專利名稱：半螺絲樁及其加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及建筑機械，準確地說是一種用于建筑物承載力的半螺絲混凝土樁及其加工制作的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代多層或者高層建筑，要求嚴格的地基處理、適當?shù)某兄貥痘?，以承載建筑物，且防止地震等帶來的對建筑物的傷害。對于承重的樁基，按樁對環(huán)境的分類為擠土樁(含部分擠土樁)、非擠土樁，擠土樁在施工過程中，樁周土體受到樁體的擠壓作用，土體中超孔隙水壓力增大，土體發(fā)生隆起現(xiàn)象，造成周邊環(huán)境的損害已日益受到關(guān)注，在大中城市，該法已嚴格控制性使用。非擠土樁指干、濕作業(yè)工法樁，其取土和泥漿污染十分嚴重，目前，幾乎沒有更好的技術(shù)措施加以解決；較為普遍的是根據(jù)施工方法分為預制樁和灌注樁。
國內(nèi)外無論是預制或現(xiàn)澆砼端承摩擦樁，其樁體本身是圓柱式結(jié)構(gòu)，樁端基本放在具有較好持力土層，在極根承載力狀態(tài)下，樁的主荷載仍由樁側(cè)摩阻力承受。盡管砼抗壓強度儲備極大，卻很難發(fā)揮，往往以土體摩擦破壞作為樁的承載力極限指標，這一類型樁代表了國內(nèi)外端承摩擦樁的幾乎全部受力特征，尤其是國內(nèi)普遍采用的預制樁，是將混凝土樁基預先制作好，再鉆孔打樁，其缺點是不能制作出一次性樁體，只能預制長度適當?shù)臉痘?，根?jù)實際的需要對接，對接的樁對于樁身橫向的承載力很小，往往容易錯位，只能有上下縱向的承載力，且打樁過程費時費力，成本很高。
灌注樁有“二次成樁”和“一次成樁”兩種施工方法，二次成樁是長螺旋鉆機鉆成樁孔后，拔出鉆機留下空孔，再向該空孔灌注混凝土，一次成樁是在長螺旋鉆機鉆到設(shè)計深度后停機，用泵輸送混凝土，通過中空的螺旋鉆桿到鉆頭的出料口，進行壓力灌注混凝土，并同步起拔螺旋鉆桿成樁。例如專利申請02103855.4即清楚完整地描述了這樣的特征，雖然該專利申請增加了樁端預壓漿處理過程，解決樁端虛土存在的問題，但是仍然采用的是圓柱式的樁身，其本身仍具有上述的只能承載上下壓力的問題。
日本研制出鋼纖維預制全螺紋樁，改變了這一受力特征，該鋼纖維預制全螺紋樁，是利用特殊的設(shè)備預先制作出鋼纖維的全螺紋樁，其樁身整體是螺紋結(jié)構(gòu)，便于與土層結(jié)合，擴大了樁身的承載面，大大地提高了樁身的承載力，但是其施工時也需利用特殊的設(shè)備將樁身壓入到土層中，由于高昂的造價且需要專門的配套設(shè)備、施工不方便而得不到廣泛應(yīng)用的推廣；而且對于全螺紋結(jié)構(gòu)的樁來說，不能適用于混凝土特別是純混凝土結(jié)構(gòu)的樁身，因為實際上樁身的承載力是呈倒金字塔型分布的，最上部承受的壓力最大，最底部承受的壓力最小，如果采用混凝土制作，上部的螺紋非常容易斷裂、實際上起不到螺紋的作用。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本實用新型的目的是提供一種能夠結(jié)合土層的半螺絲樁及其加工裝置，該裝置能夠一次打樁并澆筑好半螺絲樁，并保證半螺絲樁具有高承載能力。
本實用新型的另一個目的是提供一種方便、實用的半螺絲樁及其加工裝置，該半螺絲樁能夠通過其螺紋與土層結(jié)合，承載力大，且能夠承載相當?shù)臋M向力，該半螺絲樁加工裝置能提供強大的壓力及扭距，對周圍的環(huán)境不構(gòu)成污染，且成型樁無斷樁，承載力高。
本實用新型的再一個目的是提供一種半螺絲樁及其加工裝置，該半螺絲樁加工裝置能夠按照其鉆桿的轉(zhuǎn)速與深度給進之間保持同步，可避免對原土層的結(jié)構(gòu)擾動。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種半螺絲樁，該樁是由一體結(jié)構(gòu)的兩部分構(gòu)成，上部為圓柱形結(jié)構(gòu)的樁基，下部為螺紋形結(jié)構(gòu)的樁基。
半螺絲樁的結(jié)構(gòu)，依照其設(shè)置于土層下受力呈倒金字塔形狀的分布情況，上部設(shè)計為圓柱形結(jié)構(gòu)的樁基(簡稱為圓柱形結(jié)構(gòu))，下部設(shè)計為螺紋形結(jié)構(gòu)的樁基(簡稱為螺紋形結(jié)構(gòu))，增強了其承載力，使其單樁具有足夠的承載能力，一般單樁的承載力為普通直樁的7倍，可保證其所支撐的建筑物不產(chǎn)生過大的總沉降量，經(jīng)過實際測試，其沉降量不超過1cm。
所述的半螺絲樁，其圓柱形結(jié)構(gòu)占總樁長度的1/5-1/2，螺紋形結(jié)構(gòu)占總樁長度的1/2-4/5，通常情況下螺紋形結(jié)構(gòu)的長度總是大于圓柱形結(jié)構(gòu)的長度，這是由結(jié)合土層的能力及提高樁體的承載力決定的，在實際制作中常根據(jù)實際的土層情況決定二者所占的比例，一般采用的方式是圓柱形結(jié)構(gòu)占樁體長度的30％左右。
所述的半螺絲樁，其螺紋形結(jié)構(gòu)的徑向距離基本上等于圓柱形結(jié)構(gòu)的直徑，且下部的螺紋形結(jié)構(gòu)的螺紋連結(jié)于上部的圓柱形結(jié)構(gòu)上，便于制作及使得螺紋形結(jié)構(gòu)能夠與圓柱形連接在一起，結(jié)構(gòu)更結(jié)實、穩(wěn)定；一般情況下半螺絲樁螺紋形結(jié)構(gòu)的徑向距離等于其圓柱形結(jié)構(gòu)的直徑，但是特殊加工場所其圓柱形結(jié)構(gòu)的直徑也可以略大于螺紋形結(jié)構(gòu)的徑向距離。
上述的螺紋形結(jié)構(gòu)的螺齒厚度是根據(jù)實際的要求的混凝土質(zhì)量確定，可按照目前現(xiàn)在通用的螺紋結(jié)構(gòu)的計算標準計算得出。
所述的半螺絲樁，其內(nèi)部可在加工時設(shè)置鋼筋籠，以增強其樁體的強度，鋼筋籠可貫穿設(shè)置于樁體的整體中，也可根據(jù)實際情況，只設(shè)置于樁體的局部。
所述的半螺絲樁，其樁直徑為300-800mm，樁體長小于等于60米，可廣泛應(yīng)用于軟土層與硬土層，作為建筑物的摩擦樁和端承樁使用。
該半螺絲樁使用時埋設(shè)在土層中，作為承重的地基支撐體，施工時可先預制好半螺絲樁，通過現(xiàn)有的設(shè)備將其壓入土層中，也可通過專門的設(shè)備一次灌注制作，制作設(shè)備的實現(xiàn)為一種用于制作半螺絲樁的加工裝置，其包括有動力頭、控制裝置、帶有鉆頭的鉆桿、機架、輸漿管，其特征在于該裝置的動力頭下部固定有牽引裝置，這樣額外增加的向下拉力能夠使鉆桿在鉆孔時具有強大的壓力，大大地提高施工速度和效率，也有利于克服土層的阻力，使得鉆頭能夠順利下鉆。
所述的半螺絲樁的加工裝置，其鉆桿的螺距是根據(jù)鉆桿下鉆的速度和轉(zhuǎn)速的要求確定的，以保證其所制作半螺絲樁的質(zhì)量，且鉆桿的提升速度與轉(zhuǎn)速具有良好的協(xié)調(diào)關(guān)系，以使得鉆桿在提升時不破壞及擾動所形成螺紋形的土層結(jié)構(gòu)(即土層中的螺紋結(jié)構(gòu))。
所述的半螺絲樁的加工裝置，其鉆桿的上部也為圓柱形結(jié)構(gòu)，且其圓柱形結(jié)構(gòu)的直徑小于鉆桿螺紋部分的徑向距離。
所述的半螺絲樁的加工裝置，其鉆桿為中空結(jié)構(gòu)，鉆桿的底部設(shè)置有用于灌注混凝土的閥門，該閥門為設(shè)置于鉆桿底部外端能夠阻擋土層進入鉆桿內(nèi)的檔板，往下鉆孔時，該檔板被土層頂持，不能打開，提升鉆桿時，混凝土在壓力的作用下沖開該檔板，使得混凝土能夠順利灌注。
所述的半螺絲樁的加工裝置，其動力頭上部也設(shè)置有牽引裝置，以能夠在鉆孔結(jié)束后順利地提升鉆桿，同時生成半螺絲樁。
所述的半螺絲樁的加工裝置，其動力頭上設(shè)置的牽引裝置均衡設(shè)置于動力頭上，以使鉆桿下鉆或者提升時受力平衡、穩(wěn)定。
所述的控制裝置，其設(shè)置有變頻器，以控制鉆桿扭距的輸出，以及鉆桿的轉(zhuǎn)速，保持其轉(zhuǎn)速與給進深度之間同步。
上述的控制裝置，其包括有控制系統(tǒng)、變頻器，變頻器設(shè)置有兩個，分別連結(jié)到進給系統(tǒng)、動力頭與控制系統(tǒng)之間，動力頭控制鉆桿的轉(zhuǎn)速，并信號反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)向變頻器輸出控制指令，使變頻器控制動力頭的行動；如果動力頭在鉆桿的影響下，其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，反饋信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后，控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整進給系統(tǒng)變頻器的速度，使兩個變頻器保持同步運行，以保證轉(zhuǎn)速與給進深度之間的同步。
上述的加工裝置，其名稱為螺絲擠壓樁機，實際制作中，可采用上述的螺絲擠壓樁機現(xiàn)場一次性成型施工，成樁量每天可達750延米(即φ500mm樁徑每天累計進度為750米)以上。
本實用新型的半螺絲樁及其加工裝置的優(yōu)點為1、由機械一次性擠壓成孔成樁，無余土外運，無噪音；2、施工速度明顯優(yōu)于其它樁，一臺機每天施工750延米以上；3、由泵壓式鉆桿擠壓成螺絲型+直樁，成型樁無斷樁，無縮頸，承載力明顯提高。
其適應(yīng)范圍為1、廣泛運用于軟土層與硬土層交替土層，作為建筑物的磨擦樁+端承樁使用，2、樁徑φ300mm至φ800mm，3、樁長≤60米。
本實用新型是建立在CFG樁即干作業(yè)法樁和日本的鋼纖維螺絲樁的基礎(chǔ)上的，在工作中所述的樁機可對鉆桿鉆頭施預強大壓力及扭矩，同時按其轉(zhuǎn)速與深度進給之間保持同步關(guān)系；且該樁機的動力頭輸出扭矩為普通類似樁機成倍數(shù)以上，使得施工時其鉆桿鉆頭對土層之工作壓力可達數(shù)十噸以上。
并且該樁機之自動控制系統(tǒng)可自動跟蹤鉆桿鉆頭工作狀況而調(diào)整進給量及其轉(zhuǎn)速；及該樁機之動力頭及進給系統(tǒng)皆由變頻器配合，使各電動機在低轉(zhuǎn)速時仍能產(chǎn)生最大的輸出扭矩，不卡鉆，以保障鉆桿鉆頭在土層中形成螺絲樁的同時，盡量避免對原土層結(jié)構(gòu)擾動，以利于形成結(jié)構(gòu)良好的半螺絲樁，并使其具有良好的承載能力。


圖1為本實用新型半螺絲樁的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實用新型螺絲擠壓樁機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為螺絲擠壓樁機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為螺絲擠壓樁機動力頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為螺絲擠壓樁機鉆桿鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1所示為半螺絲樁1，該樁是由一體結(jié)構(gòu)的兩部分構(gòu)成，上部為直樁圓柱形結(jié)構(gòu)的樁基11(簡稱圓柱形結(jié)構(gòu)11)，下部為螺紋形結(jié)構(gòu)的樁基12(簡稱螺紋形結(jié)構(gòu)12)；其設(shè)計是依照其設(shè)置于土層下受力呈倒金字塔形狀的分布情況，上部設(shè)計為圓柱形結(jié)構(gòu)11，下部設(shè)計為螺紋形結(jié)構(gòu)12，增強了其承載力，使其單樁具有足夠的承載能力，且該半螺絲樁1，其圓柱形結(jié)構(gòu)11占總樁長度的1/3左右，螺紋形結(jié)構(gòu)12占總樁長度的2/3左右，結(jié)構(gòu)搭配合理，能夠形成具有最大承載力的樁體。
該半螺絲樁1，其螺紋形結(jié)構(gòu)12上均勻分布有成一定傾斜角度的螺齒121，且該螺紋形結(jié)構(gòu)12的徑向距離等于圓柱形結(jié)構(gòu)11的直徑，且下部的螺紋形結(jié)構(gòu)12的螺齒121連結(jié)于上部的圓柱形結(jié)構(gòu)11上，便于制作及使得螺紋形結(jié)構(gòu)12能夠與圓柱形結(jié)構(gòu)11連接在一起，結(jié)構(gòu)更結(jié)實、穩(wěn)定。
其內(nèi)部可在加工時設(shè)置鋼筋籠12，以增強其樁體的強度，鋼筋籠13貫穿設(shè)置于樁體的整體中。
圖2、圖3、圖4及圖5所示，用于制作上述的半螺絲樁1的螺絲擠壓樁機2，其包括有動力頭21、控制裝置23、帶有鉆頭27的鉆桿24、進給系統(tǒng)22、機架25、輸漿管28、水管29，該樁機2的基礎(chǔ)支撐物是底座26，底座26的底部有支撐的支腳261，底座26上固定有控制裝置23、進給系統(tǒng)22、機架25，動力頭21則設(shè)置于機架25上，并與機架25保持活動連接，動力頭21向下伸出鉆桿24，并通過鉆桿24底端的鉆頭27鉆孔；鉆孔時，動力頭21帶動鉆桿24旋轉(zhuǎn)，并向下運動，使鉆頭27沖破土層的阻力，鉆出符合要求的孔；該樁機2的動力頭21下部固定有牽引裝置，即下牽引索222，以使鉆桿在鉆孔時具有強大的壓力，提高施工速度和效率；其動力頭21上部也設(shè)置有牽引裝置，即上牽引索221，上牽引索221和下牽引索222是兩條在進給系統(tǒng)22控制下向動力頭21提供向下、向上拉力的牽引索，以能夠順利快捷地鉆孔成孔，且在鉆孔結(jié)束后順利地提升鉆桿，同時生成半螺絲樁；在動力頭21上設(shè)置的下牽引索222及上牽引索221均衡設(shè)置于動力頭上，以使鉆桿下鉆或者提升時受力平衡、穩(wěn)定；同時，上牽引索221通過固定于機架25上部的滑輪223牽引到進給系統(tǒng)22中，下牽引索222通過固定于機架25下部的滑輪223牽引到進給系統(tǒng)22中，進給系統(tǒng)22中的電動機224向上牽引索221、下牽引索222提高牽引動力。
動力頭21的內(nèi)部具有電動機211及傳動軸212，傳動軸212帶動鉆桿24旋轉(zhuǎn)下鉆或者提升，鉆桿24的上端連接有輸漿管28和水管29，以在鉆孔完成后向孔內(nèi)灌注混凝土；動力頭的上下中間位置設(shè)置有上掛勾213和下掛勾214，以固定上牽引索221、下牽引索222，這樣上牽引索221和下牽引索222對稱均衡分布在動力頭21上，使動力頭21的運動保持均衡、穩(wěn)定。
鉆桿24的上部為圓柱結(jié)構(gòu)241，下部為螺紋結(jié)構(gòu)242且其圓柱結(jié)構(gòu)241的直徑小于鉆桿螺紋結(jié)構(gòu)242的徑向距離，使螺紋結(jié)構(gòu)242上均勻分布的螺齒243能夠突出其桿體，起下鉆破壞土層的作用。
且鉆桿24為中空結(jié)構(gòu)，鉆桿24的底部設(shè)置有用于灌注混凝土的檔板271，該檔板271設(shè)置于鉆桿24底部外端，能夠阻擋土層進入鉆桿24內(nèi)，往下鉆孔時，該檔板271被土層向上頂持，不能打開，提升鉆桿24時，混凝土在壓力的作用下沖開該檔板271，同時土層對該檔板271的頂持力消失，使得混凝土能夠順利灌注。
控制裝置，其設(shè)置有變頻器，以控制鉆桿扭距的輸出，以及鉆桿的轉(zhuǎn)速，保持其轉(zhuǎn)速與給進深度之間同步，變頻器設(shè)置有兩個，分別連結(jié)到進給系統(tǒng)、動力頭與控制系統(tǒng)之間，動力頭控制鉆桿的轉(zhuǎn)速，并信號反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)向變頻器輸出控制指令，使變頻器控制動力頭的行動；如果動力頭在鉆桿的影響下，其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，反饋信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后，控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整進給系統(tǒng)變頻器的速度，使兩個變頻器保持同步運行，以保證轉(zhuǎn)速與給進深度之間的同步。
采用上述的半螺絲樁及其加工裝置的優(yōu)點是1、由機械一次性擠壓成孔成樁，無余土外運，無噪音；2、施工速度明顯優(yōu)于其它樁，一臺機每天施工750延米(以直徑50cm的樁計算，每天累計的施工進度為750米)左右；3、由泵壓式鉆桿擠壓成螺絲型+直樁，成型樁無斷樁，無縮頸，承載力明顯提高。
其適應(yīng)范圍為1、廣泛運用于軟土層與硬土層交替土層，作為建筑物的磨擦樁+端承樁使用。
2、樁徑φ300mm至φ800mm。
3、樁長≤60米。
總之，上述的結(jié)構(gòu)方式的描述只是對本實用新型具體實施的詳細說明，不是對本實用新型的具體限定，只要能夠達到本實用新型的目的的類似的結(jié)構(gòu)以及實施方式都是可行的，在本申請的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種半螺絲樁，其特征在于該樁是由一體結(jié)構(gòu)的兩部分構(gòu)成，上部為圓柱形結(jié)構(gòu)的樁基，下部為螺紋型結(jié)構(gòu)的樁基。
2.如權(quán)利要求1所述的半螺絲樁，其特征在于圓柱形結(jié)構(gòu)占總樁長度的1/5-1/2，螺紋型結(jié)構(gòu)占總樁長度的1/2-4/5。
3.如權(quán)利要求1所述的半螺絲樁，其特征在于其螺紋形結(jié)構(gòu)的徑向距離基本上等于圓柱形結(jié)構(gòu)的直徑，且下部的螺紋形結(jié)構(gòu)的螺紋連結(jié)于上部的圓柱型結(jié)構(gòu)上。
4.如權(quán)利要求1所述的半螺絲樁，其特征在于其內(nèi)部可在加工時設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠可貫穿設(shè)置于樁體的整體中，也可只設(shè)置于樁體的局部。
5.如權(quán)利要求1所述的半螺絲樁，其特征在于其樁直徑為300-800mm，樁體長小于等于60米，可廣泛應(yīng)用于軟土層與硬土層。
6.一種用于制作半螺絲樁的加工裝置，其包括有動力頭、控制裝置、帶有鉆頭的鉆桿、機架、輸漿管，其特征在于該裝置的動力頭下部固定有牽引裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的半螺絲樁的加工裝置，其特征在于所述的半螺絲樁的加工裝置，其鉆桿的上部也為圓柱形結(jié)構(gòu)，且其圓柱形結(jié)構(gòu)的直徑小于鉆桿螺紋部分的徑向距離。
8.如權(quán)利要求6所述的半螺絲樁的加工裝置，其特征在于其動力頭上部也設(shè)置有牽引裝置。
9.如權(quán)利要求6所述的半螺絲樁的加工裝置，其特征在于其動力頭上設(shè)置的牽引裝置均衡設(shè)置于動力頭上。
10.如權(quán)利要求6所述的半螺絲樁的加工裝置，其特征在于控制裝置，其包括有控制系統(tǒng)、變頻器，變頻器設(shè)置有兩個，分別連結(jié)到進給系統(tǒng)、動力頭與控制系統(tǒng)之間，動力頭控制鉆桿的轉(zhuǎn)速，并信號反饋到控制系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型是一種用于建筑物承載力的半螺絲混凝土樁及其加工制作的裝置，該樁是由一體結(jié)構(gòu)的兩部分構(gòu)成，上部為圓柱形結(jié)構(gòu)的樁基，下部為螺紋型結(jié)構(gòu)的樁基；半螺絲樁的加工裝置，是包括有動力頭、控制裝置、帶有鉆頭的鉆桿、機架、輸漿管，該裝置的動力頭下部固定有牽引裝置，這樣該加工裝置能夠使鉆桿在鉆孔時具有強大的壓力，大大地提高施工速度和效率，也有利于克服土層的阻力，使得鉆頭能夠順利下鉆，且制作的半螺絲樁結(jié)構(gòu)，其單樁承載力強，廣泛運用于軟土層與硬土層交替土層，作為建筑物的磨擦樁加端承樁使用。
文檔編號E02D5/36GK2672165SQ20032013009
公開日2005年1月19日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者張超, 張寧, 彭桂皎, 郝建兵 申請人:張超, 張寧