本发明属于桩基础技术领域，具体涉及一种可快速成桩，利用桩身扩张锚爪楔入土体获得承载力的钢管桩及其施工方法。
背景技术：
进入21世纪以来，中国城镇化、机动化进程不断加快，迅猛增长的人口、车辆、建筑物持续压缩城市空间，造成了越来越严重的交通拥堵问题。与此同时，城镇化建设所带来的环境问题也日趋突出。在此形势下，施工周期长、占地面积大、依赖手工业生产模式、易造成交通拥堵和环境污染的传统土建施工方式越来越难以满足当前城市发展建设的需求。
为促进土建行业在新形势下进行转型升级，我国政府积极推进建筑工业化创新发展。建筑工业化以标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理为特征，相较于传统土建施工方式，具有品质稳定、节能环保、安全高效等显著优势。当前建筑工业化实践主要集中在建筑物地上结构中，对于建筑物基础，特别是具有较高承载力的桩基础，尚缺乏实施工业化的合理路径。
常规桩基础按成桩方式可分为灌注桩和沉入桩两大类。灌注桩在施工过程中无振动、噪音小，宜于在人员、建筑物密集的城市地区使用，但其高度依赖现场湿作业，施工工艺繁琐，成桩周期较长，且存在灌注砼质量不稳定等问题，难以满足建筑工业化的需求。沉入桩可规模化生产，快速成桩，具有一定工业化特征，但伴随沉桩作业产生的振动、噪音、污染等问题，制约了其在城市地区的应用。鉴于常规桩基础的局限性，需开发一种满足工业化需求并适于城市地区使用的新型桩基础。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种速成扩张钢管桩及其施工方法，利用桩身扩张锚爪楔入土体获得桩基承载力，能实现标准化设计、规模化生产、装配化施工，兼备灌注桩和沉入桩的优势，施工时无振动、噪音小，成桩周期短，施工设备简单，宜于在人员、建筑密集的城市地区使用。本发明广泛适用于建筑、桥梁等各类建筑物，对突破常规桩基础局限、满足当代城市发展建设需求、推进工业化创新发展具有积极意义。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种速成扩张钢管桩，包括带有扩张锚爪的外钢管和底端加工为楔形的内钢管。
作为本发明的一种改进，所述扩张锚爪在不同深度分布安装于外钢管四周；所述扩张锚爪整体呈平置三棱柱形，底部加工为弧面，由钢板钣金加工成型；所述外钢管壁加工有方形开孔，上述扩张锚爪安置于开孔内，其侧面与外钢管外壁平齐；由高延性钢材加工而成的工型板一端焊于扩张锚爪，另一端焊于外钢管外壁，将扩张锚爪与外钢管相连。
作为本发明的另一种改进，上述内钢管底端楔形端头与直筒部分过渡区加工为圆弧面，其钢管长度长于外钢管长度，外径小于外钢管内径，可插入外钢管；上述内钢管插入外钢管的过程中，其楔形端头挤压扩张锚爪下部，工型钢板中部发生弯折，扩张锚爪从外钢管内转出，并楔入桩身四周土体，从而获得桩基承载力。
为了实现上述目的，本发明还采用的技术方案是：速成扩张钢管桩的施工方法，包括如下步骤：
s1，平整场地，确定桩位，开挖孔井，孔井深度略小于外钢管长度，孔径略大于外钢管直径；
s2，下放外钢管至孔井内；
s3，将内钢管吊运至外钢管顶，使用钢绳连接内钢管壁与外钢管顶，利用绞盘卷绕钢绳，将内钢管拉入外钢管内，内钢管楔形端头在插入外钢管的过程中挤压扩张锚爪下部，工型钢板受力在中部发生弯折，扩张锚爪从外钢管内转出，楔入桩身四周土体；
s4，内钢管插至设计深度后，切割多余桩头，完成单根桩基础施工。
对于群桩基础，重复上述s1至s4步骤，依次完成群桩基础施工。
本发明的有益效果是：
（1）成桩周期短：下放外、内钢管后即获得桩基承载力，有望在数小时内完成桩基础施工，可显著提高建造效率；
（2）对周围环境干扰小：施工现场无振动、噪音小，占用场地小，宜于在人员、建筑密集的城市地区使用；
（3）环境污染小：无现场砼灌注作业，除开挖孔井产生的自然泥渣外无现场废料，不造成环境污染问题；
（4）施工设备简单：外、内钢管利用钢绳实现自平衡，无需反力系统，仅利用绞盘卷绕钢绳即可将内钢管拉入外钢管内；
（5）满足工业化要求：外、内钢管及扩张锚爪的生产安装可实现标准化、规模化，品质稳定，桩基础现场施工具有装配化特征，节能高效。
附图说明
图1为本发明整体结构图；
图2为本发明所述外、内钢管结构图；
图3为本发明所述扩张锚爪安装方式示意图；
图4为本发明所述扩张锚爪转出状态示意图；
图5为本发明施工方式与内钢管插入装置细节详图。
附图标记列表：
1-外钢管、2-内钢管、3-扩张锚爪、4-楔形端头、5-外钢管壁方形开孔、6-工型钢板、7-孔井、8-钢绳、9-绞盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1
一种速成扩张钢管桩，如图1所示，包括外钢管1、内钢管2；如图2所示，外钢管1四周在不同深度分布安装有若干扩张锚爪3，内钢管2长度长于外钢管1长度，外径小于外钢管1内径，底端加工为楔形端头4，楔形端头与直筒部分过渡区加工为圆弧面。
扩张锚爪安装方式如图3所示，扩张锚爪3整体呈平置三棱柱形，底部加工为弧面；外钢管壁加工有方形开孔5；扩张锚爪3安置于开孔5内，其侧面与外钢管外壁平齐；工型板6由高延性钢材加工而成，一端焊于扩张锚爪3，另一端焊于外钢管1外壁；
扩张锚爪3下部受到挤压时，工型钢板6中部会发生弯折，扩张锚爪3从外钢管1内转出，如图4所示。
外钢管1与内钢管2均可在工厂内规模化生产；扩张锚爪3由钢板钣金加工成型，并在工厂内安装于外钢管1之中。
实施例2
用于速成扩张钢管桩的施工方法，包括如下步骤：
s1，平整场地，放线确定桩位，开挖孔井7，孔井7深度小于外钢管1长度，孔径大于外钢管1直径；
s2，如图5所示，下放外钢管1至孔井7内；
s3，将内钢管2吊运至外钢管1顶，首先将内钢管2底端插入外钢管1，随后如图5详图1所示，在桩体四周使用钢绳8将内钢管壁与外钢管顶部相连，并利用绞盘9卷绕钢绳8，从而将内钢管2拉入外钢管1内；钢绳8构建了外、内钢管的自平衡，在不使用反力系统的前提下利用绞盘9将内钢管2插入外钢管1内；如图5所示，伴随内钢管2的插入，内钢管楔形端头4挤压扩张锚爪3，将扩张锚爪3推出外钢管1，达到如图4所示状态，并使其楔入桩身四周土体；内钢管底端楔形部分与直筒部分过渡区的圆弧面有利于减小内钢管楔形端头4与扩张锚爪3之间的摩擦，进而降低内钢管2插入外钢管1的难度；
s4，如图5所示，内钢管2插至设计深度后，切割多余桩头，使其顶部标高低于外钢管顶标高，完成单根桩基础施工；上部结构建造时应连接外钢管1，利用其与四周土体的摩阻力将建筑物荷载传递至地基土。
对于群桩基础，重复上述s1至s4步骤，依次完成群桩基础施工。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
1.一种速成扩张钢管桩，包括外钢管和内钢管，其特征在于：
所述外钢管四周在不同深度平均分布安装有若干扩张锚爪；
所述内钢管长度长于外钢管长度，外径小于外钢管内径，可插入外钢管；
所述内钢管底端加工为楔形，其楔形部分与直筒部分过渡区加工为圆弧面。
2.如权利要求1所述的一种速成扩张钢管桩，其特征在于：
所述扩张锚爪整体呈平置三棱柱形，底面加工为弧面；
所述外钢管壁加工有若干方形开孔，扩张锚爪安置于开孔内，其侧面与外钢管外壁平齐，由高延性钢材加工而成的工型板一端焊于扩张锚爪，另一端焊于外钢管外壁，将扩张锚爪与外钢管相连。
3.一种速成扩张钢管桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1，平整场地，确定桩位，开挖孔井，孔井深度小于外钢管长度，孔径大于外钢管直径；
s2，下放外钢管至孔井内；
s3，将内钢管吊运至外钢管顶，使用钢绳连接内钢管壁与外钢管顶，利用绞盘卷绕钢绳，将内钢管拉入外钢管内，内钢管楔形端头在插入外钢管的过程中挤压扩张锚爪下部，工型钢板受力在中部发生弯折，扩张锚爪从外钢管内转出，楔入桩身四周土体；
s4，内钢管插至设计深度后，切割多余桩头，完成单根桩基础施工；
对于群桩基础，重复上述s1至s4步骤，依次完成群桩基础施工。
技术总结