专利名称：一种桩基用挤扩装置及挤扩方法
技术领域：
本发明涉及一种桩基用挤扩装置及挤扩方法，特别是一种液压伸缩式挤扩装置 及方法。
背景技术：
目前，在基础工程施工中，通常是通过挤扩设备来形成带有承力盘、承力岔的 桩；现有的挤扩装置的结构是由机头、液压站控制系统及车载系统等组成。其机头由 液压油缸装置、挤扩臂、压力传感器等组成。挤扩臂由上挤扩臂、下挤扩臂组成。上挤 扩臂与下挤扩臂一般是刚性构件，为不可伸缩结构。其中一种单缸单向挤扩的设备，参 见图1，其上臂AB、及下臂BC，A\B\C运动轨迹如下A 点，χ = 0， y = I ；B 点，χ =一，y = I ；C 点，χ = 0，y = 0 ；如附图所示，当其单向挤土时，挤土下臂下端不动，挤土上臂上端受作用力往 下运动，使两挤土肢向外扩张挤压土体。显然，挤土下臂只有转动，而挤土上臂除了转 动外还有平动。承力盘上部轮廓线为曲线，下部为直线。挤土上臂对桩周土体的挤压和 双向挤土类似，即随着挤土臂肢与垂直方向的角度θ的增大，靠近桩身的挤土臂部分与 土脱离，和土接触的臂长X逐渐减小。而挤土下臂工作时只发生转动，在整个挤土过程 中都和土体保持接触(X = L，L为挤土下臂的长度)，从而使盘底土被压缩的程度比盘上 土大，这对于桩的竖向承载非常有利，在其臂长范围内，离桩身的距离越大，土体被压 缩的程度越高。但是挤扩过程中挤扩臂上部产生“临空区”，则该处土体容易塌落，会增加沉渣。还有另一种是双缸双向的挤扩设备，参加图2，其上臂AB、及下臂BC，A\B\C 运动轨迹如下A 点，χ = 0， y = I ；B 点，χ =一，y = 0 ；C 点，χ = 0， y =个；双缸双向挤压时，随着挤土臂肢与垂直方向的角度θ的增大，靠近桩身的挤土 上下臂与土体相脱开，不能起到挤压土体的作用；双向挤土设备挤压成盘后，盘上下部 轮廓线基本对称，即靠近桩身为星形曲线远离桩身为直线段。盘上下土体的压缩情况也 大体相同，其中远离桩身的土体被压缩的程度大，承载性能好；而靠近桩身的土体，被 压缩的程度相对较小，承载性能相对较差，并且由于此处压实程度低容易掉土。对于承 受竖向荷载的桩来说，盘下土体的性质是决定单桩承载力的重要因素。双向挤压时，随 着角度的增大，靠近桩身的挤土上下臂与土体相脱开，挤压土体的效果相对较差。因此，现在的挤扩设备其对土体的挤压程度均不够理想，影响承力盘桩的承载 能力，且容易使土体塌落产生沉渣。发明内容
为了解决上述现有技术的挤扩设备的挤扩臂脱离土体，其压实程度较低，本发 明提供了 一种桩基用挤扩装置及挤扩方法。
本发明的技术方案是一种桩基用挤扩装置，包括承接装置和与所述承接装置 连接的挤扩臂；其特殊之处在于所述挤扩臂包括可伸缩扩臂。
上述可伸缩扩臂包括第一臂、第二臂以及液压缸；第二臂套接于第一臂内，第 一臂和第二臂通过液压缸套接。
上述液压缸设置于第一臂和第二臂的内腔；所述液压缸的缸筒一端与所述第一 臂连接，其活塞杆一端与所述第二臂连接或者液压缸的缸筒一端与所述第二臂连接，其 活塞杆一端与所述第一臂连接。
上述第二臂与承接装置铰接，第一臂可沿所述第二臂的外壁伸缩，或者第一臂 与承接装置铰接，第二臂可沿所述第一臂的内壁伸缩。
上述第一臂与第二臂的截面为箱型截面，具体是多边形或者椭圆形或者矩形或 者梯形的箱型截面。
上述挤扩臂还包括不可伸缩扩臂；所述不可伸缩扩臂的一端与所述承接装置铰 接，其另一端通过销轴与所述可伸缩扩臂铰接；所述可伸缩扩臂的另一端通过销轴与承 接装置铰接。
上述挤扩臂包括上伸缩扩臂和下伸缩扩臂；所述上伸缩扩臂与下伸缩扩臂通过 销轴铰接；所述上伸缩扩臂与下伸缩扩臂的另一端分别与承接装置的上端与下端铰接。
上述上、下伸缩扩臂数目相等，且数目为多个。
上述可伸缩挤扩臂还包括滑块；所述滑块包括第一滑块和第二滑块；所述第一 滑块设置于第一臂内侧壁与第二臂连接的一端上；所述第二滑块设置于第二臂外侧壁与 第一臂连接的一端上。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明还提供了一种桩基用挤扩方法，其 主要包括以下步骤
1)形成桩身直孔；
2)将挤扩装置伸入直孔中，驱动挤扩装置使其可伸缩扩臂伸出并带动其与另一 可伸缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点外扩，使与可伸缩扩臂和/或不可伸缩扩臂 接触的土体向外移动，形成一个承力岔腔；
3)缩回可伸缩扩臂，旋转挤扩装置的可伸缩扩臂和/或不可伸缩扩臂，使其在 直孔内的同一标高处的其他位置挤扩；
4)重复步骤2、至步骤幻，完成一个承力盘腔的挤扩。
上述步骤2)具体由以下方法实现
2.1)将挤扩装置伸入直孔内；
2.2)驱动可伸缩扩臂的液压缸，当可伸缩扩臂的第一臂与承接装置相连，则伸 出第二臂，则使其第二臂沿其与另一可伸缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点外扩； 当可伸缩扩臂的第二臂与承接装置相连，则伸出第一臂，则使其第一臂沿其与另一可伸 缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点水平外扩。
上述方法步骤4)之后还包括步骤5)竖向移动挤扩装置，重复步骤2)，形成另一 个承力岔腔。上述方法步骤4)之后还包括步骤6)竖向移动挤扩装置，重复步骤2)至步骤 4)，形成另一个承力盘腔的挤扩。本发明提供的桩基用挤扩装置及挤扩方法，具有以下特点1、本发明的桩基用挤扩装置克服了单缸单向挤扩装置及双缸双向挤扩装置的缺 点，又吸收了他们的优点。采用液压缸实现挤扩臂的伸缩而且上下伸缩扩臂截面臂铰接 端封闭，防止土体掉落到箱型截面臂内，另外将挤扩臂第一臂其让第二臂伸出端做成坡 状，便于土体挤扩过程中时盘腔的成型。2、本发明的液压液压缸的伸出带动伸缩挤扩臂的伸出的运动形式，工作时，使 上下挤扩臂所接触的土体均受挤压，可保证在砂层或其他土层在挤扩后不掉或少掉土， 而且伸缩挤扩臂始终与土体接触，土体得到充分压实。若上下挤扩臂均为可伸缩臂，可 使上下挤扩臂铰点只作水平运动而无上下运动。3、本发明的桩基用挤扩方法靠近桩身的岔腔、盘腔土体得到加强，对桩基承载 力提高有利，也有利于防止扩臂与土体脱离处土体的掉落。本发明方法吸收了单缸单向 挤扩时优点，其挤土下臂始终与土体保持接触，因此盘下土体能得到充分挤压的优点， 也弥补了单缸单向挤扩中上挤扩臂与土体脱离接触的问题导致存在临空区的问题，减小 了土体坍塌的问题。4、若上下承接装置分别与双缸双向装置中内外活塞杆相连，即该装置与普通双 缸双向装置结合，与单纯的普通双缸双向装置相比若双向油缸及内外活塞杆长度相等， 本发明的挤扩方法挤成盘腔水平投影面积较大，其挤扩桩承载力较大。
图1、2为现有技术中挤扩臂运动轨迹；图3为本发明的装置结构示意图；图4.1 4.4为本发明的挤扩臂结构示意图；图5.1 5.5为本发明的第二种实施方式结构示意图；图6a、6b为本发明第三种实施方式结构示意图；图7为本发明挤扩臂运动轨迹。图中1-承接装置；2-挤扩臂；3-第一臂；4-第二臂；5-液压缸；6_滑块； 7_第一滑块；8-第二滑块；9-上伸缩扩臂；10-下伸缩扩臂；11-上承接盘；12-下 承接盘；13-竖向液压缸；14-液压缸内活塞杆；15-液压缸外活塞杆；16-不可伸缩扩 臂；17-可伸缩扩臂；18-销轴。
具体实施例方式本发明所涉及的一种桩基用挤扩装置，其较佳的实施例如下第一种实施方式参见图3以及图4.1 4.4，该装置包括承接装置1和连接在承接装置1上的挤 扩臂2;本发明的承接装置1可以采用现有的承接装置1结构；而本发明的挤扩臂2包括可伸缩扩臂17 ；其中可伸缩扩臂17包括第一臂3和第二臂4 ；第二臂套接于第一臂内且 第一臂3与第二臂4通过液压缸套接，由液压缸驱动其实现伸缩，当第二臂4与承接装置 1铰接时，第一臂3可沿第二臂4的外壁伸缩；或者当第一臂3与承接装置1铰接时，第 二臂4可沿第一臂3的内壁伸缩。另外，液压缸5可以设置于第一臂3和第二臂4的内 腔，其缸筒一端与第二臂4连接，其活塞杆一端与第一臂3连接，如图4.1、4.2所示，也 可以将液压缸5倒接，即其缸筒一端与第一臂3连接，其活塞杆一端与第二臂4连接，如 图4.3与图4.4所示。本发明的伸缩腔内设置为密封的，即第一臂3或第二臂4与承接装 置1连接的一端封闭，且在第一臂3与第二臂4上设置滑块6，具体是在第一臂3的内侧 壁与第二臂4连接的一端设置第一滑块7，在第二臂4的外侧壁上与第一臂连接的一端设 置第二滑块8;这样伸缩臂工作时，靠滑块作用及挤压来传递作用力。液压缸可以是一 般的普通的油缸，也可以是带增力机构的油缸或者是多级式油缸。
本发明的挤扩装置可以设置多个挤扩臂2，即设置多个上伸缩扩臂9和下伸缩扩 臂10，上伸缩扩臂9与下伸缩扩臂10通过销轴18连接；上伸缩扩臂9与下伸缩扩臂10 的另一端分别与承接装置1的上端与下端连接。上伸缩扩臂9与下伸缩扩臂10分别与承 接装置连接的一端封闭，防止土体掉落到臂内。上伸缩扩臂9与下伸缩扩臂10连接端其 第一臂让第二臂伸出端做成坡状，便于土体挤扩过程中时盘腔的成型。
本发明的第一臂3与第二臂4的截面可以设置为箱型截面，具体是六边形、椭圆 形、八边形、矩形、大圆角矩形、梯形或者U形等的箱型截面均可，也可以将其设计为 与土体接触侧截面为圆弧形状，把土体挤成拱状，更有利于土体稳定。
本发明的承接装置1包括下承接盘12和上承接盘11，即上伸缩扩臂9连接在上 承接盘11上，下伸缩扩臂连接在下承接盘12上。
本发明的上、下伸缩扩臂9、10的挤扩轨迹如附图7中的第一阶段，上臂AB、 及下臂BC，A\B\C运动轨迹如下
第一阶段，伸缩扩臂中液压缸伸出
A占， 丄、JWS 7x = 0,y =0
B占，X =一，y =0
C点 x = 0,y =0
可见在挤扩轨迹的第一阶段，A、C点不动，由于高压油输入可伸缩扩臂17的 液压缸，缸筒或活塞杆伸出，同时带动可伸缩扩臂17的可伸缩的箱型截面臂伸长，由于 上伸缩扩臂9与下伸缩扩臂10同时伸缩，B点沿水平向直线运动，当液压油缸的伸长达 到极限，可伸缩扩臂17的伸长也达到极限，B点达到B'点，由于可伸缩扩臂17始终与 土体接触，土体得到充分压实。伸缩挤扩臂中液压缸其油口设置于设备形心侧。
在挤扩过程中，可伸缩扩臂17中，可伸缩箱型截面臂受弯，而其内部设置的液 压缸受压。本挤扩装置克服了单缸单向挤扩装置及双缸双向挤扩装置的缺点，又吸收了 他们的优点。液压液压缸的伸出带动可伸缩扩臂17的伸出的运动形式，工作时，上、下 伸缩扩臂9、10铰点只作水平运动而无上下运动，使上、下伸缩扩臂9、10所接触的土体 均受挤压，可保证在砂层或其他土层在挤扩后不掉或少掉土。
第二种实施方式
与第一种实施方式的区别仅在于承接装置1的不同，本实施例中的承接装置1包7括上承接盘11和下承接盘12以及竖向液压缸13 ；参见图5.1至图5.3，竖向液压缸13有 包括液压缸内活塞杆14与液压缸外活塞杆15 ；上承接盘11与液压缸外活塞杆15相连， 下承接盘12与液压缸内活塞杆14相连；液压缸内、外活塞杆14、15靠近缸筒侧均设置 在挤扩臂2的上方，液压缸内活塞杆14与液压缸外活塞杆15的驱动方向相对，实现上伸 缩扩臂9和下伸缩扩臂10的进一步的挤扩动作。参见图5.4a、图5.4b，承接装置包括壳体、上下两个竖向液压缸13。上下两个 竖向液压缸13通过壳体相连，即一个设置在挤扩臂2上方，另一个设置在挤扩臂2的下 方，其与挤扩臂2的连接方式与上述的相类似。参见图5.4a，当可伸缩扩臂17充分伸长 达到极限后，竖向液压缸13带动承接装置1的上承接盘11与下承接盘12做相向运动， 于是挤扩臂2的运动轨迹由AB'变成A' B"，由CB'变成C' B"，此部分与当前技 术中的双向挤扩相同，岔腔形成。当液压油缸回缩，同时带动可伸缩扩臂17的回缩，竖 向液压缸13做相反的运动，挤扩装置挤扩完毕。挤扩装置经过旋转，重复往复的流程， 形成盘腔。图5.4b，上伸缩扩臂9与下伸缩扩臂10与上下竖向液压缸13铰接，壳体上设置 有可让挤扩臂2伸出的孔。当伸缩扩臂伸长长度达到极限时，上下竖向液压缸13作用， 驱使挤扩臂2与承接装置1连接的点相向运动，使其进一步挤扩。亦可以伸缩扩臂中液 压缸的伸缩与两个竖向液压缸13的伸缩动作交替或同步进行，形成承力岔腔与上述工作 原理相同，挤扩装置经过旋转，重复往复的流程，形成盘腔。参见图5.5，承接装置1还可以是壳体、竖向液压缸13，其壳体上带有可供挤扩 臂伸出的孔。上伸缩扩臂9与设置于壳体内液压缸直接相连，下伸缩扩臂10与壳体底端 相连。当可伸缩扩臂中液压缸的伸出达到极限时，此时竖向液压缸13开始伸缩，实现上 伸缩扩臂9和下伸缩扩臂10的进一步的挤扩动作。亦可以使伸缩扩臂中液压缸的伸缩与 竖向液压缸13的伸缩动作交替或同步进行。本发明的上、下伸缩扩臂9、10轨的挤扩轨迹如附图7，上臂AB、及下臂BC， A\B\C运动轨迹如下第一阶段，伸缩扩臂中液压缸伸出，A占， 丄、JWS 7x = 0,y =0
B占，X =一，y =0
C点 x = 0,y =0第二阶段竖向2个液压缸同步伸出，A 点，χ = 0，y = I ；B 点，χ =一，y = 0 ；C 点，χ = 0， y =个；第一阶段动作可以第二阶段动作可交替或同步进行。第三种实施方式参见图6a、6b，本发明的挤扩臂2还可以设置为不可伸缩扩臂16与可伸缩扩臂 17上下连接来实现，具体是不可伸缩扩臂16的一端与承接装置1铰接，其另一端通过 销轴18与可伸缩扩臂17铰接；可伸缩扩臂17的另一端通过销轴18与承接装置1铰接， 可以将不可伸缩扩臂16与承接装置1的上承接盘11通过销轴18铰接，可伸缩扩臂17与下承接盘12通过销轴18铰接；也可以反之，将可伸缩扩臂17通过销轴18与上承接盘11 铰接，不可伸缩扩臂16与销轴18的下承接盘12铰接；而可伸缩扩臂17与不可伸缩扩臂 16也通过销轴18铰接，可以相对旋转。
本实施例的可伸缩扩臂17与第一、二种实施方式中的可伸缩扩臂17的结构完全 相同。
如附图6.a所示，如果上挤扩臂为可伸缩挤扩臂，下挤扩臂为不可伸缩的挤扩 壁，上挤扩臂与承接装置的连接点由液压缸驱动以及下挤扩臂与承接装置的连接点由液 压缸驱动，两连接点以相同的速率做相向运动的情况，上臂AB、及下臂BC，A\B\C运动 轨迹如下
第一阶段，伸缩扩臂中液压缸伸出，
A 点，χ = 0，y = 0 ；
B 点，χ =一，y = I ；
C 点，x = 0，y = 0 ；
第二阶段，竖向2个液压缸同步伸出，
A 点，χ = 0，y = I ；
B 点，X= —，y = 0 ；
C 点，χ = 0，y =个；
亦可以伸缩扩臂中液压缸的伸缩与竖向液压缸的伸缩动作交替或同步进行。即 第一阶段动作可以第二阶段动作可交替或同步进行。
如附图6.b所示，如果下挤扩臂为可伸缩挤扩臂，上挤扩臂为不可伸缩的挤扩 臂，上挤扩臂与承接装置的连接点由液压缸驱动以一定的速率向下运动，下挤扩臂与承 接装置中壳体连接，而连接点相对静止不动，上臂AB、及下臂BC，A\B\C运动轨迹如 下
第一阶段，伸缩扩臂中液压缸伸出，
A 点，χ = 0，y = 0 ；
B 点，χ =一，y =个；
C 点，x = 0，y = 0 ；
第二阶段，竖向液压缸伸出，
A 点，χ = 0，y = I ；
B 点，χ =一，y = I ；
C 点，χ = 0，y = 0 ；
亦可以伸缩扩臂中液压缸的伸缩与竖向液压缸的伸缩动作交替或同步进行。即 第一阶段动作可以第二阶段动作可交替或同步进行。
本发明还提供了一种桩基用挤扩方法，其主要由以下步骤实现
步骤1)形成桩身直孔；
步骤2)将挤扩装置伸入直孔中，驱动挤扩装置使其可伸缩扩臂伸出并带动其与 另一可伸缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点外扩，使与可伸缩扩臂和/或不可伸缩 扩臂接触的土体向外移动，形成一个承力岔腔。具体包括
2.1)将挤扩装置伸入孔内；9
2.2)驱动可伸缩扩臂的液压缸，当可伸缩扩臂的第一臂与承接装置相连，则伸 出第二臂，则使其第二臂沿其与另一可伸缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点水平外 扩；当可伸缩扩臂的第二臂与承接装置相连，则伸出第一臂，则使其第一臂沿其与另一 可伸缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点水平外扩。步骤3)缩回可伸缩扩臂，旋转挤扩装置的可伸缩扩臂和/或不可伸缩扩臂，使 其在直孔内的同一标高处的其他位置挤扩；4)重复步骤2)至步骤3)，完成一个承力盘腔的挤扩。如果同一桩孔需要设置多个承力盘腔，和多个岔腔时，在步骤4)之后还有步骤 5)和步骤6)，即步骤5)竖向移动挤扩装置，重复步骤2)，形成另一个承力岔腔。步骤6)竖向移动挤扩装置，重复步骤2)至步骤4)，形成另一个承力盘腔的挤 扩。对于需要设置有多个承力岔腔和盘腔的桩孔，可以组合以上的步骤实现。
权利要求
1.一种桩基用挤扩装置，包括承接装置和与所述承接装置连接的挤扩臂；其特征在 于所述挤扩臂包括可伸缩扩臂。
2.根据权利要求1所述的桩基用挤扩装置，其特征在于所述可伸缩扩臂包括第一 臂、第二臂以及液压缸；第二臂套接于第一臂内，第一臂和第二臂通过液压缸套接。
3.根据权利要求2所述的挤扩装置，其特征在于所述液压缸设置于第一臂和第二 臂的内腔；所述液压缸的缸筒一端与所述第一臂连接，其活塞杆一端与所述第二臂连接 或者液压缸的缸筒一端与所述第二臂连接，其活塞杆一端与所述第一臂连接。
4.根据权利要求3所述的桩基用挤扩装置，其特征在于所述第二臂与承接装置铰 接，第一臂可沿所述第二臂的外壁伸缩，或者第一臂与承接装置铰接，第二臂可沿所述 第一臂的内壁伸缩。
5.根据权利要求4所述的桩基用挤扩装置，其特征在于所述第一臂与第二臂的截 面为箱型截面，具体是多边形或者椭圆形或者矩形或者梯形的箱型截面。
6.根据权利要求5所述的桩基用挤扩装置，其特征在于所述挤扩臂还包括不可伸 缩扩臂；所述不可伸缩扩臂的一端与所述承接装置铰接，其另一端通过销轴与所述可伸 缩扩臂铰接；所述可伸缩扩臂的另一端通过销轴与承接装置铰接。
7.根据权利要求5所述的桩基用挤扩装置，其特征在于所述挤扩臂包括上伸缩扩 臂和下伸缩扩臂；所述上伸缩扩臂与下伸缩扩臂通过销轴铰接；所述上伸缩扩臂与下伸 缩扩臂的另一端分别与承接装置的上端与下端铰接。
8.根据权利要求7所述的桩基用挤扩装置，其特征在于所述上、下伸缩扩臂数目 相等，且数目为多个。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的桩基用挤扩装置，其特征在 于所述可伸缩挤扩臂还包括滑块；所述滑块包括第一滑块和第二滑块；所述第一滑块 设置于第一臂内侧壁与第二臂连接的一端上；所述第二滑块设置于第二臂外侧壁与第一 臂连接的一端上。
10.—种桩基用挤扩方法，其特征在于包括以下步骤1)形成桩身直孔；2)将挤扩装置伸入直孔中，驱动挤扩装置使其可伸缩扩臂伸出并带动其与另一可伸 缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点外扩，使与可伸缩扩臂和/或不可伸缩扩臂接触 的土体向外移动，形成一个承力岔腔；3)缩回可伸缩扩臂，旋转挤扩装置的可伸缩扩臂和/或不可伸缩扩臂，使其在直孔 内的同一标高处的其他位置挤扩；4)重复步骤2)至步骤3)，完成一个承力盘腔的挤扩。
11.根据权利10所述的桩基用挤扩方法，其特征在于所述步骤2)具体由以下方法 实现2 .1)将挤扩装置伸入直孔内；2. 2)驱动可伸缩扩臂的液压缸，当可伸缩扩臂的第一臂与承接装置相连，则伸出第 二臂，则使其第二臂沿其与另一可伸缩扩臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点外扩；当可 伸缩扩臂的第二臂与承接装置相连，则伸出第一臂，则使其第一臂沿其与另一可伸缩扩 臂或不可伸缩扩臂铰接处的铰接点水平外扩。
12.根据权利11所述的桩基用挤扩方法，其特征在于所述方法步骤4)之后还包括 步骤5)竖向移动挤扩装置，重复步骤2)，形成另一个承力岔腔。
13.根据权利11所述的桩基用挤扩方法，其特征在于所述方法步骤4)之后还包括 步骤6)竖向移动挤扩装置，重复步骤2)至步骤4)，形成另一个承力盘腔的挤扩。
全文摘要
本发明的一种桩基用挤扩装置及方法，该装置包括承接装置和与所述承接装置连接的挤扩臂；其中挤扩臂包括可伸缩扩臂；本发明的桩基用挤扩装置及方法克服了单缸单向挤扩装置及双缸双向挤扩装置的缺点，防止土体掉落到箱型截面臂内，而且伸缩挤扩臂始终与土体接触，土体得到充分压实，挤成盘腔水平投影面积较大，其挤扩桩承载力较大。
文档编号E02D5/34GK102021905SQ20101060715
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者周建, 李征, 龚晓南 申请人:周建, 李征, 龚晓南