[发明专利]旋扩变径锥体螺盘混凝土灌注桩及成桩装置和施工方法

说明书

技术领域：

本发明涉及的是建筑营造地基基础领域中混凝土灌注桩及工法和机械制造领域。

背景技术：

目前，建筑营造地基基础领域所使用的各种土层桩，虽然种类繁多，但都是依靠桩体周边摩擦 或桩端施压两种形式把竖向荷载竖直传递给持力土层，在岩层埋深较大的地质条件下，均无法解决 土层承载能力低下、单桩承载力不足、桩身材料强度不能充分利用、地震时桩体周围持力土层在承 受地震荷载(地震振幅、振频、振动延续时间、加速度、速度及质量惯性)冲击下(发生软化和液 化)出现过载剪切破坏和承载能力衰退丧失导致土层桩失稳沉浮、准确把握地下持力土层的构造变 化、精确控制土层桩的单桩承载力与设计荷载之间取得平衡等技术难题，并因土层桩基造价高承载 能力不足，造成了人力物力的巨大浪费。虽然近数十年世界科学技术有了快速的发展，出现了多种 高科技的桩工机械和众多变形土层桩，并以扩大端阻面积或提高侧阻阻尼等方法力求提升单桩承载 力，但由于施工方法过于复杂等原因大幅增加了成桩和在复杂的地质条件下保证桩体技术质量耐久 性要求的难度，成为了桩基新技术推广发展的瓶颈。针对现有各类土层桩的技术缺陷，本发明就是 要以一种拥有独特外形特征并充分利用土层力学特性的创新受力模型桩体和施工方法以及涉及的 成桩装置和相关机械机构，推动土层桩基技术和相关机械制造技术的变革和进步。

引用技术文件有：

《建筑地基基础设计规范GB 50007-2002》

《岩土工程勘察规范GB50021---2001》

《建筑桩基技术规范JGJ 94-94》

《岩土工程基本术语标准GB/T 50279-98》

《工程抗震术语标准JGJ/T 97-95》

发明内容：

本发明针对现有的各类土层桩普遍存在的承载力低下的难题，充分利用土层桩体外表特征无论 形状如何，当它对持力土层施压时准会受到与施压面垂直相对的阻抗，且阻抗随施压面积增加而增 大；当承载桩体与持力土层存在相对位移趋势时，其侧阻相对位移面都会受到与位移方向相反的阻 抗，且阻抗随着相对位移面正压力的增加和相对位移面与桩体位移方向的夹角增加而增大；桩体承 受轴向荷载和水平荷载的能力随桩体横截面面积增大而加强的力学特性，发明了一种以大截面锥体 螺盘连续螺旋坡面同时承受端阻和侧阻并使螺旋坡面所受反力保持平行且不重叠，并以附着在桩体 外周的连续大截面锥体螺盘辅助桩芯体转递轴向荷载，并可按设计承载要求随意扩张提升桩芯承压 面积的受力模型桩体，改传统土层桩体周边竖直面磨擦为螺旋锥体坡面磨擦、改传统土层桩体受力 端部及平面承压为螺旋锥体坡面承压，通过桩身连续的扩大锥体螺盘坡面将竖向荷载转换为与锥体 螺旋坡面垂直的端压力和锥体螺旋坡面相对侧移动力，以特有的连续密集且不重叠锥体螺盘螺旋坡 面将桩体承载的竖向荷载均匀扩散到桩体周围纵深持力土层中，使桩体周边更大范围内持力土层共 同参与承载，从而大幅提升桩体承载效能，使得旋扩变径锥体螺盘混凝土桩具备了高效承载特性。