扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法

摘要

本发明公开了一种扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法，由混凝土管桩、嵌固带、小圆孔、止回阀、灌浆管、压力气管、橡胶空气上腔、橡胶空气下腔、橡胶空气上腔气孔、橡胶空气下腔气孔、出浆孔、混凝土管桩扩径环状带、止回阀端头、橡胶垫、导向杆、拉力弹簧、矩形截面环、支杆、弹性倒刺、连接杆、弹簧挂圈组成。本发明的一种扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法，科学合理、结构简单、施工方便，以较低成本彻底解决了预制混凝土管桩扩径难题，可以大幅度提高混凝土管桩的承载能力，为混凝土管桩更广泛使用提供了技术保障。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体是一种扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法。

背景技术

桩基础是建筑物、构筑物重要组成部分之一，目前常用的基桩按成桩形式可分为预制桩与灌注桩两大类别。其中预制桩包括钢管桩、预制混凝土桩、预制混凝土管桩等，其优点是制桩过程为工厂化施工，施工速度快，对环境造成的污染少。通过机械将预制桩打入或压入入土体，利用桩与土的共同作用提供抗压、抗拔、抗弯或水平承载力。灌注桩包括钻孔灌注桩、沉管灌注桩等，其特点是需要现场成孔，然后灌入桩体材料成桩。成孔过程中，可以通过人工或机械在桩孔底部或桩孔不同部位扩大桩孔直径，以增大桩端截面面积和桩身截面面积，以期达到提高基桩基承载力的目的。与灌注桩相比，混凝土管桩虽然具有施工速度快、造价低、桩体强度高，施工质量易控制等优点，已经广泛应用于土木工程各领域，但是目前的混凝土管桩在压入土体之前，桩体形状已经确定，混凝土管桩扩径比较困难，虽然有些专利技术已在这方面进行了努力尝试，但没有实质进展,如CN 102191772 A预制扩孔桩及其施工方法，仅在方型截面桩桩端伸出两个窄翼，效果甚微；CN 203475423 U一种静压扩大头预应力高强度混凝土管桩，仅在桩端焊接钢板，桩端的端阻力有所增加，但桩周的摩阻力完全丧失了，对于一般地层总承载力不但没有增加反而降低了。对于混凝土管桩桩身扩径，目前国内外仍是一项空白。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法，由混凝土管桩、嵌固带、小圆孔、止回阀、灌浆管、压力气管、橡胶空气上腔、橡胶空气下腔、橡胶空气上腔气孔、橡胶空气橡胶空气下腔气孔、出浆孔、混凝土管桩扩径环状带、止回阀端头、橡胶垫、导向杆、拉力弹簧、矩形截面环、支杆、弹性倒刺、连接杆、弹簧挂圈组成。所述混凝土管桩每节至少设置一道嵌固带，每道嵌固带范围的桩管上至少设置两个等距小圆孔;所述嵌固带、小圆孔在混凝土管桩制造时由模具内侧凸起制成;止回阀安放在小圆孔上;压力气管固定设置在灌浆管外侧。

进一步的, 所述橡胶空气上腔和橡胶空气下腔分别与灌浆管固定设置在一起，未充气时小于混凝土管桩内径;橡胶空气上腔气孔、橡胶空气橡胶空气下腔气孔开设在压力气管上;灌浆管下端封闭，出浆孔开设在灌浆管上。

进一步的, 所述止回阀端头内侧设置橡胶垫；导向杆固定设置在止回阀端头上，导向杆外接圆直径略小于矩形截面环内径，保障在矩形截面环内侧前后移动不下滑；弹性倒刺固定设置在支杆前端，其弹性保障止回阀方便插入小圆孔并固定；支杆固定设置在矩形截面环上；弹簧挂圈固定设置在连接杆上；连接杆与支杆固定设置；拉力弹簧将止回阀端头机构与矩形截面环机构拉结在一起。

本发明的一种扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法，施工方法包括以下步骤：

第一步，将组装好的止回阀插入扩径混凝土管桩小圆孔；

第二步，按普通混凝土管桩施工方法，将扩径混凝土管桩分节压入土层至设计标高；

第三步，将灌浆管放入扩径混凝土管桩内，出浆孔位于最下层嵌固带（2）范围；

第四步，通过压力气管向橡胶空气上腔、橡胶空气下腔充入高压气体；

第五步，通过灌浆管压力灌入高强度水泥砂浆，灌入量按设计扩径体积控制；

第六步，停止压力灌浆(止回阀自动关闭)，卸掉高压气体（橡胶空气上腔、橡胶空气下腔收缩）；

第七步，上移灌浆管，使出浆孔位于上一层嵌固带范围；

第八步，重复第四步至第七步，按设计要求完成全部压力灌浆。

本发明的一种扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法，科学合理、结构简单、施工方便，以较低成本彻底解决了预制混凝土管桩扩径难题，可以大幅度提高混凝土管桩的承载能力，为混凝土管桩更广泛使用提供了技术保障。

附图说明

图1是扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法之扩径混凝土管桩剖面示意图；

图2是扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法之扩径混凝土管桩放置止回阀后剖面示意图；

图3是扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法之扩径装置剖面示意图；

图4是扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法压力灌浆前各部分剖面示意图；

图5是扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法之止回阀剖面示意图；

图6是止回阀插入扩径混凝土管桩小圆孔剖面示意图；

图7是一个混凝土管桩扩径环状带剖面示意图；

图8是一组混凝土管桩扩径环状带剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步说明。

如图1-8所示，本发明公开的扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法由混凝土管桩1、嵌固带2、小圆孔3、止回阀4、灌浆管5、压力气管6、橡胶空气上腔7、橡胶空气下腔8、橡胶空气上腔气孔9、橡胶空气橡胶空气下腔气孔10、出浆孔11、混凝土管桩扩径环状带12、止回阀端头41、橡胶垫42、导向杆43、拉力弹簧44、矩形截面环45、支杆46、弹性倒刺47、连接杆48、弹簧挂圈49组成。所述混凝土管桩1每节至少设置一道嵌固带2，每道嵌固带2范围的桩管上至少设置两个等距小圆孔3，以保障压力灌浆和扩径混凝土管桩工作状态受力对称。

嵌固带2、小圆孔3在混凝土管桩制造时由模具内侧凸起制成。止回阀4安放在小圆孔3上。压力气管6固定设置在灌浆管5外侧。橡胶空气上腔7和橡胶空气下腔8分别与灌浆管5固定设置在一起，未充气时小于混凝土管桩内径，保障在混凝土管桩内孔向下移动。橡胶空气上腔气孔9、橡胶空气橡胶空气下腔气孔10开设在压力气管6上。灌浆管5下端封闭，出浆孔11开设在灌浆管5上。

止回阀端头41内侧设置橡胶垫42，保障水泥砂浆不反流；导向杆43固定设置在止回阀端头41上，导向杆外接圆直径略小于矩形截面环45内径，保障在矩形截面环45内侧前后移动不下滑；弹性倒刺47固定设置在支杆46前端，其弹性保障止回阀方便插入小圆孔并固定；支杆46固定设置在矩形截面环45上；弹簧挂圈49固定设置在连接杆48上；连接杆48与支杆46固定设置；拉力弹簧44将止回阀端头41机构与矩形截面环45机构拉结在一起，保障水泥砂浆不反流。

本发明的扩径混凝土管桩及扩径装置和扩径方法，施工方法包括以下步骤：

第一步，将组装好的止回阀4插入扩径混凝土管桩小圆孔3；

第二步，按普通混凝土管桩施工方法，将扩径混凝土管桩分节压入土层至设计标高；

第三步，将灌浆管5放入扩径混凝土管桩内，出浆孔11位于最下层嵌固带2范围；

第四步，通过压力气管6向橡胶空气上腔7、橡胶空气下腔8充入高压气体，橡胶腔体与混凝土管桩内壁紧密贴合；

第五步，通过灌浆管5压力灌入高强度水泥砂浆，水泥砂浆通过管桩小圆孔进入嵌固带2（压桩到位后嵌固带2为空腔，高强度水泥砂浆很容易进入形成嵌固体，当灌浆压力大于嵌固带2位置土体水平向自重应力时，浆材外扩，混凝土管桩扩径环状带形成），灌入量按设计扩径体积控制；

第六步，停止压力灌浆(止回阀自动关闭)，卸掉高压气体（橡胶空气上腔7、橡胶空气下腔8收缩）；

第七步，上移灌浆管5，使出浆孔11位于上一层嵌固带2范围；

第八步，重复第四步至第七步，按设计要求完成全部压力灌浆。

混凝土管桩扩径环状带凝固后和混凝土管桩形成一体，共同工作。

上述施工步骤仅是施工方法说明，实际工程中，可以按岩土工程勘察报告提供的地质资料，根据土层情况，仅在较高强度土层灌浆，性价比最高，较软土层使用普通管桩即可。技术人员在此原理基础上做的任何改进均属于本专利保护范围。