本发明涉及到应用于地基桩，具体为一种带有爆扩装置的钢管桩，由主钢管1、爆胀筒2与前锥体3组成。主钢管1通过一个钢销13连接到爆胀筒2。前锥体3是通过四个螺丝或者螺纹结构安装到爆胀筒2。爆扩装置位于爆胀筒2中，主要包括：一个底部叠层结构，由一组双层或多层结构组成；一个上部叠层结构，由一组双层或者多层结构组成。一个爆破系统，由爆扩物（炸药）、爆扩仓、引爆线、引爆器组成。通过在钢管桩中安装或联接爆扩装置且通过爆扩形成一个灯笼状的局部扩充部分来有效地提高桩的抗压、抗拔和抗侧向综合承载能力。
1.一种带有爆扩装置的钢管桩，包括爆胀筒（2），所述爆胀筒（2）的顶部连接主钢管（1）、其底部连接前锥体（3）；
其特征在于：所述爆胀筒（2）内底部和顶部分别固定设置有叠层结构（4），爆胀筒（2）内叠层结构（4）之间安装有爆扩仓体（5），所述爆扩仓体（5）的外表面环绕形成凹腔，该凹腔与爆胀筒（2）内壁形成横截面呈环形的封闭爆扩仓（6），所述爆扩仓（6）内安装有炸药（7）；所述爆扩仓体（5）的轴线处开设有轴向孔（8），所述轴向孔（8）底端与开设在爆扩仓体（5）中部的若干径向孔（9）同时联通；所述轴向孔（8）内安装有引爆线（10），所述引爆线（10）穿过位于爆胀筒（2）顶部的叠层结构（4）与起爆器（11）连接。
2.根据权利要求1所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述爆胀筒（2）外位于爆扩仓（6）上方和下方分别固定安装有加强环（12）。
3.根据权利要求1或2所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述叠层结构（4）由两个分层或者多层结构组成，各层材料的声阻抗是互异的。
4.根据权利要求3所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述叠层结构（4）的各层材料采用金属材料或纤维增强复合材料。
5.根据权利要求4所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：位于爆胀筒（2）内顶部的叠层结构（4）的第一层与爆胀筒（2）焊接；位于爆胀筒（2）内底部的叠层结构（4）通过螺栓（14）与爆扩仓体（5）连接。
6.根据权利要求1所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述主钢管（1）与爆胀筒（2）通过钢销（13）连接；所述爆胀筒（2）和前锥体（3）通过螺丝（15）或者螺纹结构连接。
7.根据权利要求6所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述主钢管（1）、爆胀筒（2）和前锥体（3）采用结构钢、不锈钢、铜或铜合金或者铝或铝合金制成。
8.根据权利要求7所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述径向孔（9）均匀位于同一横截面，数量至少8个。
9.根据权利要求8所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述炸药（7）由固体推进剂代替。
10.根据权利要求2所述的带有爆扩装置的钢管桩，其特征在于：所述加强环（12）采用金属材料或纤维增强复合材料。
带有爆扩装置的钢管桩
技术领域
[0001] 本发明涉及建设工程领域，具体为一种应用于地基作业的钢管桩，通过在钢管桩中安装或联接爆扩装置，且通过爆扩形成一个灯笼状的局部扩充部分来有效地提高桩的抗压、抗拔抗侧向和综合承载能力。
背景技术
[0002] 目前，在传统模式中地基桩主要靠桩侧阻力和桩端阻力发挥作用；当出现建筑物荷载特别大，需要桩提供较大的承载力或者在边坡加固工程和海洋工程等类似工程中，对抗拔能力要求非常高时，仅仅通过改变桩尺寸的方法也难以达到高承载力和高抗拔力需求。因此需要重新设计一种新的钢管桩来解决上述问题。
发明内容
[0003] 本发明要解决的是对钢管桩的承载力或者抗拔能力要求很高时，普通工程钢管桩仅通过改变尺寸难以达到高承载力和高抗拔力需求，提供一种新型的带有爆扩装置的钢管桩。
[0004] 本发明是采用如下技术方案实现的：
[0005] 一种带有爆扩装置的钢管桩，如图1所示，包括爆胀筒，所述爆胀筒的顶部连接主钢管、其底部连接前锥体。
[0006] 如图1所示，所述爆胀筒内底部和顶部分别固定设置有叠层结构，爆胀筒内叠层结构之间安装有爆扩仓体，所述爆扩仓体的外表面环绕形成凹腔，该凹腔与爆胀筒内壁形成横截面呈环形的封闭爆扩仓，所述爆扩仓内安装有炸药；所述爆扩仓体的轴线处开设有轴向孔，所述轴向孔底端与开设在爆扩仓体中部的若干径向孔同时联通；所述轴向孔内安装有引爆线，所述引爆线穿过位于爆胀筒顶部的叠层结构与引爆器连接。
[0007] 当炸药爆扩时，它能够产生很大的压力。通过控制所选炸药的类型、重量和形状，可以保持爆胀筒的完整性（爆而不破和控制扩充形状）。如图3所示，通过爆扩形成一个灯笼状的局部扩充部分来有效地提高桩的抗压、抗拔和抗侧向的综合承载能力。
[0008] 炸药爆扩后，一般来说，为避免连接主钢管和爆胀筒的钢销将受到损害。及前锥体的受损。主钢管、爆胀筒和前锥体需要采用有较高桩屈服强度、极限强度、特别是高延性的材料，通常可以采用结构钢、不锈钢、铜或铜合金、铝或铝合金。为了能承受巨大的压力，不仅要求爆胀筒的尺寸和管壁应大于临界厚度，而且叠层结构也必须具有大大降低激波强度的能力。
[0009] 当一个冲击波经过相连材料有明显不同的声阻抗或由纤维增强复合材料组成的叠层结构时，它将很快分散。分散、消弱冲击波的能力主要取决于两层材料之间声阻抗的相异性。为了防止钢销和前锥体受损害，设置了底部叠层结构和顶部叠层结构来减弱冲击波对其他部分桩体及联接部分的影响。冲击波在通过叠层结构过程中将得到迅速衰减。当通过叠层结构时前面冲击波的压力将大大减少。高压爆扩气体将通过径向孔和轴向孔释放出来。一些焊接到爆胀筒内壁的叠层材料将会在炸药的巨大压力下部分分离，但仍有一部分将是完好的。这样通过这种方式，底部结构的完整性仍然可以保留，并且钢销将不会被损坏或破碎。
[0010] 在炸药的作用下，爆胀筒将迅速向外扩张。爆胀筒外围的高压力使管外的土压缩，大大提高了土的密实度和强度。反过来，管外表受到的土压力也将大大的提高。在高应变率（>103/s）的情况下，爆胀筒管体材料的屈服应力将会进一步得到增加。在判断炸药和爆胀筒的相互作用时，必须将这个因素考虑进去。另外，温度也是一个需要考虑的因素。
[0011] 当冲击波从爆胀筒传播到土壤，冲击波将反射、入射到土壤中。根据激波理论物理，反射波是一种罕见的波，而入射波是一种压缩波，能使土壤密度增加，从而强度增大。
[0012] 本发明的有益效果如下：
[0013] 在传统模式中，地基桩承受到摩擦力的作用，摩擦力为P*m，其中P是土壤的正压力、m是土与桩体表面摩擦系数。然而，采用上述模式中，地基桩所承受的不仅有摩擦力，也有远远大于摩擦力的正压力。其实在本发明中，就算摩擦力也是大于传统模式的，因为周围土体在爆扩中的挤压压力P比传统模式中大，因此，钢管桩能承受更大的荷载。所以本发明有显著的优势。在相同的承载力下，可以使用更小尺寸的管，而达到同样的支撑效果，可大大降低工程造价，具有较大的推广价值。
附图说明
[0014] 图1表示爆扩前钢管桩剖面示意图。
[0015] 图2表示图1的A-A剖视图。
[0016] 图3表示爆扩后钢管桩剖面示意图。
[0017] 图中，1-主钢管，2-爆胀筒，3-前椎体，4-叠层结构，5-爆扩仓体，6-爆扩仓，7-炸药，8-轴向孔，9-径向孔，10-引爆线，11-起爆器，12-加强环，13-钢销，14-螺栓，15-螺丝。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0019] 一种带有爆扩装置的钢管桩，由主钢管1、爆胀筒2与前锥体3组成。主钢管1通过一个钢销13连接到爆胀筒2的上部。前锥体3是通过四个螺丝或者螺纹结构安装到爆胀筒2的下部。爆扩装置安装于爆胀筒2中，主要包括：一个底部叠层结构，由一组双层或多层结构组成；一个上部叠层结构，由一组双层或者多层结构组成。一个爆破系统，由爆扩物（炸药7）、爆扩仓体5、引爆线10、起爆器11组成。
[0020] 爆胀筒内的具体结构如下：
[0021] 如图1所示，爆胀筒2内底部和顶部分别固定设置有叠层结构4，叠层结构可由两个分层或多层结构组成，但必须至少是两种不同的材料制作的。对于一个双分层的叠层结构，其中一层材料的声阻抗必须低于另一个层材料。声阻抗的定义是Cr，其中C和r分别代表声音的速度和材料的密度。而对于多层的叠层结构，各层材料的声阻抗也必须是互异的。各层材料可以采用金属或非金属材料（纤维增强复合材料）。上部和下部叠层结构可能有相同的层数和同一层材料，也可能具有不同的层数量和层材料。这完全取决于个体实际情况。位于爆胀筒内的叠层材料的第一层材料必须是焊接到爆胀筒上的，以此来使该结构更加强劲，让钢销免受损害。但位于爆胀筒内下部的叠层结构不必焊接到爆胀筒，而是使用螺栓安装到爆扩仓体上的。
[0022] 如图1所示，爆胀筒2内叠层结构4之间安装有爆扩仓体5，所述爆扩仓体5的外表面环绕形成凹腔，该凹腔与爆胀筒2内壁形成横截面呈环形的封闭爆扩仓6，所述爆扩仓6内安装有炸药7，炸药7也可以由固体推进剂代替。爆扩仓的作用是约束爆扩，通过改变形状、长度、直径，可以控制爆破后形成的管道形状，以便它能承受最大力量。通常，爆扩后，爆胀筒的外直径将扩大为原始的最少两倍。其断面的面积也将增加至少4倍。
[0023] 如图1、2所示，所述爆扩仓体5的轴线处开设有轴向孔8，所述轴向孔8底端与开设在爆扩仓体5中部的若干径向孔9同时联通；所述轴向孔8内安装有引爆线10，所述引爆线10穿过位于爆胀筒2顶部的叠层结构4与起爆器11连接，起爆器必须与引爆线10紧密地接触以便能够顺利地引爆。起爆器是炸药引爆点。爆扩波沿着一个轴向孔8和若干径向孔9传播。这些径向孔（至少8孔）均匀分布在爆扩仓体5的同一横截面上，通过径向孔，爆扩波可以顺利地、均匀地传播至爆扩仓6内而引爆扩药7。
[0024] 如图1所示，所述爆胀筒2外位于爆扩仓6上方和下方分别固定安装有加强环12，用来减少桩管的不必要扩张，加强环12采用金属材料或纤维增强复合材料。
[0025] 如图3所示，通过爆扩形成一个灯笼状的局部扩充部分来有效地提高桩的抗压、抗拔和抗侧向的综合承载能力。
[0026] 任何对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
