[发明专利]一种铰链扩大头钢管桩

说明书

本发明公开了一种铰链扩大头钢管桩，属于岩土工程领域。本发明包括变厚度镂空钢片，锥形桩尖，磁铁块，磁铁固定装置，桩身，螺栓，弹簧，滚珠轴承，旋转轴，旋转轴上下位置的喷浆孔。与现有技术相比，本发明先通过旋转轴下部喷浆孔喷出高速水泥浆，在钢片底部形成负压。再对旋转轴上部喷浆口进行高压喷浆，喷浆压力将变厚度镂空钢片推离磁铁块，钢片在下部负压、上部喷浆压力，自身重力以及弹簧弹力作用下绕着旋转轴向下转动，落至锥形桩尖位置，呈近水平状态。喷浆完成后土体、水泥浆液在钢片周边形成一个有效的扩大固结体。该发明能显著提高钢管桩的抗拔，抗压性能。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及到钢管桩领域，具体说来是一种铰链扩大头钢管桩。

背景技术

钢管桩具有桩位选取灵活，布置简单，经济实用，对场地要求低等特点，近年来在海上平台、地基加固、基坑支护、滑坡治理等领域被广泛运用。据可靠数据2015年我国钢材产量达到了11亿吨，利用率却不到67％，钢材的产能过剩大大降低了钢管桩的成本，使其在岩土工程领域得到了极大的推广。但传统的钢管桩功能单一，抗拔、抗压承载力有限，以下几点尤为明显：

1，在一些地下水位较高的软弱土层中桩体在地下水的浮力作用下抗拔、抗浮性能不足。有学者基于此研究出了一种新型伞状锚来提高桩体的抗拔性能，其主要是利用伞状筋体骨架上部兜住土体的自重以及兜住土体与未兜住土体之间的抗剪强度来提供抗拔力，但由于伞状筋体骨架与土体接触面积较小，兜住土体的范围十分有限，在实际应用中对抗拔性能的提高并不明显。

2，现有伞状锚在沉放过程中尖端铰接结构摩擦较大，容易渗入土颗粒导致筋体骨架沉放角度难以达到预期，抗拔性能提高有限。

3，传统的钢管桩在承载力达不到要求时通常是通过增加桩径，提高桩长来解决问题，增加了施工成本。

4，传统的钢管桩注浆技术其承载力主要来自桩周的摩阻力和桩端端承力。其所形成的泥土固结体主要包裹在桩壁周边，扩大头范围较小，对桩端端承力提高有限。

鉴于以上几个问题，传统的钢管桩技术亟待改进。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足之处，提供了一种铰链扩大头钢管桩来提高桩体的抗拔、抗压性能，效果显著。为了达到上述目的，本发明包括钢管桩桩体，锥形桩尖，滚珠轴承，旋转轴，螺栓，变厚度镂空钢片，高压喷浆孔，弹簧，磁铁块，磁铁固定装置。

作为优选所述的铰链扩大头钢管桩。在桩身端部焊接有四个1/4圆弧的滚珠轴承，旋转轴穿过滚珠轴承和变厚度镂空钢片上的螺栓孔通过螺栓固定在一起，旋转轴上下位置各设有一排高压喷浆孔，磁铁块安装于磁铁固定装置端部，磁铁固定装置焊接在铰链扩大头钢管桩的桩身上，钢片和钢管桩桩身通过弹簧互相连接。起初变厚度镂空钢片被吸附于磁铁块上，弹簧处于压缩状态，磁铁块对钢片的吸力略大于弹簧弹力和变厚度镂空钢片自重的水平分力之和。优先进行变厚度镂空钢片下部喷浆孔高压喷浆，在钢片下部喷出高速水泥浆，形成负压。下部喷浆5s后进行上部喷浆孔喷浆，在上部喷浆压力下，原先的力系平衡被打破，变厚度镂空钢片被上部喷浆压力推离磁铁块，磁力消失后，变厚度镂空钢片在下部负压，上部喷浆压力，自身重力以及弹簧弹力作用下绕旋转轴向下转动，落至锥形桩尖位置，呈近水平状态。喷浆完成后，可以在变厚度镂空钢片周边位置形成有效的扩大固结体。

作为优选所述的变厚度镂空钢片(1)自下而上厚度依次增加，钢片与土体主接面设有圆形镂空孔。

作为优选所述的滚珠轴承，旋转轴形状可随桩身形状变化，本案例中设为1/4圆弧形。

作为优选所述的铰链扩大头钢管桩的桩尖的桩径大于桩身直径，最大处直径应为桩身直径的1.2-1.8倍。

通过以上技术方案，本发明的有益之处有：