一种消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩及施工方法技术领域
本发明属于岩土工程地基处理领域，具体涉及消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩的
技术。
背景技术
近年来，国民经济高速发展，基础设施建设不断加快，对基础要求严格的高层和超
高层建筑物不断增多，桩基础成为处理地基的重要途径，被广泛应用于各类地基中。然而在
实际工程中发现湿陷性黄土、季节性冻土、软土和其他不良土质地区采用桩基础时，不同程
度地出现了基础不均匀沉降，地基承载力不足等问题，研究发现桩基负摩阻力是造成此类
问题的主要原因。桩基负摩阻力是由于桩周土体下沉较快所引起的沉降变形大于桩基础而
产生的，它可能引起桩端地基屈服或破坏、基础不均匀沉降、桩体压曲或断裂等，从而导致
上层建筑物倾斜、开裂甚至坍塌，严重威胁人民生命和财产安全。因此，在不良土质地区如
何有效减小甚至消除桩基负摩阻力成为工程界亟待解决的问题。
目前，工程上处理桩基负摩阻力的有效方法主要有三种：地基处理法、界面处置法
和桩体处置法。地基处理法最常见的方法是强夯法，但此种方法对于高压缩性地基土来说
处理效果不佳；界面处置法常见为在桩体涂沥青滑动薄层，该方法主要是利用沥青滑动薄
层摩擦系数小的原理来减小桩基负摩阻力，将土体沉降产生的部分下拉荷载从桩体上部转
移到桩体下部，该部分荷载仍由桩体承担，并没有从本质上消除负摩阻力，且沥青涂层的效
果受温度、时间等因素影响明显，长埋于地下的沥青涂层会对环境和地下水的安全造成威
胁；桩体处置法是通过增加桩数的方式来加固地基土，提高基础承载能力，消除负摩阻力所
带来的影响，其造价高，工程量大，但未从本质上消除负摩阻力。因此一种可消除桩基负摩
阻力且能增加桩基承载能力、施工速度快、经济效益好的桩体和施工方法是工程界所迫切
需要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩及施工方法。
本发明是一种消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩及施工方法，消除桩基负摩阻力的
扩体挤密桩，其结构包括桩体1、扩张装置2、套筒3和承台4；桩体1为混凝土钢管桩；扩张装
置2由双向卡箍5、单向卡箍6、曲柄连杆7、转轴销8构成，利用转轴销8将曲柄连杆7连接在双
向卡箍5两侧的转轴支座9上，将双向卡箍5一侧的曲柄连杆7与单向卡箍6相连，形成扩张装
置2；套筒3为一圆柱形钢筒，与扩张装置2自由一侧的曲柄连杆7相连；将连接好的装置套入
桩体1，使套筒3顶部与桩顶齐平，并用定位螺栓固定单向卡箍6；用打桩机将桩体1打至设计
位置；在桩顶浇筑钢筋混凝土承台4。
本发明的消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩的施工方法，其步骤为：
（1）预制桩体1：根据设计要求确定桩长、桩径和中性点位置，并于中性点位置处截面等
间距钻4~6个定位螺栓孔11；
（2）预制扩张装置2：根据设计要求用钢材制作双向卡箍5、单向卡箍6、曲柄连杆7，转轴
销8；利用转轴销8将曲柄连杆7依次连接在双向卡箍5两侧的转轴支座9上，并用同样的方法
将连接在双向卡箍5一侧的曲柄连杆7与单向卡箍6相连，从而完成扩张装置2的制作；
（3）预制套筒3：根据桩体1直径、长度、中性点位置以及曲柄连杆7长度确定套筒3直径、
长度，加工套筒3，并在其下端焊接10~12组转轴支座9；
（4）整体装配：将扩张装置2仍处于自由一侧的曲柄连杆7与套筒3相连，并将连接后的
装置套在桩体1上，用定位螺栓将单向卡箍6固定在桩体1上；
（5）定位及打桩：根据设计要求，于地面标定的预定打桩位置，用桩锤将整个桩体1打至
设计标高；
（6）施工承台4：在桩顶位置支模，绑扎钢筋，浇筑混凝土，进而完成承台4的施工；
（7）按照第（4）、（5）、（6）的步骤重复施工下一根桩，直至施工完成。
本发明的有益效果：本发明通过在桩体中性点以上设置扩张装置来消除桩基负摩
阻力的影响，整体结构简单，可模块化加工生产，组装化程度高，施工速度快，实用性强。首
先，扩张装置可在土体沉降与桩体发生相对运动时，带动套筒滑动，消除土体沉降对桩体产
生的负摩阻力；其次，套筒带动曲柄连杆旋转挤压周围土体，使桩周一定范围内的土体密实
度得到提高，改善了桩周土体的物理力学性质；最后，伸入土体的扩张装置将桩由普通桩转
化为支盘特性桩，增加桩体与周围土体的正摩擦力，分散桩体所受集中力，使土体与桩体协
同工作，提高地基承载力，减少基础沉降。
附图说明
图1是土体未沉降时本发明整体示意图；图2是土体沉降后本发明的整体示意图；
图3是桩体示意图；图4是扩张装置示意图；图5是套筒示意图；图6是双向卡箍示意图；图7是
单向卡箍示意图；图8是曲柄连杆示意图；附图标记及对应名称为：桩体1、扩张装置2、套筒
3、承台4、双向卡箍5、单向卡箍6、曲柄连杆7、转轴销8、转轴支座9、转轴孔10、定位螺栓孔
11。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，所举实例只用于解释本发
明，并非用于限制本发明。在本发明原则内，所做的修改、等同替换和改进都属于本发明的
保护范围。
如图1-8所示，本发明是一种消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩，其结构包括桩体1、
扩张装置2、套筒3和承台4；桩体1为混凝土钢管桩；扩张装置2由双向卡箍5、单向卡箍6、曲
柄连杆7、转轴销8连接构成，利用转轴销8将曲柄连杆7连接在双向卡箍5两侧的转轴支座9
上，将双向卡箍5一侧的曲柄连杆7与单向卡箍6相连，形成扩张装置2；套筒3为一圆柱形钢
筒，与扩张装置2自由一侧的曲柄连杆7相连；将连接好的装置套入桩体1，使套筒3顶部与桩
顶齐平，并用定位螺栓固定单向卡箍6；用打桩机打入桩体1至设计位置；在桩顶浇筑钢筋混
凝土承台4。
如图1、2、3所示，桩体1为混凝土钢管桩，在其中性点处圆截面等间距设置4~6个定
位螺栓孔11。
如图1、2、4所示，扩张装置2由双向卡箍5、单向卡箍6、曲柄连杆7、转轴销8连接构
成，利用转轴销8将曲柄连杆7依次连接在双向卡箍5两侧的转轴支座9上，并用同样的方法
将连接在双向卡箍5一侧的曲柄连杆7与单向卡箍6相连。
如图1、2、5所示，套筒3为圆柱形钢筒，其内径与桩体1外径相同，下端环向等间距
设有10~12组转轴支座9。
如图1、2、4、6所示，双向卡箍5为高8~10cm的钢环，内径与桩体1外径相同，两端对
称设置转轴支座9，每侧数量为10~12组，规格与套筒3上一致。
如图1、2、4、7所示，单向卡箍6为高8~10cm的钢环，内径与桩体1外径相同，其一端
设置10~12组转轴支座9，规格与套筒3上一致，另一端为平整截面，绕其圆周等间距预留与
桩体1相配套的定位螺栓孔11。
如图1、2、4、8所示，曲柄连杆7由两根与桩体1曲率相同的弧形条状薄板通过销钉
连接而成；弧形条状薄板长15~20cm，一端设有转轴孔10，另一端设有销钉孔。
如图所示，本发明是一种消除桩基负摩阻力的扩体挤密桩及施工方法，其步骤为：
（1）预制桩体1：根据设计要求确定桩长、桩径和中性点位置，并于中性点位置处截面等
间距钻4~6个定位螺栓孔11；
（2）预制扩张装置2：根据设计要求用钢材制作双向卡箍5、单向卡箍6、曲柄连杆7，转轴
销8；利用转轴销8将曲柄连杆7依次连接在双向卡箍5两侧的转轴支座9上，并用同样的方法
将连接在双向卡箍5一侧的曲柄连杆7与单向卡箍6相连，从而完成扩张装置2的制作；
（3）预制套筒3：根据桩体1直径、长度、中性点位置以及曲柄连杆7长度确定套筒3直径、
长度；加工套筒3，并在其下端焊接10~12组转轴支座9；
（4）整体装配：将扩张装置2仍处于自由一侧的曲柄连杆7与套筒3相连，并将连接后的
装置套在桩体1上，用定位螺栓将单向卡箍6固定在桩体1上；
（5）定位及打桩：根据设计要求，于地面标定的预定打桩位置，用桩锤将整个桩体1打至
设计标高；
（6）施工承台4：在桩顶位置支模，绑扎钢筋，浇筑混凝土，进而完成承台4的施工；
（7）按照第（4）、（5）、（6）的步骤重复施工下一根桩，直至施工完成。
本发明的工作原理主要为：（1）消除桩基负摩阻力：软弱地基土沉降变形大，与桩
体发身相对运动产生桩基负摩阻力，形成了对桩基的附加荷载，增大了桩体轴力，本发明通
过在桩体外侧中性点以上设置套筒，使土体沉降时带动套筒滑动来消除土体沉降与桩体发
生相对运动时产生的桩基负摩阻力。（2）挤密改善周围土体性质，增大桩体承载力：桩体外
侧所设置的扩张装置在土体带动套筒滑动的同时曲柄连杆旋转插入桩周土体，压实挤密桩
周一定范围内的土层，阻止桩基周围土体的沉降，从而增加地基土的承载能力；桩体外侧装
置扩张后，曲柄连杆插入周围土体，桩由普通桩转化为支盘特性桩，所形成的凸体可增加桩
基与土体的正摩檫力，同时，分散桩体所受集中力，使得土体与桩体协同工作，提高了基础
承载力，从而满足了建筑物或其他基础设施等对地基处理的要求。