樁結構的施工方法及其專用設備的製作方法

2023-09-21 14:52:05 7

專利名稱：樁結構的施工方法及其專用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及土木、水利或市政工程領域，特別是涉及建築用樁基礎或基坑護壁結構等。
目前的建築物用基礎，特別是高層建築物用基礎普通採用樁基礎，該樁基礎的設計是根據現場地基的一點或幾點地質勘測報告為基礎進行的，但實際上往往多數情況下在構成基礎的各個樁位的下面地基地質情況是與勘測點的地質情況有很大差別的，這樣就造成構成基礎的各個樁的承載力和使用期沉降不相同，進而使得建成後的建築物產生不均勻沉降，這也就是為什麼造成建成後的建築物發生損壞事故的80％以上的原因在於基礎，但是目前基礎設計和施工中又沒有什麼很好的辦法來解決上述問題。上述施工方法的另一缺點是施工後不能了解每根樁的真實承載力，並且以施工前後的試樁來測定承載力，而該一兩根試樁的試驗也不能代表所有的樁，並且增加了工期和施工成本。
本發明的目的在於提供一種新型的樁結構施工方法及其設備，採用該方法和設備可在施工後馬上能得出每根樁的真實承載力，在施工的同時可完成對樁孔壁和樁底孔土壓力的測定從而在每根樁施工完畢後即可得出真實承載力和預定使用期的沉降量，並且可使樁結構中的每根樁的承載力和使用期的沉降基本保持相同。
本發明的上述目的是通過下述方法達到的，該方法包括以下步驟a).對打樁地基進行勘察探測，大致了解地基土層的狀況並確定出樁的尺寸及樁支翼的初步尺寸和初步位置；b).根據上述勘察探測而推算出的樁尺寸在地基中形成樁身孔至規定深度；c).通過樁支翼孔成形裝置對位於上述樁支翼的初步位置附近的樁身孔孔壁土體進行探測得出上述初步位置附近土體的實際土體力學性質，從而確定樁支翼最終尺寸和最終位置；d).通過樁支翼孔成形裝置對位於上述樁支翼的最終位置的樁身孔孔壁土體按上述樁支翼最終尺寸進行擠壓從而形成樁支翼孔；e).對所形成的樁身孔及樁支翼孔灌注混凝土形成混凝土樁；f).按上述步驟對樁結構中的其它的樁進行施工從而形成由多根混凝土樁構成的樁結構。
在上述步驟c)中，在探測到上述初步位置的土體的力學性質較差的情況下，沿樁身孔孔壁移動樁支翼孔成形裝置對孔壁土體繼續進行探測直至探測到所需的土層，並將該土層位置作為相應的樁支翼的最終位置。
上述樁支翼為樁分支。
在上述步驟c)中，在探測到上述初步位置的土體的力學性質較差的情況下，仍將該土層位置作為相應的樁支翼的最終位置，但在上述步驟d)中，在該位置形成大於該位置上的相應初步尺寸的樁支翼。
在上述步驟c)中，在探測到上述初步位置的土體的力學性質較差的情況下，仍將該土層位置作為相應的樁支翼的最終位置，但在上述步驟d)中，在該土層區域上形成多個具有相應初步尺寸的樁支翼，而其數量多於在該位置上的初步確定的樁支翼的數量。
上述樁支翼為樁承力盤和/或樁分支。
上述土體力學性質為土體壓縮力學性質。
上述土體力學性質為土體的摩阻係數。
在上述步驟c)中，土體力學性質的測定是採用傳感器來完成的。
在樁身孔、樁支翼孔形成後，將樁孔成形質量檢測儀插入樁身孔中對樁身孔、樁支翼孔的成形質量進行檢測。
對其內無水的樁身孔、樁支翼孔採用可夜視的觀測系統進行上述孔的質量檢測。
對其內有泥漿的樁身孔、樁支翼孔採用超聲波掃描儀進行上述孔的質量檢測。
在向樁身孔、樁支翼孔灌注混凝土後，待該混凝土達到一定強度時用超聲波儀對樁身、樁支翼的成形質量進行檢測。
在上述步驟c)中，採用計算機系統對樁支翼的最終尺寸、位置進行計算。
在施工過程中，採用計算機系統對樁支翼孔成形裝置的操縱進行控制。
在施工過程中，將土體力學性質測定值、形成後的樁身、樁支翼的成形質量和其尺寸、位置的有關信號轉變為數位訊號，並儲存於計算機系統中。
通過圖像顯示器將上述樁身孔、樁支翼孔的實際成形情況顯示出來以便於進行監控。
在灌注混凝土之前插入鋼筋或鋼筋籠。
在灌注混凝土之前插入預應力筋，在混凝土達到一定強度之後對預應力筋施加預應力並予以錨固。
在上述步驟e)中，上述混凝土的灌注採用導管法、串管法及泵送混凝土法進行的。
在上述步驟b)中，上述樁身孔是採用正循環鑽孔法，反循環鑽孔法，螺旋鑽孔法，螺旋鑽孔法，射流衝土法，人工挖孔法，抓斗或鏟鬥取土法，打入套管擠土法，錘擊衝孔法形成的。
在上述步驟b)中，上述樁身孔是這樣形成的，即在樁位引孔，在引孔中下入護管，採用衝擊錘沿護管對地基衝擊成孔，之後提出護管，接著向孔內放入虛土桶。
在上述步驟b)中，上述樁身孔是採用螺旋鑽孔法形成的，並且上述步驟d)按下述方式進行，對中間的樁支翼中的承力盤端部土層按設計要求進行錘擊分層加固，將虛土桶放入孔底後，放入樁支翼孔形成裝置，在各層加固位置擠壓形成樁支翼孔，將虛土桶提出，形成樁底部承力盤。
在上述步驟b)中包括清理孔底虛土處理，即使鑽具在原深度處進行空轉，直至達到規定要求，另外上述步驟d)中的樁支翼孔是這樣進行的，即按設計要求標高，在樁支翼孔成形裝置中的上下節段醒目位置標註樁支翼擠擴標誌，按由上到下的順序擠擴形成樁支翼，在虛土桶提出後，形成樁支翼中的樁底承力盤槽孔。
在上述步驟b)中，上述樁身孔是通過泥漿護壁鑽孔法形成的，並且上述步驟d)按下述方式進行，起吊樁支翼孔形成裝置，待樁支翼孔成形裝置基本停止晃動或轉動後，徐徐下入樁身孔內，在投放上述裝置的同時，在樁支翼孔成形裝置中的上下節段聯接管上按3～5m的間隔採用異形油管夾鎖定供、回油管，在樁支翼孔成形裝置中的上下節段聯接管上標有深度尺寸，按所需標高，規定順序擠壓形成樁支翼孔。
在進行上述步驟e)之後，通過預留壓漿管對樁身底端及樁支翼端部進行壓力注漿以便對該部分周圍土體進行加固。
上述樁支翼孔的擠壓方向與和樁身孔壁相垂直的方向的夾角為±90°。
上述樁支翼孔是沿樁身孔軸線的平行方向對樁身孔孔壁周圍土體進行擠壓形成的。
先沿樁身孔軸線的斜向向上方向對樁身孔孔壁的選定位置第一規定區域內的土體擠壓形成構成樁支翼孔的第一腔，然後再沿樁身孔軸線的斜向向下方向對樁身孔孔壁的上述選定位置第二位置區域內的土體擠壓形成構成樁支翼的第二腔，上述第一腔和第二腔共同構成樁支翼孔。
沿樁身孔軸線的斜向向上方向對樁身孔孔壁的選定位置第一規定區域的土體擠壓形成構成樁支翼孔的第一腔，與此同時沿樁身孔軸線的斜向向下方向對樁身孔孔壁的所示選定位置第二規定區域內的土體擠壓形成構成樁支翼孔的第二腔，上述第一腔和第二腔共同構成樁支翼孔。
上述樁支翼孔僅僅是通過沿樁身孔軸線的斜向向下方向對樁身孔孔壁的選定位置規定區域的土體進行擠壓形成的。
首先在樁身孔孔壁的選定位置規定區域內的周圍土體中形成水平孔穴，接著從該孔處將位於該孔穴下方的樁身孔孔壁周圍土體沿樁身孔軸線平行方向向下擠壓從而構成樁支翼孔。
在形成樁支翼孔的過程中進行樁支翼加固材料的注入。
樁體材料一部分是在形成樁支翼孔的過程中注入，另一部分是在上述過程之後注入，樁身孔是通過護壁液來護壁的。
上述護壁液為水泥漿，它是在藉助樁身孔成形裝置形成樁身孔之後一邊提升樁身孔成形裝置，一邊注入樁身孔內的，直至樁身孔中不塌孔的位置，在形成樁支翼孔之後，將補漿管插入樁身孔底部，同時投入粒料，接著通過補漿管以高壓方式從補漿管底部開口壓入水泥漿直至將整個樁孔灌滿。
在形成樁支翼孔後向樁身孔、樁支翼孔注入樁體材料。
將上述樁支翼孔擠壓形成沿樁身孔軸向的尺寸較長的形狀。
將上述樁支翼孔擠壓形成沿樁身孔軸向延伸的螺旋孔。
上述樁支翼孔是在通過樁身孔成形裝置形成樁身孔後將其提出的過程中形成的。
上述所形成的樁為素混凝土樁。
上述樁成排布置以形成支護樁結構。
上述支護樁結構中的樁頂部通過連梁相連接，並且通過在各個樁本身上所形成的樁支翼連接。
本發明的上述方法的專用設備包括樁支翼孔成形裝置，該裝置上設有在其進行樁支翼孔成形時對地基土體的力學性質進行測定的測定器。
上述測定器為傳感器。
上述傳感器包括壓力頭，該壓力頭與驅動缸相連，該驅動缸與壓力顯示器相連。
上述測定器為土體摩阻性質測定儀。
該設備還包括上述樁支翼孔成形裝置的作業系統，該系統包括液壓站和計算機監視控制系統。
上述液壓站包括液壓壓力顯示器。
上述計算機監視控制系統包括將有關信號轉變成數位訊號以及對有關數位訊號進行運算的數據處理單元，上述各種數位訊號顯示器和存儲器，操作鍵盤，反映樁身孔、樁支翼孔的實際成形情況的圖像顯示系統。
上述計算機監視控制系統包括操作臺，該操作臺上設置有鍵盤，顯示器，擴音裝置，樁身孔、樁支翼孔的實際成形圖像顯示器，樁支翼孔成形裝置操縱杆和列印器。
上述圖像顯示系統為可對幹孔成形質量進行檢測的可夜視的觀測系統，該系統包括可進行圖像拍攝的彩色攝像機，將攝像機拍攝的圖像顯示出來的監視器，用於安裝上述攝像機和電源的密封筒，觀測頭，攝像用的光源，錄像機。
上述觀測頭包括用於觀測孔壁的水平觀測頭和用於觀測孔底的垂直觀測頭。
上述圖像顯示系統包括用於對溼孔成形質量進行檢測的超聲波掃描儀。
上述計算機監視控制系統包括對樁支翼孔形成裝置的操縱進行控制的單元。
上述樁支翼孔成形裝置為液壓驅動式，它包括樁支翼孔形成用弓壓機構，該弓壓機構的伸出部構成上述測定器中的壓力頭。
上述測定器為土體摩阻性質測定儀。
上述樁支翼孔成形裝置包括樁支翼孔成形機構，該機構包括第一弓壓臂和第二弓壓臂，該第一弓壓臂和第二弓壓臂通過其端部相互鉸接，第一弓壓臂的另一端與第一連接件鉸接，第二弓壓臂的另一端與第二連接件鉸接，上述第一連接件與驅動缸的活塞杆的端部剛性連接，上述第二連接件與上述驅動缸的另一活塞杆端部剛性連接，上述二個活塞杆工作時運動方向相反但同軸設置，上述驅動缸包括二個活塞，它們工作時運動方向相反但同軸平行設置，上述二個活塞杆分別與上述二個活塞剛性連接。
上述樁支翼孔成形裝置包括多組樁支翼孔成形機構，該多組成形機構沿設備縱向和/或橫向按一定間距分布。
上述樁支翼孔成形裝置包括多組樁支翼孔成形機構，該多組成形機構相對設備縱軸線對稱布置。
上述設備包括樁身孔成形裝置，上述樁支翼孔成形裝置設於該樁身孔成形裝置上。
上述樁支翼孔成形裝置包括主支承件，其上固定有驅動器，另外還設有樁支翼孔成形機構，該機構包括第一弓壓臂和第二弓壓臂，該第一弓壓臂的一端與動力杆鉸接，該動力杆由上述驅動器帶動，上述第一弓壓臂另一端與第二弓壓臂的一端鉸接，第二弓壓臂的另一端與第一固定件相鉸接，該固定件位於第一弓壓臂與動力杆的鉸接點的側邊並處於第一弓壓臂和第二弓壓臂鉸接點相對動力杆與第一弓壓臂鉸接點的移動軸線的所在側邊，上述第二固定件與第一分支板的一端鉸接，第一分支板的另一端為自由端部，第一分支板的內側貼靠於第一弓壓臂和第二弓壓臂的鉸接部，第一分支板內側還設有導板，該導板上沿第一分支板的平行方向開有導向槽，第一弓壓臂和第二弓壓臂是通過橫向移動軸鉸接的，上述導向槽可使上述橫向移動軸在其內滑動，導向槽從橫向移動軸未發生向外側橫向位移處朝向第二弓壓臂一側延伸。
上述設備包括主支承件，其設有驅動器，另外還設有樁支翼孔成形機構，該機構包括第一弓壓臂和第二弓壓臂，該第一弓壓臂的一端與動力杆鉸接，該動力杆由上述驅動器帶動，上述第一弓壓臂的另一端與第二弓壓臂的一端鉸接，第二弓壓臂的另一端與固定與主支承件上的固定件鉸接，第一弓壓臂上整體有形成第一分支板，第二弓壓臂上形成有第二分支板。
上述設備包括伸縮式動力擠壓器，它可沿樁身孔軸線的斜向向下方向依直線擠壓樁身孔孔壁周圍土體。
上述設備包括沿水平方向可插入樁身孔孔壁周圍土體中的擠壓件，它與驅動器相連從而當其插入孔壁周圍土體中時可沿樁身孔軸線平行方向向下擠壓孔壁周圍土體。
上述設備包括樁身孔成形裝置，該裝置為掘土成形器。
上述掘土成形器為潛水鑽機，射流衝土成孔器，鑽頭鑽，全套管鑽機，正循環鑽機，反循環鑽機，抓斗取土器或鏟鬥取土器。
上述掘土成形器為螺旋鑽機，它包括有鑽杆，該鑽杆為空心管，上述鑽杆上設有樁支翼孔成形裝置，空心鑽杆底部開有與其相連通的可注入樁體材料或護壁液的噴嘴，鑽杆頂部與注入材料供應液連通。
本發明的另一種專用設備包括履帶行走機構，轉臺，位於轉臺上的駕駛室以及樁支翼孔成形裝置的作業系統，吊臂，該吊臂底部與轉臺相連，其頂端通過吊索懸吊分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置，該裝置通過夾緊器導向固定，該夾緊器後端與上述轉臺連接。
上述設備包括置於地面上的與樁支翼孔成形裝置分開的樁支翼孔成形裝置的作業系統。
採用上述本發明的施工方法和設備，可以真實得出每根基礎樁的承載力和沉降，並從整體上使所有樁的承載力和沉降基本保持一致，這樣所形成的基礎不會產生不均勻沉降，從而可大大減少施工後使用期的隱患。另外採用本發明，可以減小施工前的地基勘探工作量並可減少或無需進行施工前、後的試樁或樁的荷載試驗，從而大大降低施工費用並縮短工期。再有本發明是將勘探地基地質情況貫穿於樁的施工過程中，從而可清楚地了解每個樁底及周土情況，這樣可更加合理地對樁基礎進行設計從而可大大降低材料的浪費，並降低樁基礎的成本。此外，由於按本發明方法樁分支/樁承力盤位於相應的所需的持力層上從而可充分發揮帶分支/承力盤的樁的優越性，使其承載力達到最高，其使用期沉降量降到最小。上面僅僅對本發明用作建築物的承受壓力的樁基礎的優點進行了描述，但是應注意到本發明完全可用於承受拉力的樁基礎，以及抗傾覆的支護結構中，並且可產生均勻地抵抗上浮力，即建築物僅僅有較小的均勻上浮量，或者均勻地抵抗彎矩，即支護結構中的每根樁具有基本一致的較小的角位移的現象。
下面結合附圖對本發明進行詳細描述。


圖1為本發明樁基礎施工方法的示意圖；圖1A為本發明樁基礎施工方法的第一階段示意圖1B為本發明樁基礎施工方法的第二階段示意圖；圖1C為本發明樁基礎施工方法的第三階段示意圖；圖2為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第一實施例示意圖，其中圖2A-C為三個不同施工階段；圖3為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第二實施例示意圖，其中圖3A-C分別為三個不同施工階段；圖4為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第三實施例示意圖，其中圖4A-C為三個不同施工階段；圖5為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第四實施例示意圖，其中圖5A-C為三個不同施工階段；圖6為同時具有樁身孔成形裝置和樁分支孔和/或承力盤槽孔裝置的本發明設備第一實施例的示意圖；圖7為同時具有樁身孔成形裝置和樁分支孔和/或承力盤槽孔裝置的本發明設備第二實施例的示意圖；圖8為同時具有樁身孔成形裝置和樁分支孔和/或承力盤槽孔裝置的本發明設備中分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置的第一實施例的示意圖；圖9為同時具有樁身孔成形裝置和樁分支孔和/或承力盤槽孔裝置的本發明設備中分支孔/或承力盤槽孔成形裝置的第二實施例的示意圖；圖10為圖9所示成形裝置的收攏狀態示意圖；圖11為圖9所示成形裝置的工作狀態平面示意圖；圖12為本發明設備中的分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置第四實施例的示意圖；圖13為圖12所示裝置的收攏狀態圖；圖14為本發明設備中的分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置又一實施例的立面圖。
圖15為本發明另一種專用設備的透視圖；圖16為本發明設備中的樁分支孔成形裝置的作業系統的透視圖。
作為本發明的樁結構的具體施工方法的樁基礎施工方法，其步驟包括首先對施工區域的地基進行地質勘探，了解該區域地基的土體情況，當然還可以做試樁來了解地質情況，根據該地質勘探結果確定初步的樁身數量，長度，樁徑，樁位以及樁支翼的數量，長度，直徑，位置，利用鑽機在樁位向下鑽孔至規定深度，形成樁身孔，如圖1A所示，之後將樁支翼孔成形裝置放入該樁身孔中，在上述初步確定的樁支翼位置通過上述樁支翼孔成形裝置對土體進行擠壓，上述裝置中的擠壓機構與壓力表相連，根據壓力表中的數值得出土體彈性模量或摩阻係數，進而可確定該位置土層是否適合製作樁支翼，如果該土層太軟，可通過調節樁支翼的位置或樁支翼的大小以及樁支翼在該土層的數量來滿足原該位置樁支翼的設計要求，如圖1B所示，上述調節樁支翼的位置指通過上述樁支翼孔成形裝置對上述軟弱土層附近的土層進行擠壓探測直至找到所需的持力層，然後按上述方式確定的土層位置形成所需的數量或尺寸的樁支翼孔，如果該土層滿足要求，直接製作初步確定的樁支翼孔，按上述方式在樁身孔中形成所規定的樁支翼孔(即樁分支孔和/或樁承力盤槽孔)，然後，利用掃描儀對整個樁孔進行掃描檢查樁支翼孔、樁身孔壁的成形質量，如圖1C所示，接著插入預應力筋灌注混凝土，待混凝土達到一定強度後對預應力筋張拉並錨固。
作為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第一實施例，其步驟包括用本發明設備1形成樁身孔，如圖2A所示，該設備包括分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2和鑽孔裝置3，該該樁支翼孔成形裝置2上連有壓力杆(圖中未示出)，上述壓力杆與地面上的壓力表(圖中未示出)連通，之後沿斜向向上方向擠壓孔壁土體，如圖2B所示，最後以所形成的孔穴頂部土體為支點沿斜向向下方向擠壓孔壁土體從而形成分支孔和/或承力盤槽孔，如圖2C所示，上述分支孔和/或承力盤槽孔的成形是在利用本發明設備向下形成樁身孔時製作，也可在樁身孔成形後向上提出本發明設備的過程中製作。
作為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第二實施例，其步驟包括用本發明設備形成樁身孔，該設備包括分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2和鑽孔裝置3，該樁支翼孔成形裝置2上連有壓力杆(圖中未示出)，上述壓力杆與地面上的壓力表(圖中未示出)連通，如圖3A所示，在向下形成樁身孔的同時或之後利用本發明設備沿斜向向上和斜向向下同時擠壓孔壁土體形成樁分支孔和/或承力盤槽孔，如圖3B所示，最後擠壓完畢形成圖3C所示的形狀。
作為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和/或承力盤槽孔同時成形的第三實施例，其步驟包括用本發明設備1形成樁身孔，該設備1包括分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2和鑽孔裝置3，該樁支翼孔成形裝置2上連有壓力杆(圖中未示出)，上述壓力杆與地面上的壓力表(圖中未示出)連通，如圖4A所示，在向下形成樁身孔的過程中或形成樁身孔之後，可利用上述分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2對土體進行斜向擠壓，如圖4B所示。圖4B中的虛線為最終擠壓狀態，當擠壓完畢後便可形成如圖4C所示的狀態。
作為本發明方法中樁身孔與樁分支孔和或承力盤槽孔同時成形的第四實施例，其步驟包括用本發明設備1形成樁身孔，該設備1包括分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2和鑽孔裝置3，該樁支翼孔成形裝置2上連有壓力杆(圖中未示出)，上述壓力杆與地面上的壓力表(圖中未示出)連通，如圖5A所示，在利用設備1向下形成樁身孔時，或在形成樁身孔後提出該設備1時可在樁身孔孔壁上形成水平槽4，如圖5B所示。之後，利用本發明設備1中的特定的分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2(該裝置將在後面描述)，從該水平槽4處向下擠壓土體形成分支孔和/或承力盤槽，如圖5C所示。
圖6為同時具有樁身孔成形裝置和樁分支孔和/或承力盤槽孔裝置的本發明設備的一個實施例，該設備1包括潛水鑽3，該潛水鑽3包括鑽杆5，鑽杆5上設有動力裝置6和泵6A，鑽杆底部設有鑽頭7，鑽杆上還設有一個或多個分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2。
圖7為本發明設備的另一實施例，該設備1包括螺旋鑽8，該鑽包括頂部的驅動器9，螺旋葉片10，鑽杆11，在鑽杆11上還形成有一個或多個分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2。
圖8為本發明設備中的分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置的一種形式，該裝置2包括可水平伸出的兩個擠壓頭17，如圖8所示。兩個擠壓頭之間設有驅動油缸18，該驅動油缸18伸出時可使擠壓頭17沿水平方向伸出，兩個擠壓頭還與豎向油缸19的一端相連，該油缸19伸出時可使擠壓頭17向下擠壓土體，該成形裝置2特別適合圖4中所示的方法。
圖9和10為本發明設備中用的分支孔和/或承力盤槽孔擠壓成形裝置的第三種形式，該裝置2包括外管29，其內設有多個成形機構和投入加固料通道29A，外管29上開有供成形機構伸出的孔，外管外部設有泵站，它通過油路管與成形機構中的油缸連通(圖中未示出)，如圖10所示，在成形機構中設有豎向動力杆30，該動力杆30由上述油缸帶動(圖中未示出)，該杆30通過豎向移動軸31與上弓壓臂31鉸接，上弓壓臂32通過橫向移動軸33與由下弓壓臂整體形成的下下分支板34鉸接，該板34底部與下固定軸35鉸接，該軸35相對外管29固定。上分支板36上端鉸接於上固定軸37上，該軸37相對外管29固定，在圖9、10中，僅僅畫出了相對稱的兩套成形機構中的左邊一套(一半)，右邊一套與左邊的相同，故圖中未示出。當然，可根據需要設置1套、3套或更多的同步機構。在上分支板36內側設有導板33，上分支板36的自由端部39位於上弓壓臂32與橫向移動軸33的連接處。導板38共有兩個，它們分別設置在上分支板36的兩側，導板38從上分支板36的自由端部39處沿上分支板36板面方向向下延伸，其伸出部開有橫向移動軸33的導向槽38A，橫向移動軸33還鉸接有上分支滑板40，該滑板40貼靠上分支板36內側並向上延伸，在下分支板34的兩側設有複合上分支板41，其底部鉸接於下固定軸35上，複合下分支板41的自由端部42設有限位塊43，在上弓壓臂32內側設有壓塊44，圖9表示上述機構處於伸出的狀態，圖10表示上述機構處於收攏狀態，如圖11所示，上述成形裝置2還包括四塊擋土板45(每側2塊)，它們分別設於上分支板36的兩側，在擋土板45內側上分支板36下端導向臂46的先期插入時，分支板有效寬度47內未被擠壓的原土48不可能向兩側成孔後的空間49塌落，加上上分支板滑板40的作用有效地防止了上分支板36上方的土體向下塌落，保證了分支承力盤下方土體的擠壓密實，上述裝置的優點是可避免在製作樁分支孔和/或承力盤槽孔時所產生的整個裝置上浮現象以及所形成的孔穴形狀不規則、易塌方的缺點。
圖12為第四種樁分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置的形式，該裝置2與圖10的結構類似，不同的是圖10的裝置中的上分支板先壓出，之後下分支板壓出，故圖10裝置適合圖3所示方法，而圖11所示裝置2也帶有上、下分支板50、51，它們同時被壓出，它適合圖4所示方法，圖12所示裝置2還設有上弓壓臂52和下弓壓臂53，上弓壓臂52與上分支板50為整體連接，下分支板51與下弓壓臂53整體連接。上弓壓臂52頂部與豎向動力杆54相鉸連，該杆由驅動缸帶動，上弓壓臂52另一端與下弓壓臂53鉸接，下弓壓臂53另一端與外管55鉸接，外管55開有上述機構伸出的孔，圖13為上述裝置的收攏狀態。
上述擠壓成形裝置可帶有沿環向的多個擠壓板或頭，從而在製成時只經過1-2次就可基本形成承力盤。
如圖14所示，本發明設備中的另一種樁分支孔和/或承力盤槽孔的成形裝置，它包括外套筒62，其內設有二對弓壓臂，每對弓壓臂包括上弓壓臂63和下弓壓臂64，上弓壓臂63的頂端與連接部件65鉸接，上弓壓臂63的底端與下弓壓臂64鉸接，下弓壓臂64的底端與連接部件66相連，上述外套筒62的頂部設有驅動缸67，該驅動缸7中設有上活塞68和下活塞69，該上活塞68通過活塞杆70與連接部件66剛性相連，下活塞69通過活塞杆71與連接部件65剛性連接，上述驅動缸67的中部側臂上開有供液體通過的嘴72，驅動缸67的底部側壁上開有供液體通行的嘴73，其頂部開有供液體通行的嘴74。在該裝置初始狀態，即圖示的虛線所示狀態，設備中的弓壓臂處於收回位置，驅動缸67中的二個活塞68和69位於驅動缸的中間位置，當要驅動弓壓臂壓出時，通過泵向驅動缸中的嘴72壓入油，而嘴73和74則有油通過，這樣上活塞68逐漸上升，使活塞杆70向上運動從而帶動連接部件66向上移動，而下活塞69逐漸下降，同時活塞杆71向下運動從而帶動連接部件65向下移動，由於上下弓壓臂63和64等長，而驅動缸中的活塞68和69也相對並對稱設置，這樣連接部件65和66同時移動使上下弓壓臂的鉸接點可沿水平方向作直線運動，其結果是可沿水平方向壓出一個成等腰三角形的分支孔，逐漸轉動上述裝置並驅動上下弓壓臂壓出便可形成樁的承力盤槽孔。
如圖15所示，本發明的另一種專用設備1』包括履帶行走機構70，轉臺71，位於轉臺71上的駕駛室72以及樁分支孔成形裝置的作業系統73，吊臂74，該吊臂74底部與轉臺71相連，其頂端通過吊索懸吊分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置2，該裝置2通過夾緊器75導向固定，該夾緊器75後端與上述轉臺71連接。上述樁分支孔成形裝置的作業系統73與圖16所示的樁分支孔成形裝置的作業系統73』基本相同(後面將要描述)，只不過前者設於可行走的本發明的專用設備1』上，而後者與分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置分開而設置於地面上。
如圖16所示，該設備中的樁支翼孔成形裝置的作業系統還可為設置於地面上的上述樁支翼孔成形裝置的作業系統73』，該系統73』包括液壓站76和計算機監視控制系統77。上述液壓站76包括液壓壓力顯示器。
上述計算機監視控制系統77包括將有關信號轉變成數位訊號以及對有關數位訊號進行運算的數據處理單元，上述各種數位訊號顯示器和存儲器，操作鍵盤，反映樁身孔、樁支翼孔的實際成形情況的圖像顯示系統和列印器。
從圖16中可看到的上述計算機監視控制系統77所包括的部件有操作臺78，該操作臺78上設置有鍵盤79，顯示器80，擴音裝置81，樁身孔、樁支翼孔的實際成形圖像顯示器82，樁支翼孔成形裝置操縱杆83。
上述圖像顯示系統84為可對幹孔成形質量進行檢測的可夜視的觀測系統，該系統包括可進行圖像拍攝的彩色攝像機，將攝像機拍攝的圖像顯示出來的監視器，用於安裝上述攝像機和電源的密封筒，觀測頭，攝像用的光源，錄像機，上述觀測頭包括用於觀測孔壁的水平觀測頭和用於觀測孔底的垂直觀測頭(圖中未示出)。
上述圖像顯示系統包括用於對溼孔成形質量進行檢測的超聲波掃描儀(圖中未示出)。
上述計算機監視控制系統包括對樁支翼孔形成裝置的操縱進行控制的單元(圖中未示出)。
權利要求
1.一種樁結構的施工方法，其步驟包括a).對打樁地基進行勘察探測，大致了解地基土層的狀況並確定出樁的尺寸及樁支翼的初步尺寸和初步位置；b).根據上述勘察探測而推算出的樁尺寸在地基中形成樁身孔至規定深度；c).通過樁支翼孔成形裝置對位於上述樁支翼的初步位置附近的樁身孔孔壁土體進行探測得出上述初步位置附近土體的實際土體力學性質，從而確定樁支翼最終尺寸和最終位置；d).通過樁支翼孔成形裝置對位於上述樁支翼的最終位置的樁身孔孔壁土體按上述樁支翼最終尺寸進行擠壓從而形成樁支翼孔；e).對所形成的樁身孔及樁支翼孔灌注混凝土形成混凝土樁；f).按上述步驟對樁結構中的其它的樁進行施工從而形成由多根混凝土樁構成的樁結構。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟c)中，在探測到上述初步位置的土體的力學性質較差的情況下，沿樁身孔孔壁移動樁支翼孔成形裝置對孔壁土體繼續進行探測直至探測到所需的土層，並將該土層位置作為相應的樁支翼的最終位置。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於上述樁支翼為樁分支。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟c)中，在探測到上述初步位置的土體的力學性質較差的情況下，仍將該土層位置作為相應的樁支翼的最終位置，但在上述步驟d)中，在該位置形成大於該位置上的相應初步尺寸的樁支翼。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟c)中，在探測到上述初步位置的土體的力學性質較差的情況下，仍將該土層位置作為相應的樁支翼的最終位置，但在上述步驟d)中，在該土層區域上形成多個具有相應初步尺寸的樁支翼，而其數量多於在該位置上的初步確定的樁支翼的數量。
6.根據權利要求1或4所述的方法，其特徵在於上述樁支翼為樁承力盤和/或樁分支。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述土體力學性質為土體壓縮力學性質。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述土體力學性質為土體的摩阻係數。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟c)中，土體力學性質的測定是採用傳感器來完成的。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在樁身孔、樁支翼孔形成後，將樁孔成形質量檢測儀插入樁身孔中對樁身孔、樁支翼孔的成形質量進行檢測。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於對其內無水的樁身孔、樁支翼孔採用可夜視的觀測系統進行上述孔的質量檢測。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於對其內有泥漿的樁身孔、樁支翼孔採用超聲波掃描儀進行上述孔的質量檢測。
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在向樁身孔、樁支翼孔灌注混凝土後，待該混凝土達到一定強度時用超聲波儀對樁身、樁支翼的成形質量進行檢測。
14.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟c)中，採用計算機系統對樁支翼的最終尺寸、位置進行計算。
15.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在施工過程中，採用計算機系統對樁支翼孔成形裝置的操縱進行控制。
16.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在施工過程中，將土體力學性質測定值、形成後的樁身、樁支翼的成形質量和其尺寸、位置的有關信號轉變為數位訊號，並儲存於計算機系統中。
17.根據權利要求11或12所述的方法，其特徵在於通過圖像顯示器將上述樁身孔、樁支翼孔的實際成形情況顯示出來以便於進行監控。
18.權利要求1所述的方法，其特徵在於在灌注混凝土之前插入鋼筋或鋼筋籠。
19.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在灌注混凝土之前插入預應力筋，在混凝土達到一定強度之後對預應力筋施加預應力並予以錨固。
20.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟e)中，上述混凝土的灌注採用導管法、串管法及泵送混凝土法進行的。
21.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟b)中，上述樁身孔是採用正循環鑽孔法，反循環鑽孔法，螺旋鑽孔法，螺旋鑽孔法，射流衝土法，人工挖孔法，抓斗或鏟鬥取土法，打入套管擠土法，錘擊衝孔法形成的。
22.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟b)中，上述樁身孔是這樣形成的，即在樁位引孔，在引孔中下入護管，採用衝擊錘沿護管對地基衝擊成孔，之後提出護管，接著向孔內放入虛土桶。
23.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟b)中，上述樁身孔是採用螺旋鑽孔法形成的，並且上述步驟d)按下述方式進行，對中間的樁支翼中的承力盤端部土層按設計要求進行錘擊分層加固，將虛土桶放入孔底後，放入樁支翼孔形成裝置，在各層加固位置擠壓形成樁支翼孔，將虛土桶提出，形成樁底部承力盤。
24.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於在上述步驟b)中包括清理孔底虛土處理，即使鑽具在原深度處進行空轉，直至達到規定要求，另外上述步驟d)中的樁支翼孔是這樣進行的，即按設計要求標高，在樁支翼孔成形裝置中的上下節段醒目位置標註樁支翼擠擴標誌，按由上到下的順序擠擴形成樁支翼，在虛土桶提出後，形成樁支翼中的樁底承力盤槽孔。
25.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在上述步驟b)中，上述樁身孔是通過泥漿護壁鑽孔法形成的，並且上述步驟d)按下述方式進行，起吊樁支翼孔形成裝置，待樁支翼孔成形裝置基本停止晃動或轉動後，徐徐下入樁身孔內，在投放上述裝置的同時，在樁支翼孔成形裝置中的上下節段聯接管上按3～5m的間隔採用異形油管夾鎖定供、回油管，在樁支翼孔成形裝置中的上下節段聯接管上標有深度尺寸，按所需標高，規定順序擠壓形成樁支翼孔。
26.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在進行上述步驟e)之後，通過預留壓漿管對樁身底端及樁支翼端部進行壓力注漿以便對該部分周圍土體進行加固。
27.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁支翼孔的擠壓方向與和樁身孔壁相垂直的方向的夾角為±90°。
28.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁支翼孔是沿樁身孔軸線的平行方向對樁身孔孔壁周圍土體進行擠壓形成的。
29.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於先沿樁身孔軸線的斜向向上方向對樁身孔孔壁的選定位置第一規定區域內的土體擠壓形成構成樁支翼孔的第一腔，然後再沿樁身孔軸線的斜向向下方向對樁身孔孔壁的上述選定位置第二位置區域內的土體擠壓形成構成樁支翼的第二腔，上述第一腔和第二腔共同構成樁支翼孔。
30.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於沿樁身孔軸線的斜向向上方向對樁身孔孔壁的選定位置第一規定區域的土體擠壓形成構成樁支翼孔的第一腔，與此同時沿樁身孔軸線的斜向向下方向對樁身孔孔壁的所示選定位置第二規定區域內的土體擠壓形成構成樁支翼孔的第二腔，上述第一腔和第二腔共同構成樁支翼孔。
31.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於上述樁支翼孔僅僅是通過沿樁身孔軸線的斜向向下方向對樁身孔孔壁的選定位置規定區域的土體進行擠壓形成的。
32.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於首先在樁身孔孔壁的選定位置規定區域內的周圍土體中形成水平孔穴，接著從該孔處將位於該孔穴下方的樁身孔孔壁周圍土體沿樁身孔軸線平行方向向下擠壓從而構成樁支翼孔。
33.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在形成樁支翼孔的過程中進行樁支翼加固材料的注入。
34.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於樁體材料一部分是在形成樁支翼孔的過程中注入，另一部分是在上述過程之後注入，樁身孔是通過護壁液來護壁的。
35.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述護壁液為水泥漿，它是在藉助樁身孔成形裝置形成樁身孔之後一邊提升樁身孔成形裝置，一邊注入樁身孔內的，直至樁身孔中不塌孔的位置，在形成樁支翼孔之後，將補漿管插入樁身孔底部，同時投入粒料，接著通過補漿管以高壓方式從補漿管底部開口壓入水泥漿直至將整個樁孔灌滿。
36.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在形成樁支翼孔後向樁身孔、樁支翼孔注入樁體材料。
37.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於將上述樁支翼孔擠壓形成沿樁身孔軸向的尺寸較長的形狀。
38.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於將上述樁支翼孔擠壓形成沿樁身孔軸向延伸的螺旋孔。
39.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁支翼孔是在通過樁身孔成形裝置形成樁身孔後將其提出的過程中形成的。
40.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所形成的樁為素混凝土樁。
41.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述樁成排布置以形成支護樁結構。
42.根據權利要求41所述的方法，其特徵在於上述支護樁結構中的樁頂部通過連梁相連接，並且通過在各個樁本身上所形成的樁支翼連接。
43.一種權利要求1所述方法的專用設備，其特徵在於該設備包括樁支翼孔成形裝置，該裝置上設有在其進行樁支翼孔成形時對地基土體的力學性質進行測定的測定器。
44.根據權利要求43所述的設備，其特徵在於上述測定器為傳感器。
45.根據權利要求44所述的設備，其特徵在於上述傳感器包括壓力頭，該壓力頭與驅動缸相連，該驅動缸與壓力顯示器相連。
46.根據權利要求41所述的設備，其特徵在於上述測定器為土體摩阻性質測定儀。
47.根據權利要求41所述的設備，其特徵在於該設備還包括上述樁支翼孔成形裝置的作業系統，該系統包括液壓站和計算機監視控制系統。
48.根據權利要求47所述的設備，其特徵在於上述液壓站包括液壓壓力顯示器。
49.根據權利要求47所述的設備，其特徵在於上述計算機監視控制系統包括將有關信號轉變成數位訊號以及對有關數位訊號進行運算的數據處理單元，上述各種數位訊號顯示器和存儲器，操作鍵盤，反映樁身孔、樁支翼孔的實際成形情況的圖像顯示系統。
50.根據權利要求49所述的設備，其特徵在於上述計算機監視控制系統包括操作臺，該操作臺上設置有鍵盤，顯示器，擴音裝置，樁身孔、樁支翼孔的實際成形圖像顯示器，樁支翼孔成形裝置操縱杆和列印器。
51.根據權利要求49所述的設備，其特徵在於上述圖像顯示系統為可對幹孔成形質量進行檢測的可夜視的觀測系統，該系統包括可進行圖像拍攝的彩色攝像機，將攝像機拍攝的圖像顯示出來的監視器，用於安裝上述攝像機和電源的密封筒，觀測頭，攝像用的光源，錄像機。
52.根據權利要求51所述的設備，其特徵在於上述觀測頭包括用於觀測孔壁的水平觀測頭和用於觀測孔底的垂直觀測頭。
53.根據權利要求49所述的設備，其特徵在於上述圖像顯示系統包括用於對溼孔成形質量進行檢測的超聲波掃描儀。
54.根據權利要求47所述的設備，其特徵在於上述計算機監視控制系統包括對樁支翼孔形成裝置的操縱進行控制的單元。
55.根據權利要求45所述的設備，其特徵在於上述樁支翼孔成形裝置為液壓驅動式，它包括樁支翼孔形成用弓壓機構，該弓壓機構的伸出部構成上述測定器中的壓力頭。
56.根據權利要求43所述的設備，其特徵在於上述測定器為土體摩阻性質測定儀。
57.根據權利要求43或45所述的設備，其特徵在於上述樁支翼孔成形裝置包括樁支翼孔成形機構，該機構包括第一弓壓臂和第二弓壓臂，該第一弓壓臂和第二弓壓臂通過其端部相互鉸接，第一弓壓臂的另一端與第一連接件鉸接，第二弓壓臂的另一端與第二連接件鉸接，上述第一連接件與驅動缸的活塞杆的端部剛性連接，上述第二連接件與上述驅動缸的另一活塞杆端部剛性連接，上述二個活塞杆工作時運動方向相反但同軸設置，上述驅動缸包括二個活塞，它們工作時運動方向相反但同軸平行設置，上述二個活塞杆分別與上述二個活塞剛性連接。
58.根據權利要求43或45所述的設備，其特徵在於上述樁支翼孔成形裝置包括多組樁支翼孔成形機構，該多組成形機構沿設備縱向和/或橫向按一定間距分布。
59.根據權利要求43或45所述的設備，其特徵在於上述樁支翼孔成形裝置包括多組樁支翼孔成形機構，該多組成形機構相對設備縱軸線對稱布置。
60.根據權利要求43或45所述的設備，其特徵在於它包括樁身孔成形裝置，上述樁支翼孔成形裝置設於該樁身孔成形裝置上。
61.根據權利要求43、45或60所述的設備，其特徵在於上述樁支翼孔成形裝置包括主支承件，其上固定有驅動器，另外還設有樁支翼孔成形機構，該機構包括第一弓壓臂和第二弓壓臂，該第一弓壓臂的一端與動力杆鉸接，該動力杆由上述驅動器帶動，上述第一弓壓臂另一端與第二弓壓臂的一端鉸接，第二弓壓臂的另一端與第一固定件相鉸接，該固定件位於第一弓壓臂與動力杆的鉸接點的側邊並處於第一弓壓臂和第二弓壓臂鉸接點相對動力杆與第一弓壓臂鉸接點的移動軸線的所在側邊，上述第二固定件與第一分支板的一端鉸接，第一分支板的另一端為自由端部，第一分支板的內側貼靠於第一弓壓臂和第二弓壓臂的鉸接部，第一分支板內側還設有導板，該導板上沿第一分支板的平行方向開有導向槽，第一弓壓臂和第二弓壓臂是通過橫向移動軸鉸接的，上述導向槽可使上述橫向移動軸在其內滑動，導向槽從橫向移動軸未發生向外側橫向位移處朝向第二弓壓臂一側延伸。
62.根據權利要求43、45或60所述的設備，其特徵在於它包括主支承件，其設有驅動器，另外還設有樁支翼孔成形機構，該機構包括第一弓壓臂和第二弓壓臂，該第一弓壓臂的一端與動力杆鉸接，該動力杆由上述驅動器帶動，上述第一弓壓臂的另一端與第二弓壓臂的一端鉸接，第二弓壓臂的另一端與固定與主支承件上的固定件鉸接，第一弓壓臂上整體有形成第一分支板，第二弓壓臂上形成有第二分支板。
63.根據權利要求43、45或60所述的設備，其特徵在於它包括伸縮式動力擠壓器，它可沿樁身孔軸線的斜向向下方向依直線擠壓樁身孔孔壁周圍土體。
64.根據權利要求43、45或60所述的設備，其特徵在於它包括沿水平方向可插入樁身孔孔壁周圍土體中的擠壓件，它與驅動器相連從而當其插入孔壁周圍土體中時可沿樁身孔軸線平行方向向下擠壓孔壁周圍土體。
65.根據權利要求43所述的設備，其特徵在於它包括樁身孔成形裝置，該裝置為掘土成形器。
66.根據權利要求65所述的設備，其特徵在於上述掘土成形器為潛水鑽機，射流衝土成孔器，鑽頭鑽，全套管鑽機，正循環鑽機，反循環鑽機，抓斗取土器或鏟鬥取土器。
67.根據權利要求65所述的設備，其特徵在於上述掘土成形器為螺旋鑽機，它包括有鑽杆，該鑽杆為空心管，上述鑽杆上設有樁支翼孔成形裝置，空心鑽杆底部開有與其相連通的可注入樁體材料或護壁液的噴嘴，鑽杆頂部與注入材料供應液連通。
68.根據權利要求43所述的設備，其特徵在於該設備包括履帶行走機構，轉臺，位於轉臺上的駕駛室以及樁支翼孔成形裝置的作業系統，吊臂，該吊臂底部與轉臺相連，其頂端通過吊索懸吊分支孔和/或承力盤槽孔成形裝置，該裝置通過夾緊器導向固定，該夾緊器後端與上述轉臺連接。
69.根據權利要求43所述的設備，其特徵在於該設備包括置於地面上的與樁支翼孔成形裝置分開的樁支翼孔成形裝置的作業系統。
全文摘要
本發明涉及一種樁結構的施工方法及其專用設備,該方法主要步驟包括:對地基探測確定樁身初步尺寸及樁支翼的初步尺寸及位置,形成樁身孔,通過樁支翼孔形成裝置對孔壁土體探測,進而確定樁支翼最終尺寸和位置,通過上述裝置對土體擠壓形成樁支翼孔,對樁身孔和樁支翼孔灌注混凝土形成混凝土樁,按上述步驟對其它的樁進行施工形成樁結構。按本發明方法,可在每根樁施工過程中了解該樁位的地質狀況,從而可馬上得出該樁的真實承載力/變形,並避免建築物的不均勻沉降。
文檔編號E02D5/22GK1191915SQ97100439
公開日1998年9月2日 申請日期1997年2月26日 優先權日1997年2月26日
發明者張國梁, 徐永潔, 賀德新 申請人:張國梁, 徐永潔