本發明涉及巖土工程領域，尤其涉及到鋼管樁領域，具體說來是一種鉸鏈擴大頭鋼管樁。

背景技術：

鋼管樁具有樁位選取靈活，布置簡單，經濟實用，對場地要求低等特點，近年來在海上平臺、地基加固、基坑支護、滑坡治理等領域被廣泛運用。據可靠數據2015年我國鋼材產量達到了11億噸，利用率卻不到67％，鋼材的產能過剩大大降低了鋼管樁的成本，使其在巖土工程領域得到了極大的推廣。但傳統的鋼管樁功能單一，抗拔、抗壓承載力有限，以下幾點尤為明顯：

1，在一些地下水位較高的軟弱土層中樁體在地下水的浮力作用下抗拔、抗浮性能不足。有學者基于此研究出了一種新型傘狀錨來提高樁體的抗拔性能，其主要是利用傘狀筋體骨架上部兜住土體的自重以及兜住土體與未兜住土體之間的抗剪強度來提供抗拔力，但由于傘狀筋體骨架與土體接觸面積較小，兜住土體的范圍十分有限，在實際應用中對抗拔性能的提高并不明顯。

2，現有傘狀錨在沉放過程中尖端鉸接結構摩擦較大，容易滲入土顆粒導致筋體骨架沉放角度難以達到預期，抗拔性能提高有限。

3，傳統的鋼管樁在承載力達不到要求時通常是通過增加樁徑，提高樁長來解決問題，增加了施工成本。

4，傳統的鋼管樁注漿技術其承載力主要來自樁周的摩阻力和樁端端承力。其所形成的泥土固結體主要包裹在樁壁周邊，擴大頭范圍較小，對樁端端承力提高有限。

鑒于以上幾個問題，傳統的鋼管樁技術亟待改進。

技術實現要素：

本發明針對上述現有技術的不足之處，提供了一種鉸鏈擴大頭鋼管樁來提高樁體的抗拔、抗壓性能，效果顯著。為了達到上述目的，本發明包括鋼管樁樁體，錐形樁尖，滾珠軸承，旋轉軸，螺栓，變厚度鏤空鋼片，高壓噴漿孔，彈簧，磁鐵塊，磁鐵固定裝置。

作為優選所述的鉸鏈擴大頭鋼管樁。在樁身端部焊接有四個1/4圓弧的滾珠軸承，旋轉軸穿過滾珠軸承和變厚度鏤空鋼片上的螺栓孔通過螺栓固定在一起，旋轉軸上下位置各設有一排高壓噴漿孔，磁鐵塊安裝于磁鐵固定裝置端部，磁鐵固定裝置焊接在鉸鏈擴大頭鋼管樁的樁身上，鋼片和鋼管樁樁身通過彈簧互相連接。起初變厚度鏤空鋼片被吸附于磁鐵塊上，彈簧處于壓縮狀態，磁鐵塊對鋼片的吸力略大于彈簧彈力和變厚度鏤空鋼片自重的水平分力之和。優先進行變厚度鏤空鋼片下部噴漿孔高壓噴漿，在鋼片下部噴出高速水泥漿，形成負壓。下部噴漿5s后進行上部噴漿孔噴漿，在上部噴漿壓力下，原先的力系平衡被打破，變厚度鏤空鋼片被上部噴漿壓力推離磁鐵塊，磁力消失后，變厚度鏤空鋼片在下部負壓，上部噴漿壓力，自身重力以及彈簧彈力作用下繞旋轉軸向下轉動，落至錐形樁尖位置，呈近水平狀態。噴漿完成后，可以在變厚度鏤空鋼片周邊位置形成有效的擴大固結體。

作為優選所述的變厚度鏤空鋼片(1)自下而上厚度依次增加，鋼片與土體主接面設有圓形鏤空孔。

作為優選所述的滾珠軸承，旋轉軸形狀可隨樁身形狀變化，本案例中設為1/4圓弧形。

作為優選所述的鉸鏈擴大頭鋼管樁的樁尖的樁徑大于樁身直徑，最大處直徑應為樁身直徑的1.2-1.8倍。

通過以上技術方案，本發明的有益之處有：

1，本發明通過在鋼管樁端部設置可旋轉的變厚度鏤空鋼片來承載上部土體的質量，與傘狀錨結構相比增大了與土體的接觸面積，極大增加了上部兜住土體的質量以及兜住土體與未兜住土體之間的抗剪強度。提高了鋼管樁的抗拔性能。

2，本發明通過對鋼片周邊范圍噴漿，不僅在樁壁還能在鋼片周邊形成有效的固結體。擴大了固結體的作用范圍，極大提高了抗拔、抗壓性能。

3，本發明通過旋轉軸下部噴漿孔高速噴漿在鋼片底部形成負壓，再通過上部噴漿壓力將鋼片推離磁鐵塊，鋼片在下部負壓，上部噴漿壓力，自身重力以及彈簧彈力作用下繞旋轉軸旋轉。并通過滾珠軸承、鋼片鏤空、鋼片表面光滑等構造措施確保鋼片下放到位。

4，本發明設計的鉸鏈擴大頭鋼管樁可工廠化生產，工業化組裝，安全性能高。

附圖說明

圖1是本發明鉸鏈擴大頭鋼管樁初始狀態的結構主視圖。

圖2是本發明鉸鏈擴大頭鋼管樁上鋼片張開到最大角度的結構主視圖。

圖3是本發明變厚度鏤空鋼片的結構主視圖。

圖4是本發明鉸鏈擴大頭鋼管樁噴漿成型后旋轉軸位置的剖面圖。

圖中：1、變厚度鏤空鋼片，2、錐形樁尖，3、磁鐵固定裝置，4、鉸鏈擴大頭鋼管樁樁身，5、螺栓，6、拉伸彈簧，7、滾珠軸承，8、旋轉軸，9、磁鐵塊，10、旋轉軸上部噴漿口，11、旋轉軸下部噴漿口，12、變厚度鏤空鋼片光滑側面，13、變厚度鏤空鋼片鏤空孔，14、噴漿完成后的有效括體，15、壓縮狀態的彈簧。

具體實施方式

參見圖1-4所示，一種鉸鏈擴大頭鋼管樁，包括變厚度鏤空鋼片1，鋼管樁端部位置焊接有滾珠軸承7，旋轉軸8嵌套于滾珠軸承7中，旋轉軸8與變厚度鏤空鋼片1通過兩兩對稱的螺栓5固定。旋轉軸上下兩側分別設置有噴漿口10、11，旋轉軸上部噴漿口10位置上方焊接有磁鐵固定裝置3，磁鐵塊9被固定于磁鐵固定裝置上，旋轉軸和樁身連接有彈簧6，所述滾珠軸承7為1/4圓弧形，對稱焊接于樁身端部，兩端對稱設置有螺栓孔。

所述的變厚度鏤空鋼片1端部對稱設置有螺栓孔。

所述的旋轉軸8對稱伸出滾珠軸承部位設有螺紋，旋轉軸通過滾珠軸承和變厚度鏤空鋼片的對稱螺栓孔通過螺栓一次固定。

所述的變厚度鏤空鋼片設置有對稱等分布的圓形鏤空孔，與土體主接觸面為粗糙，側接觸面光滑。

所述的錐形樁尖2的最大直徑為樁身直徑的1.2-1.8倍。

基于鉸鏈擴大頭鋼管樁施工方法包含以下步驟：

1，制作鋼管樁，旋轉軸、滾珠軸承、變厚度鏤空鋼片上的螺栓孔一一對應，通過螺栓一次固定。

2，壓縮彈簧，使變厚度鏤空鋼片被吸附于磁鐵上。

3，測量放線，據設計圖紙放線定位，確保樁孔軸線在一條直線上。

4，樁機安裝，移動就位。

5，鋼管樁吊放到位，保證樁位正，樁身直。

6，打樁前在樁頭頂部放置樁帽，其上直接接受錘擊應力的部位，放置硬木制減震木塞。

7，打樁，將兩臺經緯儀假設在樁架的正面和側面，校正樁架導向桿及樁的垂直度。保持錘，樁帽與樁在統一縱軸線上。空打1-2m，再次校正垂直度后正式施打。

8，當沉放到某一深度并經復核質量良好時，連續打擊至樁頂高出地面60-80cm，停止錘擊，進行接樁，同樣步驟至達到設計高度。

9，放入噴漿管，拌制水泥漿液，水灰比為1.0。

10，噴漿，噴漿壓力不小于25Mpa，先進行旋轉軸底部噴漿口噴漿，底部噴漿5s后再進行旋轉軸上部噴漿口噴漿，根據實際情況可適當提高上部噴漿壓力，噴射時間不小于20分鐘。噴漿過程中若出現壓力驟然下降，上升或冒漿等異常情況，應停止施工，查明原因并及時采取措施。

11，為使鋼管樁與承臺共同工作，在鋼管樁樁頭加焊一個樁蓋，并在外壁加焊8～12根φ20mm的錨固鋼筋，再進行樁端與承臺的鏈接施工。