自動壓擴器的製作方法
2023-12-10 21:06:57 1
專利名稱：自動壓擴器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及建(構)築物樁基施工機具設備的改進，具體講是一種自動壓擴器。是在現有的沉管灌注樁施工機具基礎上，改用靜壓樁機配帶本自動壓擴器，進行施工沉管灌注樁，將同截面直杆樁擠擴成樁端擴底或樁身多節擴大盤體的沉管灌注樁。
背景技術：
現有技術的沉管灌注樁具有造價低，施工簡便快捷，樁長可以根據巖土層面起伏情況調整等顯著優點，但也存在一些明顯的缺陷，例如樁的承載力較低，施工中產生振動和噪音，樁身質量穩定性較差，易產生縮徑、斷樁和夾泥現象。因此，如何提高沉管灌注樁的承載力，解決樁身質量問題，是沉管灌注樁能否廣泛推廣使用的兩大技術關鍵問題。在現有技術的沉管灌注樁施工中也有採用壓擴或夯擴等形式來提高沉管灌注樁的單樁承載力，一般做法是在沉管下端配有預製鋼筋砼樁尖(稱有樁靴)、或在沉管下端預先填充乾粉(稱無樁靴)的壓擴或夯擴形式，即在沉管內增設一個內壓(夯)管，實施壓擴是用頂置油缸推動內壓管，實施夯擴是用錘擊內夯管達到樁端擴大頭的實現。這些方法在某種程度上提高了單樁承載力，改善了樁身質量，但還是存在施工工藝繁瑣，功效較低，且僅能形成樁端一個擴大頭，擴大頭成型也不夠理想，樁身質量也沒從根本上得到解決的問題；對於帶鋼筋籠的沉管灌注樁，施工起來非常不方便。
有一種可以使得灌注樁的承載力大幅度提高，又具有較高的抗拔性、抗震性、穩定性的專用擠擴器。其具體做法是先用鑽機鑽孔成型後，移開機具，將該擠擴器吊入孔中，使用液壓缸將擠擴器頂開形成一定頂壓力，而將孔壁相應位置強行擠壓出一個徑向空腔，然後收縮擠擴器在同一水平面旋轉一個角度，再行擴張擠壓孔壁，擠出另一個徑向空腔；這樣多次旋轉擠擴後形成一個間隔性盤體(又稱支盤)，然後吊出擠擴器，再進行清孔、吊入鋼筋籠，澆灌砼後成為變徑支盤樁。該擠擴器在一定程度上解決了灌注樁的承載力問題，但施工時兩套設備交叉使用，成孔後由於擴盤佔用時間較長，加上在成孔的壁上擠擴，經常出現塌孔現象，使孔底的沉渣也變多，特別在地下水豐富或潛壓水壓力較大的土層中以及細、中粗砂、卵石土層中，此工藝成樁不理想，其使用受到一定局限性。
發明內容
本實用新型的目的是克服上述幾種沉管灌注樁及變徑支盤樁的缺陷，提供一種自動壓擴器，將靜力壓樁的技術優勢與沉管灌注樁的經濟優勢優化組合，首創單管式全液壓靜力壓擴多節盤體沉管灌注樁施工工藝，不僅改變原沉管灌注樁承載力低、樁身質量差等致命弱點，而且使用本自動壓擴器施工的壓擴沉管灌注樁具有靜壓樁的無振動、無噪音、無汙染的優點。
本實用新型的目的是由以下技術方案實現的，研製了一種自動壓擴器，其包括壓樁機的沉管，外接套，液壓裝置和組合閥瓣式壓擴錐頭。在壓樁機沉管的下端通過外接套剛性連接有液壓裝置，該液壓裝置的油缸下端再剛性連接有閥瓣座，該閥瓣座通過其內環至少兩個以上等距的柱形球鉸座相應鉸接有至少兩葉以上的閥瓣，該閥瓣的內側還通過連杆鉸接在液壓裝置的空心活塞杆下端；所述的組合閥瓣式壓擴錐頭分別通過柱形球鉸鏈和連杆，並在液壓裝置的空心活塞杆帶動控制下，構成了閉合狀態的或張開狀態的壓擴錐頭。
所述的外接套，其上、下端套分別與沉管的下端外管壁和液壓裝置的油缸上端外壁剛性連接；在沉管下端的內管壁上還連固有防護內套，該內套的下端滑配合密封套裝在空心活塞杆上端的空心內壁上。
所述的柱形球鉸鏈，其由柱形球鉸座和柱形球鉸頭組成，其中柱形球鉸座固定在閥瓣座內環至少兩個以上等分處，柱形球鉸頭嵌裝鉸接在相應的柱形球鉸座中，該球鉸頭的另一端凸起固定在閥瓣的上端。
所述的閥瓣，其形狀為扇形或半圓錐形或半球形；其分別通過至少兩個以上柱形球鉸鏈將至少兩葉以上的閥瓣上端正好內鉸接於閥瓣座的內環中。
所述的液壓裝置，其包括進、出油管，進、出油管接頭，油缸，上、下壓蓋，上、下端蓋，空心活塞，空心活塞杆以及密封圈；其中，所述的上、下壓蓋分別螺紋連接在油缸的上、下端，該上、下壓蓋還分別壓緊上、下端蓋，該上、下端蓋通過其內外環分別密封安裝在油缸和空心活塞杆之間的油缸密封腔內；所述的油缸密封腔是油缸密封套裝在空心活塞杆的外壁上，油缸內壁與空心活塞杆外壁構成了油缸密封腔；密封安裝在該油缸密封腔內的空心活塞將該油缸密封腔分隔成上、下油腔；進、出油管通過進、出油管接頭經過油缸壁中的油道接通於上、下油腔；該活塞通過兩端頭各一隻環形鍵銷固定在空心活塞杆上，該活塞杆下端連接有連杆座，固定在連杆座上的雙耳鉸鏈孔與連杆上端的單耳鉸鏈孔用鉸鏈軸鉸接，該連杆的下端與閥瓣內側鉸接在一起。
所述的組合閥瓣式壓擴錐頭，其每葉閥瓣內側都設有雙耳鉸鏈座，所述的連杆下端也設有相應單耳鉸鏈孔，即該連杆通過連杆下端的單耳鉸鏈孔與閥瓣內側的雙耳鉸鏈座用鉸鏈軸鉸接；當鉸接在連杆上的活塞杆作上下垂直移動時，該活塞杆帶動連杆同步上下移動；所述的閥瓣依其柱形球鉸頭鉸接在柱形球鉸座內，而且該連杆的下端又鉸接在該閥瓣的內側，因此，該閥瓣僅能依該柱形球鉸鏈為圓心作一定弧度的徑向擺動；即上下移動的活塞杆帶動連杆及其鉸接的閥瓣作徑向擺動，構成了錐體形閉合狀態或蓮花形張開狀態的壓擴錐頭。
本實用新型的優點是(1)本壓擴器施工的壓擴樁的擴大頭(盤)成型理想。本壓擴器是利用液體介質在密封管道及油腔中傳遞應力，使位於沉管端頭的壓擴錐頭閥瓣能根據使用者的要求及時開啟或關閉，使沉管內混凝土流出或截止，並通過與全液壓靜壓樁機中沉管剛性連接的壓擴器將巨大的靜壓力傳入地基深層壓擴器處的現澆混凝土和持力層中，向壓擴器四周水平與下部強制擠壓，在形成樁底或樁身擴大盤的同時，也對樁底和樁身盤體處土層進行了擠密和壓實，從而大大提高了樁底和盤體處土層的密實度和強度，使盤體處土層承載力大有提高，加之樁底擴大盤和樁身擴大盤體使樁的端承力面積擴大了許多，單樁承載力隨之顯著提高。由於本壓擴樁施工時因壓擴錐頭為錐體，其在靜力作用下均勻擠入，形成較均勻的現澆混凝土擴大盤外形。
(2)本壓擴樁的樁端及盤體土層因擠壓而提高了的密度與強度。本壓擴樁的擴盤成型是經過沉管及自動壓擴器傳遞，直接把上部巨大的靜壓力擠入地基深層盤體處現澆混凝土和持力層中，並向持力層水平面與下部強制擠壓，形成擴大頭(盤)的；同時因擠密壓實而大大提高了樁端及盤體處持力層的密度與強度。並且對盤體下的樁身砼也實施了擠壓，提高了樁身質量。
(3)本壓擴樁的樁身質量有保障。在單管式全液壓靜力壓擴多節盤體沉管灌注樁施工時沉管內置放了與樁長几乎相等的特製振動器，除便於拔管外，對樁身現澆混凝土實施深層振動，並隨同沉管而逐步提升，成樁完畢後停止振動，這樣，避免了沉管灌注樁易產生的樁身縮頸、斷裂、夾泥等弊病，提高了樁身質量。
(4)本壓擴樁施工省去樁尖，節約而且可靠。本自動壓擴器因施工壓擴樁不用預製樁尖，所以節省了預製樁尖、鐵墊圈等費用(每根樁平均節約約60元)，同時也避免了因預製樁尖破碎嵌入管內而造成的廢樁，這樣免去了較長的施工準備周期(預製樁尖的製作工期)，使整個樁基施工總工期比同等條件的沉管灌注樁縮短至少20天以上。
(5)本壓擴樁可作為良好抗拔樁。本壓擴樁不僅是一種多支點承受豎向力的樁，也是一種理想的抗拔樁。可適用對抗震性、穩定性、抗拔性、承載力有高要求的大型建(構)築物樁基礎。
(6)本壓擴樁施工適用範圍更廣泛。本壓擴樁屬高承載力、低造價型樁，而且採用全液壓靜力壓樁機作為動力源，樁直徑可至Φ800，在適合的工程地質條件下，用它代替沉管灌注樁、預製樁(包括管樁)及鑽孔灌注樁，不僅比普通直杆樁縮短樁長，而且工程樁的總數和樁承臺體積都將大大減少。現澆混凝土樁身即受壓實又得深層振動成型，樁身質量有可靠保障，比傳統的直杆沉管灌注樁適用範圍更廣泛、技術經濟效益更為顯著。
(7)本壓擴樁施工更環保。由於本自動壓擴器的配套設備選用了全液壓靜力壓樁機，而壓擴器的液壓裝置又巧妙地利用了樁機自身的油壓力作動力源，該裝置的油缸密封套裝在空心活塞杆的外壁上，油缸內壁與空心活塞杆外壁構成了油缸密封腔，使空心活塞杆即承擔油缸、油腔作用，又肩負閥瓣-連杆機構的動力傳遞功能；這樣本自動壓擴器除了擁有沉管灌注樁原有的經濟優勢外，而且還徹底消除了振動、噪聲和汙染，屬於綠色施工。所以，比其它樁更適合市區、醫療、學校、精密儀器等需防震、防塵、防噪音地區的基礎施工，這也是其它施工工藝無法比擬的。
(8)施工後不存有沉渣虛土，完全免除了樁底注漿消除沉渣的工藝。
(9)本壓擴樁根據上部結構傳遞荷載的需要，在樁身豎向較好持力層擠擴成形不同直徑或同等直徑的並有一定厚度的擴徑盤體，將原普通摩擦樁或端承磨擦樁變為多支承點的磨擦端承樁或多節點端承樁。承載力大幅度提高，經濟效益十分明顯。
(10)本壓擴樁可適用粘性土、粉土、砂土、中粗砂、卵石、礫砂土層，且特別在地下水豐富或有弱潛壓水時使用效果好於普通灌注樁。
(11)本壓擴樁將成孔、擴底、樁身變徑(擠擴盤體)對土體擠密、澆築砼、樁成型全部施工工藝均溶為同一設備、同一沉管，施工工藝緊密相連，一氣呵成，比其它形式擴底或擠擴支盤樁採用成孔、擴盤兩套設備交叉使用的施工工藝要優越、簡單得多，這是其他擴底或支盤樁設備及與之相應施工工藝無法比擬的。
(12)本自動壓擴器對現已投入使用的各規格型號靜壓樁機(只要能壓管樁)完全不必改動就可使用。
圖1為自動壓擴器閉合狀態的剖視結構圖。
圖2為圖1的K向視圖。
圖3為柱形球鉸鏈結構放大圖。
圖4為自動壓擴器張開狀態的剖視結構圖。
圖5為圖4的K向視圖。
圖6為自動壓擴器的單葉閥瓣側剖視結構圖(圖1的N向視圖)。
圖7為自動壓擴器單葉閥瓣正面結構圖。
具體實施方式
本實用新型的實施例結合附圖進一步說明如下參見圖1——7，製成的一種自動壓擴器，其包括壓樁機的沉管1，外接套2，液壓裝置和組合閥瓣式壓擴錐頭。在壓樁機沉管1的下端通過外接套2剛性連接有液壓裝置，該液壓裝置的油缸15下端再剛性連接有閥瓣座10，該閥瓣座10通過其內環至少兩個以上(圖中為六個)等距的柱形球鉸座10′相應鉸接有至少兩葉以上(圖中為六葉)的閥瓣14，該閥瓣14的內側還通過連杆13鉸接在液壓裝置的空心活塞杆16下端；所述的組合閥瓣式壓擴錐頭分別通過柱形球鉸鏈和連杆13，並在液壓裝置的空心活塞杆16帶動控制下，構成了閉合狀態的或張開狀態的壓擴錐頭。
所述的外接套2，其上、下端套分別與沉管1的下端外管壁和液壓裝置的油缸15上端外壁剛性連接；在沉管1下端的內管壁上還連固有防護內套21，該內套21的下端滑配合密封套裝在空心活塞杆16上端的空心內壁上。
所述的柱形球鉸鏈，其由柱形球鉸座10′和柱形球鉸頭14′組成，其中柱形球鉸座10′固定在閥瓣座10內環至少兩個以上(圖中為六個)等分處，柱形球鉸頭14′嵌裝鉸接在相應的柱形球鉸座10′中，該球鉸頭14′的另一端凸起固定在閥瓣14的上端。
所述的閥瓣14，其形狀為扇形或半圓錐形或半球形；其分別通過至少兩個以上(圖中為六個)柱形球鉸鏈將至少兩葉以上(圖中為六葉)的閥瓣14上端正好內鉸接於閥瓣座10的內環中。
所述的液壓裝置，其包括進、出油管19、20，進、出油管接頭17、18，油缸15，上、下壓蓋3、9，上、下端蓋4、8，空心活塞6，空心活塞杆16以及密封圈；其中，所述的上、下壓蓋3、9分別螺紋連接在油缸15的上、下端，該上、下壓蓋3、9還分別壓緊上、下端蓋4、8，該上、下端蓋4、8通過其內外環分別密封安裝在油缸15和空心活塞杆16之間的油缸密封腔內；所述的油缸密封腔是將油缸15密封套裝在空心活塞杆16的外壁上，油缸15內壁與空心活塞杆16外壁構成了油缸密封腔；密封安裝在該油缸密封腔內的空心活塞6將該油缸密封腔分隔成上、下油腔5、7；進、出油管19、20通過進、出油管接頭17、18經過油缸15壁中的油道接通於上、下油腔5、7；該活塞6通過兩端頭各一隻環形鍵銷22固定在空心活塞杆16上，該活塞杆16下端連接有連杆座11，固定在連杆座11上的雙耳鉸鏈孔24與連杆13上端的單耳鉸鏈孔25用鉸鏈軸12鉸接，該連杆13的下端與閥瓣14內側鉸接在一起。
所述的組合閥瓣式壓擴錐頭，其每葉閥瓣14內側都設有雙耳鉸鏈座23，所述的連杆13下端也設有相應單耳鉸鏈孔25′，即該連杆13通過連杆13下端的單耳鉸鏈孔25′與閥瓣14內側的雙耳鉸鏈座23用鉸鏈軸12鉸接；當鉸接在連杆13上的活塞杆16作上下垂直移動時，該活塞杆16帶動連杆13同步上下移動；所述的閥瓣14依其柱形球鉸頭14′鉸接在柱形球鉸座10′內，而且該連杆13的下端又鉸接在該閥瓣14的內側，因此，該閥瓣14僅能依該柱形球鉸座10′為圓心作一定弧度的徑向擺動；即上下移動的活塞杆16帶動連杆13及其鉸接的閥瓣14作徑向擺動，構成了錐體形閉合狀態或蓮花形張開狀態的壓擴錐頭。
本自動壓擴器在壓擴沉管灌注樁施工中的使用過程先移動樁機，將沉管1下端的壓擴器的壓擴錐頭對準樁位點，調整樁機水平，使沉管1垂直，再將灌滿混凝土的沉管1壓入設計標高；將油缸15上油腔5充滿液壓油，使空心活塞6及與之連接一體的空心活塞杆16推動連杆13及其閥瓣14往下端移動，並將閥瓣14推開；這時沉管1內混凝土可以澆灌壓擴器端部，將沉管1提高h即壓擴器尾端處澆灌一定高度的混凝土後，再切斷油缸15上油腔5進油，改向下油腔7注油，空心活塞6及與之連接一體的空心活塞杆16拉動連杆13也同步在沉管1內上移，連杆13相應拉動閥瓣14迅速關閉；之後用樁機鉗口夾住沉管1，將錐體形閉合狀態的壓擴錐頭強力向下擠壓入已澆混凝土中，使混凝土往周邊水平擴張而形成擴大頭，同時因擠密效應而對壓擴器周圍及下部土層產生擠密而大大改善盤端持力層中的密度和強度。根據承載力要求及盤端持力層條件，可反覆上述作業程序2-3次，以實現對混凝土的多次強力擠壓，使擴大頭有效直徑成倍增大，盤端土層強度也會顯著提高。所以本自動壓擴器的壓擴沉管灌注樁不但充分利用和挖掘了樁端、樁身土層承載力的潛力，而且也充分發揮和提高了樁身材料強度的作用。使樁的承載力產生一個質的飛躍。
本領域的普通技術人員都會理解，在本實用新型的保護範圍內，對於上述實施例進行修改，添加和替換都是可能的，都沒有超出本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種自動壓擴器，其包括壓樁機的沉管，外接套，液壓裝置和組合閥瓣式壓擴錐頭，其特徵在於在壓樁機沉管的下端通過外接套剛性連接有液壓裝置，該液壓裝置的油缸下端再剛性連接有閥瓣座，該閥瓣座通過其內環中至少兩個以上等距的柱形球鉸座相應鉸接有至少兩葉以上的閥瓣，該閥瓣的內側還通過連杆鉸接在液壓裝置的空心活塞杆下端；所述的組合閥瓣式壓擴錐頭分別通過柱形球鉸鏈和連杆，並在液壓裝置的空心活塞杆帶動控制下，構成了閉合狀態的或張開狀態的壓擴錐頭。
2.根據權利要求1所述自動壓擴器，其特徵在於所述的外接套，其上、下端套分別與沉管的下端外管壁和液壓裝置的油缸上端外壁剛性連接；在沉管下端的內管壁上還連固有防護內套，該內套的下端滑配合密封套裝在空心活塞杆上端的空心內壁上。
3.根據權利要求1所述自動壓擴器，其特徵在於所述的柱形球鉸鏈，其由柱形球鉸座和柱形球鉸頭組成，其中柱形球鉸座固定在閥瓣座內環至少兩個以上等分處，柱形球鉸頭嵌裝鉸接在相應的柱形球鉸座中，該球鉸頭的另一端凸起固定在閥瓣的上端。
4.根據權利要求1所述自動壓擴器，其特徵在於所述的閥瓣，其形狀為扇形或半圓錐形或半球形；其分別通過至少兩個以上柱形球鉸鏈將至少兩葉以上的閥瓣上端正好內鉸接於閥瓣座的內環中。
5.根據權利要求1所述自動壓擴器，其特徵在於所述的液壓裝置，其包括進、出油管，進、出油管接頭，油缸，上、下壓蓋，上、下端蓋，空心活塞，空心活塞杆以及密封圈；其中，所述的上、下壓蓋分別螺紋連接在油缸的上、下端，該上、下壓蓋還分別壓緊上、下端蓋，該上、下端蓋通過其內外環分別密封安裝在油缸和空心活塞杆之間的油缸密封腔內；所述的油缸密封腔是油缸密封套裝在空心活塞杆的外壁上，油缸內壁與空心活塞杆外壁構成了油缸密封腔；密封安裝在該油缸密封腔內的空心活塞將該油缸密封腔分隔成上、下油腔；進、出油管通過進、出油管接頭經過油缸壁中的油道接通於上、下油腔；該活塞通過兩端頭各一隻環形鍵銷固定在空心活塞杆上，該活塞杆下端連接有連杆座，固定在連杆座上的雙耳鉸鏈孔與連杆上端的單耳鉸鏈孔用鉸鏈軸鉸接，該連杆的下端與閥瓣內側鉸接在一起。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述自動壓擴器，其特徵在於所述的組合閥瓣式壓擴錐頭，其每葉閥瓣內側都設有雙耳鉸鏈座，所述的連杆下端也設有相應單耳鉸鏈孔，即該連杆通過連杆下端的單耳鉸鏈孔與閥瓣內側的雙耳鉸鏈座用鉸鏈軸鉸接；當鉸接在連杆上的活塞杆作上下垂直移動時，該活塞杆帶動連杆同步上下移動；所述的閥瓣依其柱形球鉸頭鉸接在柱形球鉸座內，而且該連杆的下端又鉸接在該閥瓣的內側，因此，該閥瓣僅能依該柱形球鉸鏈為圓心作一定弧度的徑向擺動；即上下移動的活塞杆帶動連杆及其鉸接的閥瓣作徑向擺動，構成了錐體形閉合狀態或蓮花形張開狀態的壓擴錐頭。
專利摘要本實用新型的自動壓擴器，在靜壓樁機沉管的下端通過外接套剛性連接有液壓裝置，該液壓裝置巧妙地利用了靜壓樁機本身的油壓力作動力源。液壓裝置的空心活塞杆既承擔了油缸、油腔作用，又肩負閥瓣－連杆機構的動力傳遞功能，壓擴錐頭分別通過柱形球鉸鏈和連杆，在空心活塞杆帶動控制下，構成閉合狀態的或張開狀態的壓擴錐頭。該器將成孔、擴底、樁身變徑(擠擴盤體)對土體擠密、澆築砼、樁成型全部工藝僅用同一壓擴器，一氣呵成。首創單管式全液壓靜力壓擴多節盤體沉管灌注樁施工工藝，其不僅改變原沉管灌注樁承載力低、樁身質量差等致命弱點，而且使用本壓擴器施工具有無振動、無噪音、無汙染的優點，其經濟效益十分明顯。
文檔編號E02D5/34GK2861282SQ200620084549
公開日2007年1月24日 申請日期2006年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者張明義, 歐陽甘霖, 曲麗香, 張瀋陽 申請人:歐陽甘霖