一种双层反螺旋桩侧土体环切装置的制作方法

1.本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种双层反螺旋桩侧土体环切装置。

背景技术：

2.湿陷性黄土在我国分布较广，其具有低湿和高孔隙率，在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。但当受水浸湿后，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低，桩基工程中桩侧负摩阻力所产生的下拽力可能引起桩体破坏，桩基不均匀下沉等，严重影响建筑物的安全。
3.湿陷性黄土地基的处理可以是改善土的性质和结构，减小土的渗水性；或使用垫层或强夯法处理，提高地基的承载力，起到加固地基的效果。不同的处理方法适用于不同的地基场地。多数提高桩基承载力的处理方式，存在施工现场占地大，桩基深，花费劳动力多，造价高等问题。
4.改善土的性质和结构的方式需要对桩周大面积湿陷性黄土进行处理，且底层土质依然存在雨水浸湿后对桩基产生负摩阻力的问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供了一种双层反螺旋桩侧土体环切装置，以解决现有技术中提到的，在重度湿陷性黄土地区，多数提高桩基承载力的处理方式，存在施工现场占地大，桩基深，花费劳动力多，造价高等问题。
6.为解决上述问题，本发明提供的技术方案是一种双层反螺旋桩侧土体环切装置，包括设置在桩基周侧的环切机构及用于驱动环切机构环切的第一驱动机构；
7.环切机构包括环切管，环切管环抱于桩基，环切管下方设有环切头，环切管外周侧设有螺旋钻刀。
8.在桩基已施工凝固后，在第一驱动机构的驱动下，吊起桩侧土体环切装置放置于桩基上部，与桩基尽量保持同心，在第一驱动机构的驱动下，环切头首先切入土体，随着环切头的深入，螺旋钻刀切入土体，
9.在螺旋钻刀的旋转环切作用下，对桩基上段土体进行环切，形成环形空腔，在环形空腔内注入砂石，即将桩基周围的湿陷性黄土更换为砂石，砂石的强度高，压缩性小，不受水浸湿后产生的不良影响。
10.使用桩侧土体环切装置对桩基进行环切，以克服湿陷性黄土对桩基的影响，提高桩基承载力，可大大缩减桩基的深度，减少劳动力，施工现场占地面积小，造价低。
11.优选地，环切管内侧设有护桩机构，护桩机构与环切管环形活动连接。
12.由于护桩机构与环切管为环形活动连接，所以护桩机构不受第一驱动机构的驱动，即环切机构旋转环切桩侧土体时，护桩机构保护桩基不受环切扭转力的影响。
13.优选地，螺旋钻刀外侧还设有外管套。
14.外管套可以是跟随螺旋钻刀进行旋转，也可以是不旋转。外管套的设置一方面使
环形空腔不塌陷，另一方面有利于环切装置的拔出。
15.优选地，外管套旋转方向与环切机构旋转方向相反；
16.外管套由第二驱动机构驱动。
17.外管套与环切管的旋转方向相反，形成双层反螺旋桩侧土体环切工艺，有利于提出被环切的土体。第一驱动机构与第二驱动机构可以是具有正反方向驱动的一个驱动机构。
18.优选地，环切头凹向环切管内侧，其内直径小于护桩机构的内直径，且大于桩基直径。
19.在环切过程中，为了使护桩机构能够顺利下行，环切头凹向环切管内侧，环切头内径小于护桩机构的内直径，且大于桩基直径。
20.优选地，环切头包括设置于底部的切刀，切刀外切面向环切管倾斜形成第一斜面，切刀内切面向环切管倾斜形成第二斜面，第一斜面与垂直线之间为锐角，第二斜面与垂直线之间的角度小于第一斜面且大于等于0
°
。
21.为了使环切装置整体能够顺利下行，环形切刀的直径为最小，第一斜面和第二斜面的设置也使装置整体能够顺利下行。
22.优选地，环切头为锯齿状。
23.环切头设置为锯齿状，提高切刀的锋利程度，提高环切头的环切效率。
24.优选地，外套管深度小于螺旋钻刀的深度；
25.外套管内径向外径倾斜，内径深度大于外径深度。
26.螺旋钻刀螺旋环切的过程中，外套管紧跟其后深入环切空间内，且外套管下端设置为斜面，有利于外套管的下行。
27.优选地，护桩机构为环形护管或多根自上而下均匀分布的环形护圈，该环形护管或环形护圈与环切管环形活动连接。
28.环形护管或环形护圈为钢管圈或橡胶泡沫圈。
29.根据所需扭转力及桩侧土体湿陷性程度的综合因素，对护桩机构3选择相应的形状和材质。
30.本发明的有益效果：
31.通过第一驱动机构对环切机构的驱动，对桩周侧土体进行环切，使桩周侧形成环形空腔，再在空腔内灌注砂石，以克服湿陷性黄土对桩基的影响，提高桩基承载力，大大缩减桩基的深度，减少劳动力，本桩侧土体环切装置结构简单，操作方便，造价低，施工现场占地面积小，适于各种施工场合。
32.下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
附图说明
33.图1是桩侧土体环切装置的结构示意图；
34.图2是桩侧土体环切装置的剖视结构示意图；
35.图3是桩侧土体环切装置的a向局部放大图；
36.图4是护桩机构与环切管的环形卡接方式一；
37.图5是护桩机构与环切管的环形卡接方式二。
38.附图标记说明：1-环切机构；11-环切管；12-环切头；121-切刀；122-第一斜面；123-第二斜面；13-螺旋钻刀；2-第一驱动机构；3-护桩机构；4-外管套；5-第二驱动机构；6-卡扣；7-卡槽；8-中介卡扣。
具体实施方式
39.以下结合实施方案对本发明做进一步描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品；所描述的具体实施方式仅用于解释本发明的原理，并不用于限定本发明。
40.针对现有技术中，在重度湿陷性黄土地区，多数提高桩基承载力的处理方式，存在施工现场占地大，桩基深，花费劳动力多，造价高等问题，本发明的技术方案为如图1、图2和图3所示的一种双层反螺旋桩侧土体环切装置。包括设置在桩基周侧的环切机构1及用于驱动环切机构1环切的第一驱动机构2；
41.环切机构1包括环切管11，环切管11环抱于桩基，环切管11下方设有环切头12，环切管11外周侧设有螺旋钻刀13。
42.在桩基施工凝固后，在第一驱动机构2的驱动下，吊起桩侧土体环切装置放置于桩基上部，与桩基尽量保持同心，第一驱动机构2可选择普通单向驱动马达，可以是普通钻孔驱动马达即可，第一驱动机构5的支撑架体放于可行走车辆上，在第一驱动机构2的驱动下，环切头12首先切入土体，随着环切头12的深入，螺旋钻刀13切入土体，
43.螺旋钻刀13围绕环切管11呈螺旋状，在螺旋钻刀13的旋转环切作用下，对桩基上段土体进行环切，形成环形空腔，其环宽为至少10公分，根据深度和所需强度进行确定，在环形空腔内灌注砂石，可以是拔起本环切装置的同时灌沙，即将桩基周围的湿陷性黄土更换为砂石，砂石的强度高，压缩性小，不受水浸湿后湿陷性黄土对桩基产生的不良影响。桩基环形空腔所需的深度根据施工桩基当地湿陷性黄土的厚度及桩深确定，其深度一般从十几米至几十米不等，一般环形空腔深度至两土层临界点，即中性点，此工艺在承载力相同的条件下，可有效减小桩基的深度。
44.通过第一驱动机构2对环切机构1的驱动，对桩侧土体进行环切，使桩侧形成环形空腔，再在空腔内灌注砂石，以克服湿陷性黄土对桩基的影响，提高桩基承载力，大大缩减桩基的深度，本桩侧土体环切装置结构简单，操作方便，造价低，施工现场占地面积小，适于各种施工场合。
45.实施例一
46.为了避免环切机构1环切时，环切扭转力对桩基的影响，在环切管11内侧设有护桩机构3，护桩机构3与环切管11环形活动连接。由于护桩机构3与环切管11为环形活动连接，所以护桩机构1不受第一驱动机构2的驱动，即环切机构1旋转环切桩侧土体时，护桩机构3保护桩基不受环切扭转力的影响。
47.护桩机构3为环形护管或多根自上而下均匀分布的环形护圈，该环形护管或环形护圈与环切管11环形活动连接，连接方式为滚珠连接或卡接。
48.环形护管或环形护圈为钢管圈或橡胶泡沫圈。
49.护桩机构3为环形护管时，规避来自环切机构1的环切扭转力，且可有效分散接触力，起到保护桩基的作用。当护桩机构3为自上而下均匀分布的环形护圈时，规避来自环切机构1的环切扭转力的同时可减小和桩基的接触面积。根据所需扭转力及桩侧土体湿陷性程度的综合因素，对护桩机构3选择相应的形状和材质。
50.环形滚珠连接为已知的滚珠连接方式。环形卡接可以是如图4所示，通过卡扣6和卡槽7连接，也可以是如图5所示，通过中介卡扣8与护桩机构3的卡槽7和环切管11的卡槽7相连接。环切管11与护桩机构3之间的环形活动连接也可以是其他连接方式，并不限于环形滚珠连接和环形卡扣连接。
51.实施例二
52.螺旋钻刀13外侧还设有外管套4。外管套4可以是跟随螺旋钻刀13进行旋转，也可以不旋转。外管套4的设置一方面使环形空腔不塌陷，另一方面有利于环切装置的拔出。
53.外套管4的设置可以通过第一驱动机构2外侧增加固定架，固定架与外套管4连接实现固定，实施例二的第一驱动机构2可选择普通马达。
54.外套管4深度小于螺旋钻刀13的深度；
55.外套管4内径向外径倾斜，内径深度大于外径深度。
56.螺旋钻刀13螺旋向下环切的过程中，为避免外套管4受土体向上的阻力，外套管4的设置深度小于螺旋钻刀13的深度，外套管4紧跟其后深入环切空间内，且外套管4下端设置为斜面，有利于外套管4的顺利下行。
57.实施例三
58.在实施例二的基础上，使外管套4的旋转方向与环切机构1的旋转方向相反，外管套4由第二驱动机构5驱动。
59.外管套4与环切管11的旋转方向相反，形成双层反螺旋桩侧土体环切工艺，有利于提出被环切的土体，且有利于拔出本环切装置。第二驱动机构5可以是单独的驱动马达，也可以是第一驱动机构2与第二驱动机构5为具有正反方向驱动的一个驱动机构。市场上具有正反方向旋转功能的驱动器技术已经很成熟,只需要尺寸和动力满足环切机构9的需求即可，如中大电机的正反转电机系列。
60.在环切过程中，为了使护桩机构1能够顺利下行，且能够为护桩机构1留出一定下行空间，则环切头12凹向环切管11内侧，其内直径小于护桩机构3的内直径，且大于桩基直径，可比桩基直径大6至14公分。
61.环切头12包括设置于底部的切刀121，切刀121外切面向环切管11倾斜形成第一斜面122，切刀121内切面向环切管11倾斜形成第二斜面123，第一斜面122与垂直线之间为锐角，第二斜面123与垂直线之间的角度小于第一斜面且大于等于0
°
。
62.为了使桩侧土体环切装置整体能够顺利下行，环形切刀121的直径为最小，第一斜面122和第二斜面123的设置也使装置整体能够顺利下行。
63.为提高环切头12的环切效率，提高切刀121的锋利程度，将环切头12设置为锯齿状，和或外管套4的下部也为锯齿状，以方便外管套4向下的运行。
64.工作过程：首先，根据桩基所在的湿陷性黄土厚度，计算桩基深度和所需相应土体环切的高度。其次，待桩基施工凝固后，在第一驱动机构2的驱动下，吊起桩侧土体环切装置放置于桩基上部，与桩基尽量保持同心，在第一驱动机构2的驱动下，环切头12首先切入土
体，随着环切头12的深入，螺旋钻刀13切入土体，随即外管套4进入环形空腔，在第二驱动机构5的驱动下，外管套4与环切管11的旋转方向相反，形成双层反螺旋桩侧土体环切工艺，在环切的过程中，将环切的土体提出。其次，达到所需土体环切的深度后，向环切空间内填充砂石，填充砂石的同时垂直向上逆向旋转，拔出桩侧土体环切装置；最后，将填充的砂石夯实，提高桩基承载力。
65.综上，为了解决现有技术中，在重度湿陷性黄土地区，多数提高桩基承载力的处理方式，存在施工现场占地大，桩基深，花费劳动力多，造价高等问题，本发明提供了一种双层反螺旋桩侧土体环切装置，通过第一驱动机构2对环切机构1的驱动，对桩周侧土体进行环切，使桩周侧形成环形空腔，再在空腔内灌注砂石，以克服湿陷性黄土对桩基的影响，提高桩基承载力，大大缩减桩基的深度，减少劳动力，本桩侧土体环切装置结构简单，操作方便，造价低，施工现场占地面积小，适于各种施工场合。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
67.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：

1.一种双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：包括设置在桩基周侧的环切机构(1)及用于驱动所述环切机构(1)环切的第一驱动机构(2)；所述环切机构(1)包括环切管(11)，所述环切管(11)环抱于桩基，所述环切管(11)下方设有环切头(12)，所述环切管(11)外周侧设有螺旋钻刀(13)。2.根据权利要求1所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述环切管(11)内侧设有护桩机构(3)，所述护桩机构(3)与所述环切管(11)环形活动连接。3.根据权利要求2所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述螺旋钻刀(13)外侧还设有外管套(4)。4.根据权利要求3所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述外管套(4)旋转方向与所述环切机构(2)旋转方向相反；所述外管套(4)由第二驱动机构(5)驱动。5.根据权利要求2或3所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述环切头(12)凹向所述环切管(11)内侧，其内直径小于所述护桩机构(3)的内直径，且大于桩基直径。6.根据权利要求5所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述环切头(12)包括设置于底部的切刀(121)，所述切刀(121)外切面向所述环切管(11)倾斜形成第一斜面(122)，所述切刀(121)内切面向所述环切管(11)倾斜形成第二斜面(123)，所述第一斜面(122)与垂直线之间为锐角，所述第二斜面(123)与垂直线之间的角度小于第一斜面且大于等于0
°
。7.根据权利要求1所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述环切头(12)为锯齿状。8.根据权利要求3或4所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述外套管(4)深度小于所述螺旋钻刀(13)的深度；所述外套管(4)内径向外径倾斜，内径深度大于外径深度。9.根据权利要求2所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述护桩机构(3)为环形护管或多根自上而下均匀分布的环形护圈，该环形护管或环形护圈与所述环切管(11)环形活动连接。10.根据权利要求9所述的双层反螺旋桩侧土体环切装置，其特征在于：所述环形护管或环形护圈为钢管圈或橡胶泡沫圈。

技术总结

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种双层反螺旋桩侧土体环切装置；包括设置在桩基周侧的环切机构及用于驱动环切机构环切的第一驱动机构；环切机构包括环切管，环切管环抱于桩基，环切管下方设有环切头，环切管外周侧设有螺旋钻刀；通过第一驱动机构对环切机构的驱动，对桩周侧土体进行环切，使桩周侧形成环形空腔，再在空腔内灌注砂石，以克服湿陷性黄土对桩基的影响，提高桩基承载力，大大缩减桩基的深度，减少劳动力，本桩侧土体环切装置结构简单，操作方便，造价低，施工现场占地面积小，适于各种施工场合。适于各种施工场合。适于各种施工场合。