湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩

摘要

本发明涉及基坑支护设备技术领域；湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，包括主桩管、上接桩管、芯管、钢丝电极、膨胀锚顶和膨胀锚顶电刷球；其中，主桩管为塑钢圆管，侧面设置有多个电极孔，其上端与上接桩管可拆卸连接，下端设置有膨胀锚顶，膨胀锚顶由安装在主桩管下端端部的锚尖、至少两个锚杆和锚杆铰轴组成，锚杆沿主桩管中轴线对称倾斜布置，主桩管侧壁在锚杆处设置有锚槽；芯管为圆柱状塑料件，套装在上接桩管内，安装有电极插座、插座连接导线和电刷推杆；本发明在不增加土方工程量的情况下，通过电弧击穿土层烧结的方式，实现了接近加筋土的支护加固效果，有效提高了湿陷性黄土环境下基坑作业的安全性。

权利要求

1.湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，包括主桩管、上接桩管、芯管、钢丝电极、膨胀锚顶和膨胀锚顶电刷球；

其中，主桩管为塑钢圆管，侧面设置有多个电极孔，其上端与上接桩管可拆卸连接，下端设置有膨胀锚顶，膨胀锚顶由安装在主桩管下端端部的锚尖、至少两个锚杆和锚杆铰轴组成，锚杆沿主桩管中轴线对称倾斜布置，其下端通过锚杆铰轴铰接在主桩管内，主桩管侧壁在锚杆处设置有锚槽，锚槽长度与锚杆正侧面投影长度相等；

芯管为圆柱状塑料件，套装在上接桩管内，安装有电极插座、插座连接导线和电刷推杆，其中，芯管下端安装有环状的电极插座，钢丝电极有多个，每个钢丝电极上端固定安装在电极插座内，下端伸入一个电极孔内；插座连接导线安装在芯管内，与电极插座电性连接并在芯管上端设置有接电桩；芯管中轴线处固定安装电刷推杆，电刷推杆为包塑钢柱，下端向下延伸并连接膨胀锚顶电刷球，膨胀锚顶电刷球位于多个锚杆之间，上端向上伸出芯管并设置接电桩。

2.如权利要求1所述的湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，所述电刷推杆与膨胀锚顶电刷球连接处安装有锚槽密封套筒。

3.如权利要求1所述的湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，所述锚尖与主桩管螺纹连接，主桩管与上接桩管螺纹连接。

4.如权利要求1所述的湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，还包括锚杆收拽钢丝圈，锚杆收拽钢丝圈安装在膨胀锚顶电刷球上，并套在锚杆外侧。

5.如权利要求1所述的湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，所述钢丝电极顶部设置有球端，球端位于主桩管外侧，球端尺寸大于电极孔尺寸。

6.如权利要求3所述的湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，所述锚尖内设置有承力架，承力架与锚杆、锚杆铰轴处接触。

7.如权利要求1所述的湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，其特征在于，还包括坡侧电极板，坡侧电极板由塑料基板、电极尖阵列和导电线组成，电极尖阵列嵌入安装在塑料基板内，其尖端穿过塑料基板并指向坡侧，导电线连接电极尖阵列中各电极尖与电源。

说明书

湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩

技术领域：

[0001] 本发明涉及基坑支护设备技术领域。背景技术：

[0002] 黄土作为一种特殊性土，其特性主要表现在结构性、欠压密性以及湿陷性。其中，湿陷性是黄土的核心特征，具体表现在，土体在受到水的浸入后，由于上覆土层的自重应力作用，或者在自重应力和附加应力的共同作用下，土体结构会迅速破坏并产生明显的附加下沉。甘肃省湿陷性黄土主要分布在陇西及陇东地区。该地区湿陷性黄土具有分布广，湿陷性黄土层厚度通常大于10m，地基湿陷等级多为III、IV级，湿陷性敏感程度大，对工程建设的危害程度较大。

[0003] 对湿陷性黄土环境内的工程基坑进行加固作业有较大困难，单独使用基桩加固效果较差，使用排桩或砌筑围堰需要耗费较多的工程材料且该工程材料难以回收，如使用加筋土工程方式虽能达到最好的加固效果，但操作过程需要大幅增加基坑挖掘规模，工程土方量增加巨大且耗时较长，对工期有较大影响。发明内容：

[0004] 鉴于此，有必要设计一种用于湿陷性黄土基坑工程的支护装置，在接近基桩工程工作量的情况下获得接近加筋土的支护效果。

[0005] 湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，包括主桩管、上接桩管、芯管、钢丝电极、膨胀锚顶和膨胀锚顶电刷球。

[0006] 其中，主桩管为塑钢圆管，侧面设置有多个电极孔，其上端与上接桩管可拆卸连接，下端设置有膨胀锚顶，膨胀锚顶由安装在主桩管下端端部的锚尖、至少两个锚杆和锚杆铰轴组成，锚杆沿主桩管中轴线对称倾斜布置，其下端通过锚杆铰轴铰接在主桩管内，主桩管侧壁在锚杆处设置有锚槽，锚槽长度与锚杆正侧面投影长度相等。

[0007] 芯管为圆柱状塑料件，套装在上接桩管内，安装有电极插座、插座连接导线和电刷推杆，其中，芯管下端安装有环状的电极插座，钢丝电极有多个，每个钢丝电极上端固定安装在电极插座内，下端伸入一个电极孔内；插座连接导线安装在芯管内，与电极插座电性连接并在芯管上端设置有接电桩；芯管中轴线处固定安装电刷推杆，电刷推杆为包塑钢柱，下端向下延伸并连接膨胀锚顶电刷球，膨胀锚顶电刷球位于多个锚杆之间，上端向上伸出芯管并设置接电桩。

[0008] 使用时，先将上接桩管与芯管拆下，钢丝电极与电极插座连接分离，电刷推杆与芯管连接分离，钢丝电极与电刷推杆、膨胀锚顶电刷球随主桩管一同垂直钉入土中，之后向主桩管内增压注入加热的干燥空气，该热干空气沿主桩管上的电极孔、锚槽向土中扩散，使主桩管周围土质干燥并预热。完成预热过程后，将芯管与上接桩管安装回主桩管上，推动芯管沿上接桩管向下相对主桩管运动，该过程中，钢丝电极在推动作用下伸出电极孔并插入土中，膨胀锚顶电刷球在电刷推杆推动下推挤锚杆，使锚杆沿锚杆铰轴转动伸出锚槽，进而楔入土中。

[0009] 在完成上述预热与固定过程后，向芯管上连接电极插座的接电桩和连接电刷推杆的接电桩通直流高压电，使锚杆尖端与钢丝电极尖端之间形成电弧击穿土质，进而加热电弧路径上的土质使之局部熔融，断电后熔融土质固结呈枝状，从而形成大范围加筋土，实现对基坑周围黄土的加固功能。

[0010] 优选的，电刷推杆与膨胀锚顶电刷球连接处安装有锚槽密封套筒，该套筒用于在向下推动芯管时，减少土壤颗粒沿锚槽进入主桩管的数量，防止锚杆铰轴卡滞。

[0011] 优选的，锚尖与主桩管螺纹连接，主桩管与上接桩管螺纹连接。螺纹连接为常用连接方式，因本案对主桩管、上接桩管无对齐要求，使用螺纹连接更方便拆装；锚尖通过螺纹连接方式与主桩管可拆卸连接，可以方便对锚杆铰轴、锚杆的安装维护。

[0012] 优选的，本设计还包括锚杆收拽钢丝圈，锚杆收拽钢丝圈安装在膨胀锚顶电刷球上，并套在锚杆外侧，该设计用于在基坑内工程结束后，拆除支护装备过程中，向上提拉芯管即可使锚杆在锚杆收拽钢丝圈的带动下向锚槽折回，方便后续拔出主桩管。

[0013] 优选的，钢丝电极顶部设置有球端，球端位于主桩管外侧，球端尺寸大于电极孔尺寸，防止钢丝电极在随主桩管钉入土中时脱离电极孔，导致无法再次对其电极孔伸出的问题出现。

[0014] 优选的，锚尖内设置有承力架，承力架与锚杆、锚杆铰轴处接触，该结构可以在下推芯管时防止因土壤进入主桩管、导致锚杆铰轴卡滞，进而损坏锚杆铰轴的情况发生。

[0015] 基于同一设计思路，本设计还包括坡侧电极板，坡侧电极板由塑料基板、电极尖阵列和导电线组成，电极尖阵列嵌入安装在塑料基板内，其尖端穿过塑料基板并指向坡侧，导电线连接电极尖阵列中各电极尖与电源。

[0016] 在先安装支护后挖掘基坑的工程过程中，挖掘基坑会导致枝状烧结的土质损坏，降低加固效果，此时可以将上述坡侧电极板贴附在基坑坡上，在坡侧电极板与钢丝电极、锚杆之间再次通电烧结，从而加固基坑坡，巩固支护效果，防止基坑坡局部滑塌。

[0017] 本发明提供了一种用于湿陷性黄土环境基坑施工的支护桩设计，在不增加土方工程量的情况下，通过电弧击穿土层烧结的方式，实现了接近加筋土的支护加固效果，有效提高了湿陷性黄土环境下基坑作业的安全性。附图说明：

[0018] 附图1是本发明湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩具体实施例结构示意图；

[0019] 附图2是本发明湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩具体实施例膨胀锚顶局部结构示意图；

[0020] 附图3是本发明湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩具体实施例坡侧电极板结构示意图。

[0021] 图中：主桩管1、上接桩管2、芯管3、钢丝电极4、膨胀锚顶5、膨胀锚顶电刷球6、电极孔7、锚尖8、锚杆9、锚杆铰轴10、锚槽11、电极插座12、插座连接导线13、电刷推杆14、锚槽密封套筒15、锚杆收拽钢丝圈16、承力架17、塑料基板18、电极尖阵列19、导电线20。具体实施方式：

[0022] 湿陷性黄土基坑防滑塌电烧结支护桩，包括主桩管1、上接桩管2、芯管3、钢丝电极4、膨胀锚顶5和膨胀锚顶电刷球6。

[0023] 其中，主桩管1为塑钢圆管，侧面设置有多个电极孔7，其上端与上接桩管2可拆卸连接，下端设置有膨胀锚顶5，膨胀锚顶5由安装在主桩管1下端端部的锚尖8、至少两个锚杆9和锚杆铰轴10组成，锚杆9沿主桩管1中轴线对称倾斜布置，其下端通过锚杆铰轴10铰接在主桩管1内，主桩管1侧壁在锚杆9处设置有锚槽11，锚槽11长度与锚杆9正侧面投影长度相等，锚尖8与主桩管1螺纹连接，主桩管1与上接桩管2螺纹连接。

[0024] 芯管3为圆柱状塑料件，套装在上接桩管2内，安装有电极插座12、插座连接导线13和电刷推杆14，其中，芯管3下端安装有环状的电极插座12，钢丝电极4有多个，每个钢丝电极4上端固定安装在电极插座12内，下端伸入一个电极孔7内；插座连接导线13安装在芯管3内，与电极插座12电性连接并在芯管3上端设置有接电桩；芯管3中轴线处固定安装电刷推杆14，电刷推杆14为包塑钢柱，下端向下延伸并连接膨胀锚顶电刷球6，膨胀锚顶电刷球6位于多个锚杆9之间，上端向上伸出芯管3并设置接电桩。

[0025] 电刷推杆14与膨胀锚顶电刷球6连接处安装有锚槽密封套筒15；锚杆收拽钢丝圈16安装在膨胀锚顶电刷球6上，并套在锚杆9外侧；锚尖8内设置有承力架17，承力架17与锚杆9、锚杆铰轴10处接触。

[0026] 使用时，先将上接桩管2与芯管3拆下，钢丝电极4与电极插座12连接分离，电刷推杆14与芯管3连接分离，钢丝电极4与电刷推杆14、膨胀锚顶电刷球6随主桩管1一同垂直钉入土中，之后向主桩管1内增压注入加热的干燥空气，该热干空气沿主桩管1上的电极孔7、锚槽11向土中扩散，使主桩管1周围土质干燥并预热。完成预热过程后，将芯管3与上接桩管2安装回主桩管1上，推动芯管3沿上接桩管2向下相对主桩管1运动，该过程中，钢丝电极4在推动作用下伸出电极孔7并插入土中，膨胀锚顶电刷球6在电刷推杆14推动下推挤锚杆9，使锚杆9沿锚杆铰轴10转动伸出锚槽11，进而楔入土中。

[0027] 在完成上述预热与固定过程后，向芯管3上连接电极插座12的接电桩和连接电刷推杆14的接电桩通直流高压电，使锚杆9尖端与钢丝电极4尖端之间形成电弧击穿土质，进而加热电弧路径上的土质使之局部熔融，断电后熔融土质固结呈枝状，从而形成大范围加筋土，实现对基坑周围黄土的加固功能。

[0028] 锚槽密封套筒15用于在向下推动芯管3时，减少土壤颗粒沿锚槽11进入主桩管1的数量，防止锚杆铰轴10卡滞。

[0029] 锚杆收拽钢丝圈16用于在基坑内工程结束后，拆除支护装备过程中，向上提拉芯管3即可使锚杆9在锚杆收拽钢丝圈16的带动下向锚槽11折回，方便后续拔出主桩管1。

[0030] 钢丝电极4顶部设置有球端，球端位于主桩管1外侧，球端尺寸大于电极孔7尺寸，防止钢丝电极4在随主桩管1钉入土中时脱离电极孔7，导致无法再次对其电极孔7伸出的问题出现。

[0031] 承力架17用于在下推芯管3时防止因土壤进入主桩管1、导致锚杆铰轴10卡滞，进而损坏锚杆铰轴10的情况发生。

[0032] 坡侧电极板由塑料基板18、电极尖阵列19和导电线20组成，电极尖阵列19嵌入安装在塑料基板18内，其尖端穿过塑料基板18并指向坡侧，导电线20连接电极尖阵列19中各电极尖与电源。

[0033] 在先安装支护后挖掘基坑的工程过程中，挖掘基坑会导致枝状烧结的土质损坏，降低加固效果，此时可以将上述坡侧电极板贴附在基坑坡上，在坡侧电极板与钢丝电极4、锚杆9之间再次通电烧结，从而加固基坑坡，巩固支护效果，防止基坑坡局部滑塌。