专利名称：一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器的制作方法
技术领域：
本发明属于机械设计领域，具体应用于土木工程领域的特定的施工方法中，即一种全桩长挤扩成孔的灌注桩的施工装置，全称为全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器。
背景技术：
随着城市建筑密集度增加，施工过程产生泥浆污染的灌注桩和产生噪声和振动的打入桩由于带来严重的环境问题，其应用日益受到限制。采用静压桩已经成为城市施工的一种重要趋势。然而由于压桩力受到压桩机自重的限制，该方法难以满足大桩长、大直径的高承载力桩的施工。因此，使用小压桩力就可以获得高承载力桩的全桩长挤扩成孔灌注桩的施工方法的实现具有重要的意义。采用挤扩器以小孔径植入土中设计深度，再通过挤扩器挤扩作用使孔达到设计孔径的施工技术具有施工机具简单轻便，施工过程无振动、噪声、 泥浆污染等优点。现有的挤扩器的结构是带有正反螺纹的中心螺杆上的一对正反螺母，正反螺母对上分别铰接若干支撑杆构成支撑杆对，支撑杆的另一端铰接在支撑梁上，在支撑梁上加装扩展叶片构成；由于正反向螺母必须分别从中心螺杆的两端旋入，所以该挤扩器必须做成多段包含上述各构件构成的挤扩单元，通过中心螺杆的逐节连接，挤扩器方可达到设计长度。这种多单元拼装的挤扩器整体性差，加工复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用通长连续的单向螺纹中心螺杆的挤扩器，其结构组成如下挤扩器主要由中心螺杆、正向螺母、反向螺母、套筒、支撑杆对、支撑梁和扩展叶片构成。中心螺杆为外螺纹结构，中心螺杆上连接若干对套筒-螺母对。中心螺杆上通过螺纹旋套有若干套筒，套筒用销钉固定于中心螺杆上，其内壁为与中心螺杆相吻的螺纹，外壁为与内壁相反的螺纹，所述的正向螺母和反向螺母分别螺纹连接在中心螺杆和套筒外壁上； 一对正向螺母和反向螺母上分别铰接若干对支撑杆形成支撑杆对，支撑杆对的另一端铰接在支撑梁L上，支撑梁外铰接扩展叶片。本发明提供的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器可以采用如下具体步骤操作第一步将处于收缩状态的挤扩器植入土层设计深度；第二步旋转中心螺杆带动套筒转动，使旋套在中心螺杆上的正向螺母或反向螺母和旋套在套筒上的反向螺母或正向螺母相向运动。驱使铰接在正向螺母和反向螺母上的支撑杆对的另一端向外凸起，推动支撑梁向外运动，支撑梁顶着扩展叶片打开，扩展叶片直接挤压土层，直至扩张至设计桩孔直径；第三步向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料，然后向上收起挤扩器；或者，先将挤扩器收起，然后向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料。本发明具有如下优点及功效(1)本发明提供的挤扩器由于采用单向螺纹的中心螺杆，从而可以将挤扩器制作成全长连续的，因此整体性好；(2)本发明提供的单向螺纹的中心螺杆的挤扩器加工方便，并且可以从一端将所有螺母和套筒逐个旋入中心螺杆的指定部位，因此安装方便；(3)应用本发明提供的挤扩器和施工方法，施工机具简单轻便，施工无振动、无噪音、无泥浆污染。
图la、lb——本发明提供的挤扩器紧缩状态横剖面结构示意图；图Ic——本发明提供的挤扩器紧缩状态纵剖面结构示意图；图2a、2b——本发明提供的挤扩器扩张状态横剖面结构示意图；图2c——本发明提供的挤扩器扩张状态纵剖面结构示意图；图中标号及符号说明如下A中心螺杆；B正向螺母；C反向螺母；D支撑杆对；E套筒；L支撑梁；H扩展叶片； Ll收缩状态挤扩器直径；L2扩展后挤扩器直径。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明提供的用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器及及其使用方法进行详细说明。本发明提供的挤扩器主要由中心螺杆A、正向螺母B、反向螺母C、套筒E、支撑杆对 D、支撑梁L和扩展叶片H构成，如图Ic和2c所示，中心螺杆A具有外螺纹，其上通过螺纹旋套有若干对套筒-螺母对，当所述的外螺纹为正向螺纹，如图2c所示，正向螺母B和套筒 E分别螺纹连接在中心螺杆A上，并且套筒E和正向螺母B间隔分布在中心螺杆A上，每一个正向螺母B和一个套筒E构成一对套筒-螺母对；套筒E内壁为与中心螺杆A相吻的正向螺纹，其外壁为反向螺纹；套筒E旋套在中心螺杆A上的指定位置后用销钉固定于中心螺杆A上，从而保证中心螺杆A转动时套筒E与中心螺杆A同步转动，套筒E外旋套一个反向螺母C ；在所述的正向螺母B上铰接有至少三个支撑杆Dl，在所述的反向螺母C上铰接有至少三个支撑杆D2，每个支撑杆Dl和支撑杆D2组成一对支撑杆对D，每对支撑杆对D的另一端铰接在支撑梁L上的相同位置，支撑杆对D的对数与支撑梁L的个数相同，并且与扩展叶片H的数量相同，不同支撑杆对D连接的相同竖直位置的支撑梁L之间可以固定连接，对于挤扩器整体来说，支撑梁L的总长度等于挤扩器的中心螺杆A的长度，每个扩展叶片H的长度等于中心螺杆A的长度。所述的正向螺母B和反向螺母C上铰接的支撑杆对D在周向上平均分布。在所述支撑梁L外连扩展叶片H，所述的支撑梁L与扩展叶片H之间固定连接或铰接。当挤扩器处于收缩状态时，相邻扩展叶片H之间相互搭叠，如图la，Ib所示，两支撑梁L之间的最大距离为Li，如图Ic所示；当挤扩器单元处于扩展状态时，扩展叶片H的末端支撑在其相邻的下一扩展叶片H的根部，如图h、2b，两支撑梁L之间的最大距离为L2， 如图Ic所示；其中L2大于Li。在收缩状态下，所述的正向螺母B和反向螺母C之间的距离相对较远，当需要扩展时，外界力使得中心螺杆A旋转，带动套筒E同步转动，使中心螺杆A上的正向螺母B和套筒E上的反向螺母C相对于中心螺杆A和套筒E旋转，进而正向螺母B和反向螺母C之间的距离变小，正向螺母B和反向螺母C分别驱动其上铰接的支撑杆对D的另一端向外凸起， 进而通过支撑梁L推动扩展叶片H扩张。套筒E的长度、每对正向螺母B与套筒E间的初始距离、各对正向螺母B和套筒E 之间的距离、以及支撑杆对D的长度视挤扩器的设计初始直径和挤扩后直径经设计确定。 正向螺母B和套筒E的对数根据设计桩长确定。上述的中心螺杆A，当中心螺杆A的外螺纹为反向螺纹时，则套筒E内部具有反向螺纹连接在A的固定位置，套筒E外壁具有正向螺纹并与正向螺母B螺纹连接，反向螺母C 螺纹连接在中心螺杆A上。其余工作过程相同。所述的套筒E的长度满足套筒E上的正向或者反向螺母在运动的过程中，具有与中心螺杆A上的反向或者正向螺母相同的轴向运动距离。相邻的每对套筒-螺母对在收缩状态和挤扩后的直径相等。本发明提供的全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器可以采用如下具体步骤实现操作第一步将处于收缩状态的挤扩器植入土层设计深度。第二步旋转正向中心螺杆A带动套筒E共同运动，使正向螺母B和反向螺母C相向运动。驱使铰接在正向螺母B和反向螺母C上的支撑杆对D另一端向外凸起，推动支撑梁L向外运动，支撑梁L顶着扩展叶片H打开，扩展叶片H直接挤压土层，直至扩张至设计桩孔直径，扩展叶片H的末端支撑在其相邻的下一扩展叶片H的根部。第三步向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料，然后向上收起挤扩器；或者，先将挤扩器收起，然后向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料。其中，当土质条件较好，扩孔后桩孔孔壁土体可以自立，扩孔器收起后桩孔孔壁土体不会坍塌，则可以先收起挤扩器，然后填筑桩体材料。如果土质条件不好，扩孔后桩孔孔壁土体不能自立，挤扩器收起后桩孔孔壁土体会坍塌，则可以先填筑桩体材料，然后收起扩孔器。实施例一工程场地土层为流塑态淤泥质粘土。挤扩器中心螺杆、套筒E和螺母采用高强工程塑料制作，其他构件采用铝合金制作，套筒的长度为90mm，中心螺杆A具有正向螺纹，其上螺纹连接有正向螺母B，正向螺母B与套筒E形成套筒-螺母对，套筒E外壁连接反向螺母C，正向螺母B与套筒E的初始距离为110mm，正向螺母B与相邻的另一对套筒-螺母对中的套筒E的距离为0. 5m,支撑杆对的长度为85mm，挤扩器在收缩状态下直径Ll = 100mm,挤扩后直径L2 = 160mm，设计桩长10m。用静压方式将处于收缩状态的挤扩器压入土中。旋转挤扩器中心螺杆A使挤扩器扩展至直径160mm，向挤扩形成的桩孔中浇筑C20混凝土，反向旋转中心螺杆A并向上收起扩孔器，完成全桩长挤扩素混凝土灌注桩的施工。实施例二 工程场地土层为可塑态粉质粘土。挤扩器中心螺杆、套筒和螺母采用低碳低合金刚制作，其他构件采用普通碳素钢制作；套筒的长度为100mm，中心螺杆A具有正向螺纹，其上螺纹连接有正向螺母B，正向螺母B与套筒E形成套筒-螺母对，套筒E外壁连接反向螺母 C，每对中正向螺母B与套筒E的初始距离为130mm，正向螺母B与相邻的另一对套筒-螺母对中的相邻套筒E的距离为lm，支撑杆对的长度为110mm，挤扩器在收缩状态下直径Ll =
5140mm,挤扩后直径L2 = 220mm,设计桩长20m。用钻机钻直径140mm孔，将处于收缩状态的挤扩器压入孔中。旋转挤扩器中心螺杆A使挤扩器扩展至直径200mm，反向旋转中心螺杆A 并向上收起扩孔器，向挤扩形成的桩孔中放置钢筋笼，浇筑C20混凝土，完成全桩长挤扩钢筋混凝土灌注桩的施工。实施例三工程场地土层为流塑态淤泥质粉质粘土。挤扩器中心螺杆、套筒和螺母采用低碳低合金刚制作，其他构件采用普通碳素钢制作；套筒的长度为110mm，中心螺杆A具有反向螺纹，其上螺纹连接有反向螺母C，反向螺母C与套筒E形成套筒-螺母对，套筒E外壁连接正向螺母B，每对中中反向螺母C与套筒E的初始距离为170mm，反向螺母C与相邻的另一对套筒-螺母对中的相邻套筒E的距离为lm，支撑杆对的长度为140mm，挤扩器在收缩状态下直径Ll = 200mm，挤扩后直径L2 = 300mm，设计桩长15m。采用激震器将处于收缩状态的挤扩器贯入土中。旋转挤扩器中心螺杆A使挤扩器扩展至直径300mm，向挤扩形成的桩孔浇筑流态的水泥与土拌和物，反向旋转中心螺杆A并向上收起扩孔器，完成全桩长挤扩水泥土灌注桩的施工。其中水泥与土拌和物硬化后无侧限抗压强度大于1.5MPa。实施例四工程场地土层为可塑态粉土。挤扩器中心螺杆、套筒和螺母采用钛合金制作，其他构件采用普通碳素钢制作；套筒的长度为140mm，每对中正向螺母B与套筒E的初始距离为 350mm，相邻各对正向螺母B和套筒E形成的套筒-螺母对中，正向螺母B与套筒E之间的距离为1. 25m，支撑杆对的长度为270mm，挤扩器在收缩状态下直径Ll = 400mm，挤扩后直径L2 = 600mm,设计桩长40m。用螺旋钻机钻直径400mm孔，将处于收缩状态的挤扩器压入孔中。旋转挤扩器中心螺杆A使其扩展直径600mm，反向旋转中心螺杆A并向上收起挤扩器，向挤扩形成的桩孔中放置钢筋笼，浇筑C25混凝土，完成全桩长挤扩钢筋混凝土灌注桩的施工。
权利要求
1.一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于所述的挤扩器主要由中心螺杆、正向螺母、反向螺母、套筒、支撑杆对、支撑梁和扩展叶片构成，所述的中心螺杆具有单向螺纹结构，中心螺杆上连接若干对套筒-螺母对，所述的套筒-螺母对由一个套筒和一个螺纹连接在中心螺杆上的正向螺母或者反向螺母构成，在所述的套筒外壁上螺纹连接反向螺母或者正向螺母；所述的套筒固定连接在中心螺杆上，与中心螺杆上螺纹连接的正向螺母或者反向螺母间隔分布；在所述的正向螺母和反向螺母在周向上分别均勻铰接若干对支撑杆形成若干支撑杆对，支撑杆对的另一端铰接在支撑梁，支撑梁外铰接扩展叶片。
2.根据权利要求1所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于当所述的中心螺杆外壁为正向螺纹，则所述的套筒的内壁为正向螺纹、外壁为反向螺纹，所述的套筒和正向螺母螺纹连接在中心螺杆上形成套筒-螺母对，所述的套筒通过销钉固定在中心螺杆上；当所述的中心螺杆外壁为反向螺纹，则所述的套筒的内壁为反向螺纹、外壁为正向螺纹，所述的套筒和反向螺母螺纹连接在中心螺杆上形成套筒-螺母对，正向螺母螺纹连接在套筒外壁，所述的套筒通过销钉固定在中心螺杆上。
3.根据权利要求1所述的一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，其特征在于所述的套筒的长度满足正向螺母和反向螺母做距离相同的轴向运动。
4.一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器的施工方法，其特征在于包括如下具体步骤第一步将处于收缩状态的挤扩器植入土层设计深度；第二步旋转中心螺杆带动套筒转动，使旋套在中心螺杆上的正向螺母或反向螺母和旋套在套筒上的反向螺母或正向螺母相向运动，驱使铰接在正向螺母和反向螺母上的支撑杆对另一端向外凸起，推动支撑梁向外运动，支撑梁顶着扩展叶片打开，扩展叶片直接挤压土层，直至扩张至设计桩孔直径；第三步向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料，然后向上收起挤扩器；或者，先将挤扩器收起，然后向挤扩形成的桩孔中填筑桩体材料。
全文摘要
本发明公开了一种用于全桩长挤扩灌注桩施工的挤扩器，属于土木工程领域。所述的挤扩器主要由中心螺杆、正向螺母、反向螺母、套筒、支撑杆对、支撑梁和扩展叶片构成。中心螺杆为外螺纹结构，中心螺杆上连接若干对套筒-螺母对。套筒用销钉固定于中心螺杆上，其内壁为与中心螺杆相吻的螺纹，外壁为与内壁相反的螺纹，所述的正向螺母和反向螺母分别螺纹连接在中心螺杆和套筒外壁上；正向螺母和反向螺母上铰接若干对支撑杆对，支撑杆对的另一端铰接在支撑梁上，支撑梁外铰接扩展叶片。所述的挤扩器全长连续的，整体性好；挤扩器加工方便，安装方便；施工机具简单轻便，施工无振动、无噪音、无泥浆污染。
文档编号E02D5/34GK102304914SQ20111016721
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者于浩, 刘鹏, 张妩媚, 程寅, 黄新 申请人:北京航空航天大学