[发明专利]一种基于仿生学的静压式后撑螺旋桩及其施工方法

权利要求书

1.一种基于仿生学的静压式后撑螺旋桩，其特征在于，包括桩尖、外部套管、法兰和尾翼，其中，所述尾翼设置于外部套管上端，所述法兰设置于尾翼和外部套管的顶端，在外部套管的下部设置有至少一个外撑叶片，所述外撑叶片在外部套管顶部受压时，外撑叶片向外展开；所述外部套管内部设置内置钢管或柔性锚杆，所述桩尖与内置钢管或柔性锚杆固定连接，所述外撑叶片包含四个分叶片，分别设置于外部套管的四侧，每个分叶片由两片钢板和3个转轴组成，其中，两片钢板的一端通过第一转轴相连，另一端分别通过第二转轴和第三转轴铰接连接在外部套管的一侧上；转轴直径较钢板厚度小3~4mm，第一转轴靠钢板内壁设置且与钢板内壁相切，第二转轴和第三转轴靠钢板外壁布置且与钢板外壁相切，每根螺旋桩设置1-3个外撑叶片，所述第一转轴被设置为当外部套管顶部受压时，两片钢板的撑开方向只能向外，且撑开后两片钢板的夹角为15~30°；当外部套管内为内置钢管时，所述内置钢管的上部设置有两排对穿孔洞，在外部套管顶部设置有对应的两排对穿孔洞，用于与外部套管通过长螺栓连接；当外部套筒内为柔性锚杆时，在柔性锚杆外侧设置有安装套筒，所述柔性锚杆顶部设有圆形拉环，底部有扩大头，在扩大头外表面设置有螺纹，用于与安装套筒螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的静压式后撑螺旋桩，其特征在于，所述外部套管截面为正方形，套管底部设有内扣，内扣上设有4~8个螺栓孔，所述桩尖底面外缘设置有桩尖凸缘，桩尖凸缘外轮廓为正方形，每条边上设有1~2个螺栓孔，用于和外部套筒的螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的静压式后撑螺旋桩，其特征在于，所述桩尖为开放式桩尖或倒圆锥形密闭桩尖，桩尖锥角角度为30°~35°，当采用内置钢管时桩尖为空心，壁厚与内置钢管相同，选用柔性锚杆时桩尖为实心。

4.根据权利要求1所述的静压式后撑螺旋桩，其特征在于，所述尾翼由3~4个梯形、矩形或三角形翼板组成，翼板之间夹角为90°~120°，翼板长是1.5~2.0倍的翼板宽，所述尾翼通过焊接连接到外部套管的上端。

5.根据权利要求1所述的静压式后撑螺旋桩，其特征在于，所述外撑叶片和外部套管的外表面增设负泊松比材料。

6.一种权利要求1-5任一项所述的静压式后撑螺旋桩的施工方法，其特征在于，使用内置钢管进行施工，按照如下步骤施工：

（1）预制构件：按照设计要求，在工厂预制桩尖、尾翼、外部套管、外撑叶片、法兰和内置钢管；工厂预制过程中完成外部套管、法兰和外撑叶片的连接，法兰通过焊接连接到外部套管顶部，外撑叶片通过转轴连接到外部套管底部；

（2）现场组装：当预制构件运输到施工场地后，内置钢管与桩尖焊接连接，尾翼通过焊接连接到外部套管上端，外部套管底部通过螺栓固定在桩尖凸缘上，外部套管上部通过螺栓穿过预设第二排孔洞的方式进行外部套管和内置钢管的连接；

（3）沉桩：桩机定位，起吊螺旋桩并确保外部套管和内置钢管是通过第二排孔洞进行螺栓连接；利用静压桩机，将螺旋桩静压贯入至设计深度，当尾翼底部与地面平齐时，暂停沉桩贯入；解除第二排孔洞处的螺栓，并固定内置钢管位置使之不再下沉；继续沉桩贯入，直至尾翼顶部与地面平齐、外部套管与内置钢管顶部平齐，并通过螺栓穿过预设第一排孔洞的方式进行外部套管和内置钢管的连接，避免外撑叶片后续受力变形；

（4）桩机移位：完成1根静压式后撑螺旋桩施工；移动机架，施工第2根静压式后撑螺旋桩，直至完成场地内所有桩基施工。

7.一种权利要求1-5任一项所述的静压式后撑螺旋桩的施工方法，其特征在于，使用柔性锚杆进行施工，按照如下步骤施工：

（1）预制构件：按照设计要求，在工厂预制桩尖、尾翼、外部套管、外撑叶片、法兰、柔性锚杆和安装套筒，工厂预制过程中完成外部套管、法兰和外撑叶片的连接，法兰通过焊接连接到外部套管顶部，外撑叶片通过转轴连接到外部套管底部；

（2）现场组装：当预制构件运输到施工场地后，柔性锚杆与桩尖焊接连接，尾翼通过焊接连接到外部套管上端，外部套管底部通过螺栓固定在桩尖凸缘上，安装套筒顺时针旋转通过螺纹连接到柔性锚杆底部，连接完成后安装套筒和法兰顶部平齐；

（3）沉桩：桩机定位，起吊螺旋桩并确保外部套管、柔性锚杆和安装套筒的相对位置关系；利用静压桩机，将螺旋桩静压贯入至设计深度，当尾翼底部与地面平齐时，暂停沉桩贯入；逆时针旋转拆除安装套筒，并固定柔性锚杆；再通过法兰施加下压力使外部套管下沉至设计深度，在此过程中外撑叶片展开；

（4）注浆：外部套管的内部注入浆液，浆液凝固后外撑叶片不再发生变形，自此完成1根静压式后撑螺旋桩的施工；

（5）桩机移位：完成1根静压式后撑螺旋桩施工之后；移动机架，施工第2根静压式后撑螺旋桩，直至完成场地内所有桩基施工。