[发明专利]桩的施工方法及其设备

说明书

本发明涉及一种截面直径变化的混凝土移动桩和该桩的成形方法及其设备。

关于混凝土桩已有多种型式。比如，混凝土桩可以为预制型或现浇型。预制桩一般要被打入地基中以形成所谓的“移动”桩，这就是说，使周围土体移动以提供进入该土体中的桩的通道。另一方面，现浇桩则一般属于非移动桩，因为混凝土是浇注在预制孔或管中的。由于移动桩与周围移动的土体之间具有较大的表面摩擦力，因此移动桩具有较大的承载力。

然而移动桩的施工本身存在一些缺点或问题。比如，一般需要较大功率的打桩机将桩打入土体中，所产生的噪音和振动会限制了该打桩机的使用进间和地点，从而增加了施工时间和造价。

桩的承载力主要取决于桩，特别是桩底部的横截面积。然而，为了增加桩的承载力而加大具有恒定截面的移动桩的直径则需要更多的材料，以及更大的桩驱动功率。为了克服上述缺点，在已有技术中，仅在桩的底部提供一个加大直径部分。DE3035436号专利中描述了一种带有直径扩大头的混凝土基础桩的成形方法。该方法包括将管子设入地基中，排出管内的土体，向管底部浇注混凝土，将带有可沿径向展开的刮削臂的旋转轴插入管中，之后将管提起，该提升高度等于上述扩大头的所需高度，使刮削臂伸出，从而混凝土与由刮削臂刮下或松动的土体相混合。然后取出旋转轴，向管中插入钢筋，接着向管内浇注混凝土，最后取出管而形成带有扩大头的现浇混凝土桩。然而，上述方法工期长，从而造价高，形成的桩也不属于移动桩。另外仅在桩底部直径较大。

为了发挥移动桩的优点，于是在已有技术中人们提出这样的方案，即通过将未凝固的混凝土压入管底部，以扩大周围土体的底部，从而使得插入地基中的管底部尺寸加大。这种桩的例子如US4906141、US4544515和GB2122241号专利所描述的。然而，上述已有技术仅适合于在桩底部形成扩大头，并且上述已有技术存在噪音和振动的问题。

GB2143565号专利描述了一种基础桩，该桩包括有管，该管包括沿径向可变形段。该方法的步骤包括首先将管打入地基，之后逐步浇注混凝土。在每一阶段，要向下压实混凝土，使管的可变形段形成扩大头。FR2386646号专利描述了一种管状金属桩，该桩按常规方式打入地基中，接着利用内部液压元件使该桩在其长度方向上按一定间距沿径向扩张，上述液压元件对管施加径向压力使其向外侧扩张。当按上述方式成形后向管状桩内浇注混凝土。虽然上述英国和法国专利描述的方法所形成的桩沿其长度方向设有直径加大段，但该桩基本仍不属于非移动桩，而唯一的“移动”仅仅是管的每个变形段的直径的增加。另外，上述桩施工时要求预先将金属管打入地基中并使其留在地基中，这样就增加了工期和造价。

已有技术中还包括将预制桩旋入地基中的方法。然而，该桩需用较高功率的设桩设备，并且桩周围设置的螺旋叶片会对周围土体造成破坏，从而会失去移动桩的部分优势。

本发明的目的在于提供一种改进的桩，该桩的成形方法及其设备，从而克服或部分消除上述缺点，或者至少为使用者提供一种有用的选择。

本发明一方面涉及一种桩的成形方法，该桩包括一个或多个径向扩张部分。将长条型钻杆设入地基中，通过将周围土体沿径向向外侧推出的方式形成桩孔。在本说明书中所述的“土体”这一术语包括土、砂、泥和其它地基材料。

上述钻杆设有至少一个臂，该臂沿径向伸缩。一旦该长条型钻杆钻至所需深度，上述臂便沿径向伸出从而进一步将周围土体向外侧推出。使该钻孔部件旋转从而该臂可在钻杆周围形成孔。对该孔灌注形成桩体的可硬化材料，如水泥浆。上述材料一般是通过管道输送的，该管道沿纵向穿过钻杆，并且它紧靠臂处设有开口。

上述管道还可在钻杆的底端或尖部设置开口，从而当提升钻杆时，钻杆下面所形成的桩孔中也可以压力方式灌入可硬化材料。

桩上的径向扩张部分是这样形成的，即将钻杆设定在一定的深度，同时使其和伸出的臂一起旋转，向所形成的环状孔中灌注浆液。一般来说可在桩底端形成直径扩大头。然而也可在其它选定的深度形成上述位于桩上的法兰状环状体，以便针对特定的地质状况获得最大的桩承载力。因为桩的每一孔段是在径向扩张环状孔灌注后紧接着进行灌注的，故所形成的桩是整体现场浇注形成的移动桩，该桩在所需的深度具有径向扩张部分。

作为替换的方式，也可使臂伸出的同时提升钻杆并使其旋转。于是上述臂便在桩孔周围形成螺旋孔，这样对上述桩孔和螺旋孔压力注浆，便可形成成整体的螺旋桩。