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)制鋼砼擴底樁的成樁設(shè)備，具體地說是擴底樁成樁專用金屬樁頭。
背景技術(shù)：
我國沿海地區(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，但其造價昂貴、工效低，而且施工時污染嚴重。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，但其造價也高，一般用于安全等級較高的建筑。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，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，在后的樁施工會對土層產(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％的沉管灌注樁達不到要求，這迫使設(shè)計人員將單樁承載力定得很低，于是導(dǎo)致下樁密布，引起土體嚴重變形，甚至危及樁身質(zhì)量。這種樁的另一個缺點是承載力低，為增大承載力，一般采用在灌砼澆注樁身后加壓擴底的辦法，但因這樣的擴底方式，其大小形狀不夠確定和規(guī)則，因而應(yīng)用受到限制。
一般來說，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?zhí)枮閆L931192960.9的中國發(fā)明專利申請“預(yù)制灌注復(fù)合管樁及其成樁工藝和設(shè)備”公開了一種提高樁承載力和樁身質(zhì)量的擴底樁，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大頭，該擴大頭與預(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”公開了一種預(yù)制鋼砼擴底樁，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，其中周邊部悠揚有尾部伸入樁身管內(nèi)，當沉管至設(shè)計標高后，周邊展開而擴底。
昭60-440420日本專利中，公開了一種“復(fù)合基礎(chǔ)樁”。該樁是“往底部擴大的樁孔擴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)樁本身決定了其擴底只能選擇“回動環(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大的尺寸限制在200mm左右。如此一來，所謂“擴底樁”實際上不過是下端為大直徑的鉆孔灌注樁，上部為直徑略小的管樁。對于樁身直徑600mm，其底座的直徑可擴大200mm左右，從其端承力分析可知，這樣的“擴底”尺寸遠遠不能達到有效提高樁承載能力的目的。所使用的“回動環(huán)流法挖掘樁孔”的成樁方法，更使這一“擴底樁”因成樁方法不當，其擴底效果甚至被否定。對于以“回動環(huán)流法”這種濕式循環(huán)法成樁的大直徑鉆孔灌注樁，國家有明確的技術(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法取干凈，將導(dǎo)致樁的沉降。若沉降量過大，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)制鋼砼擴底樁成樁過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)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明針對沉管預(yù)制鋼砼擴底樁，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軟土層沉至設(shè)計標高硬土層；b、取出金屬樁頭，并在沉管內(nèi)挖土、取土形成擴底底座空腔，必要時應(yīng)將放射鋼筋放入底座空腔并釘入硬土；c、無論對于實心或空心預(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，并通過其底部插筋與現(xiàn)澆砼底座對接錨固；d、拔出沉管、成樁。
本發(fā)明在成樁過程中使用專用沉管，其底部壁厚大于上部的壁厚且內(nèi)徑略小。
本發(fā)明的特點在于在成樁過程中使用專用金屬樁頭，使用時置于沉管內(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，通過實施相應(yīng)的成樁方法，可以使沉管預(yù)制鋼砼擴底樁底端的與樁身截面直徑之比達到1.5以上，其常規(guī)的擴底面積可達2.3平方米，承力可達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，使擴底可采用干式取土挖土、用空氣吸取，擴底過程中，可以將樁底取凈，無顆粒虛土，折減系數(shù)達到1.00。保證了擴底的可靠性，可以將底部直徑增加到足夠大，而且做到準確、隨意。其成樁過程簡單、清潔而無噪聲，單樁造價與單樁承載力之比低。
圖面說明

圖1為本發(fā)明擴底樁結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明擴底樁具有現(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)明置于擴底樁底座中的放射筋展開狀態(tài)結(jié)示意圖。
圖6為本發(fā)明擴底樁斷面為圓形的實心預(yù)制樁身示意圖。
圖7為本發(fā)明擴底樁斷面為矩形的實心預(yù)制樁身示意圖。
圖8為本發(fā)明擴底樁斷面為削角三角形的實心預(yù)制樁身示意圖。
圖9為本發(fā)明擴底樁斷面為圓環(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。
具體實施例方式如圖1-4所示，沉管預(yù)制鋼砼擴底樁由預(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對接錨固連接成整體。
底座1最大處的直徑應(yīng)當大于樁身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保證。
現(xiàn)澆鋼砼底座1的具體形狀不受限制，但試驗表明如圖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)制樁身實施例。其中圖6～圖8屬截面為實心的預(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。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心復(fù)合樁身，有效地加強了樁身抗水平力、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。具體實施中，可以預(yù)埋或預(yù)先焊接在樁身2的底部。而對于如圖9～11所示的預(yù)制管樁，插筋3還可先自由設(shè)置在樁管底部內(nèi)，在現(xiàn)場澆注時再將其澆注一體。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。對于本實施例中的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)澆砼時放射筋41移動、進一步起限位作用。
沉管預(yù)制鋼砼擴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穿過軟土層沉至設(shè)計標高硬土層，如圖12a所示；b、取出金屬樁頭6，并在沉管5內(nèi)挖土、取土形成擴底底座空腔，如圖12b～12e所示，必要時應(yīng)將放射鋼筋4放入底座空腔并釘入硬土，如圖13f所示；c、無論對于實心或空心預(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，并通過其底部插筋3與現(xiàn)澆砼底座對接錨固，如圖13g～13i所示，對于其中的空心樁身2，如有需要可再按設(shè)計澆灌砼砼或鋼砼制成復(fù)合樁身或空心、實心分段設(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穿過軟土層沉至設(shè)計標高硬土層，如圖12a所示；b、取出金屬樁頭6，并在沉管5內(nèi)挖土、取土形成擴底底座空腔，如圖12b～12e所示，必要時應(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)計標高形成底座1，并與樁身2相描固，如圖14g′～14I’所示；如有需要可再按設(shè)計澆灌砼或鋼砼制成復(fù)合樁身或空心、實心分段設(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穿過軟土層沉至設(shè)計標高硬土層，如圖12a所示；b、取出金屬樁頭6，并在沉管5內(nèi)挖土、取土形成擴底底座空腔，如圖12b～12e所示，必要時應(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)計標高形成底座1，并與樁身2相描固，如圖14g’～14i’所示。如有需要可再按設(shè)計澆灌砼或鋼砼制復(fù)合樁身或空心、實心分段設(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)備提供一個更大一些的初始活動空間。
本實施例采用專用沉管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，一方面是為了加強強度，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)置有兩個剖視呈“V”字型的螺旋形臺階52，以便與現(xiàn)有的挖土裝置相匹配，如圖15所示。為使沉管時保持垂直而不偏離，同時也為了保護擴底安全，最好在沉管5的外壁設(shè)置有若干個垂直尖形金屬導(dǎo)向翼51。
本實施例中的金屬樁頭6應(yīng)當與沉管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所示為一種可實現(xiàn)這個目的設(shè)計方案金屬樁頭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上至少開有二個缺口，尾部的內(nèi)周壁設(shè)置有大頭水平銷64，其尖頭部中心開有孔，孔內(nèi)設(shè)置彈簧66，一具有尾部錐臺的金屬塞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。這樣可避免土層對樁頭6的壓力集中于沉管5壁上。具體實施中，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錐臺尾部外壁限位下內(nèi)縮使尾部縮進金屬樁頭6內(nèi)，此時即可將金屬樁頭6塞入沉管5的底部，當大頭水平銷64對準沉管5壁上的銷子孔時，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，與安裝時一致壓下金屬塞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尾部錐臺外壁限位下內(nèi)縮，使尾部縮進金屬樁頭6內(nèi)，此時即可利用金屬樁頭6的尾部周邊凸沿62將其吊出。本發(fā)明沉管預(yù)制鋼砼擴底樁通過選用不同截面、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，無論是高層還是底層建筑，無論是工業(yè)還是民用建筑，也無論是什么安全等級建筑都適用，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)果可使材料強度利用率大大提高，使樁始終可處于最經(jīng)濟合理的狀態(tài)，極大地提高了樁的使用價值。
權(quán)利要求
1.一種金屬樁頭，其特征在于使用時置于沉管(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)，其尖頭部中心開有孔，孔內(nèi)設(shè)置彈簧(66)，一具有尾部錐臺的金屬塞(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，通過實施相應(yīng)的成樁方法，可以使沉管預(yù)制鋼砼擴底樁底端與樁身截面直徑之比達到1.5以上，其常規(guī)的擴底面積可達2.3平方米，承力可達270T左右。本發(fā)明使擴底可采用干式取土挖土、用空氣吸取，擴底過程中，可以將樁底取凈，無顆粒虛土，折減系數(shù)達到1.00。沉管的存在，保證了擴底的可靠性，可將底部直徑增加到足夠大，并做到準確、隨意。
文檔編號E02D5/00GK1448588SQ0310891
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者王國奮 申請人:王國奮