PDF《E02D 5/56》

[19]中华人民共和国国家知识产权局 [12]实用新型专利说明书 [11]授权公告号 CN 2672165Y [45]授权公告日 2005年1月19日[21]ZL 专利号 200320130095.

6 [22]申请日 2003.12.31 [21]申请号 200320130095.6 [73]专利权人 张超 地址 518112广东省深圳龙岗区坂田四季花城第 六期云竹苑H1101 共同专利权人 张宁 [72]设计人 张超 张宁 彭桂皎 郝建兵 [51]Int.CI7 E02D 5/56 E02D 5/36 权利要求书

2 页 说明书

10 页 附图

5 页[54]实用新型名称 半螺丝桩及其加工装置 [57]摘要 本实用新型是一种用于建筑物承载力的半螺丝 混凝土桩及其加工制作的装置,该桩是由一体结构 的两部分构成,上部为圆柱形结构的桩基,下部为 螺纹型结构的桩基;

半螺丝桩的加工装置,是包括 有动力头、控制装置、带有钻头的钻杆、机架、输 浆管,该装置的动力头下部固定有牵引装置,这样 该加工装置能够使钻杆在钻孔时具有强大的压力, 大大地提高施工速度和效率,也有利于克服土层的 阻力,使得钻头能够顺利下钻,且制作的半螺丝桩 结构,其单桩承载力强,广泛运用于软土层与硬土 层交替土层,作为建筑物的磨擦桩加端承桩使用. 200320130095.6 权利要求书第1/2页

21、一种半螺丝桩,其特征在于该桩是由一体结构的两部分构成, 上部为圆柱形结构的桩基,下部为螺纹型结构的桩基.

2、如权利要求1所述的半螺丝桩,其特征在于圆柱形结构占总 桩长度的1 /

5 -

1 /

2 , 螺纹型结构占总桩长度的1 /

2 -

4 /

5 .

3、如权利要求1所述的半螺丝桩,其特征在于其螺纹形结构的 径向距离基本上等于圆柱形结构的直径,且下部的螺纹形结构的螺纹 连结于上部的圆柱型结构上.

4、如权利要求1所述的半螺丝桩,其特征在于其内部可在加工 时设置钢筋笼,钢筋笼可贯穿设置于桩体的整体中,也可只设置于桩 体的局部.

5、如权利要求1所述的半螺丝桩,其特征在于其桩直径为300 -800mm,桩体长小于等于60米,可广泛应用于软土层与硬土层.

6、一种用于制作半螺丝桩的加工装置,其包括有动力头、控制 装置、带有钻头的钻杆、机架、输浆管,其特征在于该装置的动力头 下部固定有牵引装置.

7、如权利要求6所述的半螺丝桩的加工装置,其特征在于所述 的半螺丝桩的加工装置,其钻杆的上部也为圆柱形结构,且其圆柱形 结构的直径小于钻杆螺纹部分的径向距离.

8、如权利要求6所述的半螺丝桩的加工装置,其特征在于其动 力头上部也设置有牵引装置.

9、如权利要求6所述的半螺丝桩的加工装置,其特征在于其动 力头上设置的牵引装置均衡设置于动力头上. 200320130095.6 权利要求书第2/2页

310、如权利要求6所述的半螺丝桩的加工装置,其特征在于控制 装置,其包括有控制系统、变频器,变频器设置有两个,分别连结到 进给系统、动力头与控制系统之间,动力头控制钻杆的转速,并信号 反馈到控制系统. 200320130095.6 说明书第1/10页4半螺丝桩及其加工装置 技术领域 本实用新型涉及建筑机械,准确地说是一种用于建筑物承载力的 半螺丝混凝土桩及其加工制作的装置. 背景技术 现代多层或者高层建筑,要求严格的地基处理、适当的承重桩基, 以承载建筑物,且防止地震等带来的对建筑物的伤害.对于承重的桩 基,按桩对环境的分类为挤土桩( 含部分挤土桩) 、非挤土桩,挤土 桩在施工过程中,桩周土体受到桩体的挤压作用,土体中超孔隙水压 力增大,土体发生隆起现象,造成周边环境的损害已日益受到关注, 在大中城市,该法已严格控制性使用.非挤土桩指干、湿作业工法桩, 其取土和泥浆污染十分严重,目前,几乎没有更好的技术措施加以解 决;

较为普遍的是根据施工方法分为预制桩和灌注桩. 国内外无论是预制或现浇砼端承摩擦桩,其桩体本身是圆柱式结 构,桩端基本放在具有较好持力土层,在极根承载力状态下,桩的主 荷载仍由桩侧摩阻力承受.尽管砼抗压强度储备极大,却很难发挥, 往往以土体摩擦破坏作为桩的承载力极限指标,这一类型桩代表了国 内外端承摩擦桩的几乎全部受力特征,尤其是国内普遍采用的预制 桩,是将混凝土桩基预先制作好,再钻孔打桩,其缺点是不能制作出 200320130095.6 说明书第2/10页5一次性桩体,只能预制长度适当的桩基,根据实际的需要对接,对接 的桩对于桩身横向的承载力很小,往往容易错位,只能有上下纵向的 承载力,且打桩过程费时费力,成本很高. 灌注桩有 二次成桩 和 一次成桩 两种施工方法,二次成桩 是长螺旋钻机钻成桩孔后,拔出钻机留下空孔,再向该空孔灌注混凝 土,一次成桩是在长螺旋钻机钻到设计深度后停机,用泵输送混凝土, 通过中空的螺旋钻杆到钻头的出料口,进行压力灌注混凝土,并同步 起拔螺旋钻杆成桩.例如专利申请02103855.4即清楚完整地描述了 这样的特征,虽然该专利申请增加了桩端预压浆处理过程,解决桩端 虚土存在的问题,但是仍然采用的是圆柱式的桩身,其本身仍具有上 述的只能承载上下压力的问题. 日本研制出钢纤维预制全螺纹桩,改变了这一受力特征,该钢纤 维预制全螺纹桩,是利用特殊的设备预先制作出钢纤维的全螺纹桩, 其桩身整体是螺纹结构,便于与土层结合,扩大了桩身的承载面,大 大地提高了桩身的承载力,但是其施工时也需利用特殊的设备将桩身 压入到土层中,由于高昂的造价且需要专门的配套设备、施工不方便 而得不到广泛应用的推广;

而且对于全螺纹结构的桩来说,不能适用 于混凝土特别是纯混凝土结构的桩身,因为实际上桩身的承载力是呈 倒金字塔型分布的,最上部承受的压力最大,最底部承受的压力最小, 如果采用混凝土制作,上部的螺纹非常容易断裂、实际上起不到螺纹 的作用. 200320130095.6 说明书第3/10页6发明内容 为此,本实用新型的目的是提供一种能够结合土层的半螺丝桩及 其加工装置,该装置能够一次打桩并浇筑好半螺丝桩,并保证半螺丝 桩具有高承载能力. 本实用新型的另一个目的是提供一种方便、实用的半螺丝桩及其 加工装置,该半螺丝桩能够通过其螺纹与土层结合,承载力大,且能 够承载相当的横向力,该半螺丝桩加工装置能提供强大的压力及扭 距,对周围的环境不构成污染,且成型桩无断桩,承载力高.本实用新型的再一个目的是提供一种半螺丝桩及其加工装置,该 半螺丝桩加工装置能够按照其钻杆的转速与深度给进之间保持同步, 可避免对原土层的结构扰动. 本实用新型是这样实现的: 一种半螺丝桩,该桩是由一体结构的两部分构成,上部为圆柱形 结构的桩基,下部为螺纹形结构的桩基. 半螺丝桩的结构,依照其设置于土层下受力呈倒金字塔形状的分 布情况,上部设计为圆柱形结构的桩基( 简称为圆柱形结构) ,下部 设计为螺纹形结构的桩基( 简称为螺纹形结构) ,增强了其承载力, 使其单桩具有足够的承载能力,一般单桩的承载力为普通直桩的7 倍,可保证其所支撑的建筑物不产生过大的总沉降量,经过实际测试, 其沉降量不超过1cm. 所述的半螺丝桩,其圆柱形结构占总桩长度的1/5-1/2,螺纹形 结构占总桩长度的1/2-4/5,通常情况下螺纹形结构的长度总是大于 200320130095.6 说明书第4/10页7圆柱形结构的长度,这是由结合土层的能力及提高桩体的承载力决定 的,在实际制作中常根据实际的土层情况决定二者所占的比例,一般 采用的方式是圆柱形结构占桩体长度的30%左右. 所述的半螺丝桩,其螺纹形结构的径向距离基本上等于圆柱形结 构的直径,且下部的螺纹形结构的螺纹连结于上部的圆柱形结构上, 便于制作及使得螺纹形结构能够与圆柱形连接在一起,结构更结实、 稳定;

一般情况下半螺丝桩螺纹形结构的径向距离等于其圆柱形结构 的直径,但是特殊加工场所其圆柱形结构的直径也可以略大于螺纹形 结构的径向距离. 上述的螺纹形结构的螺齿厚度是根据实际的要求的混凝土质量 确定,可按照目前现在通用的螺纹结构的计算标准计算得出.所述的半螺丝桩,其内部可在加工时设置钢筋笼,以增强其桩体 的强度,钢筋笼可贯穿设置于桩体的整体中,也可根据实际情况,只 设置于桩体的局部. 所述的半螺丝桩,其桩直径为300-800mm ,桩体长小于等于

60 米,可广泛应用于软土层与硬土层,作为建筑物的摩擦桩和端承 桩使用. 该半螺丝桩使用时埋设在土层中,作为承重的地基支撑体,施工 时可先预制好半螺丝桩,通过现有的设备将其压入土层中,也可通过 专门的设备一次灌注制作,制作设备的实现为: 一种用于制作半螺丝桩的加工装置,其包括有动力头、控制装置、 带有钻头的钻杆、机架、输浆管,其特征在于该装置的动力头下部固 200320130095.6 说明书第5/10页8定有牵引装置,这样额外增加的向下拉力能够使钻杆在钻孔时具有强 大的压力,大大地提高施工速度和效率,也有利于克服土层的阻力, 使得钻头能够顺利下钻. 所述的半螺丝桩的加工装置,其钻杆的螺距是根据钻杆下钻的速 度和转速的要求确定的,以保证其所制作半螺丝桩的质量,且钻杆的 提升速度与转速具有良好的协调关系,以使得钻杆在提升时不破坏及 扰动所形成螺纹形的土层结构(即土层中的螺纹结构). 所述的半螺丝桩的加工装置,其钻杆的上部也为圆柱形结构,且 其圆柱形结构的直径小于钻杆螺纹部分的径向距离. 所述的半螺丝桩的加工装置,其钻杆为中空结构,钻杆的底部设 置有用于灌注混凝土的阀门,该阀门为设置于钻杆底部外端能够阻挡 土层进入钻杆内的档板,往下钻孔时,该档板被土层顶持,不能打开, 提升钻杆时,混凝土在压力的作用下冲开该档板,使得混凝土能够顺 利灌注. 所述的半螺丝桩的加工装置,其动力头上部也设置有牵引装置, 以能够在钻孔结束后顺利地提升钻杆,同时生成半螺丝桩.所述的半螺丝桩的加工装置,其动力头上设置的牵引装置均衡设 置于动力头上,以使钻杆下钻或者提升时受力平衡、稳定.所述的控制装置,其设置有变频器,以控制钻杆扭距的输出,以 及钻杆的转速,保持其转速与给进深度之间同步. 上述的控制装置,其包括有控制系统、变频器,变频器设置有两 个,分别连结到进给系统、动力头与控制系统之间,动力头控制钻杆 200320130095.6 说明书第6/10页9的转速,并信号反馈到控制系统,控制系统向变频器输出控制指令, 使变频器控制动力头的行动;

如果动力头在钻杆的影响下,其转速发 生变化,反馈信号传输到控制系统后,控制系统可以自动调整进给系 统变频器的速度,使两个变频器保持同步运行,以保证转速与给进深 度之间的同步. 上述的加工装置,其名称为螺丝挤压桩机,实际制作中,可采用 上述的螺丝挤压桩机现场一次性成型施工,成桩量每天可达750延米 (即φ500mm桩径每天累计进度为750米)以上. 本实用新型的半螺丝桩及其加工装置的优点为:

1、由机械一次 性挤压成孔成桩,无余土外运,无噪音;

2、施工速度明显优于其它 桩,一台机每天施工750延米以上;

3、由泵压式钻杆挤压成螺丝型+ 直桩,成型桩无断桩,无缩颈,承载力明显提高. 其适应范围为:

1、广泛运用于软土层与硬土层交替土层,作为建筑物的磨擦桩 +端承桩使用,

2、桩径φ300mm至φ800mm,

3、桩长≤60米. 本实用新型是建立在CFG 桩即干作业法桩和日本的钢纤维螺丝 桩的基础上的,在工作中所述的桩机可对钻杆钻头施预强大压力及扭 矩,同时按其转速与深度进给之间保持同步关系;

且该桩机的动力头 输出扭矩为普通类似桩机成倍数以上,使得施工时其钻杆钻头对土层 之工作压力可达数十吨以上. 200320130095.6 说明书第7/10页10 并且该桩机之自动控制系统可自动跟踪钻杆钻头工作状况而调 整进给量及其转速;

及该桩机之动力头及进给系统皆由变频器配合, 使各电动机在低转速时仍能产生最大的输出扭矩,不卡钻,以保障钻 杆钻头在土层中形成螺丝桩的同时,尽量避免对原土层结构扰动,以利于形成结构良好的半螺丝桩,并使其具有良好的承载能力.附图说明 图1为本实用新型半螺丝桩的结构示意图, 图2为本实用新型螺丝挤压桩机的结构示意图, 图3为螺丝挤压桩机控制系统的结构示意图, 图4为螺丝挤压桩机动力头的结构示意图, 图5为螺丝挤压桩机钻杆钻头的结构示意........