人工挖孔桩及人工挖孔桩的施工方法

技术领域

本发明涉及电力工程领域，具体而言，涉及一种人工挖孔桩。 

背景技术

普通的人工挖孔桩是山区、丘陵地带输电线路铁塔常用的基础型式之一。该类型基础属于原状土基础，不采用大开挖，而是采用混凝土护壁支护，然后人工掏挖至设计埋深，最后以土代模形成基础几何尺寸模型，下钢筋笼并浇筑混凝土成型。 

原状土基础的人工挖孔桩的上部土抗力较小，容易受到水平力的干扰，产生较大的弯矩，导致人工挖孔桩上部发生较大位移。为此，不得不增加人工挖孔桩的直径和埋深来提高地基对人工挖孔桩的固定能力，进而减小人工挖孔桩上部的位移。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种人工挖孔桩，以解决上述的问题。 

本发明提供的人工挖孔桩，包括主体和翼板，所述主体为包括两端和一个侧壁的柱状体，所述主体的一端设有至少两个的翼板，所述翼板设置在所述主体的侧壁上，所述翼板的顶面和所述主体的端面齐平，所述翼板沿所述主体的长度方向延伸。 

翼板设置在主体的一端，至少两个相同的翼板设置在所述主体的一端，翼板的顶面和主体的端面齐平同时翼板沿主体的长度方向进行延伸，即翼板径向延伸设置在主体的一端的侧壁上。 

如上所述的人工挖孔桩，优选地，所述主体为圆柱体，所述翼板为矩形板，所述翼板的宽度为主体直径的1-2倍。一般宽度的取值 为主体直径的1-2倍，这个范围的取值能够提供足够的被动土压力，同时不会浪费过多的材料。 

如上所述的人工挖孔桩，优选地，所述翼板的长度等于所述翼板的宽度。翼板的长度和宽度相同，所述翼板的形状为正方形，这种正方形的翼板受到的被动土压力更加均匀，使人工挖孔桩的上部更加稳定。 

如上所述的人工挖孔桩，优选地，还包括钢筋笼，所述钢筋笼嵌设在所述主体和所述翼板内，所述翼板内的钢筋笼和所述主体内的钢筋笼相交。翼板内的钢筋笼和主体内的钢筋笼相交能够提高翼板和主体的连接强度，使翼板和主体的结合更加牢固。 

如上所述的人工挖孔桩，优选地，还包括第一扩大头，所述第一扩大头设置在所述主体远离所述翼板的另一端，所述第一扩大头的外扩尺寸大于所述主体的外轮廓尺寸，所述扩大头端面为弧形底面。利用第一扩大头弧形底面的扩大头能够进一步提高人工挖孔桩的基础承载力。 

如上所述的人工挖孔桩，优选地，还包括至少一个第二扩大头，所述第二扩大头设置在所述主体的两端之间，所述第二扩大头的外扩尺寸大于所述主体的外轮廓尺寸，所述第二扩大头为锥台状。由于单个扩大头的影响仅局限在扩大头以上的直径4～10倍的范围内，单桩竖向承载力有限。采用多道扩大头，这样在整个人工挖孔柱的埋深范围均受到扩大头的影响，进一步减小人工挖孔桩的直径。 

如上所述的人工挖孔桩，优选地，所述一个第二扩大头设置在所述主体的中部，所述第二扩大头的直径和所述第一扩大头的直径相同。设置双扩大头后，桩的竖向承载力可以得到很大提高，从而 可以减小桩身直径或埋深，从而节省结构材料耗量，具有一定的技术经济比较优势。 

本发明还提供一种以上所述人工挖孔桩的施工方法，包括步骤： 

在地基上掏挖主体上部的模型； 

在主体的上部两个侧面掏挖翼板的模型； 

在主体的腰部开挖第二扩大头； 

在第二扩大头以下继续掏挖主体的下部模型； 

在主体的底部开挖第一扩大头； 

在掏挖好的主体的模型和翼板的模型内放置钢筋笼，先在主体的模型内放置钢筋笼，然后在翼板的模型内放置钢筋笼； 

在主体的模型内和翼板的模型内添加填充材料。 

采用这种施工方法能够高效率的完成人工挖孔桩的施工。 

如上所述的人工挖孔桩的施工方法，优选地，所述扩大头为两个，所述第一扩大头和所述第二扩大头扩大尺寸相同，所述在地基上掏挖主体的模型之前，还包括根据单根人工挖孔桩竖向承载力，计算单根人工挖孔桩的主体、第一扩大头和第二扩大头的扩大尺寸的取值。计算出的第一扩大头、第二扩大头的扩大尺寸和主体的直径、埋深等的取值，更加符合施工的要求，能够满足强度需求。 

如上所述的人工挖孔桩的施工方法，优选地，所述主体为圆柱体，利用公式Q_uk＝u∑ψ_siq_sikl_si+ψ_p1q_pk1A_p1+ψ_p2q_pk2A_p2进行所述单根人工挖孔桩的主体、第一扩大头和第二扩大头的扩大尺寸的取值计算，其中， 

Q_uk为单桩竖向极限承载力标准值； 

u为人工挖孔桩截面周长； 

ψ_si大直径桩侧阻系数，经验取值； 

q_sik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，经验取值； 

l_si人工挖孔桩的埋深，经验取值； 

ψ_p1第一扩大头端阻尺寸效应系数，经验取值； 

q_pk1第一扩大头的极限端阻力标准值，经验取值； 

A_p1第一扩大头的端桩面积； 

ψ_p2第二扩大头端阻尺寸效应系数，经验取值； 

q_pk2第二扩大头的极限端阻力标准值，经验取值； 

A_p2第二扩大头的端桩面积； 

将单根人工挖孔桩竖向受力带入公式中的单桩竖向极限承载力标准值，然后得出单根人工挖孔桩的主体直径、第一扩大头和第二扩大头的扩大尺寸取值范围。利用公式，能够准确快速的计算出主体直径、埋深、第一扩大头和第二扩大头的直径取值范围。 

本发明提供的人工挖孔桩和人工挖孔桩的施工方法的有益效果是，通过在人工挖孔桩的一端增设翼板，将翼板设置在主体的外侧，翼板的延伸方向为沿主体的轴线方向，利用翼板，扩大了人工挖孔桩与地基的接触面积，增加了人工挖孔桩上部的被动土压力，减小人工挖孔桩上部的水平受力，进而减小人工挖孔桩上部受到的弯矩，最终减少了人工挖孔桩上部的水平位移，同时相应的减少了人工挖孔桩的直径和埋深、节省了结构材料。 

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的人工挖孔桩的示意图； 

图2是本发明第二实施例提供的人工挖孔桩的示意图。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 

图1是本发明第一实施例提供的人工挖孔桩，如图1所示，本发明第一实施例提供的人工挖孔桩包括主体1和翼板2，主体1为包括两端和一个侧壁的圆柱体，主体1的一端设有两个相同的矩形的翼板2，矩形的翼板2设置在主体1的侧壁上，翼板2的顶面和主体1的端面齐平，翼板2沿主体1的轴线方向延伸。 

翼板2设置在主体1的一端，两个相同的翼板2设置在主体1的一端，翼板2的顶面和主体1的一端的端面齐平同时翼板2沿主体1的轴线进行延伸，即翼板2径向延伸设置在主体1的一端的侧壁上。翼板2的增设，使安装好的人工挖孔桩利用地基对翼板2的夹紧，增加了人工挖孔柱上部与地基的接触面积，提高了人工挖孔桩上部的被动土压力，从而减小了上部受到的最大弯矩，相应地减小了人工挖孔桩上部的水平位移。这样就不需要通过增加人工挖孔桩的直径或增加人工挖孔桩的埋深来减少人工挖孔桩上部的水平位移，节省了施工成本和材料成本。 

图2是本发明第二实施例提供的人工挖孔桩，如图2所示，本发明第二实施例提供的人工挖孔桩包括主体1和翼板2，主体1为包括两端和一个侧壁的柱状体，柱状体为圆柱体。主体1的一端设有至少两个相同的矩形的翼板2，矩形的翼板2设置在主体1的侧壁上，翼板2的顶面和主体1的端面齐平，翼板2沿主体1的轴线延伸。 

进一步的，单个矩形翼板2的宽度为主体1直径的1.5倍。翼板的宽度即翼板2在主体1的直径方向延伸的值，翼板2的长度等于翼板2的宽度，翼板2的长度为翼板2在主体1的轴线方向延伸的值。宽度的 取值为主体1直径的1-2倍，这个范围的取值能够提供足够的被动土压力，同时不会浪费过多的材料。 

同时在人工挖孔桩内还包括钢筋笼，钢筋笼嵌设在在主体1和翼板2内，翼板2中的钢筋笼和主体1中的钢筋笼相交。翼板2中的钢筋笼和主体1中的钢筋笼相交能够提高翼板2和主体1的连接强度，使翼板2和主体1的结合更加牢固。 

在本实施例中，还包括第一扩大头3和一个第二扩大头4，第一扩大头3设置在主体1远离翼板2的另一端，第一扩大头3的外扩尺寸大于主体1的直径，扩大头端面为弧形底面。第二扩大头4设置在主体1的两端之间，第二扩大头4的外扩尺寸大于主体1的直径，第二扩大头4的直径和第一扩大头3的直径相同，第二扩大头4为锥台状。 

第一扩大头3由于外扩尺寸大于主体1的直径，当人工挖孔桩埋设在地基中时，第一扩大头3伸入土中，能够提高人工挖孔桩的基础承载能力。但是，在电力工程中，一些承受荷载较大的人工挖孔桩的埋深都比较大，同时长径比有时会超过十比一，根据对扩大头的作用范围的计算，扩大头的部分只能提高扩大头所在附近的人工挖孔桩下部的竖向承载力。对于扩底抗拔桩的抗拔承载力，扩底桩的抗拔承载力破坏模式随土的内摩擦角大小而变，内摩擦角愈大，受扩底影响的破坏柱体愈长。扩底以上长度约为直径的4～10倍范围内，破裂柱体直径便增大至扩底直径D；超过该范围以上部分，破裂面缩小至桩土界面。即一般的第一扩大头3的有利影响仅局限在人工挖孔桩的安装第一扩大头3的一端以上的长度为直径4-10倍的范围内，单个设置在一端的第一扩大头3对于竖向承载力的提高有限，因此可以考虑在桩身的腰部再设置一道扩大头，甚至设置多道扩大头，这样在整个桩的埋深范围均受到扩大头的影响，在计算抗拔承载力时 桩身周长时，便能够均按u＝πD计算(u为周长、D为扩大头直径)，以较小的代价，极大提高了抗拔承载力。另外，在桩身的腰部设置一道第二扩大头4后，相当于在桩身腰部增加了一个卡盘，可以提高人工挖孔桩的侧面的与地基的抗力，减小人工挖孔桩的桩顶位移，提高人工挖孔桩的桩身刚度。设置双扩大头后，桩的竖向承载力可以得到很大提高，从而可以减小主体1的柱身的直径或埋深，从而节省结构材料耗量，具有一定的技术经济比较优势。 

双扩大头人工挖孔桩在施工时，应特别注意第一扩大头3和第二扩大头4的坑洞的垂直度，上下两段坑洞应准确对中，挖孔的直径应严格控制，以保证钢筋笼能够顺利吊装就位，且要保证钢筋的保护层符合设计要求。第一扩大头3和第二扩大头4在施工时应严格按照图纸要求的斜度掏挖，倾斜角度不得大于45°，在吊装钢筋笼前应清底干净。向掏挖好的人工挖孔桩的地基的基础孔洞浇筑混凝土时，应自下到上依次浇筑，振捣密实，特别注意扩大头处应浇筑密实，不得留有缺陷，必要时应埋设超声波测管，以检测人工挖孔桩的完整性。 

一种第二实施例提供的人工挖孔桩的施工方法，包括步骤： 

根据单根人工挖孔桩竖向承载力，计算单根人工挖孔桩的主体1、第一扩大头3和第二扩大头4的直径的取值； 

在地基上掏挖主体上部的模型； 

在主体的上部外侧面掏挖翼板的模型； 

在主体的腰部开挖第二扩大头； 

在第二扩大头以下继续掏挖主体的下部模型； 

在主体的底部开挖第一扩大头； 

在掏挖好的主体的模型和翼板的模型内放置钢筋笼，先在主体的模型内放置钢筋笼，然后在翼板的模型内放置钢筋笼； 

在主体的模型内和翼板的模型内添加填充材料。 

利用公式Q_uk＝u∑ψ_siq_sikl_si+ψ_p1q_pk1A_p1+ψ_p2q_pk2A_p2进行所述单根人工挖孔桩的主体、第一扩大头3和第二扩大头4的直径的取值计算，其中， 

Q_uk为单桩竖向极限承载力标准值； 

u为人工挖孔桩截面周长； 

ψ_si为大直径桩侧阻系数，经验取值； 

q_sik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，经验取值； 

l_si为人工挖孔桩的埋深，经验取值； 

ψ_p1为第一扩大头3端阻尺寸效应系数，经验取值； 

q_pk1为第一扩大头3的极限端阻力标准值，经验取值； 

A_p1为第一扩大头3的端桩面积； 

ψ_p2为第二扩大头4端阻尺寸效应系数，经验取值； 

q_pk2为第二扩大头4的极限端阻力标准值，经验取值； 

A_p2为第二扩大头4的端桩面积； 

将单根人工挖孔桩竖向受力带入公式中的单桩竖向极限承载力标准值，然后得出单根人工挖孔桩的第一扩大头3和第二扩大头4的直径取值范围。利用公式，能够准确快速的计算出主体1的直径、第一扩大头3和第二扩大头4的直径取值范围。 

双扩大头人工挖孔桩在施工时，应特别注意第一扩大头3和第二扩大头4的坑洞的垂直度，上下两段坑洞应准确对中，挖孔的直径应严格控制，以保证钢筋笼能够顺利吊装就位，且保证钢筋的保 护层符合设计要求。第一扩大头3和第二扩大头4在施工时应严格按照图纸要求的斜度掏挖，倾斜角度不得大于45°，在吊装钢筋笼前应清底干净。向掏挖好的人工挖孔桩的地基的空洞时，浇筑混凝土时应自下到上依次浇筑，振捣密实，特别注意扩大头处应浇筑密实，不得留有缺陷，必要时应埋设超声波测管，以检测人工挖孔桩的完整性。 

在本发明中，主体1的柱状体的形状并不限定于圆柱、矩形柱或三角柱等，翼板2的形状不限定于矩形、三角形等其他形状的翼板。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。