為建築物提供打樁基礎的方法，打樁基礎和一種提供增大的底腳的氣囊的製作方法
2023-05-26 18:15:11 2
專利名稱：為建築物提供打樁基礎的方法，打樁基礎和一種提供增大的底腳的氣囊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種為建築物提供單樁基礎的方法和一種為建築物提供多樁基礎的方法。
本發明涉及一種單樁基礎和一種多樁基礎以及一種為所述基礎提供增大的底腳的氣囊。
背景技術：
在建造大的建築，例如房子、牆、塔構件和類似的建築物結構時，典型地使用通過多個基樁支撐的基礎，其中樁被設置在地中，用於支撐基礎和用於吸收由於建築物的自重和風力荷載而產生的壓力和張力。
為了吸收壓力，一般使用光滑的基樁，將其推入地中直到遇到堅固的基層。這意味著在某些地方，在基樁底部到達堅固的基床之前需要使用很長的基樁。因此，在其上面建造建築物可能會非常昂貴。
在地質分析表明向下很遠才能到達堅固基床的區域建造時，可以使用另一種類型的基樁，其中該基樁在它的的下端設有直徑大於基樁本身直徑的底腳構件。這就意味著該基樁提供了一個大片區域，壓力在其上分布，並且底腳構件使得由建築物結構自重產生的壓力更加難以將基樁向下壓入地中。
由於不可能將具有增大的底腳構件的基樁向下打入，或將這樣的基樁向下擠壓通過預鑽的孔，因此提出了在產生增大的加固單元之前將基樁放置在所希望的位置中的各種方案。
JP-A2-01017924描述了樁的增大的底腳如何設置一種可膨脹的袋，在那裡樁被放入並連接到袋中，其中，袋被放入一個孔穴裡並充滿一種凝固液體。
SE-C2-515997描述了一種為混凝土樁建造增大的底腳的方法，在混凝土樁孔的下端部設置可膨脹的袋，然後在袋中填充混凝土，於是就建造成了一個混凝土樁的增大的底腳。
US-A-4661021描述了一種用於如樁或錨具等設置在地中的建築物的膨脹體，該膨脹體適合以壓實的形狀嵌入放置，就位後然後膨脹。
採用這種膨脹構件作為增大的底腳的缺點是這些膨脹構件只能使用一次，並且它們沒有內部的加固件。
發明概述因此本發明的目的是提供一種形成新型打樁基礎的方法，其中，所述打樁基礎能夠以簡單的工序原位提供，並且具有較好的穩定性和較高的強度，以抵抗由於建築物的自重和風力荷載而產生的壓力和張力。
本發明進一步的目的是提供形成打樁基礎的方法，其中的膨脹構件能夠重複使用，因此降低打樁基礎的成本。
這可以通過本發明的方法實現，即利用第一螺旋鑽為基礎管鑽孔，並且將基礎管置入所述孔中，在放置好的基礎管的下端部的下面再鑽出一段更深的區段，利用刮刀和水壓力在所述區段上挖出孔穴，利用所述第一螺旋鑽將所述孔穴中的鬆散料排除出去，將工具管向下穿過所述基礎管放入所述區段的下端部，所述工具管包括第二螺旋鑽和彈性氣囊，所述彈性氣囊圍繞所述第二螺旋鑽的下端部，對所述氣囊加壓，然後，將澆注材料注入所述孔穴的壁內，同時所有的被移位的材料被所述第二螺旋鑽排出。所述澆注材料硬化後，所述氣囊放氣並通過所述基礎管取出，向下穿過所述基礎管放下加固單元，混凝土材料通過所述基礎管被向下澆灌並充滿所述孔穴，所述加固單元被埋入混凝土中，形成了所述基礎管的增大的底腳。或者，利用另外一種特別的方法，即利用第一螺旋鑽為基礎管鑽孔，將基礎管置入所述孔中，在放置好的基礎管的下端部的下面再鑽出一段更深的區段，利用刮刀和水壓力在所述區段上挖出一個孔穴，利用所述第一螺旋鑽將所述孔穴中的鬆散料排除出去，將工具管向下穿過所述基礎管放入所述區段的下端部，所述工具管包括第二螺旋鑽和彈性氣囊，所述彈性氣囊圍繞所述第二螺旋鑽的下端部周圍，對所述氣囊加壓，然後，將澆注材料注入所述孔穴的壁內，同時所有的被移位的材料被所述第二螺旋鑽排出。所述澆注材料硬化後，所述氣囊放氣並通過所述基礎管取出，多個孔被鑽入所述孔穴上部，其中所述多個孔的每一個適合放置另外的基礎樁，該基礎樁具有多個加固單元伸入所述孔穴，向下穿過所述基礎管放下加固單元，混凝土材料通過所述基礎管被向下澆灌並充滿所述孔穴，所述加固單元被埋入混凝土中，形成了所述基礎管的增大的底腳。
本發明的一個進一步的目的是提供具有非常高的強度的打樁基礎，以抵抗由風荷載和建築物自重引起的壓力和張力。
這可以通過一個單樁基礎來實現，其中所述增大的底腳包括澆注材料外層和混凝土內芯，加固單元被埋入所述內芯中，其中所述加固單元通過多個連接裝置連接到所述建築物。或者通過多樁基礎來實現，其中所述增大的底腳包括澆注材料外層和混凝土內芯，多個加固單元被埋入所述混凝土內芯中，其中每一個所述加固單元通過延伸貫穿所述第一或所述其它基礎管的連接裝置與所述建築物相連接。
本發明的一個進一步的目的是提供一種可以為所述基礎提供有效的增大底腳的氣囊。這通過在所述氣囊的外表面上設置多個注入通道來實現。
發明內容
下面公開了作為風力機基礎的打樁基礎，其具有被多個加固單元加固的底腳構件，同時還公開了提供這樣的基礎樁的方法。然而，本發明所公開的所述打樁基礎及其提供方法也可以被用於其它各種塔構件的基礎，例如煙囪、大型的旗杆、柱、電力鐵塔和天線。另外，該基礎樁也可以被用作房屋、橋梁、海上平臺等類似建築物的下部基礎。
為前述的建築物原位建造單樁基礎的方法，包括下列步驟i)利用第一螺旋鑽為基礎管鑽孔，然後將基礎管置入孔中，ii)在放置好的基礎管的下端部的下面再鑽出更深的區段，iii)應用刮刀和水壓力在所述區段挖出孔穴，iv)利用所述第一螺旋鑽將所述孔穴中的鬆散料除去，v)將工具管向下穿過所述基礎管放入所述區段的下端部，所述工具管包括第二螺旋鑽和圍繞所述第二螺旋鑽下端部的彈性氣囊，vi)對所述氣囊加壓，將澆注材料注入所述孔穴的壁內，同時所有的被排出的材料被所述第二螺旋鑽排出，vii)在所述澆注材料硬化後，所述氣囊放氣並通過所述基礎管取出，viii)向下穿過所述基礎管放下加固單元，
ix)混凝土材料通過所述基礎管被澆灌並充滿所述孔穴，所述加固單元被埋入所述混凝土中，形成了所述基礎管的增大的底腳。
可選擇地，所述孔可以採用其他各種地面施工工具，例如推力噴管。
在本發明的一個實施方式中，螺旋構件具有輕微的凹角，因此鬆散材料一般能夠被導引進螺旋鑽並被螺旋構件排除出去。
基礎樁是圓形管，能夠使帶有作業工具和氣囊的工具管、澆注材料、加固單元、連接裝置和混凝土穿過所述基礎樁。
為了能夠在放置好的基礎管的下端部容易地建造增大的底腳，在放置好的基礎管下端部的下面再鑽出一段孔區段是必要的。
為了得到所述的孔穴，收縮起來的刮刀構件被向下放進基礎樁，在位於已經放置好的基礎管下端部下面的區段處展開並旋轉，藉此使周圍的材料變得鬆散，而且孔穴也將會是圓形的。
為了能夠將鬆散材料排出去，基礎管和底層的孔被充滿水並施加了下壓力，這樣將會使刮刀旋轉更容易，而且鬆散材料會形成能夠被第一螺旋鑽排出的粘土糊。
刮刀被移出後，第一螺旋鑽被放進基礎樁，接著粘土糊被排出。
孔穴的形狀取決於刮刀和可膨脹氣囊的形狀。在工具管剛被放置好以後，為氣囊充氣，氣壓最好為1-5巴，於是氣囊膨脹，孔穴就形成了。
氣囊的膨脹使孔穴周圍的土壤材料從新分布，鬆散材料被向下壓入第二螺旋鑽並接著被排出。
孔穴的大小取決於氣囊的形狀和大小。為了能夠使氣囊膨脹，例如可以使用空氣或水，這樣，就能通過控制輸入氣囊中水或空氣的數量，精確地按照所需要的大小和形狀獲得孔穴。
為能夠在避免孔穴坍塌和增大的底腳在混凝土硬化期間變形的情況下澆注成增大的底腳，澆注能夠在混凝土硬化期間保持孔穴形狀的外層是必需的。
在氣囊的外表面設置了多個注入通道，通過它們能夠向孔穴周圍的土層注入澆注材料。
本發明的一個實施方式中，澆注材料的注入選在氣囊以脈動方式加壓時進行，以確保澆注材料被壓入周圍的土層，而且分布均勻，擠壓密實，這樣，就能在形成增大的底腳的混凝土硬化時，外層的強度足夠抵擋坍塌發生。
當氣囊被脈動加壓且澆注材料正在注入時，周圍的土壤將會被壓縮，外層將會成為被壓緊的外殼。此外，大量的周圍土壤被置換，這樣，包括第二螺旋鑽的工具管就會將過剩的土壤材料和/或澆注材料排出去。
可選擇地，可以利用聲波為氣囊脈動加壓來壓縮孔穴周圍的土壤，例如聲納。這樣，能夠使土壤在被壓縮的同時，將澆注材料注入孔穴周圍的土壤。
氣囊由彈性材料製造，這樣，就可以做到當氣囊被向下穿過所述基礎樁時可以承受擠壓，而且在澆注材料硬化後可以取出氣囊。
為了加固增大的底腳，一個加固單元向下穿過所述基礎管，該加固單元可以是一種具有多個能夠插入並連接混凝土的突出元件的單元，這樣可以使增大的底腳的強度更大。
在一個優選的實施方式中，所述加固單元是一種如WO-A1-03062539中所公開的單元，其中該加固單元具有用於摺疊打開多個伸入孔穴的臂的膨脹件，藉此，增大的底腳在整個底腳內大致均勻地得到加固。
在本發明的一個實施方式中，加固臂由杆筋和/或線材網格構成。這意味著使加固構件變得輕巧和廉價成為可能，並且使它能夠在幾個平面而非僅僅一個平面上來增強底腳構件。
為了吸收基礎樁上的張力，根據本發明，基礎樁保持其固定在加固單元上是重要的，因此加固單元通過一個或更多的連接裝置連接到基礎樁上。
傾倒/擠壓/注入周圍土壤以形成增大的底腳外層的澆注材料，可以是水泥混合物、水泥凝膠、混凝土、水泥漿、瀝青砂漿或一種可凝固塑性材料。
為了容易地將氣囊從外層取出來，在使用前在其外表面覆蓋一層油，例如石油，用來防止澆注材料粘住氣囊。
為前述的建築物原位建造一個多樁基礎的方法，包括下列步驟i)利用第一螺旋鑽為基礎管鑽孔，然後將基礎管置入孔中，ii)在放置好的基礎管的下端部的下面再鑽出更深的區段，iii)應用刮刀和水壓力在所述區段挖出孔穴，iv)利用所述第一螺旋鑽將所述孔穴中的鬆散料除去，v)將工具管向下穿過所述基礎管放入所述區段的下端部，所述工具管包括第二螺旋鑽和圍繞所述第二螺旋鑽下端部的彈性氣囊，vi)對所述氣囊被加壓，將澆注材料注入所述孔穴的壁內，同時所有的被排出的材料被所述第二螺旋鑽排出，vii)在所述澆注材料硬化後，所述氣囊放氣並通過所述基礎管取出，viii)多個孔被鑽入所述孔穴的上部，其中每個所述孔適合放置另外的基礎樁，所述另外的基礎樁具有多個加固單元伸入所述孔穴，ix)向下穿過所述基礎管下放加固單元，x)混凝土材料通過所述基礎管被澆灌並充滿所述孔穴，所述加固單元被埋入所述混凝土中，形成了所述基礎管的增大的底腳。
提供多樁基礎和提供單樁基礎的唯一區別在於前述的步驟vii)-x)，其中澆注外層是設置了多個孔，因此，在同一個增大的底腳上提供幾個基礎樁成為可能。這使打樁基礎變得更穩定、更堅硬，因為任何作用於多樁基礎的力會被分布到幾個基礎管上，並且每個增大的底腳上方的土方量也增大了。
應當指出的是，為建築物提供下面的一種基礎是可能的，這種基礎包括多個單樁基礎或多個多樁基礎或多個兩種類型的打樁基礎混合。
單樁基礎包括增大的底腳，該增大的底腳具有澆注材料外層和混凝土的內芯，加固單元被埋入所述內芯中，所述加固單元通過多個連接裝置連接到所述建築物，因此，張力可以被傳遞並分布到打樁基礎上。
多樁基礎包括增大的底腳，該增大的底腳具有澆注材料外層和混凝土的內芯，多個加固單元被埋入所述內芯中，所述多個加固單元中的每一個利用貫穿所述第一基礎管或所述增加的基礎管的連接裝置連接到所述建築物，因此，任何張力和壓力可以被傳遞並分布到打樁基礎上。
通過使用設有若干基礎管的連接到增大底腳的多樁基礎，為建築物獲得一種非常穩定的基礎理論上成為可能，是因為例如由於風荷載使得建築物將在位於一個基礎樁處的基礎上施加壓力，同時，還施加相似程度的拉力作用在相對的基礎樁上。這樣，壓力和拉力彼此相平衡，實際累積在基礎上的力將會非常小。
氣囊由一種彈性材料製造，允許充氣和放氣。此外，在氣囊的外表面上設有多個注入通道，其允許在氣囊充氣膨脹時通過注入通道將澆注材料注入周圍的土壤。這些注入通道可以在材料上和氣囊成為一個整體，或者利用一種粘附劑作為氣囊的外部構件。例如，連接到氣囊上的注入通道的軟管和工具管一起向下放入。
作為一個可選的方案，設置一個在結構形式上具有膨脹構件的中心加固單元，和一種具有插入孔穴的杆結構的邊緣加固單元，該邊緣加固單元可以是金屬絲，金屬絲向下穿過一個基礎管並向上穿過另一個基礎管。以這種方式，在第一基礎管下面和在孔穴裡提供一個金屬絲編織的網是可能的。為了展開金屬絲網，設置在第一基礎管裡的加固單元可以是以末端夾緊金屬絲並將其固定在適當位置的方式形成，或者是在增大的底腳形成過程中以末端能將金屬絲網向下推壓的方式形成。
作為一個可選的方案使用用於形成孔穴的氣囊，可能使用一種套管，例如就像一種用於排汙系統的塑料套管，其中套管由塑料和玻璃纖維等可塑層製造，並能夠在受熱時不變形，或者一種套管，與例如一種內層橡皮膜結合使用，用於在孔穴周圍提供一個模殼。
一種套管或者一種網絡，與注入周圍土壤的澆注材料結合使用，這樣，當套管在孔穴的周圍硬化成一個殼體的時候，套管被鑄造成型和補強，且保持外層的結構。
下面參照附圖對本發明進一步描述，其中圖1a-1h描述了一種單樁基礎的施工工序，圖2a-2j描述了一種多樁基礎的施工工序，圖3描述了一種單樁基礎的澆注，圖4描述了一種多樁基礎的澆注，圖5描述了一種既具有單樁基礎又具有多樁基礎的基礎，圖6描述了一種多樁基礎，圖7描述了一種設置在許多單樁基礎上的風力機，圖8a-8c描述了一種以金屬絲作為加固單元的多樁基礎。
具體實施例方式
圖1a-1h描述了一種單樁基礎1的施工工序，其中利用第一螺旋鑽4為基礎管3鑽出一個孔2，然後將基礎管3置入孔2，在放置好的基礎管3的下端部6的下面再鑽出更深的區段5，通過刮刀8和水壓力在區段5內挖出孔穴7，利用螺旋鑽4將孔穴7中的鬆散料移除，一將工具管9向下穿過基礎管3放入區段5的下部10，該工具管9包括一螺旋鑽11和一彈性氣囊12，彈性氣囊12圍繞螺旋鑽11的下端部13，對氣囊12加壓，並且將澆注材料14注入孔穴7的壁15內，同時所有排出的材料被螺旋鑽11通過工具管9排出，澆注材料14硬化後，氣囊12放氣並通過基礎管3取出，向下穿過基礎管3放下加固單元16，混凝土材料17通過基礎管3被向下澆灌並充滿孔穴7，加固單元16被埋入混凝土17中，形成了基礎管3的增大的底腳18。
圖2a-2j描述了一種多樁基礎20的施工工序，其中利用第一螺旋鑽4為基礎管3鑽出一個孔2，然後將基礎管3置入孔2，在放置好的基礎管3的下端部6的下面再鑽出更深的區段5，通過刮刀8和水壓力在區段5挖出孔穴7，利用螺旋鑽4將孔穴7中的鬆散料移除，將工具管9向下穿過基礎管3放入區段5的下部10，所述工具管9包括一螺旋鑽11和一彈性氣囊12，彈性氣囊12圍繞螺旋鑽11的下端部13，對氣囊12加壓，並且將澆注材料14注入孔穴7的壁15內，同時所有排出的材料被螺旋鑽11通過工具管9排出，澆注材料14硬化後，氣囊12放氣並通過基礎管3取出，多個孔21被鑽入孔穴7的上部22，其中每個所述孔21適合放置一個另外增加的基礎樁24，所述基礎樁24具有多個加固單元23伸入所述孔穴7，向下穿過基礎管3放下加固單元16，混凝土材料17通過基礎管3，24被向下澆灌並充滿孔穴7，加固單元16，23被埋入混凝土17中，形成了基礎管3，24的增大的底腳25。
圖3示出了單樁基礎1的澆注，其中加固單元16設置在所述基礎管3的底部，並位於所述孔穴7中，所述孔穴7具有一預先澆注的外層30。混凝土17通過基礎管3澆注，所述加固單元16與多個貫穿基礎管3的連接裝置31連接在一起。
圖4示出了多樁基礎20的澆注，其中加固單元16，23設置在基礎管3，24的底部，並位於孔穴7中，所述孔穴7具有一預先澆注的外層40。混凝土17通過基礎管3澆注，所述加固單元16，23與多個貫穿基礎管3，24的連接裝置41連接在一起。
圖5示出了一種具有單樁基礎1和多樁基礎2的基礎50，其中建築物(圖中未示出)連接在基礎管3，24的上端部。
圖6示出了一種具有5個基礎管3，24的多樁基礎2。根據本發明一個可選擇的實施方式，所述5個基礎管3，24能夠構架與一捆加固材料連接在一起，由此所述多樁基礎2能夠被用來作為海上結構的基礎。
圖7示出了一個被放置在多個單樁基礎1上的風力機70，其中通過將連接裝置向上延伸穿過所述基礎管和風力機塔架第一地面層，所述加固單元16被連接到風力機70的第二地面層上。
將基礎連接到第二地面層的優點如下因為塔的固定點是將一個地面層向上提升，所以施加在塔結構上的理論力的動量被大大減小了，因此基礎和塔結構之間的法蘭連接不需要傳遞非常大的力，並因此可以稍微降低其尺寸。
因為塔的下端部被作為基礎的一部分來計算，所以塔架的固有頻率的風險降低了，所述塔結構也因此可以允許有較小的尺寸。
第一和第二地面之間的法蘭被置入塔結構內，從而可以使連接裝置容易連接到塔結構上，此外，減少了對連接的維護。
圖8a-8c示出了一個孔穴7，其中，外部的澆注層80設有用於基礎樁82，83，84的孔。一金屬絲81向下穿過基礎樁82並向上穿過基礎樁84，其間一壓緊單元85向下穿過基礎樁83。所述壓緊單元85將金屬絲81拉進孔穴7，此時，混凝土材料86被澆注在金屬絲81和壓緊單元85周圍，形成了增大的底腳87。
權利要求
1.一種為建築物提供打樁基礎的方法，其中，所述打樁基礎在原位按以下步驟實施i)利用第一螺旋鑽為基礎管鑽孔，然後將基礎管置入所述孔中，ii)在放置好的基礎管的下端部的下面再鑽出更深的區段，iii)通過刮刀和水壓力在所述區段內挖出孔穴，iv)利用所述第一螺旋鑽將所述孔穴中的鬆散料移除，v)將工具管向下穿過所述基礎管放入所述區段的下部，所述工具管包括第二螺旋鑽和圍繞所述第二螺旋鑽下端部的彈性氣囊，vi)對所述氣囊加壓，將澆注材料注入所述孔穴的壁內，同時所有移位的材料被所述第二螺旋鑽排出，vii)在所述澆注材料硬化後，所述氣囊放氣並通過所述基礎管取出，viii)向下穿過所述基礎管放下加固單元，ix)混凝土材料通過所述基礎管被向下澆灌並充滿所述孔穴，所述加固單元被埋入所述混凝土中，形成了所述基礎管的增大的底腳。
2.一種為建築物提供打樁基礎的方法，其中，所述打樁基礎在原位按以下步驟實施i)利用第一螺旋鑽為基礎管鑽孔，然後將基礎管置入孔中，ii)在放置好的基礎管的下端部的下面再鑽出更深的區段，iii)通過刮刀和水壓力在所述區段內挖出孔穴，iv)利用所述第一螺旋鑽將所述孔穴中的鬆散料移除，v)將工具管向下穿過所述基礎管放入所述區段的下端部，所述工具管包括第二螺旋鑽和圍繞所述第二螺旋鑽下部的彈性氣囊，vi)對所述氣囊加壓，將澆注材料注入所述孔穴的壁內，同時所有移位的材料被所述第二螺旋鑽排出，vii)在所述澆注材料硬化後，所述氣囊放氣並通過所述基礎管取出，viii)多個孔形成在所述孔穴的上部，其中每個所述孔適合放置另外的基礎樁，所述另外的基礎樁具有多個伸入所述孔穴的加固單元，ix)向下穿過所述基礎管放下加固單元，x)混凝土材料通過所述基礎管被向下澆灌並充滿所述孔穴，所述加固單元被埋入所述混凝土中，形成了所述基礎管的增大的底腳。
3.一種根據權利要求1所述的方法提供的打樁基礎，其特徵在於所述增大的底腳包括澆注材料外層和混凝土內芯，加固單元被埋入所述內芯中，其中所述加固單元通過多個連接裝置連接到所述建築物。
4.一種根據權利要求2所述的方法提供的打樁基礎，其特徵在於所述增大的底腳包括澆注材料外層和混凝土內芯，多個加固單元被埋入所述內芯中，其中每一個所述加固單元通過延伸貫穿所述第一或所述其它基礎管的連接裝置與所述建築物相連接。
5.一種用於形成根據權利要求1-2所述基礎的增大底腳的氣囊，其特徵在於所述氣囊在其外表面上設有多個注入通道。
全文摘要
本發明涉及為建築物提供打樁基礎的方法，打樁基礎和一種提供增大的底腳的氣囊。
文檔編號E02D5/44GK101031692SQ200480043875
公開日2007年9月5日 申請日期2004年8月30日 優先權日2004年8月30日
發明者亨寧·巴爾策·拉斯穆森 申請人:底部基礎公司