为建筑物提供打桩基础的方法，打桩基础和一种提供增大的底脚的气囊

技术领域

本发明涉及一种为建筑物提供单桩基础的方法和一种为建筑物提供多桩基础的方法。

本发明涉及一种单桩基础和一种多桩基础以及一种为所述基础提供增大的底脚的气囊。

背景技术

在建造大的建筑，例如房子、墙、塔构件和类似的建筑物结构时，典型地使用通过多个基桩支撑的基础，其中桩被设置在地中，用于支撑基础和用于吸收由于建筑物的自重和风力荷载而产生的压力和张力。

为了吸收压力，一般使用光滑的基桩，将其推入地中直到遇到坚固的基层。这意味着在某些地方，在基桩底部到达坚固的基床之前需要使用很长的基桩。因此，在其上面建造建筑物可能会非常昂贵。

在地质分析表明向下很远才能到达坚固基床的区域建造时，可以使用另一种类型的基桩，其中该基桩在它的的下端设有直径大于基桩本身直径的底脚构件。这就意味着该基桩提供了一个大片区域，压力在其上分布，并且底脚构件使得由建筑物结构自重产生的压力更加难以将基桩向下压入地中。

由于不可能将具有增大的底脚构件的基桩向下打入，或将这样的基桩向下挤压通过预钻的孔，因此提出了在产生增大的加固单元之前将基桩放置在所希望的位置中的各种方案。

JP-A2-01017924描述了桩的增大的底脚如何设置一种可膨胀的袋，在那里桩被放入并连接到袋中，其中，袋被放入一个孔穴里并充满一种凝固液体。

SE-C2-515997描述了一种为混凝土桩建造增大的底脚的方法，在混凝土桩孔的下端部设置可膨胀的袋，然后在袋中填充混凝土，于是就建造成了一个混凝土桩的增大的底脚。

US-A-4661021描述了一种用于如桩或锚具等设置在地中的建筑物的膨胀体，该膨胀体适合以压实的形状嵌入放置，就位后然后膨胀。

采用这种膨胀构件作为增大的底脚的缺点是这些膨胀构件只能使用一次，并且它们没有内部的加固件。

发明概述

因此本发明的目的是提供一种形成新型打桩基础的方法，其中，所述打桩基础能够以简单的工序原位提供，并且具有较好的稳定性和较高的强度，以抵抗由于建筑物的自重和风力荷载而产生的压力和张力。

本发明进一步的目的是提供形成打桩基础的方法，其中的膨胀构件能够重复使用，因此降低打桩基础的成本。

这可以通过本发明的方法实现，即利用第一螺旋钻为基础管钻孔，并且将基础管置入所述孔中，在放置好的基础管的下端部的下面再钻出一段更深的区段，利用刮刀和水压力在所述区段上挖出孔穴，利用所述第一螺旋钻将所述孔穴中的松散料排除出去，将工具管向下穿过所述基础管放入所述区段的下端部，所述工具管包括第二螺旋钻和弹性气囊，所述弹性气囊围绕所述第二螺旋钻的下端部，对所述气囊加压，然后，将浇注材料注入所述孔穴的壁内，同时所有的被移位的材料被所述第二螺旋钻排出。所述浇注材料硬化后，所述气囊放气并通过所述基础管取出，向下穿过所述基础管放下加固单元，混凝土材料通过所述基础管被向下浇灌并充满所述孔穴，所述加固单元被埋入混凝土中，形成了所述基础管的增大的底脚。或者，利用另外一种特别的方法，即利用第一螺旋钻为基础管钻孔，将基础管置入所述孔中，在放置好的基础管的下端部的下面再钻出一段更深的区段，利用刮刀和水压力在所述区段上挖出一个孔穴，利用所述第一螺旋钻将所述孔穴中的松散料排除出去，将工具管向下穿过所述基础管放入所述区段的下端部，所述工具管包括第二螺旋钻和弹性气囊，所述弹性气囊围绕所述第二螺旋钻的下端部周围，对所述气囊加压，然后，将浇注材料注入所述孔穴的壁内，同时所有的被移位的材料被所述第二螺旋钻排出。所述浇注材料硬化后，所述气囊放气并通过所述基础管取出，多个孔被钻入所述孔穴上部，其中所述多个孔的每一个适合放置另外的基础桩，该基础桩具有多个加固单元伸入所述孔穴，向下穿过所述基础管放下加固单元，混凝土材料通过所述基础管被向下浇灌并充满所述孔穴，所述加固单元被埋入混凝土中，形成了所述基础管的增大的底脚。

本发明的一个进一步的目的是提供具有非常高的强度的打桩基础，以抵抗由风荷载和建筑物自重引起的压力和张力。

这可以通过一个单桩基础来实现，其中所述增大的底脚包括浇注材料外层和混凝土内芯，加固单元被埋入所述内芯中，其中所述加固单元通过多个连接装置连接到所述建筑物。或者通过多桩基础来实现，其中所述增大的底脚包括浇注材料外层和混凝土内芯，多个加固单元被埋入所述混凝土内芯中，其中每一个所述加固单元通过延伸贯穿所述第一或所述其它基础管的连接装置与所述建筑物相连接。

本发明的一个进一步的目的是提供一种可以为所述基础提供有效的增大底脚的气囊。这通过在所述气囊的外表面上设置多个注入通道来实现。

发明内容

下面公开了作为风力机基础的打桩基础，其具有被多个加固单元加固的底脚构件，同时还公开了提供这样的基础桩的方法。然而，本发明所公开的所述打桩基础及其提供方法也可以被用于其它各种塔构件的基础，例如烟囱、大型的旗杆、柱、电力铁塔和天线。另外，该基础桩也可以被用作房屋、桥梁、海上平台等类似建筑物的下部基础。

为前述的建筑物原位建造单桩基础的方法，包括下列步骤：

i)利用第一螺旋钻为基础管钻孔，然后将基础管置入孔中，

ii)在放置好的基础管的下端部的下面再钻出更深的区段，

iii)应用刮刀和水压力在所述区段挖出孔穴，

iv)利用所述第一螺旋钻将所述孔穴中的松散料除去，

v)将工具管向下穿过所述基础管放入所述区段的下端部，所述工具管包括第二螺旋钻和围绕所述第二螺旋钻下端部的弹性气囊，

vi)对所述气囊加压，将浇注材料注入所述孔穴的壁内，同时所有的被排出的材料被所述第二螺旋钻排出，

vii)在所述浇注材料硬化后，所述气囊放气并通过所述基础管取出，

viii)向下穿过所述基础管放下加固单元，

ix)混凝土材料通过所述基础管被浇灌并充满所述孔穴，所述加固单元被埋入所述混凝土中，形成了所述基础管的增大的底脚。

可选择地，所述孔可以采用其他各种地面施工工具，例如推力喷管。

在本发明的一个实施方式中，螺旋构件具有轻微的凹角，因此松散材料一般能够被导引进螺旋钻并被螺旋构件排除出去。

基础桩是圆形管，能够使带有作业工具和气囊的工具管、浇注材料、加固单元、连接装置和混凝土穿过所述基础桩。

为了能够在放置好的基础管的下端部容易地建造增大的底脚，在放置好的基础管下端部的下面再钻出一段孔区段是必要的。

为了得到所述的孔穴，收缩起来的刮刀构件被向下放进基础桩，在位于已经放置好的基础管下端部下面的区段处展开并旋转，借此使周围的材料变得松散，而且孔穴也将会是圆形的。

为了能够将松散材料排出去，基础管和底层的孔被充满水并施加了下压力，这样将会使刮刀旋转更容易，而且松散材料会形成能够被第一螺旋钻排出的粘土糊。

刮刀被移出后，第一螺旋钻被放进基础桩，接着粘土糊被排出。

孔穴的形状取决于刮刀和可膨胀气囊的形状。在工具管刚被放置好以后，为气囊充气，气压最好为1-5巴，于是气囊膨胀，孔穴就形成了。

气囊的膨胀使孔穴周围的土壤材料从新分布，松散材料被向下压入第二螺旋钻并接着被排出。

孔穴的大小取决于气囊的形状和大小。为了能够使气囊膨胀，例如可以使用空气或水，这样，就能通过控制输入气囊中水或空气的数量，精确地按照所需要的大小和形状获得孔穴。

为能够在避免孔穴坍塌和增大的底脚在混凝土硬化期间变形的情况下浇注成增大的底脚，浇注能够在混凝土硬化期间保持孔穴形状的外层是必需的。

在气囊的外表面设置了多个注入通道，通过它们能够向孔穴周围的土层注入浇注材料。

本发明的一个实施方式中，浇注材料的注入选在气囊以脉动方式加压时进行，以确保浇注材料被压入周围的土层，而且分布均匀，挤压密实，这样，就能在形成增大的底脚的混凝土硬化时，外层的强度足够抵挡坍塌发生。

当气囊被脉动加压且浇注材料正在注入时，周围的土壤将会被压缩，外层将会成为被压紧的外壳。此外，大量的周围土壤被置换，这样，包括第二螺旋钻的工具管就会将过剩的土壤材料和/或浇注材料排出去。

可选择地，可以利用声波为气囊脉动加压来压缩孔穴周围的土壤，例如声纳。这样，能够使土壤在被压缩的同时，将浇注材料注入孔穴周围的土壤。

气囊由弹性材料制造，这样，就可以做到：当气囊被向下穿过所述基础桩时可以承受挤压，而且在浇注材料硬化后可以取出气囊。

为了加固增大的底脚，一个加固单元向下穿过所述基础管，该加固单元可以是一种具有多个能够插入并连接混凝土的突出元件的单元，这样可以使增大的底脚的强度更大。

在一个优选的实施方式中，所述加固单元是一种如WO-A1-03062539中所公开的单元，其中该加固单元具有用于折叠打开多个伸入孔穴的臂的膨胀件，借此，增大的底脚在整个底脚内大致均匀地得到加固。

在本发明的一个实施方式中，加固臂由杆筋和/或线材网格构成。这意味着使加固构件变得轻巧和廉价成为可能，并且使它能够在几个平面而非仅仅一个平面上来增强底脚构件。

为了吸收基础桩上的张力，根据本发明，基础桩保持其固定在加固单元上是重要的，因此加固单元通过一个或更多的连接装置连接到基础桩上。

倾倒/挤压/注入周围土壤以形成增大的底脚外层的浇注材料，可以是水泥混合物、水泥凝胶、混凝土、水泥浆、沥青砂浆或一种可凝固塑性材料。

为了容易地将气囊从外层取出来，在使用前在其外表面覆盖一层油，例如石油，用来防止浇注材料粘住气囊。

为前述的建筑物原位建造一个多桩基础的方法，包括下列步骤：

i)利用第一螺旋钻为基础管钻孔，然后将基础管置入孔中，

ii)在放置好的基础管的下端部的下面再钻出更深的区段，

iii)应用刮刀和水压力在所述区段挖出孔穴，

iv)利用所述第一螺旋钻将所述孔穴中的松散料除去，

v)将工具管向下穿过所述基础管放入所述区段的下端部，所述工具管包括第二螺旋钻和围绕所述第二螺旋钻下端部的弹性气囊，

vi)对所述气囊被加压，将浇注材料注入所述孔穴的壁内，同时所有的被排出的材料被所述第二螺旋钻排出，

vii)在所述浇注材料硬化后，所述气囊放气并通过所述基础管取出，

viii)多个孔被钻入所述孔穴的上部，其中每个所述孔适合放置另外的基础桩，所述另外的基础桩具有多个加固单元伸入所述孔穴，

ix)向下穿过所述基础管下放加固单元，

x)混凝土材料通过所述基础管被浇灌并充满所述孔穴，所述加固单元被埋入所述混凝土中，形成了所述基础管的增大的底脚。

提供多桩基础和提供单桩基础的唯一区别在于前述的步骤vii)-x)，其中浇注外层是设置了多个孔，因此，在同一个增大的底脚上提供几个基础桩成为可能。这使打桩基础变得更稳定、更坚硬，因为任何作用于多桩基础的力会被分布到几个基础管上，并且每个增大的底脚上方的土方量也增大了。

应当指出的是，为建筑物提供下面的一种基础是可能的，这种基础包括多个单桩基础或多个多桩基础或多个两种类型的打桩基础混合。

单桩基础包括增大的底脚，该增大的底脚具有浇注材料外层和混凝土的内芯，加固单元被埋入所述内芯中，所述加固单元通过多个连接装置连接到所述建筑物，因此，张力可以被传递并分布到打桩基础上。

多桩基础包括增大的底脚，该增大的底脚具有浇注材料外层和混凝土的内芯，多个加固单元被埋入所述内芯中，所述多个加固单元中的每一个利用贯穿所述第一基础管或所述增加的基础管的连接装置连接到所述建筑物，因此，任何张力和压力可以被传递并分布到打桩基础上。

通过使用设有若干基础管的连接到增大底脚的多桩基础，为建筑物获得一种非常稳定的基础理论上成为可能，是因为例如由于风荷载使得建筑物将在位于一个基础桩处的基础上施加压力，同时，还施加相似程度的拉力作用在相对的基础桩上。这样，压力和拉力彼此相平衡，实际累积在基础上的力将会非常小。

气囊由一种弹性材料制造，允许充气和放气。此外，在气囊的外表面上设有多个注入通道，其允许在气囊充气膨胀时通过注入通道将浇注材料注入周围的土壤。这些注入通道可以在材料上和气囊成为一个整体，或者利用一种粘附剂作为气囊的外部构件。例如，连接到气囊上的注入通道的软管和工具管一起向下放入。

作为一个可选的方案，设置一个在结构形式上具有膨胀构件的中心加固单元，和一种具有插入孔穴的杆结构的边缘加固单元，该边缘加固单元可以是金属丝，金属丝向下穿过一个基础管并向上穿过另一个基础管。以这种方式，在第一基础管下面和在孔穴里提供一个金属丝编织的网是可能的。为了展开金属丝网，设置在第一基础管里的加固单元可以是以末端夹紧金属丝并将其固定在适当位置的方式形成，或者是在增大的底脚形成过程中以末端能将金属丝网向下推压的方式形成。

作为一个可选的方案使用用于形成孔穴的气囊，可能使用：

一种套管，例如就像一种用于排污系统的塑料套管，其中套管由塑料和玻璃纤维等可塑层制造，并能够在受热时不变形，或者

一种套管，与例如一种内层橡皮膜结合使用，用于在孔穴周围提供一个模壳。

一种套管或者一种网络，与注入周围土壤的浇注材料结合使用，这样，当套管在孔穴的周围硬化成一个壳体的时候，套管被铸造成型和补强，且保持外层的结构。

附图说明

下面参照附图对本发明进一步描述，其中

图1a-1h描述了一种单桩基础的施工工序，

图2a-2j描述了一种多桩基础的施工工序，

图3描述了一种单桩基础的浇注，

图4描述了一种多桩基础的浇注，

图5描述了一种既具有单桩基础又具有多桩基础的基础，

图6描述了一种多桩基础，

图7描述了一种设置在许多单桩基础上的风力机，

图8a-8c描述了一种以金属丝作为加固单元的多桩基础。

具体实施方式

图1a-1h描述了一种单桩基础1的施工工序，其中

利用第一螺旋钻4为基础管3钻出一个孔2，然后将基础管3置入孔2，在放置好的基础管3的下端部6的下面再钻出更深的区段5，

通过刮刀8和水压力在区段5内挖出孔穴7，

利用螺旋钻4将孔穴7中的松散料移除，

一将工具管9向下穿过基础管3放入区段5的下部10，该工具管9包括一螺旋钻11和一弹性气囊12，弹性气囊12围绕螺旋钻11的下端部13，

对气囊12加压，并且将浇注材料14注入孔穴7的壁15内，同时所有排出的材料被螺旋钻11通过工具管9排出，

浇注材料14硬化后，气囊12放气并通过基础管3取出，

向下穿过基础管3放下加固单元16，

混凝土材料17通过基础管3被向下浇灌并充满孔穴7，加固单元16被埋入混凝土17中，形成了基础管3的增大的底脚18。

图2a-2j描述了一种多桩基础20的施工工序，其中

利用第一螺旋钻4为基础管3钻出一个孔2，然后将基础管3置入孔2，在放置好的基础管3的下端部6的下面再钻出更深的区段5，

通过刮刀8和水压力在区段5挖出孔穴7，

利用螺旋钻4将孔穴7中的松散料移除，

将工具管9向下穿过基础管3放入区段5的下部10，所述工具管9包括一螺旋钻11和一弹性气囊12，弹性气囊12围绕螺旋钻11的下端部13，

对气囊12加压，并且将浇注材料14注入孔穴7的壁15内，同时所有排出的材料被螺旋钻11通过工具管9排出，

浇注材料14硬化后，气囊12放气并通过基础管3取出，

多个孔21被钻入孔穴7的上部22，其中每个所述孔21适合放置一个另外增加的基础桩24，所述基础桩24具有多个加固单元23伸入所述孔穴7，

向下穿过基础管3放下加固单元16，

混凝土材料17通过基础管3，24被向下浇灌并充满孔穴7，加固单元16，23被埋入混凝土17中，形成了基础管3，24的增大的底脚25。

图3示出了单桩基础1的浇注，其中加固单元16设置在所述基础管3的底部，并位于所述孔穴7中，所述孔穴7具有一预先浇注的外层30。混凝土17通过基础管3浇注，所述加固单元16与多个贯穿基础管3的连接装置31连接在一起。

图4示出了多桩基础20的浇注，其中加固单元16，23设置在基础管3，24的底部，并位于孔穴7中，所述孔穴7具有一预先浇注的外层40。混凝土17通过基础管3浇注，所述加固单元16，23与多个贯穿基础管3，24的连接装置41连接在一起。

图5示出了一种具有单桩基础1和多桩基础2的基础50，其中建筑物(图中未示出)连接在基础管3，24的上端部。

图6示出了一种具有5个基础管3，24的多桩基础2。根据本发明一个可选择的实施方式，所述5个基础管3，24能够构架与一捆加固材料连接在一起，由此所述多桩基础2能够被用来作为海上结构的基础。

图7示出了一个被放置在多个单桩基础1上的风力机70，其中通过将连接装置向上延伸穿过所述基础管和风力机塔架第一地面层，所述加固单元16被连接到风力机70的第二地面层上。

将基础连接到第二地面层的优点如下：

因为塔的固定点是将一个地面层向上提升，所以施加在塔结构上的理论力的动量被大大减小了，因此基础和塔结构之间的法兰连接不需要传递非常大的力，并因此可以稍微降低其尺寸。

因为塔的下端部被作为基础的一部分来计算，所以塔架的固有频率的风险降低了，所述塔结构也因此可以允许有较小的尺寸。

第一和第二地面之间的法兰被置入塔结构内，从而可以使连接装置容易连接到塔结构上，此外，减少了对连接的维护。

图8a-8c示出了一个孔穴7，其中，外部的浇注层80设有用于基础桩82，83，84的孔。一金属丝81向下穿过基础桩82并向上穿过基础桩84，其间一压紧单元85向下穿过基础桩83。所述压紧单元85将金属丝81拉进孔穴7，此时，混凝土材料86被浇注在金属丝81和压紧单元85周围，形成了增大的底脚87。