉管來(lái)保證。
現(xiàn)澆鋼砼底座1的具體形狀不受限制,但試驗(yàn)表明如圖2~4所示的三類形狀較佳圖2所示為一平底鋼砼底座,其上部呈圓錐臺(tái)體,下部呈圓柱體,底部呈平面;圖3所示為一凸底鋼砼底座,其上部呈圓錐臺(tái)體,下部呈球冠狀,底部為凸面;以及如圖4所示的凹底鋼砼底座,其上部呈圓錐臺(tái)體,下部呈圓柱體,底部為中空的凹面,中空部分形狀以圖4所示的圓錐臺(tái)為最佳,也可以是球冠狀。在這幾種情況中,底座1上段圓錐臺(tái)的母線與中心軸線的夾角≤45°。并且是以圖4所示的凹底底座的承載力在三者之中為最高。
樁身2的類型不受限制,如圖6~11示出幾種不同剖面的預(yù)制樁身實(shí)施例。其中圖6~圖8屬截面為實(shí)心的預(yù)制樁身圓形、矩形、削角三角形,圖9為空心預(yù)制樁身,也可以為圓形、矩形或削角三角形等,圖10~圖11為復(fù)合樁身。樁身2表面可作預(yù)處理以增大樁身摩擦力。預(yù)制樁身可以是預(yù)應(yīng)力砼與可以是非預(yù)應(yīng)力砼,還可以是鋼管樁身。但從承載力及經(jīng)濟(jì)角度考慮,以預(yù)應(yīng)力砼為最佳。此外,樁身2還可以是由空心、實(shí)心分段設(shè)置構(gòu)成,或由預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼和非預(yù)應(yīng)力砼合成,其中,預(yù)應(yīng)力砼設(shè)置在最外層。如圖10所示為在薄壁環(huán)形預(yù)應(yīng)力鋼砼預(yù)制樁內(nèi)澆灌砼制成的實(shí)心樁身,樁身灌注砼受到預(yù)應(yīng)力砼薄壁或預(yù)制薄壁的有力保護(hù)。圖11為在厚壁環(huán)形預(yù)應(yīng)力鋼砼預(yù)制樁內(nèi)澆灌鋼砼或砼制成的實(shí)心復(fù)合樁身,有效地加強(qiáng)了樁身抗水平力、抗軸向力和抗拔力。圖7、圖8中的沉管與樁身之的空間提供了樁身表面處理的可能,如在其中灌砂以形成砂壁,這樣就能增加摩擦力。圖8的三角形削角剖面是為了避免應(yīng)力集中。
插筋3為鋼筋線材,用于連接樁身2和底座1,插筋3預(yù)先固定于樁身的底部。具體實(shí)施中,可以預(yù)埋或預(yù)先焊接在樁身2的底部。而對(duì)于如圖9~11所示的預(yù)制管樁,插筋3還可先自由設(shè)置在樁管底部?jī)?nèi),在現(xiàn)場(chǎng)澆注時(shí)再將其澆注一體。插筋3可以只有一根也可以有數(shù)根,視樁的實(shí)際情形而定。插筋3的設(shè)置將樁身2和底座1錨固連接成一個(gè)整體,可以克服二者之間結(jié)合部的附加彎矩。
由于樁承載力與底座直徑的平方成正比,因此底座直徑較大的樁承載力也較大。對(duì)于本實(shí)施例中的D/d>1.5,應(yīng)在底座1內(nèi)配置有放射鋼筋4。如圖5所示,其結(jié)構(gòu)為傘架狀,分布筋42首尾鉸接展開(kāi)后呈多角形,主筋41尾部鉸連于中央鐵板44的邊緣,頭部與分布筋42鉸連點(diǎn)構(gòu)成固定鉸43,鐵板44底面設(shè)置有可釘入硬土中的鐵釘,釘入硬土中以防止現(xiàn)澆砼時(shí)放射筋41移動(dòng)、進(jìn)一步起限位作用。
沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁的成樁方法可以為方法1a、先將帶有金屬樁頭6的沉管5穿過(guò)軟土層沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高硬土層,如圖12a所示;b、取出金屬樁頭6,并在沉管5內(nèi)挖土、取土形成擴(kuò)底底座空腔,如圖12b~12e所示,必要時(shí)應(yīng)將放射鋼筋4放入底座空腔并釘入硬土,如圖13f所示;c、無(wú)論對(duì)于實(shí)心或空心預(yù)制鋼砼樁身2,都可事先在底部預(yù)先固定好插筋3,然后,先現(xiàn)澆砼形成底座1,再在沉管5中放入預(yù)制鋼砼樁身2,并通過(guò)其底部插筋3與現(xiàn)澆砼底座對(duì)接錨固,如圖13g~13i所示,對(duì)于其中的空心樁身2,如有需要可再按設(shè)計(jì)澆灌砼砼或鋼砼制成復(fù)合樁身或空心、實(shí)心分段設(shè)置和復(fù)合樁身2。
d、拔出沉管5、成樁,如圖13j及圖14i’所示。
方法二a、先將帶有金屬樁頭6的沉管5穿過(guò)軟土層沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高硬土層,如圖12a所示;b、取出金屬樁頭6,并在沉管5內(nèi)挖土、取土形成擴(kuò)底底座空腔,如圖12b~12e所示,必要時(shí)應(yīng)將放射鋼筋4放入底座空腔并釘入硬土,如圖13f所示;c、對(duì)于空心預(yù)制鋼砼樁身2,可預(yù)先在底部固定好插筋3,然后先在沉管5中放入預(yù)制鋼砼樁身2,再在樁管內(nèi)灌注砼或鋼砼至設(shè)計(jì)標(biāo)高形成底座1,并與樁身2相描固,如圖14g′~14I’所示;如有需要可再按設(shè)計(jì)澆灌砼或鋼砼制成復(fù)合樁身或空心、實(shí)心分段設(shè)置的復(fù)合樁身2。
d、拔出沉管5、成樁,如圖13j及圖14I’所示。
方法三a、先將帶有金屬樁頭6的沉管5穿過(guò)軟土層沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高硬土層,如圖12a所示;b、取出金屬樁頭6,并在沉管5內(nèi)挖土、取土形成擴(kuò)底底座空腔,如圖12b~12e所示,必要時(shí)應(yīng)將放射鋼筋4放入底座空腔并釘入硬土,如圖13F所示;c、對(duì)于空心預(yù)制鋼砼樁身2,還可事先不在底部固定插筋3,而是先在沉管5中放入空心預(yù)制鋼砼樁身2,然后將插筋3從樁管內(nèi)放到底部,再在樁管內(nèi)灌注砼或鋼砼至設(shè)計(jì)標(biāo)高形成底座1,并與樁身2相描固,如圖14g’~14i’所示。如有需要可再按設(shè)計(jì)澆灌砼或鋼砼制復(fù)合樁身或空心、實(shí)心分段設(shè)置的復(fù)合樁身2;d、拔出沉管5、成樁,如圖13j及圖14i’所示。
在上述三種方法的第二個(gè)步驟中,取出金屬樁頭6之前,最好先將沉管5上提少許,如圖12b所示,一方面為了下一步更方便地取出金屬樁頭6,另一方面也為挖土、取土設(shè)備提供一個(gè)更大一些的初始活動(dòng)空間。
本實(shí)施例采用專用沉管5的結(jié)構(gòu)如圖15~17所示,沉管5的底部壁厚大于上部的壁厚且內(nèi)徑略小,一方面是為了加強(qiáng)強(qiáng)度,另一方面是更便于樁頭6的取出。但最佳地,沉管5的底部設(shè)置有兩個(gè)剖視呈“V”字型的螺旋形臺(tái)階52,以便與現(xiàn)有的挖土裝置相匹配,如圖15所示。為使沉管時(shí)保持垂直而不偏離,同時(shí)也為了保護(hù)擴(kuò)底安全,最好在沉管5的外壁設(shè)置有若干個(gè)垂直尖形金屬導(dǎo)向翼51。
本實(shí)施例中的金屬樁頭6應(yīng)當(dāng)與沉管5底部結(jié)合緊密但又可在沉管5內(nèi)方便地取出,如圖15~圖18所示為一種可實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的設(shè)計(jì)方案金屬樁頭6的外形大致呈尖錐形,其尾部中空且尾端周邊有凸沿62,為了方便取頭,該凸沿62上至少開(kāi)有二個(gè)缺口,尾部的內(nèi)周壁設(shè)置有大頭水平銷64,其尖頭部中心開(kāi)有孔,孔內(nèi)設(shè)置彈簧66,一具有尾部錐臺(tái)的金屬塞61置于彈簧66之上,大頭水平銷64一端穿透周壁及沉管壁,另一端套有彈簧63并頂在金屬塞61的尾部錐臺(tái)側(cè)壁上。金屬塞61的截面形狀不受限定,可以是如圖所示的正方形,也可以是長(zhǎng)方形、圓形等。圖中所示的金屬塞61尾部呈托盤狀是為了方便向下施力,大頭水平銷64最好設(shè)置在對(duì)應(yīng)沉管5外壁金屬導(dǎo)向翼51的位置,穿透周壁及沉管壁的一端頂在金屬導(dǎo)向翼的內(nèi)側(cè)壁上。這樣可避免土層對(duì)樁頭6的壓力集中于沉管5壁上。具體實(shí)施中,在金屬樁頭6的外壁最好設(shè)置有密封圈65,以防止泥水滲入沉管5內(nèi)。
施樁沉管前,先安裝金屬樁頭6壓下金屬塞61使彈簧66壓縮,大頭水平銷64在彈簧63徑向推力作用并在金屬塞61錐臺(tái)尾部外壁限位下內(nèi)縮使尾部縮進(jìn)金屬樁頭6內(nèi),此時(shí)即可將金屬樁頭6塞入沉管5的底部,當(dāng)大頭水平銷64對(duì)準(zhǔn)沉管5壁上的銷子孔時(shí),金屬塞61在彈簧66作用下上升復(fù)位,將大頭水平銷64推入沉管5壁上的銷子孔,定位。
沉管后取頭時(shí),與安裝時(shí)一致壓下金屬塞61使彈簧66壓縮,大頭水平銷64在彈簧63徑向推力作用下并在金屬塞61尾部錐臺(tái)外壁限位下內(nèi)縮,使尾部縮進(jìn)金屬樁頭6內(nèi),此時(shí)即可利用金屬樁頭6的尾部周邊凸沿62將其吊出。本發(fā)明沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁通過(guò)選用不同截面、直徑的樁身2與不同直徑形狀的底座1相匹配,可組合成不同受力情況的樁身,是一種變承載力樁,其應(yīng)用范圍廣,通用性強(qiáng),無(wú)論是高層還是底層建筑,無(wú)論是工業(yè)還是民用建筑,也無(wú)論是什么安全等級(jí)建筑都適用,還能較理想地適應(yīng)不同地區(qū)土層地質(zhì)變化情況。合理選擇、完全匹配的結(jié)果可使材料強(qiáng)度利用率大大提高,使樁始終可處于最經(jīng)濟(jì)合理的狀態(tài),極大地提高了樁的使用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種金屬樁頭,其特征在于使用時(shí)置于沉管(5)內(nèi)的該金屬樁頭(6),其外形呈尖錐形,內(nèi)周壁設(shè)置有大頭水平銷(64)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬樁頭,其特征在于所述金屬樁頭(6),其尾部中空且尾端周邊有凸沿(62),其尖頭部中心開(kāi)有孔,孔內(nèi)設(shè)置彈簧(66),一具有尾部錐臺(tái)的金屬塞(61)置于彈簧(66)之上,所述的大頭水平銷(64)一端穿透周壁及沉管壁,另一端套有彈簧(63)并頂在金屬塞(61)的尾部錐臺(tái)側(cè)壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述金屬樁頭,其特征在于所述水平銷(64)穿透周壁及沉管壁的一端頂在金屬導(dǎo)向翼(51)的內(nèi)側(cè)壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述金屬樁頭,其特征是所述的金屬塞(61)截面形狀為以下之一正方形、長(zhǎng)方形、圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述金屬樁頭,其特征是在所述金屬樁頭(6)的外壁設(shè)置有以防止泥水摻入的密封圈(65)。
全文摘要
金屬樁頭,其特征在于使用時(shí)置于沉管內(nèi)的該金屬樁頭,其外形大致呈尖錐形,內(nèi)周壁設(shè)置有大頭水平銷。利用本發(fā)明金屬樁頭,配合使用沉管,通過(guò)實(shí)施相應(yīng)的成樁方法,可以使沉管預(yù)制鋼砼擴(kuò)底樁底端與樁身截面直徑之比達(dá)到1.5以上,其常規(guī)的擴(kuò)底面積可達(dá)2.3平方米,承力可達(dá)270T左右。本發(fā)明使擴(kuò)底可采用干式取土挖土、用空氣吸取,擴(kuò)底過(guò)程中,可以將樁底取凈,無(wú)顆粒虛土,折減系數(shù)達(dá)到1.00。沉管的存在,保證了擴(kuò)底的可靠性,可將底部直徑增加到足夠大,并做到準(zhǔn)確、隨意。
文檔編號(hào)E02D5/00GK1448588SQ0310891
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者王國(guó)奮 申請(qǐng)人:王國(guó)奮