CN116607553A - 一种防止桩身拔出的杆式桩基础及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止桩身拔出的杆式桩基础及工作方法，杆式桩基础包括底座、固定在所述底座内部的支撑块、通过导向结构活动设置在所述支撑块顶部的支撑板以及位于所述支撑块下部的防冻拔组件，其中：所述防冻拔组件包括转动连接在支撑块上的第一连接杆以及一个或多个端部固定于所述第一连接杆上的伸缩杆，每一个伸缩杆的另一端固定有一个刮板，伸缩杆伸展状态下，刮板突出于底座的外壁；所述支撑板通过传动组件与第一连接杆传动连接，所述传动组件将支撑板的竖直直线运动转换为第一连接杆的转动。本发明在孔底形成一个较大的底座，从而形成支点，克服向上的冻具有胀力，延长了桩基础的使用寿命。

Description

一种防止桩身拔出的杆式桩基础及工作方法

技术领域

本发明涉及桩基础技术领域，特别是涉及一种防止桩身拔出的杆式桩基础及工作方法。

背景技术

冻拔现象（可以拔石头、树木、桩基），如冻拔树：在纬度高寒冷地区，当土壤含水量过高时，由于土壤结冻膨胀而升起，连带植物抬起。至春季解冻时，土壤下沉而植物留在原位造成植物根部裸露死亡，冻土是温度低于0℃且含有冰的土岩，按其存在时间长短可分为多年冻土和季节冻土，我国冻土分布广泛，多年冻土区和季节性冻土区占我国国土面积的75％左右，多年冻土是两年以上处于冻结状态的土，只有表层几米的土层处于夏融冬冻的状态，该层也被称为季节性活动层；季节性冻土是只在地表几米范围内冬季冻结、夏季融化的土，该层也被称为季节冻结层或季节活动层，也就是说，在多年冻土区和季节冻土区，在地表几米范围内，均存在冬季冻结、夏季融化的土层。

在寒区，电线杆等构筑物广泛采用杆式桩基础，这类构筑物共同特点是荷载和自重较小、桩基细长，在活动层的季节冻胀融沉交替作用下，桩基极易产生冻拔病害，随着年份增长，冻拔位移不断累积，导致基础拔出或倾覆。寒冷季节，随着大气温度下降，活动层土体冻结，会向竖直方向冻胀，然而，桩基础改变了冻土的自然形态，导致桩周土的竖向冻胀受到约束，冻结土体则对桩基础产生切向冻胀力，使桩向上拔起，暖季到来后，活动层土体融化，桩身所受上拔力消失，桩基础会停留在其上拔后位置，或产生一定的沉降、倾斜，但受桩侧土体摩阻力支撑、不会回到上拔前位置，因此，在一个冻融循环作用内，桩体会产生净上拔量，随着活动层反复冻融循环，桩基重复上述冻拔过程，冻拔量不断累积增长，最终导致桩基产生过大的累积冻拔量，危害着上覆工程构筑物稳定性的问题。

为此，提出一种防止桩身拔出的杆式桩基础及方法解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的冻土区桩基础容易冻拔、稳定性差的技术缺陷，而提供一种防止桩身拔出的杆式桩基础。

本发明的另一个目的是提供所述杆式桩基础的工作方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种防止桩身拔出的杆式桩基础，包括底座、固定在所述底座内部的支撑块、通过导向结构活动设置在所述支撑块顶部的支撑板以及位于所述支撑块下部的防冻拔组件，其中：

所述防冻拔组件包括转动连接在支撑块上的第一连接杆以及一个或多个端部固定于所述第一连接杆上的伸缩杆，每一个伸缩杆的另一端固定有一个刮板，伸缩杆伸展状态下，刮板突出于底座的外壁；

所述支撑板通过传动组件与第一连接杆传动连接，所述传动组件将支撑板的竖直直线运动转换为第一连接杆的转动。

在上述技术方案中，所述传动组件包括第一滑杆、同轴固定在所述第一连接杆上的第一齿轮、同轴设置的第二齿轮和第三齿轮、同轴设置的第二锥形齿轮和第五齿轮、同轴设置的第四齿轮和第一锥形齿轮，其中：

所述第一滑杆的顶部固定于所述支撑板底面上，所述第一滑杆的侧壁上均匀设置齿块，所述第一滑杆与所述第五齿轮啮合连接，所述第五齿轮同轴带动第二锥形齿轮旋转，所述第二锥形齿轮与所述第一锥形齿轮啮合连接，第一锥形齿轮同轴带动第四齿轮旋转，第四齿轮与第三齿轮啮合连接，第三齿轮同轴带动第二齿轮旋转，第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接。

在上述技术方案中，所述导向结构包括一端固定于所述支撑板底面上的一个或多个第二滑杆，每一个第二滑杆的另一个端部***所述支撑块内，与所述支撑块活动连接，每一个第二滑杆的外部套有一个第一弹簧，第一弹簧的一端与支撑板底面相抵，另一端与所述支撑块的上表面相抵。

在上述技术方案中，所述第二滑杆的个数为N个，且N>=2，N个第二滑杆以支撑板的轴线为轴呈圆周阵列分布。

在上述技术方案中，所述伸缩杆的个数为M个，且M>=3，M个伸缩杆关于第一连接杆的轴心呈圆周阵列分布。

在上述技术方案中，所述每一个伸缩杆包括第二活动杆和活动套接在所述第二活动杆内且不脱出的第一活动杆，第二活动杆的一端固定在第一连接杆的底部侧壁上，所述第一活动杆的一端通过所述第二活动杆另一端的开口***到第二活动杆内部的滑槽内，并且挤压位于所述滑槽内的第二弹簧，所述刮板固定在第一活动杆的另一端。

在上述技术方案中，所述刮板为弧形板，每一个刮板的外壁上安装有一个或多个球形杆，球形杆的端部为球形，另一端与刮板之间转动连接，球形杆均匀设置在刮板的侧壁。

在上述技术方案中，球形杆的球形端部的表面均匀设置有细小的凸块，所述凸块的材质为记忆合金。

在上述技术方案中，刮板的内部填充有加热体，刮板的外壁板上设有滤孔。

本发明的另一方面，还包括所述杆式桩基础的工作方法，包括以下步骤：

步骤1，利用夹具将刮板固定住，使得伸缩杆处于压缩状态，然后将底座沉入到预先钻好的孔中，钻孔的直径大于底座的直径，直至将底座沉入到孔底，取下夹具；

步骤2，将桩基础上需要装配的构筑物放置于所述支撑板上，带动支撑板向下移动；

步骤3，支撑板向下移动，通过传动组件的驱动，第一连接杆自转，第一连接杆转动会带动刮板进行转动，从而对孔底的内壁进行刮除，在刮除时，当孔径变大，伸缩杆伸展，推动刮板与土体继续接触，从而对土体进行持续扩张，直到支撑板不在进行移动，伸缩杆对孔底进行扩张并嵌入孔底内部，给桩身提供支点，避免了桩身受到切向冻胀力作用被拔出；

步骤4，回填钻孔，完成构筑物的装配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的杆式桩基础，能够在构筑物的装配后（比如混凝土浇筑后），挤压支撑板，使得支撑板控制防冻拔组件，在孔底形成一个较大的底座，从而形成支点，克服向上的冻胀力，避免了在冬季时，向上的切向冻胀力会拉动桩身向上移动，危害着上层工程构筑物稳定性的问题，延长了桩基础的使用寿命，确保了建筑和土木结构的安全和稳定性；

2.在实际使用过程中，本发明的杆式桩基础操作简单、效率高、成本较低，是一种实用的防止桩身拔出的杆式桩基础。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明整体剖面结构示意图。

图3为本发明变速机构处的剖面结构示意图。

图4为本发明变速机构处的结构示意图。

图5为本发明防拔组件处的局部剖面结构示意图。

图6为本发明刮板处的局部剖面结构示意图。

图中：1、底座；2、刮板；3、第一连接杆；4、支撑板；5、第一齿轮；6、第二齿轮；7、第二连接杆；8、第三齿轮；9、第四齿轮；10、第三连接杆；11、第一锥形齿轮；12、第二锥形齿轮；13、第四连接杆；14、第五齿轮；15、第一滑杆；16、第一弹簧；17、第二滑杆；18、支撑块；19、球形杆；20、第一活动杆；21、第二活动杆；22、滑槽；23、第二弹簧；24、钢筋笼；25、滤孔；26、加热体。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种防止桩身拔出的杆式桩基础，包括底座1、固定在所述底座1内部的支撑块18、通过导向结构活动设置在所述支撑块18顶部的支撑板4以及位于所述支撑块18下部的防冻拔组件，其中：

所述防冻拔组件包括转动连接在支撑块18上的第一连接杆3以及一个或多个端部固定于所述第一连接杆3上的伸缩杆，每一个伸缩杆的另一端固定有一个刮板2；

所述支撑板4通过传动组件与第一连接杆3传动连接，所述传动组件将支撑板4的竖直直线运动转换为第一连接杆3的转动。

底座1为圆筒形底座，伸缩杆伸展状态下，刮板2突出于底座1的外壁。

所述杆式桩基础的工作方法，包括以下步骤：

步骤1，利用夹具将刮板2固定住，使得伸缩杆处于压缩状态，然后将底座1沉入到预先钻好的孔中，钻孔的直径大于底座1的直径，直至将底座1沉入到孔底，取下夹具；

步骤2，将桩基础上需要装配的构筑物放置于所述支撑板4上，带动支撑板4向下移动，比如构筑物为钢筋笼24，钢筋笼24的底端与支撑板4抵接，浇筑混凝土，在受到混凝土的挤压力作用，会带动支撑板4向下移动；

步骤3，支撑板4向下移动，通过传动组件的驱动，第一连接杆3自转，第一连接杆3转动会带动刮板2进行转动，从而对孔底的内壁进行刮除，在刮除时，当孔径变大，伸缩杆伸展，推动刮板2与土体继续接触，从而对土体进行持续扩张，直到支撑板4不在进行移动，伸缩杆对孔底进行扩张并嵌入孔底内部，给桩身提供支点，避免了桩身受到切向冻胀力作用被拔出；

步骤4，回填钻孔，完成构筑物的装配，比如构筑物为钢筋笼24时，继续浇筑，直到完成浇筑。

实施例2

本实施例实施例1中的传动组件进行进一步说明。

所述传动组件包括第一滑杆15、同轴固定在所述第一连接杆3上的第一齿轮5、同轴设置的第二齿轮6和第三齿轮8、同轴设置的第二锥形齿轮12和第五齿轮14、同轴设置的第四齿轮9和第一锥形齿轮11，其中：

所述第一滑杆15的顶部固定于所述支撑板4底面上，所述第一滑杆15的侧壁上均匀设置齿块，所述第一滑杆15与所述第五齿轮14啮合连接，所述第五齿轮14同轴带动第二锥形齿轮12旋转，所述第二锥形齿轮12与所述第一锥形齿轮11啮合连接，第一锥形齿轮11同轴带动第四齿轮9旋转，第四齿轮9与第三齿轮8啮合连接，第三齿轮8同轴带动第二齿轮6旋转，第二齿轮6与所述第一齿轮5啮合连接。

支撑板4向下滑动时，支撑板4带动第一滑杆15向下移动，第一滑杆15移动时，会带动第五齿轮14转动，第五齿轮14转动通过第四连接杆13带动第二锥形齿轮12转动，第二锥形齿轮12转动带动第一锥形齿轮11转动，第一锥形齿轮11转动通过第三连接杆10带动第四齿轮9转动，第四齿轮9转动带动第三齿轮8转动，第三齿轮8转动通过第二连接杆7带动第二齿轮6转动，第二齿轮6转动带动第一齿轮5转动，从而带动第一连接杆3转动。第四连接杆13、第三连接杆10以及第二连接杆7均转动设置在支撑块18上。

在一系列的传动过程中，第五齿轮14与第一滑杆15之间传动是将直线移动转化为转动，第二锥形齿轮12与第一锥形齿轮11之间的传动是改变转动的方向，其中第四齿轮9、第三齿轮8、第二齿轮6和第一齿轮5之间的传动，是为了根据齿数的不同，改变第一齿轮5的转动速度，从而可以在支撑板4向下滑动时，控制刮板2转动多圈，避免了支撑板4滑动的距离有限，导致刮板2转动的圈数较少，同时由于孔底的土体结构比较严实，难以将孔底扩大，导致刮板2不能形成支点，造成防拔组件失效的问题，提高了装置的稳定性，同时该移动的距离与刮板2转动的圈数之间，可以根据提前探测到的土体的实际情况进行设计。

实施例3

本实施例实施例1中的导向结构进行进一步说明。

所述导向结构包括一端固定于所述支撑板4底面上的一个或多个第二滑杆17，每一个第二滑杆17的另一个端部***所述支撑块18内，与所述支撑块18活动连接，每一个第二滑杆17的外部套有一个第一弹簧16，第一弹簧16的一端与支撑板4底面相抵，另一端与所述支撑块18的上表面相抵。

更为优选的，所述第二滑杆17的个数为N个，且N>=2，N个第二滑杆17以支撑板4的轴线呈阵列分布。

在混凝土浇筑时，可以使得支撑板4在收到混凝土挤压的作用时，支撑板4可以平稳的沿着底座1的内壁向下滑动，从而保证了第一滑杆15与第五齿轮14之间啮合的可靠性，同时在没有浇筑混凝土时，支撑板4在第一弹簧16的作用下，不会向下移动，避免了底座1在沉孔的过程中，就带动防拔组件进行工作，防拔组件对孔壁造成损坏，影响后续工序。

实施例4

本实施例对实施例1中的防冻拔组件进行进一步说明。

所述伸缩杆的个数为M个，且M>=3，M个伸缩杆关于第一连接杆3的轴心呈圆周阵列分布，第一连接杆3转动时，伸缩杆可随之平衡旋转。

所述每一个伸缩杆包括第二活动杆21和活动套接在所述第二活动杆21内且不脱出的第一活动杆20，第二活动杆21的一端固定在第一连接杆3的底部侧壁上，所述第一活动杆20的一端通过所述第二活动杆21另一端的开口***到第二活动杆21内部的滑槽22内，并且挤压位于所述滑槽22内的第二弹簧23，所述刮板2固定在第一活动杆20的另一端。

支撑板4通过传动组件驱动第一连接杆3进行转动，第一连接杆3转动时，会通过伸缩杆带动刮板2进行转动，从而对孔底内壁继续刮除，从而对孔底进行扩张，在孔底内壁被刮除后，在第二弹簧23的作用下，第一活动杆20会沿着第二活动杆21的向外移动，伸缩杆变长，从而使得刮板2继续与孔壁接触，继续对孔底进行扩张，起到扩张的作用，同时在浇筑混凝土后，起到阻挡的作用，给桩身提供支点，避免了桩身受到切向冻胀力作用被拔出，危害上层工程构筑物稳定性的问题，延长了桩基础的使用寿命，确保了建筑和土木结构的安全和稳定性。

所述刮板2为弧形板，可有效贴合钻孔，每一个刮板2的外壁上安装有一个或多个球形杆19，球形杆19安装在刮板2远离第二活动杆21的一侧，球形杆19与刮板2之间转动连接，球形杆19均匀设置在刮板2的侧壁，通过设置的球形杆19，能够在对孔壁进行扩张时，球形杆19受到切向力，可以使得球形杆19进行转动，使得刮板2与土体之间的滑动摩擦，转化为土体与球形杆19之间的滚动摩擦，可以避免在刮板2转动时，由于有石块阻挡，刮板2卡住，不能继续对内壁进行刮除，导致扩张的面积不够，导致防拔组件不起作用的问题，提高了防拔组件运行的可靠性。

球形杆19的端部为球形，设置为球形，主要是在扩张孔底时，球体的端部与土体之间的接触面小，由于摩擦力受到接触面积的影响，因此球形杆19与土体之间的摩擦力会减小，从而不容易造成刮板2卡住的问题，提高了装置的可靠性。

球形端部的表面均匀设置有细小的凸块，其中凸块为记忆合金制成，能够在刮板2转动时，凸块会嵌入到土体中，然后再受到刮板2的拉力作用，凸块会从土体中抽出，从而使得土体之间留有缝隙，再与下一个刮板2接触时，由于土体之间有缝隙，更容易将土体打散，从而方便对土体进行刮除。同时，在遇到打散不掉的石块时，石块对凸块进行挤压，会使得凸块变形，从而不会影响刮板2进行转动，提高了装置的稳定性。

刮板2的内部填充有加热体26，刮板2的外壁设置有滤孔25，一些温度较低的区域，孔底处的土体十分的硬，底座1在放置到孔中时，孔中的泥浆会顺着滤孔25进入，从而与加热体26接触，加热体26与水接触后，会自动进行加热，从而对孔底处进行加热，土体受热，土体之间的水会从固态转化为液态，从而使得土体***，从而方便刮板2对孔底进行扩张，同时加热体26发热会辅助凸块进行恢复，其中加热体可以是热固性树脂，它的原理是热固性树脂本身含有的化学物质可以与水接触产生化学反应，引起热量的释放，从而产生发热的效果，当然也可以时其他的加热方式，比如可以选择直接用加热块，然后设置一个储蓄电池，与储蓄电池连接，从而对土体进行加热，具体的加热方式很多，只要能够实现对土体进行加热操作的加热方式皆可，故不做一一赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，包括底座、固定在所述底座内部的支撑块、通过导向结构活动设置在所述支撑块顶部的支撑板以及位于所述支撑块下部的防冻拔组件，其中：

所述防冻拔组件包括转动连接在支撑块上的第一连接杆以及一个或多个端部固定于所述第一连接杆上的伸缩杆，每一个伸缩杆的另一端固定有一个刮板，伸缩杆伸展状态下，刮板突出于底座的外壁；

所述支撑板通过传动组件与第一连接杆传动连接，所述传动组件将支撑板的竖直直线运动转换为第一连接杆的转动。

2.如权利要求1所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，所述传动组件包括第一滑杆、同轴固定在所述第一连接杆上的第一齿轮、同轴设置的第二齿轮和第三齿轮、同轴设置的第二锥形齿轮和第五齿轮、同轴设置的第四齿轮和第一锥形齿轮，其中：

所述第一滑杆的顶部固定于所述支撑板底面上，所述第一滑杆的侧壁上均匀设置齿块，所述第一滑杆与所述第五齿轮啮合连接，所述第五齿轮同轴带动第二锥形齿轮旋转，所述第二锥形齿轮与所述第一锥形齿轮啮合连接，第一锥形齿轮同轴带动第四齿轮旋转，第四齿轮与第三齿轮啮合连接，第三齿轮同轴带动第二齿轮旋转，第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接。

3.如权利要求1所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，所述导向结构包括一端固定于所述支撑板底面上的一个或多个第二滑杆，每一个第二滑杆的另一个端部***所述支撑块内，与所述支撑块活动连接，每一个第二滑杆的外部套有一个第一弹簧，第一弹簧的一端与支撑板底面相抵，另一端与所述支撑块的上表面相抵。

4.如权利要求3所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，所述第二滑杆的个数为N个，且N >=2，N个第二滑杆以支撑板的轴线为轴呈圆周阵列分布。

5.如权利要求1所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，所述伸缩杆的个数为M个，且M>=3，M个伸缩杆关于第一连接杆的轴心呈圆周阵列分布。

6.如权利要求1所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，所述每一个伸缩杆包括第二活动杆和活动套接在所述第二活动杆内且不脱出的第一活动杆，第二活动杆的一端固定在第一连接杆的底部侧壁上，所述第一活动杆的一端通过所述第二活动杆另一端的开口***到第二活动杆内部的滑槽内，并且挤压位于所述滑槽内的第二弹簧，所述刮板固定在第一活动杆的另一端。

7.如权利要求1所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，所述刮板为弧形板，每一个刮板的外壁上安装有一个或多个球形杆，球形杆的端部为球形，另一端与刮板之间转动连接，球形杆均匀设置在刮板的侧壁。

8.如权利要求7所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，球形杆的球形端部的表面均匀设置有细小的凸块，所述凸块的材质为记忆合金。

9.如权利要求1所述的防止桩身拔出的杆式桩基础，其特征在于，刮板的内部填充有加热体，刮板的外壁板上设有滤孔。

10.如权利要求1-9中任一项所述杆式桩基础的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用夹具将刮板固定住，使得伸缩杆处于压缩状态，然后将底座沉入到预先钻好的孔中，钻孔的直径大于底座的直径，直至将底座沉入到孔底，取下夹具；

步骤2，将桩基础上需要装配的构筑物放置于所述支撑板上，带动支撑板向下移动；

步骤3，支撑板向下移动，通过传动组件的驱动，第一连接杆自转，第一连接杆转动会带动刮板进行转动，从而对孔底的内壁进行刮除，在刮除时，当孔径变大，伸缩杆伸展，推动刮板与土体继续接触，从而对土体进行持续扩张，直到支撑板不在进行移动，伸缩杆对孔底进行扩张并嵌入孔底内部，给桩身提供支点，避免了桩身受到切向冻胀力作用被拔出；

步骤4，回填钻孔，完成构筑物的装配。