改进的螺旋桩 【技术领域】
本发明涉及一种改进的螺旋桩。背景技术 螺旋桩用于建筑物和其它结构的构造中。典型的螺旋桩包括轴， 该轴通常由软钢 或更高强度的钢来制造。螺旋体或螺旋刀片安装在轴上。为了将螺旋桩插入地下， 该螺旋 桩进行旋转和向下按压， 这使得螺旋刀片咬入地下和拧入地下。一旦螺旋桩被合适地插入 地下， 由螺旋桩承载的重量将从螺旋刀片分布至位于该螺旋刀片下面的土地中。 而且， 位于 螺旋刀片上面的土地帮助抵抗施加在螺旋桩上的任何升高力， 从而帮助将螺旋桩保持在地 下。
普通的螺旋桩包括单个螺旋刀片。 该刀片具有前边缘， 当螺旋桩拧入地下时， 该前 边缘穿过土地和使该土地破裂。普通的螺旋桩具有在它们的刀片上的前边缘， 该前边缘大 致垂直于刀片的外周 ( 当从上面看时 ) 延伸。当轴为普通的柱形形状时， 刀片的前边缘可 以认为沿径向方向从轴向外伸出。
在本说明书中， 术语 “包括” 和它的语法同义词应当认为具有包含的意思， 除非上 下文中另外说明。
本申请人并不承认损害说明书的任何现有技术形成澳大利亚或其它地方的公知 常识的一部分。
发明内容 本发明的目的是提供一种可替换的螺旋桩。
在第一方面， 本发明提供了一种螺旋桩， 该螺旋桩包括轴， 至少两个刀片从该轴向 外伸出， 各刀片具有前边缘， 当螺旋桩拧入地下时， 该前边缘接触泥土， 各前边缘在从上面 看时包括沿与轴的外周不垂直的方向延伸的至少一部分。
在第二方面， 本发明提供了一种螺旋桩， 该螺旋桩包括轴， 至少两个刀片从该轴向 外伸出， 各刀片具有前边缘， 当螺旋桩拧入地下时， 该前边缘接触泥土， 各前边缘包括后掠 部分， 该后掠部分用于在螺旋桩插入地下的过程中使得与前边缘的后掠部分接触的岩石偏 转。
在第三方面， 本发明提供了一种螺旋桩， 该螺旋桩包括轴， 至少两个刀片从该轴向 外伸出， 各刀片具有前边缘， 当螺旋桩拧入地下时， 该前边缘接触泥土， 各前边缘朝着轴收 缩。
本发明的螺旋桩可以包括倾斜板形式的两个刀片。倾斜板可以安装在轴上。倾斜 板可以通过例如焊接而安装在轴上。可选择地， 倾斜板可以与轴形成一体。倾斜板可以为 大致扁平的倾斜板。该倾斜板可以具有彼此相对的倾斜度。例如， 当从侧部看时， 一个倾斜 板可以从左向右地向下延伸， 而另一倾斜板可以从右向左地向下延伸。
在另一实施例中， 两个刀片成螺旋刀片的形式。
在一些实施例中， 刀片定位在轴的相对侧上。 因为用于螺旋桩的大部分轴为柱形， 因此刀片可以位于轴的径向相对侧上。
刀片或倾斜板的最下侧边缘合适地定位成高于轴的最下侧部分。在该形式中， 轴 延伸至低于刀片， 在刀片与土地接触之前轴的下端与土地接触。轴的下端可以合适地装配 有或形成有冲击钻头。 当螺旋桩拧入地下时， 冲击钻头与土地接合， 这用于在螺旋桩拧入地 下时使得该螺旋桩稳定。冲击钻头可以为形成于轴的下端上的两个径向相对尖端的形式。
在一些实施例中， 刀片的前边缘可以包括与从轴伸出的垂直线成一定角度延伸的 部分 ( 从上面看时 )。
刀片的前边缘可以包括两个或更多个分离的部分， 这些部分以彼此不同角度延 伸。例如， 前边缘可以具有最内侧部分， 该最内侧部分邻近轴， 并沿与该轴大致垂直的方向 延伸。第二部分可以从第一部分伸出， 且该第二部分与第一部分成一定角度延伸。理想地， 第二部分为后掠部分。前边缘还可以包括其它部分。例如， 前边缘可以包括第三部分， 该第 三部分与第二部分成一定角度延伸， 在一些实施例中， 甚至还包括第四部分， 该第四部分与 第三部分成一定角度延伸。理想地， 第三部分从第二部分后掠， 第四部分从第三部分后掠。 在该实施例中， 前边缘的多个部分可以为大致直的边缘部分。
在其它实施例中， 前边缘可以从布置成邻近轴的最内侧部分平滑后掠。在该实施 例中， 前边缘可以为弯曲前边缘的形式， 它在离开轴延伸时逐渐后掠。
本发明的螺旋桩的刀片的前边缘具有至少一部分， 该至少一部分在螺旋桩插入地 下的过程中沿刀片的旋转方向后掠。 沿刀片的旋转方向后掠的该至少一部分帮助使得在螺 旋桩插入地下的过程中可能遇到的任何岩石偏转。这样， 在刀片插入地下的过程中作用在 刀片前边缘上的冲击负载降低。
在一些实施例中， 刀片的后部部分可以包括大致正方形或矩形的部分。
在一些实施例中， 刀片的后边缘可以包括与从轴伸出的垂直线成一定角度地延伸 的部分 ( 当从上面看时 )。后边缘可以包括第一部分和与该第一部分成一定角度延伸的第 二部分。可选择地， 后边缘可以朝着轴平滑后掠。在这些实施例中， 后边缘也朝着轴后掠。 这也在螺旋桩插入地下的过程中帮助岩石或其它硬材料离开刀片的后边缘偏转。而且， 后 掠的后边缘形成在刀片之间的 “加宽开口” ， 从而降低岩石或其它硬材料卡在刀片之间的趋 势。
在一些实施例中， 后边缘可以与前边缘的形状镜像。
具有两个刀片的本发明螺旋桩还在螺旋桩插入地下的阶段中提供了更大的稳定 性。在这方面， 当螺旋桩拧入地下时， 各刀片与土地接合。因此， 由于与土地接合而施加在 各刀片上的力将彼此抵消， 从而导致在插入过程中力更均匀地分配在螺旋桩上。
在本发明的螺旋桩中使用两个刀片提供了又一优点。应当知道， 当螺旋桩拧入地 下时， 当螺旋桩的刀片旋转穿过泥土时将扰乱该泥土。 一旦螺旋桩到达它的安装深度， 位于 刀片前边缘附近的泥土部分将不会被扰乱， 因为刀片没有穿过该泥土部分。本领域技术人 员很容易知道， 未扰乱的泥土与已扰乱的泥土相比通常具有更大的负载承载能力。当在本 发明的螺旋桩的两个刀片的前边缘附近有未扰乱的泥土部分时， 与具有单个螺旋刀片的普 通螺旋桩的负载承载能力相比， 安装的本发明螺旋桩的负载承载能力将提高。
又一优点是当螺旋桩安装在地下时， 泥土位于本发明的螺旋桩的两个刀片的上面。 因此， 与具有单个螺旋刀片的普通螺旋桩相比， 抵抗施加在安装的螺旋桩上的提升力的 能力将提高。
在刀片的后部部分包括大致正方形或矩形部分的实施例中， 螺旋桩在压缩和拉伸 情况下的性能可以进一步提高。
在刀片由大致扁平板制造的实施例中， 螺旋桩的制造可以大大简化。 例如， 椭圆形 切口或凹口可以形成于刀片中， 且椭圆形切口或凹口的形状沿刀片将安装在轴上的角度而 跟随轴的外周边的形状。这时， 刀片可以简单地切割或冲压， 并随后焊接在轴上。与单个螺 旋刀片的普通螺旋桩相比， 这是更简单的制造方法， 该普通螺旋桩通常包括形成半圆形板 和使得该板形成螺旋形刮板 (flight)， 以便随后安装在轴上。
在刀片为大致扁平板形状的实施例中， 前边缘可以通过冲压或切割前边缘而形成 所需形状。
刀片的形状和 / 或尺寸可以根据螺旋桩的建议用途来变化。例如， 对于用于砂质 或容易碎的土壤， 可以使用较宽的刀片。 较宽的刀片是合适的， 因为螺旋桩能够很容易地拧 入砂质或易碎的土壤。而且， 较宽的刀片有助于将施加在螺旋桩上的压缩和拉伸负载散布 至螺旋桩周围的土壤中。对于将用于粘土地点的螺旋桩， 可以使用更小宽度的刀片。对于 将用于岩石土地地点中的螺旋桩， 可以使用甚至更小宽度的刀片， 以便于刀片在安装过程 中穿透泥土。用于螺旋桩上的刀片可以具有进一步后掠的部分， 以便提高岩石在安装过程 中的偏转。 当螺旋桩用于需要更大安装力的地点时， 刀片的厚度还可以增加。
在一些实施例中， 刀片的前边缘可以倾斜或削尖， 以便提高当螺旋桩拧入地下时 前边缘对泥土的穿透， 并提高刀片使得岩石或其它硬材料偏转的能力。
附图说明
图 1 表示了本发明一个实施例的螺旋桩的透视图 ； 图 2 表示了图 1 中所示的螺旋桩的平面图， 但是为了清楚只表示了一个刀片 ； 图 3 是图 1 中所示的螺旋桩的平面图 ； 图 4 是图 1 中所示的螺旋桩的仰视图 ； 图 5 是本发明另一实施例的螺旋桩的透视图 ； 图 6 表示了图 5 中所示的螺旋桩的平面图， 但是为了清楚只表示了一个刀片 ； 图 7 是图 5 中所示的螺旋桩的平面图 ； 图 8 是图 5 中所示的螺旋桩的仰视图 ； 图 9 是本发明另一实施例的螺旋桩的透视图 ； 图 10 是用于图 9 所示的螺旋桩中的其中一个刀片的侧视图 ； 图 11 表示了图 9 中所示的螺旋桩的平面图， 但是为了清楚只表示了一个刀片 ； 图 12 是图 9 中所示的螺旋桩的平面图 ； 图 13 是图 9 中所示的螺旋桩的仰视图 ； 图 14 表示了本发明又一实施例的螺旋桩的平面图 ； 以及 图 15 是已经切割成形的板的视图， 它用作在本发明一个实施例的螺旋桩上的刀片。具体实施方式
应当知道， 附图用于表示本发明的实施例。因此， 应当理解， 本发明不能认为只限 制为附图中所示的特征。
图 1 至 4 表示了本发明实施例的螺旋桩的不同视图。图 1 至 4 中所示的螺旋桩设 计成用于易碎的砂质土或其它土壤中。图 1 至 4 中所示的螺旋桩 10 包括轴 12。轴 12 为大 致柱形轴， 它可以由软钢或更高强度的钢来制造。轴 12 可以为空心轴。轴 12 具有上端 14 和下端 16。两个驱动凸耳 18、 20( 见图 3) 附接在轴上并靠近上端 14。驱动凸耳 18、 20 与 驱动机构接合， 以便于将螺旋桩 10 拧入地下。
螺旋桩 10 还包括两个刀片 22、 24。如图 1 中最好所示， 刀片 22、 24 安装在轴 12 的 外周上， 且各刀片安装成与轴 12 的纵向轴线成相对的角度。各刀片 22、 24 包括扁平板。
轴的下端 16 包括由尖端 26、 28 形成的冲击钻头。在螺旋桩 10 安装在地下的过程 中， 冲击钻头在螺旋桩的任何其它部分之前接触地面。 冲击钻头咬入地下， 并帮助将螺旋桩 保持在所需的安装位置。
一旦冲击钻头穿透进入地下较短距离， 螺旋桩 10 的刀片 22、 24 将与地面接合， 并 挖入地下。这使得螺旋桩 10 拧入地下。螺旋桩 10 继续旋转， 直到螺旋桩拧入至所需的深 度。 图 2 表示了轴 12 和刀片 24 的平面图。刀片 24 具有前边缘， 该前边缘总体以参考 标号 30 表示。刀片 24 的旋转方向如图 2 中的箭头所示。当刀片 24 在螺旋桩 10 插入地下 的过程中旋转时， 该前边缘 30 是刀片 24 的、 与泥土接触的部分。因此， 当螺旋桩拧入地下 时， 前边缘 30 与泥土接合并使得泥土破裂。前边缘 30 包括第一部分 32、 第二部分 34 和第 三部分 36。第一部分 32 位于轴 12 附近。第一部分 32 大致垂直于轴 12 的外周延伸。这 样， 刀片 24 的前边缘的第一部分 32 可以认为沿径向方向从轴 12 伸出。
前边缘 30 的第二部分 34 从第一部分 32 后掠。类似地， 第三部分 36 从第二部分 34 后掠。 这样， 当第二部分或第三部分在螺旋桩 10 的拧入过程中接触岩石或其它岩屑或硬 材料时， 前边缘的这些部分的后掠角帮助除去或偏转该岩石或硬材料， 从而方便螺旋桩 10 插入地下和使螺旋桩或用于拧入螺旋桩的设备受损的可能性最小。
前边缘 30 的第一部分 32 可以认为包括较小和较强的初始直的刀片冲击区域。第 二部分 34 可以认为包括中等的随后后掠冲击区域。第三区域 36 可以认为包括最大的随后 增加的后掠冲击区域。
还由图 2 可见， 刀片 24 的后部部分 38 为大致正方形或矩形形状。
螺旋桩 10 的另一刀片 22 在它的前边缘和后部部分处具有大致类似的结构。
图 5 至 8 表示了本发明的螺旋桩 50 的另一实施例。图 5 至 8 中所示的实施例非 常类似于图 1 至 4 中所示的螺旋桩 10。 为了方便， 相同结构将使用相同的参考标号， 但是加 上’ 。这些结构不需要进一步介绍。图 5 至 8 中所示的螺旋桩 50 主要设计成用于粘质土。
图 5 至 8 中所示的螺旋桩 50 与图 1 至 4 中所示的螺旋桩 10 的区别在于刀片的宽 度更小。特别是， 图 5 至 8 中所示的刀片 24’ 的宽度 W 小于图 1 至 4 中所示的刀片 24 的宽 度 W。这样的原因是螺旋桩 10 设计成用于砂质土地点。因为这些土壤容易破裂， 因此刀片 24 的附加宽度不会使得螺旋桩 10 很难拧入土壤内。而且， 刀片 24( 和也安装在轴 12 上的
相应刀片 22) 的附加宽度帮助使得负载从螺旋桩扩展至易碎的土壤中。相反， 图5至8中 所示的更窄刀片 24’ 能够很好地透入坚实和硬的粘质土中。坚实和硬的粘质土提供了良好 的土工技术支承， 刀片 22’ 和 24’ 优化成在这些土壤中提供最佳的负载特征。尽管图 1 至 8 中未示出， 螺旋桩 10 上的刀片也可以比螺旋桩 50 上的刀片更薄。
图 9 至 13 表示了本发明另一实施例的螺旋桩 60 的不同视图。螺旋桩 60 具有多 个结构与图 1 中所示的螺旋桩 10 相同， 为了方便， 这些相同结构将使用相同的参考标号， 但 是加上” 。这些结构不需要进一步介绍。
螺旋桩 60 将用于石质土。因此， 与图 1 至 8 中所示的螺旋桩 10 和 50 相比， 螺旋 桩 60 的刀片的宽度更小。刀片 22” 和 24” 也比刀片 22、 24 和 22’ 、 24’ 更厚。如图 10 中所 示， 刀片 22” 也具有倾斜的前边缘 23， 该前边缘在拧入螺旋桩 60 的过程中帮助破裂或穿透 在前边缘前面的土地， 还提高了刀片 22” 和 24” 的偏转能力。
还一区别在于刀片 24″的前部部分包括第一部分 32″、 第二部分 34″、 第三部分 36″和第四部分 37。第一部分 32″包括较小和最强的初始直的刀片冲击区域， 第二区域 34” 提供了中等的随后后掠冲击区域， 第三区域 36" 提供了更大的随后增加的后掠冲击区 域， 而第四区域 37 提供了后边缘刀片， 以便帮助使得岩石材料最终偏转。刀片 22″具有相 同的前边缘区域。 后部部分 38″还有尾部刀片区域 39， 以便负载分配。尾部刀片区域 39 可以通过 简单地切除刀片的后部部分的拐角而方便地形成。
图 9 至 13 中所示的螺旋桩 60 的实施例具有最小和最厚的刀片， 具有在刀片中的 附加切割部分和偏转。这种形式的螺旋桩设计成穿透包括岩石、 岩屑和鹅卵石的最困难的 土壤。这种类型与图 1 至 8 中所示的类型相比更少依赖于刀片负载能力， 因为它设计成划 刻和接合基岩。
图 14 表示了本发明还一实施例的螺旋桩的平面图。图 14 中所示的螺旋桩 100 具 有轴 102 和两个刀片， 在图 14 中表示为刀片 A 和刀片 B。刀片 A 具有前边缘 104， 该前边缘 104 包括第一冲击边缘部分 106、 第二冲击边缘部分 108 和第三冲击边缘部分 110。 类似地， 刀片 B 具有前边缘 112， 该前边缘 112 包括第一冲击边缘部分 114、 第二冲击边缘部分 116 和第三冲击边缘部分 118。
刀片 A 具有后边缘 120， 该后边缘 120 具有边缘部分 122 和后掠边缘部分 124。后 边缘 120 通过位于刀片 B 的前边缘 112 的边缘部分 114 附近的垂直部分而与轴 102 连接， 如图 14 中所示。刀片 B 具有后边缘 130， 该后边缘 130 具有边缘部分 132 和后掠边缘部分 134。后边缘 130 通过位于刀片 A 的前边缘 104 的边缘部分 106 附近的垂直部分而与轴 102 连接， 如图 14 中所示。应当知道， 一个刀片的后边缘处于与另一刀片的前边缘不同的垂直 高度处。
由图 14 中可见， 各刀片的后边缘与另一刀片的前边缘成镜像， 以便产生在刀片之 间的张开开口， 从而防止岩石和岩屑卡在刀片之间。这些白色开口由参考标号 140 和 142 表示。后掠的刀片边缘还有助于使得试图卡在刀片之间的任何岩石或岩屑偏转。
图 15 表示了钢板 150， 该钢板 150 已经切割成适合用作如图 14 中所示的本发明实 施例的螺旋桩上的刀片的形状。板 150 由 8mm 厚的 350 级钢来制造， 尽管可以知道， 板可以 由不同等级和 / 或厚度的钢来制造， 或者实际上它可以由其它合金或材料来制造。板 150
具有前边缘部分 152、 154 和 156 以及后边缘部分 158、 160 和 162。板具有侧边缘 164。还 制成半椭圆形切口 166， 以便使得刀片与螺旋桩的轴的外周接近一致， 应当知道， 板与水平 方向成一定角度地安装在轴上 ( 因此需要半椭圆形切口 )。如图 15 中所示， 后边缘是前边 缘的镜像。
根据本发明实施例的螺旋桩提供了坚固的螺旋桩， 该螺旋桩具有提高的安装能 力。使用双刀片使得在刀片装入地下的过程中施加在刀片上的力均匀。而且， 由螺旋桩承 受的负载通过该双刀片而均匀分布至地中。在刀片由扁平板形成的实施例中， 刀片通过切 割或冲压而很容易地制造， 且刀片可以非常简单地通过焊接而与螺旋桩的轴连接。螺旋桩 的一些实施例包括在轴的端部上的冲击点或冲击钻头， 这也有助于在安装过程中保持桩对 准和在安装过程中使螺旋桩的振动最小。
根据本发明各个实施例的螺旋桩可以提供以下优点 ：
与普通螺旋桩不同， 双刀片桩具有两个主要的冲击 / 嵌入刀片， 用于例如在安装 过程中和安装之后增加和平衡负载分配， 从而有效地倍增接合基底面 ；
倾斜扁平的双刀片提供了在安装过程中透入土壤中的相对平衡 ；
各刀片切割边缘在地下穿透过程中提供了 3 个渐进的切割 / 嵌入阶段 ；
各刀片提供了后掠累进， 以便对抗阻力， 用于提高穿透 ；
当各刀片旋转以便接合时， 后掠角相对于旋转而增大 ；
双扁平刀片提供了正方形的 “双组合” 端部承载板， 用于压缩 & 拉伸负载 ；
各刀片的后边缘与相对刀片的前边缘镜像， 以便在刀片之间产生 “加宽开口” ， 从 而防止岩石和岩屑卡住。 后掠刀片边缘也帮助使得试图卡在刀片之间的任何岩石或岩屑偏 转；
桩的部件和设计提供了简单和成本有效的制造方法。
本领域技术人员应当知道， 除了这里特别所述， 本发明还可以进行变化和改变。 螺 旋桩的一种可能变化可以包括添加又一组双刀片， 该组双刀片在图 1 至 13 所示的下部双刀 片的上面并与下部双刀片间隔一定距离处。 这些双刀片以与螺旋桩的轴相同的方式而合适 地安装。在该实施例中， 存在于下部组的双刀片和上部组的双刀片之间的土地陷在两组刀 片之间。因此， 该实施例的螺旋桩以与摩擦桩相同的方式起作用。
在其它实施例中， 扁平板双刀片 ( 如图 1 至 13 中所示 ) 可以由螺旋双刀片或双螺 旋刮板来代替。
应当知道， 本发明包含落在本发明的精神和范围内的所有变化和改变。