專利名稱：一種預制擠擴樁及其施工方法與施工機械設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及土木工程中樁基工程領域。
背景技術：
樁基工程是土木工程領域中重要組成部分之一，目前常用的工程樁形式主要有預 制樁與灌注樁兩大類別，其中預制樁包括鋼管樁、預制方樁、PHC管樁、預應力空心方樁等形 式，其特點是將工程樁預制成形后置入土體，利用樁與土的共同作用提供抗壓、抗拔、抗彎 或水平承載力。灌注樁包括鉆孔灌注樁、沉管灌注樁等形式，其特點是首先在巖土體中預成 孔，然后灌入樁體材料成樁。因樁尖持力層或部分樁側土層強度高，在各類灌注樁中可通 過擴大樁端與土體接觸面來提高樁基承載力，例如竹節樁、肢盤擴底樁均屬于此類性質的 擴孔樁。與灌注樁相比，預制樁特別是PHC管樁，具有施工速度快、造價低、樁體強度高，施 工質量易控制等優點，目前廣泛應用于土木工程各領域。但是目前的預制樁在置入土體前 樁體形狀已經確定，能否在預制樁底部進行擴底來提高預制樁承載力具有巨大的工程實踐 意義，目前最新的提高預制樁端部承載力的方法為通過先沉管灌注，然后壓入預制樁身的 施工方法所完成的擴底樁，但該方法有施工工藝復雜，造價高、現場施工質量難以控制的缺 點，另一類提高預制樁承載力的方法是通過樁底、樁側注漿來提高預制樁承載力，因預制樁 在施工后已通過擠土與土體緊密連接，因而該方法提高的承載力小且代價高，因此目前高 效的預制樁擴孔技術仍是國內外的一項空白。發明的內容本發明的第一個目的在于提供一種預制擠擴樁施工方法，該預制擠擴樁施工方法 可以在施工時形成樁底擴大段，可大幅度提高樁基承載力，大幅度節約樁基工程造價，施工 方便，質量可靠。該預制擠擴樁施工方法包括以下步驟a)確定樁位，將底部連接有樁塞的中空的預制樁沉入預定深度；b)移開樁塞，并將未凝結的樁體材料灌入中空的預制樁；c)通過中空的預制樁的中空部位，擠壓未凝結的樁體材料，使未凝結的樁體材料 擠入中空的預制樁下部的土體中，形成樁底擴大段；d)根據樁底擴大段擴大幅度的需要，確定是否重復步驟(b)中將未凝結的樁體材 料灌入中空的預制樁，并確定是否重復步驟(c)，直至完成樁底擴大段施工，如樁底擴大段 滿足要求，則不需要本步驟。在上述的預制擠擴樁施工方法中，上述的樁塞可以是放置于中空的預制樁下部且 能在壓樁過程中阻止土體進入中空的預制樁內形成土塞的預制結構。在上述的預制擠擴樁施工方法中，上述的樁塞可以是略小于中空的預制樁的中空 部位且底部開口的管狀結構。在上述的預制擠擴樁施工方法中，上述的未凝結的樁體材料可以是未凝固的混凝 土、或未凝結的石灰、或未凝結的水泥與碎石、粉煤灰、礦渣等材料摻和的混和料中的一種、或不凝結的碎石等散體材料。本發明的第二個目的在于提供一種預制擠擴樁，該預制擠擴樁能充分發揮樁端持 力層的潛力，大幅度提高了預制樁的承載力，造價低。該預制擠擴樁包括中空的預制樁、樁底擴大段、樁塞三部分組成，其中樁底擴大段 位于中空的預制樁下部，樁塞位于樁底擴大段下部。在上述的預制擠擴樁中，上述的樁塞、樁底擴大段、中空的預制樁之間可以通過鋼 筋或鋼絞線連接。在上述的預制擠擴樁中，上述的樁塞可以是安裝于中空的預制樁底部的可以封堵 中空的預制樁的中空部位的預制樁尖。在上述的預制擠擴樁中，上述的樁塞可以是安裝于中空的預制樁底部且可以相對 于中空的預制樁活動的板狀結構。在上述的預制擠擴樁中，上述的樁塞可以通過鋼筋或鋼絞線連接至中空的預制樁 樁頂。在上述的預制擠擴樁中，可在上述中空的預制樁的中空部位灌注混凝土。在上述的預制擠擴樁中，上述的樁底擴大段為近似橢球形。本發明的第三個目的在于提供一種預制擠擴樁施工方法所用的成樁機械，該成樁 機械可順利高效地完成樁體較長的預制擠擴樁的施工，可節省施工成本，提高施工效率。該成樁機械包括樁機、增高架、起吊系統三部分組成，其中增高架位于樁機上部， 起吊系統設置于增高架上。本發明的第四個目的在于提供一種預制擠擴樁施工方法所用的擠擴器，該擠擴器 結構簡單、造價低、施工方便，成樁質量可靠，可順利完成預制擠擴樁擠擴施工。該擠擴器為一橫截面形狀為圓形，底部封閉，外表面光滑的圓柱形結構。
圖1為本發明的一個實施例所用的預制擠擴樁施工方法第一步驟擠擴前樁體結 構示意圖；圖2為本發明的一個實施例所用的預制擠擴樁施工方法第二步驟擠擴前樁體結 構示意圖；圖3為本發明的一個實施例所用的預制擠擴樁施工方法完成后樁體結構示意圖；圖4為本發明的一個實施例所用的成樁機械、擠擴器構造示意圖。
具體實施例方式作為本發明的如圖1至圖4所示的一個實施例，主要目的在于介紹預制擠擴樁施 工方法、擠擴原理、擠擴后形成的預制擠擴樁的結構構造及擠擴施工過程中所用的成樁機 械、擠擴器的結構構造及其工作原理。在本實施例中介紹的預制擠擴樁施工方法的第一步， 確定樁位后，將樁塞(1)連接于中空的預制樁(2)底部，樁塞(1)可以是如圖1所示的實心 的預制樁尖，也可以是蓋在中空的預制樁(2)底部的板狀結構，還可以是插入中空的預制 樁(2)的中空部位(9)的底部開口的管狀結構，使樁塞(1)與中空的預制樁(2)之間在壓 樁時相對位置穩定，然后將連接有樁塞(1)的中空的預制樁(2)沉入預定深度，即進入持
4力層一定深度，如圖1所示。在本步驟中，如需減小沉樁過程中的擠土效應，可采用底部開 口的管狀結構作為樁塞(1)置于中空的預制樁(2)的中空部位(9)中，沉樁完成后，拔出 樁塞(1)便可。從而完成本發明的預制擠擴樁施工方法的第一步，進入本發明的預制擠擴 樁施工方法的第二步。在預制擠擴樁施工方法的第二步，可利用如圖4所示的擠擴器(3) 穿過中空的預制樁(2)的中空部位(9)，使擠擴器(3)底部壓在樁塞(1)的頂部，通過捶擊 或靜壓擠擴器(3)的頂部，使樁塞(1)移開進入土體，并在中空的預制樁(2)底部形成孔 洞，然后拔出擠擴器(3)，將未凝結的樁體材料灌入中空的預制樁(2)的中空部位(9)，同 時充填上述的在中空的預制樁(2)底部形成孔洞，未凝結的樁體材料可以是未凝結的混凝 土、或未凝結的石灰、或未凝結的水泥與碎石、粉煤灰、礦渣等材料摻和的混和料中的一種， 或不凝結的碎石等散體材料。在本步驟中，也可以先將未凝結的樁體材料灌入中空的預制 樁⑵的中空部位(9)，然后利用擠擴器(3)穿過中空的預制樁(2)的中空部位(9)，使擠 擴器(3)底部壓在未凝結的樁體材料頂部，通過捶擊或靜壓擠擴器(3)的頂部，使樁塞(1) 移開進入土體。從而完成本發明的預制擠擴樁施工方法的第二步，進入本發明的預制擠擴 樁施工方法的第三步。在本步驟中，再次利用如圖4所示的擠擴器(3)穿過中空的預制樁 (2)的中空部位(9)，擠壓未凝結的樁體材料，擠壓的方式可以是利用擠擴器(3)的自重對 未凝結的樁體材料進行捶擊擠壓，也可以在擠擴器(3)的頂部進行捶擊或靜壓，使未凝結 的樁體材料擠入中空的預制樁(2)下部的土體中，形成如圖3所示樁底擴大段(4)。完成本 發明的預制擠擴樁施工方法的第三步，進入本發明的預制擠擴樁施工方法的第四步。根據 需要，如需繼續增加樁底擴大段(4)的擠擴幅度，可以將擠擴器(3)拔出，重復第二步中將 未凝結的樁體材料灌入中空的預制樁(2)的中空部位(9)，重復本實施例的第三步驟，直至 完成樁底擴大段施工，如樁底擴大段(4)已滿足要求，則不需要本步驟操作，完成本實施例 的第四步，即完成預制擠擴樁施工。在本實施例中，還可通過樁底擴大段(4)的樁體材料的 凝結進一步提高承載力。由中空的預制樁(2)、位于中空的預制樁(2)下部與其連接的樁 底擴大段(4)及與樁底擴大段(4)連接的樁塞(1)共同組成了預制擠擴樁。從而完成本發 明的的預制擠擴樁施工。在本實施例中，對中空的預制樁(2)為多節樁的情況，為了提高施 工效率，降低施工成本，可制造如圖4所示的成樁機械。在如圖4所示的成樁機械中，在樁 機(5)的上部安裝增高架(6)，在增高架(6)上安裝起吊系統(7)，這樣便可通過起吊系統 (7)快捷起吊、放置比單節中空的預制樁(2)長的擠擴器(3)，從而提高施工效率，樁機(5) 可以是靜力壓樁機，也可以是打樁機。在本實施例中，中空的預制樁⑵可以是PHC管樁， 也可以是空心方樁，擠擴器(3)為一橫截面形狀近似為圓形，底部封閉，外表面光滑的圓柱 形結構。在本實施例中，為了進一步提高樁塞(1)、樁底擴大段(4)、中空的預制樁(2)之間 的連接強度，還可在樁塞(1)上設置連接鋼筋或鋼絞線(8)，在上述的預制擠擴樁施工方法 的第二步與第三步施工時避開對連接鋼筋或鋼絞線(8)的破壞，施工完成后形成的預制擠 擴樁整體性更強，如將連接鋼筋或鋼絞線(8) —直貫通至中空的預制樁(2)的樁頂，則連接 鋼筋或鋼絞線(8)便可作為抗拉結構使用，此種預制擠擴樁的抗拔承載力將有大幅度的提 高。在本實施例中，還可以在樁底擴大段(4)施工完成后繼續向中空的預制樁(2)的中空 部位(9)灌注未凝結的樁體材料，可進一步提高樁身結構強度。
本專利包括但不限于本領域內專業人士可替代使用的其他施工方法。
權利要求
一種預制擠擴樁施工方法，其特征是該預制擠擴樁施工方法包括以下步驟a)確定樁位，將底部連接有樁塞(1)的中空的預制樁(2)沉入預定深度；b)移開樁塞(1)，并將未凝結的樁體材料灌入中空的預制樁(2)；c)通過中空的預制樁(2)的中空部位(9)，擠壓未凝結的樁體材料，使未凝結的樁體材料擠入中空的預制樁(2)下部的土體中，形成樁底擴大段(4)；d)根據樁底擴大段(4)擴大幅度的需要，確定是否重復步驟(b)中將未凝結的樁體材料灌入中空的預制樁(2)，并確定是否重復步驟(c)，直至完成樁底擴大段(4)施工，如樁底擴大段(4)滿足要求，則不需要本步驟。
2.根據權利要求1所述的預制擠擴樁施工方法，其特征在于上述的樁塞(1)可以是放 置于中空的預制樁(2)下部且能在壓樁過程中阻止土體進入中空的預制樁(2)內形成土塞 的預制結構。
3.根據權利要求1所述的預制擠擴樁施工方法，其特征在于上述的樁塞(1)可以是略 小于中空的預制樁(2)的中空部位(9)且底部開口的管狀結構。
4.根據權利要求1所述的預制擠擴樁施工方法，其特征在于上述的未凝結的樁體材料 可以是未凝固的混凝土、或未凝結的石灰、或未凝結的水泥與碎石、粉煤灰、礦渣等材料摻 和的混和料中的一種、或不凝結的碎石等散體材料。
5.一種預制擠擴樁，其特征是該預制擠擴樁包括中空的預制樁(2)、樁底擴大段(4)、 樁塞⑴三部分組成，其中樁底擴大段⑷位于中空的預制樁⑵下部，樁塞⑴位于樁底 擴大段⑷下部。
6.根據權利要求5所述的預制擠擴樁，其特征是上述的樁塞(1)、樁底擴大段(4)、中空 的預制樁⑵之間可以通過鋼筋或鋼絞線⑶連接。
7.根據權利要求5所述的預制擠擴樁，其特征是上述的樁塞(1)可以是安裝于中空的 預制樁(2)底部的可以封堵中空的預制樁(2)的中空部位(9)的預制樁尖。
8.根據權利要求5所述的預制擠擴樁，其特征是上述的樁塞(1)可以是安裝于中空的 預制樁(2)底部且可以相對于中空的預制樁(2)活動的板狀結構。
9.根據權利要求5所述的預制擠擴樁，其特征是上述的樁塞(1)可以通過鋼筋或鋼絞 線(8)連接至中空的預制樁(2)樁頂。
10.根據權利要求5所述的預制擠擴樁，其特征是可在上述中空的預制樁(2)的中空部 位(9)灌注混凝土。
11.根據權利要求5所述的預制擠擴樁，其特征是上述的樁底擴大段(4)為近似橢球形。
12.—種預制擠擴樁施工方法所用的成樁機械，其特征是該成樁機械包括樁機(5)、增 高架(6)、起吊系統(7)三部分組成，其中增高架(6)位于樁機(5)上部，起吊系統(7)設置 于增高架(6)上。
13.一種預制擠擴樁施工方法所用的擠擴器，其特征是該擠擴器(3)為一橫截面形狀 為圓形，底部封閉，外表面光滑的圓柱形結構。
全文摘要
本發明涉及樁基工程領域中的一種預制擠擴樁及其施工方法與施工機械設備，本發明的預制擠擴樁施工方法包括以下步驟將底部連接有樁塞(1)的中空的預制樁(2)沉入預定深度；移開樁塞(1)，并將未凝結的樁體材料灌入中空的預制樁(2)；使未凝結的樁體材料擠入中空的預制樁(2)下部的土體中，形成樁底擴大段(4)；重復上述步驟，直至樁底擴大段(4)滿足要求，所施工完成的預制擠擴樁包括上部的中空的預制樁(2)，下部的樁底擴大段(4)及底部的樁塞(1)組成，并研制了高效的施工設備，該種樁型施工方便，質量可靠，大幅度提高了目前廣泛應用的PHC管樁、空心方樁等預制樁的端部承載力，可作為抗拔、抗壓承載樁，承載力高，造價低。
文檔編號E02D7/02GK101936004SQ20101026452
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者張繼紅 申請人:張繼紅