[发明专利]使用具有上向流量限制器的中空心轴建造夯实集料墩的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与2007年2月22日提交的美国临时申请第60/902,504号以及 2007年2月23日提交的美国临时申请第60/902,861号有关，并且要求它 们的优先权。这两个引用的临时申请的公开内容在此具体地通过引用并 入。

发明领域

本发明涉及使用位移心轴(displacement mandrel)在基土中安装集料 墩(aggregate pier)，以用于支撑建筑物、墙、工业设施以及与运输相关的 结构。尤其，本发明涉及通过使用圆柱形中空心轴来安装集料墩的方法和 设备，所述心轴包括用于在压实过程中限制集料向上流入到心轴中的装 置。

发明背景

位于包含软土或松软土壤的区域内的重型设施或对沉降敏感的设施 经常支撑在深地基上。这样的深地基一般由打入桩或钻孔后安装的混凝土 墩构成。深地基设计成将结构负载通过软土转移到更强的土层。

近年来，集料墩越来越多地用来支撑位于包含软土层的区域中的结 构。墩设计成加强和加固软层，并且使因而发生的沉降减到最低。这样的 墩使用多种方法来建立，包括例如在美国专利No.5,249,892和No. 6,354,766(“短集料墩(Short Aggregate Piers)”)中描述的钻孔和夯实方法、 例如在美国专利No.6,425,713(“横向位移墩(Lateral Displacement Pier)”) 中描述的打入心轴方法(driven mandrel method)，以及例如由Nathanial S. Fox开发并称为“撞击墩(impact Pier)”且在美国专利No.7,226,246中描 述的夯头打入心轴方法。

上面提及的包括钻或挖掘腔的“短集料墩”技术是一种有效的地基解 决方案，尤其是当安装在其中孔的侧壁稳定性容易维持的粘性土中时。

“横向位移墩”和“撞击墩”方法是为在其中腔的侧壁稳定性不容易 维持的颗粒土壤中安装集料墩而开发的。“横向位移墩”通过将管道打入 到地中，钻出管道内的土，用集料填充管道，并且使用管道来压实“薄层 中”的集料而建造。通常在管道底部使用斜边来压实。

“撞击墩”是“横向位移墩”的扩展。在此情形中，将较小直径(8 到16英寸)的夯头打入到地中。将夯头连接到管道，一旦将夯头打入到 设计深度，就用碎石填充管道。然后提起夯头，从而允许石料保留在腔中， 并且然后将夯头打回去，以便压实每一层集料。撞击墩超过横向位移墩的 优势在于建造的速度。

本发明是对这样的已有技术的改进，且尤其是对横向位移墩、撞击墩 和其方法的改进。通过在打入心轴的过程中限制集料通过心轴向上位移来 为压实集料提供更有效的机械装置。

通常，本发明将采用钢质心轴(steel mandrel)，而钢质心轴由作为主 要部分的用于将集料传送到下部管道部分或夯头的上部管道构成。在抽回 心轴的过程中，集料的向上移动最小。然而，在压实过程中，有可能在心 轴被向下压时，材料被上推到心轴中。根据本发明，消除或大大减小了材 料向上移动到心轴内的可能性。

发明内容

一方面，本发明涉及一种装备有流量限制器的心轴，以避免在向下压 实过程中集料向上移动到心轴中。本发明涉及例如在美国专利No. 6,425,713(“横向位移墩”)中描述的系统和方法以及例如由Fox开发并称 为“撞击墩”并且在美国专利No.7,226,246中公开的夯头打入心轴方法。 前面提到的所述全部文件的公开内容在此特别地通过引用并入。

在一个实施方案中，本发明可利用两个圆柱形管道部分，这两个圆柱 形管道部分在它们的相邻端对准并互相连接以形成长形心轴。心轴的顶部 管道部分是主要的集料输送机械装置。集料输送到位于顶部管道部分的上 端处的加料斗中。心轴的底部管道部分可具有比顶部管道部分略微大的直 径，并且还作为心轴的夯头来操作。可以是主动机械的或者被动的结构构 件位于底部管道部分内。结构构件通常允许集料材料不受限制地通过心轴 向下移动，并且当心轴被升起时通过底部管道部分移出。当通过向下移动 心轴来夯实集料时，结构构件限制或者妨碍集料或者其它材料向上流动到 心轴中。