專利名稱：用于支承樁的樁錨頭及其換裝方法
技術領域：
0001本發(fā)明一般涉及一種支承樁(underpinning pile)，特別是涉及一種具有改進的樁錨頭(pile anchor head)的支承樁，用以提高打樁效率及承載能力。
背景技術：
0002現(xiàn)有技術講授的多種支承方法，主要是通過兩種類型的支承樁(即主動和被動支承樁)，來加強沉降基礎(settling foundation)。而且，這些方法中的大多數(shù)是用來支承墻壁基礎而非典型的大型樁帽，典型的大型樁帽承載了來自建筑物的結構混凝土框架的集中荷載。
0003在被動支承樁中，新樁靠近現(xiàn)有沉降基礎而被插入，且隨后通過懸臂托架、捆扎件或加大的底腳，結合或連接到樁帽或底腳。沉降基礎能夠進一步沉降，直到被動支承樁隨時間而加上荷載。這類方法由于需要長時間的持續(xù)沉降因而具有缺陷，特別是當樁栽得較深時尤其如此。被動支承樁的這種運用是公知的，如Roger Bullivant的美國專利第4,834,582號中所述，該專利使用了傾斜式現(xiàn)場澆注混凝土樁和支撐拉梁。Leonard Flowerday的英國專利第2,047,303號中除了混凝土懸臂式托梁外還具有一種垂直樁，以承載附近的底腳。
0004在主動支承樁中，瞬時地在支承樁上施加一定量的預加荷載，以支撐強度降低的基礎，防止其進一步沉降。現(xiàn)有技術中的一種現(xiàn)有方法結合一種螺栓、樁錘(ram)或液壓千斤頂?shù)脑O置，使用復雜的預制鋼托架系統(tǒng)，作用于現(xiàn)有的不牢固的基礎。在有些情況下，使用非常笨重的由雙千斤頂或樁錘組成的裝置來作用于新近安裝的支承樁。有些系統(tǒng)中進一步的弱點在于要使用許多復雜的小部件，如果任何關鍵機構由于磨損或銹蝕而損壞，這些系統(tǒng)的性能便可能會變差，且因此而不能承載大的荷載。
0005Holdeman的美國專利第5,120,163號提供了一種倒U形連結器，其適于臨時固定到基礎支架，從而使液壓千斤頂能夠作用于螺旋樁與底腳之間。這種方法使用許多小螺栓和許多其它交互連接部件，因此僅適于承載因螺旋樁傾斜產生的較小荷載。此特征也相當類似于Seider的用托架來提升底腳的美國專利第5,213,448號。
0006Provost的美國專利第2002/0176749 A1號提供了一種超大尺寸的錨樁及錨撐板的安裝方法，其中該樁錨在基礎邊緣處是以15度傾斜角被驅動，該錨撐板配備有固定于其上的套環(huán)和加力板，可在螺旋式樁錨桿上滑動。浮動式支柱16的偏心度降低了該樁的荷載能力，且因撐板內的剪應力和樁的彎曲度而成為一個缺陷源。
0007Mahony的美國專利第3,796,055號使用了通過下述手段來提升基礎的方法和裝置夾持管的側面從而驅動其垂直頂靠到鄰近的基礎，配合在多個指定位置用千斤頂提升基礎。部分建筑基礎被升高從而進一步包括以下步驟將管外部的和管的下端以下的可硬化粘接材料，分配到位于管的頂部上的地下支架的較大硬化區(qū)。這種方法適于小荷載傳遞，因為較大的粘接材料易于斷裂。
0008Freeman III的美國專利第5,433,556號使用了一種支柱驅動組件，該組件包括一支柱驅動托架，該驅動托架將支柱管驅動到地下。這種方法不適合用于建筑物內的支承，因為下面大而深的會損害現(xiàn)有的基礎。
0009Frank Whittaker的英國專利第2,190,693A號使用了一種用于墻結構的支承裝置，其包括一托架部件35，該托架部件從一矩形或扁平的中空盒狀部件34伸出，可定位地處于一預先被驅動的支承樁頂部上方。此外，可調整的支撐裝置37、38被置于托架35上。這種懸臂系統(tǒng)要求樁能夠克服來自托架懸臂部件的抗彎力，且因此而預期會與鋼管或能夠提供相應抗彎力類似部件一起使用。要求在底腳下有深坑，以便放置千斤頂或可調整的支撐裝置。而且，除了樁的荷載能力會因彎曲下降之外，還要求挖出寬廣的坑。
0010Arthur Joseph Steel的英國專利第2,150,612A號使用了一種用于支承墻壁基礎的系統(tǒng)，包括用液壓千斤頂來驅動多個扁平套筒13，混凝土被澆注到墻壁基礎中且能硬化。這在原理上類似于John PatrickJones的英國專利第2,024,283A號，區(qū)別在于它的樁有一從其中穿過的中心孔。兩種方法均需要用于混凝土養(yǎng)護的等待時間，且因延時及深而寬的坑而牽涉到可使用性問題。
0011Roger A Bullivant的英國專利第2,255,990號使用了一種提供下述步驟來支撐基礎的方法取走短距離的二或三層磚，且用放置在千斤頂28上的樁連接器16，來支撐托梁14上的處于被取走部分上方的建筑物。該千斤頂受壓，且該樁連接器滑動穿過管樁并固定到受壓之后的千斤頂。這種方法用千斤頂給現(xiàn)有的底腳施加反作用力，并因此僅有一些來自舊底腳的反作用力可以利用。樁連接器16的偏心度在焊接部分(焊接部分將C形槽部分連接到管形桿12)上導致高剪應力和彎曲現(xiàn)象。這種方法也適用于例如墻壁基礎中的低荷載。
0012由本申請人提出的正在審理中的馬來西亞專利申請第PI20005487號公開了一種支承樁系統(tǒng)，其作用相當類似于本發(fā)明。然而，PI 20005487相當廣泛地使用焊接，導致處理較慢、質量不穩(wěn)定及操作昂貴。除了這些問題以外，安全性是另一項擔心，因為焊接部件可能會突然折斷并對工人造成危害。因此需要能消除或減少上述問題的方案。與現(xiàn)有技術的支承樁系統(tǒng)相比，所述方案應易于處理、快速、有效且更為安全。

發(fā)明內容
0013相應地，本發(fā)明的一個目的是要提供一種有效、簡單且可靠的方法，用于驅動、提升基礎，且同時將來自建筑物的預加荷載可靠地直接傳遞到新近安裝的支承樁中，而不使預加荷載進一步明顯損失。
0014本發(fā)明的另一目的是要提供這樣一種簡單而可靠的樁錨頭系統(tǒng)能夠容易地在所挖坑內組裝并預加荷載，易于接近關鍵焊接部分，而不是調整螺栓或將千斤頂置于底腳下不方便和難以操作的工作空間。
0015本發(fā)明講授了用于預加荷載并可靠地鎖定在所需荷載的樁頭和裝置的組裝方法和安裝方法。
0016本發(fā)明還提供了提供利用支承樁系統(tǒng)，而不是利用其它額外機械來安裝樁，從而獨立地將支承樁驅動到地下挖孔中的簡單手段。
0017本發(fā)明還提供了預先測試新安裝的支承樁的荷載能力的簡單手段，通過在預加荷載時直接頂托所述樁的頂部來取得荷載-沉降曲線，由此便可同時利用經濟和多用途的荷載測試結果。
0018本發(fā)明的一個重要方面是，所述樁錨頭實際上適于承受建筑荷載，并將其傳遞給任何種類材料及形狀的樁，而不會在支承時限制鋼管的普通使用。
0019根據(jù)本發(fā)明的最廣泛的方面，這些及其它目的是借助下列方案實現(xiàn)的一種用于提升和加強沉降基礎的支承樁，其包括一樁；所述樁配備有一樁錨頭；其特征在于所述樁錨頭配備有一提升裝置，以提升所述沉降基礎。
0020在另一方面，一種用于加強現(xiàn)有沉降基礎的支承樁系統(tǒng)包括一樁；一樁錨頭；頂托裝置；其特征在于所述樁錨頭配備有一提升裝置。
0021在另一方面，一種使用支承樁系統(tǒng)來提升和支承沉降基礎的方法包括下列步驟在所述沉降基礎附近挖出一孔；將一樁錨頭置于所挖孔內；鋪設一傳力梁，使得所述傳力梁放置在所述樁錨頭的凸緣上；安裝一頂托裝置；穿過所述樁錨頭的扁平中空區(qū)段放置一樁；驅動所述樁直到牢固；及將所述樁鎖定到所述樁錨頭。
0022應認識到，本發(fā)明的范圍不必被限制在上述實施例的特定范圍內。


0023在結合附圖研究“具體實施方式
”部分之后，將會進一步理解本發(fā)明的各方面及其優(yōu)點的，附圖中0024圖1根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出了一支承樁；0025圖2示出了一支承樁系統(tǒng)及輔助裝置；0026圖3a示出了一典型的樁錨頭，其具有可選的三角楔形配件，且與傳力梁相匹配的對應位置處具有螺母和螺栓；0027圖3b示出了典型樁錨頭的另一變例，其帶有較寬的以八字形向外展開的凸緣和連接板；0028圖4示出了在樁錨頭的每側并列的兩個C形槽的安裝；0029圖5示出了將止推塊放置到平行C形槽之間的間隙中，及將兩個大銷插入承接孔內，承接孔位于所述止推塊的端部，在平行C形槽的下端的正下方；0030圖6示出了將液壓千斤頂放置在支承樁的端部上；0031圖7示出了預加荷載的完整樁錨頭的詳細封閉過程。
具體實施例方式
0032參看附圖，為便于說明，相同的編號表示相同的部件。為區(qū)分屬于類似部件的兩個獨立實體，用后綴“a”或“b”來分別表示第一或第二個實體。
所述組件的部件0033圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的支承樁1的組件。在本發(fā)明的最廣方面，支承樁1包括樁12、樁錨頭11以及用于提升沉降基礎的提升裝置。樁12可具有任何任何種類的材料及形狀，如木材、混凝土、軌外樁(ex-rail pile)或鋼管。
0034本發(fā)明的樁錨頭11被設計成具有矩形主體，帶有用于容納樁12的扁平中空區(qū)段16。所述主體是由兩個背靠背通過側板結合在一起的L形部件構成的。由此在樁錨頭11側面的相對的平坦且平行表面上設置凸緣13，凸緣13充作提升裝置，所以傳力梁23能夠放置在各個凸緣13上。也可選擇性地用一個或多個緊固栓15作為提升裝置，且在某些特定條件下，可結合運用凸緣13和緊固栓15。此外，樁錨頭11被設計成擁有一鎖定裝置，用于使樁錨頭11鎖定到樁12。其中一種可能的所述鎖定裝置是這樣的樁錨頭板17其尺寸略小于扁平中空區(qū)段16，因此它能夠被插入扁平中空區(qū)段16之內，并在以后進行焊接或緊固。
0035這種設計看起來簡單，但它卻是對現(xiàn)有技術的一個重要改進。引入所述提升裝置，就不必進行焊接來固定傳力梁23。就承載能力、效率和安全性而言，其優(yōu)于現(xiàn)有技術的系統(tǒng)。本發(fā)明的樁錨頭11的另一重要內在優(yōu)點是，樁12的形狀和材料不成其為問題，因為在樁錨頭11與樁12之間不需要焊接。這意味著，任何形狀如圓形、矩形、六邊形及其它形狀，以及任何材料如木材、混凝土、軌外樁或鋼管均可用于樁12。本發(fā)明允許用僅夠放置沉降基礎下傳力梁23的淺坑，這種淺坑一般大約1或1.5m深。在某些現(xiàn)有技術中，則要求遠為更深、寬且更廣的坑。
0036圖2示出了一支承樁系統(tǒng)2以及輔助裝置。本發(fā)明支承樁系統(tǒng)2包括樁12、樁錨頭11、頂托裝置25以及傳力梁23。如上所述，樁錨頭11配置有提升裝置。
0037在此實施例中，頂托裝置25包括液壓千斤頂25a和止推塊24。在本發(fā)明中使用的是液壓千斤頂，但也可采用任何類型的可在市場上取得的頂托裝置。
0038止推塊24被設計成具有倒U形。其具有一水平部件24a，在水平部件24a的每端有垂直支柱24b。在垂直支柱24b的每個末端設置有通孔24d，用于容納相應的鎖定銷24e。在通孔24d正上方焊接一塊板，以在止推塊24的各支柱24b上形成一楔形件24c，從而使止推塊24能夠被放置在傳力梁23上。有利的是在每個支柱24b上設置一對楔形件。
0039借助所述設計，止推塊24不需要被焊接到傳力梁23頂部的桿。用兩個粗桿作為鎖定銷24e，通過頂靠傳力梁23支撐止推塊24的基底，來承受剪載荷。鎖定銷24d易于組裝和拆卸，因而提高了效率，并且提高了預加荷載操作的裝配的安全性和速度。
0040圖3a、3b示出了要被固定到樁12頂部的樁錨頭11的實施例。如圖3a所示，樁錨頭11有一中空扁平區(qū)段16，以及在中空扁平區(qū)段16的基底的相對側面上伸出的凸緣13，如前所述。在樁錨頭11的側面上設置有連接板36，連接板36帶有兩個匹配的螺栓31a和孔31。連接板36從中空扁平區(qū)段16的側面伸展并與凸緣13結合，從而形成L形凸出部分。在圖3b所示實施例中，樁錨頭11被制成為所述凸緣與匹配的三角形連接板38一起以八字形向外伸展，該連接板在端部與凸緣39結合。在兩種圖示樁錨頭11中，兩個凸緣13承載幾乎全部自液壓千斤頂傳送的預加荷載，盡管有些是由螺栓31a承載的。樁錨頭11的中空區(qū)段的形狀可以是形、矩形或任何與樁12匹配的規(guī)則形狀，但優(yōu)選有兩個對應于凸緣13和楔形件38結構的平坦平行的表面。樁錨頭11的中空扁平區(qū)段16的內部尺寸使其以滑動配合的方式來容納樁12的近似橫截面。正是這兩個部件使得本發(fā)明的樁錨頭11具有非常廣泛的用途。
0041樁錨頭11還設置有一足夠厚的樁錨頭板17，如圖3a和圖3b所示。板17的形狀和尺寸與樁錨頭11的中空扁平區(qū)段16內大約2mm的小公差相配合。在最后的安裝過程中(本說明書中將在“安裝過程”部分進一步描述此過程)，樁錨頭板17要在達到所需預加荷載時，通過焊接而被鎖定到樁錨頭11的中空扁平區(qū)段16的內表面。三角楔形件33是依預加荷載的承載量而定的額外的可選部件，用于將樁錨頭11焊接到平行的C形槽傳力梁23。還能夠省略三角楔形件33，而將樁錨頭11的平行側壁35焊接到平行的C形槽傳力梁。
安裝過程
0042圖4示出了在每側并列的兩個C形槽的安裝，這兩個C形槽相當于傳力梁23，用于將荷載從沉降基礎傳遞到支承樁12。在沉降基礎4附近挖出一個大約1m寬×1m長×1m深的相當窄而淺的坑。隨后將樁錨頭11置于此坑上。此后將兩個C形槽插入基礎或地梁45的下端之下，并將八個螺栓(未示出)擰到位，從而將這兩個C形槽以螺栓形式牢固地連接到樁錨頭11的凸緣13。這兩個C形槽是在各C形槽的內側對向邊處，距支承樁12的每邊近似等距地，且在支承樁12的每邊上，用兩個鋼板(未示出)焊接在一起的，從而形成傳力梁23。
0043圖5示出了將止推塊24放置到所述平行的C形槽之間的間隙中，及將兩個鎖定銷24e插入承接孔24d內，承接孔24d位于止推塊24的端部，在平行C形槽的下端的正下方。倒置的U形止推塊24的兩個支柱被插入傳力梁23當中的間隙的中央空間。固定在止推塊24的這兩個支柱的外部相對表面上的楔形件被置于傳力梁23的該間隙的上方，使得楔形件的基底正放在傳力梁23的上表面上。所述支柱中的通孔24d正好暴露于傳力梁23的下方，因此大而堅固的鎖定銷24e能夠滑動穿過孔24d。這對大鎖定銷24e此后將在頂托操作期間承載與其接觸的傳力梁23的基底。
0044圖6示出了將液壓千斤頂25放置在支承樁12的頂部上。液壓千斤頂25的中心被置于止推塊24的水平部件24a下方，從而在啟動千斤頂25時，活塞便會伸出而在中心處接觸到樁錨頭板17。樁錨頭板17被置于樁12的頂部，且液壓千斤頂65固定于止推塊24上，因此活塞就正好與位于樁12頂部的樁錨頭板17接觸。
0045高達所述基礎工作荷載100-120％的荷載被施加到樁12上，直到牢固為止，并在該位置保持預定的時間。這導致來自液壓千斤頂25的正向垂直合力頂?shù)轿挥跇?2頂部的樁錨頭板17上。而這又會向上拉上述這對鎖定銷24e，使其頂靠傳力梁23的基底，因此而通過位于所述地粱或地基的下方的傳力梁23，使得所述基礎提升。
0046在頂托操作中，以15分鐘的間隔來記錄沉降基礎的沉降，以便檢驗樁承載能力。這意味著樁12能夠承受工作荷載，而沒有明顯的非彈性沉降(通常至少要小于12.5mm)。一旦通過讀取液壓千斤頂25的壓力表確認預加荷載沒有明顯損失，在所述操作中，樁錨頭板17便隨即被焊接到樁錨頭11的內表面，以有效地鎖定這一預加荷載。在樁錨頭11的兩面上，可形成與傳力梁23接觸的其它額外的焊接線。此外，也可將四個或六個三角楔形件(未示出)焊接到樁錨頭11以及傳力梁23的頂部凸緣，以形成非常剛性的整體的樁錨頭11與傳力梁23。
0047圖7示出了預加荷載的完整樁錨頭的詳細封閉過程。當設定點令人滿意，就通過將樁錨頭板17焊接到扁平中空區(qū)段16的內部，而將樁錨頭11鎖定到樁12。通過將多個楔形件71b焊接到傳力梁23及焊接到樁錨頭11，可形成更多的加強部分71a。在樁錨頭11與傳力梁23之間，可形成更多額外的焊接部分71d。一旦完成焊接，樁12即被認為完全可供使用，且兩個鎖定銷(未示出)被從止推塊24上卸下。這樣就留下預加荷載的樁12牢固地焊接到樁錨頭板17和傳力梁23，從而支撐建筑基礎梁。與現(xiàn)有技術的通常承載約1到10噸的調整托架及鎖定螺栓的系統(tǒng)相比，這種焊接的效力是，能夠通過每一樁錨頭承載高達200噸的非常大的荷載。盡管在以上具體實施方式
中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其優(yōu)點，本發(fā)明不限于此，而是僅受限于所附權利要求的范圍。
權利要求
1.一種用于提升和支承沉降基礎的支承樁，包括一樁；所述樁配備有一樁錨頭；其特征在于所述樁錨頭配備有一提升裝置，用于提升所述沉降基礎。
2.根據(jù)權利要求1所述的支承樁，其特征還在于所述提升裝置包括一個或多個凸緣。
3.根據(jù)權利要求1所述的支承樁，其特征還在于所述提升裝置包括一個或多個緊固栓。
4.根據(jù)權利要求2所述的支承樁，其特征還在于所述凸緣位于所述樁錨頭的相對的平坦平行表面上，以使得在每個相對的側面能放置一傳力梁。
5.根據(jù)前述任一權利要求所述的支承樁，其特征還在于所述樁錨頭具有一扁平中空區(qū)段，用于容納所述樁。
6.根據(jù)前述任一權利要求所述的支承樁，其特征還在于所述樁錨頭配備有一鎖定裝置，用于保障所述樁相對于所述樁錨頭的運動。
7.根據(jù)權利要求6所述的支承樁，其特征還在于所述鎖定裝置是樁錨頭板。
8.根據(jù)權利要求7所述的支承樁，其特征還在于所述樁錨頭板與所述樁錨頭的扁平中空區(qū)段內的小間隙相配合。
9.一種用于提升和支承沉降基礎的支承樁系統(tǒng)，包括一樁；一樁錨頭；一頂托裝置；一傳力梁；其特征在于所述樁錨頭(21)配備有一提升裝置，用于提升所述沉降基礎。
10.一種用于提升和支承沉降基礎的支承樁系統(tǒng)，包括一樁；一樁錨頭；一頂托裝置；一傳力梁；其特征在于所述頂托裝置包括一液壓千斤頂及一止推塊。
11.根據(jù)權利要求10所述的支承樁系統(tǒng)，其特征還在于所述止推塊包括一水平部件，該水平部件在其端部具有兩個垂直支柱，在所述支柱的端部附近形成有穿過該支柱的通孔，且在形成所述孔的相同側面處還固定有楔形件，以使所述止推塊能夠通過在每個支柱中所述楔形件與所述傳力梁的頂面的基底接觸，來放置在所述傳力梁上。
12.根據(jù)權利要求11所述的支承樁系統(tǒng)，其特征還在于所述止推塊具有兩個實心桿，所述實心桿可滑動穿過位于所述止推塊的兩個支柱的基底處的所述通孔，為所述頂托裝置產生頂靠所述傳力梁的基底的反作用力。
13.一種使用支承樁系統(tǒng)來提升和支承沉降基礎的方法，包括以下步驟靠近所述沉降基礎挖出一孔；將一樁錨頭置于所挖出的孔內；鋪設傳力梁，使得該傳力梁放置在所述樁錨頭的凸緣上；安裝一頂托裝置；穿過所述樁錨頭的扁平中空區(qū)段放置一樁；驅動所述樁直到牢固；及將所述樁鎖定到所述樁錨頭。
14.根據(jù)權利要求13所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述鋪設傳力梁包括將所述傳力梁固定到所述樁錨頭。
15.根據(jù)權利要求14所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述固定是通過將多個楔形件焊接到所述傳力梁及所述樁錨頭。
16.根據(jù)權利要求14所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述固定裝置是緊固栓，其對所述傳力梁和所述樁錨頭的楔形件進行緊固。
17.根據(jù)權利要求13所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述頂托裝置進一步包括一止推塊及一千斤頂。
18.根據(jù)權利要求17所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述止推塊進一步包括一水平部件，該水平部件在其端部具有兩個垂直支柱，靠近所述支柱的端部形成有進入該支柱的通孔，且在形成所述孔的相同側面處還固定有一楔形件，以使所述止推塊能夠通過在每個支柱中所述楔形件與所述傳力梁的頂面的基底接觸，而放置在所述傳力梁上。
19.根據(jù)權利要求17所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述止推塊具有兩個實心桿，所述實心桿可滑動穿過位于所述止推塊的兩個支柱的基底處的所述通孔，為所述頂托裝置產生頂靠所述傳力梁的基底的反作用力。
20根據(jù)權利要求13所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述驅動是在多個樁上重復進行的。
21.根據(jù)權利要求13所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述將所述樁鎖定到所述樁錨頭是通過將一樁錨頭板緊固到所述樁錨頭的所述扁平中空區(qū)段的內部進行的。
22.根據(jù)權利要求21所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述緊固是通過焊接來進行的。
23.根據(jù)權利要求21所述的使用支承樁系統(tǒng)的方法，其中所述緊固是通過螺栓連接來進行的。
全文摘要
公開了一種支承樁，從而提供了有效、簡單及可靠的方法來驅動和提升基礎，同時保障了預加荷載的直接傳遞，而不存在從建筑物到新近完成的被驅動樁內的預加荷載的進一步損失。提供了樁錨頭(11)，其容納樁(12)并配備有提升裝置(13)。樁錨頭(11)和提升裝置(13)承受建筑荷載并將其傳遞到樁(12)，其實際上允許使用任何種類的材料及形狀的樁(12)。
文檔編號E02D35/00GK1836075SQ200480023083
公開日2006年9月20日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權日2003年8月11日
發(fā)明者王志財 申請人:王志財