CN103410142B - 一种冲孔扩底灌注桩的施工方法及扩底装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲孔扩底灌注桩的施工方法及扩底装置，其步骤：1）冲孔：预定桩位，利用液压将护筒压入土中；2）扩底：将钻杆与扩底装置连接放入护筒内；3）桩端施工：向孔内倒入硬性的散体材料，利用重锤反复夯击至密实，将圆锥形的桩头用重锤压入桩端中；4）桩身施工。连接管通过螺纹与钻杆连接，连接管与杆件焊接，杆件两端分别用螺栓与杆件连接，杆件通过螺栓放于导向槽内，杆件用螺栓固定在杆件上，连接杆上有挡板，连接杆与螺栓连接，连接杆焊接在清渣筒的底部。方法易行，操作简便，施工方便，成桩质量可靠、造价低、承载力高。结构简单，使用方便，不仅能够实现常规的扩底器功能，解决了常规扩底钻头无法有效清理桩底沉渣的问题。

Description

一种冲孔扩底灌注桩的施工方法及扩底装置

技术领域

本发明涉及冲孔扩底灌注桩技术领域，更具体涉及一种冲孔扩底灌注桩的施工方法，同时还涉及一种冲孔扩底灌注桩的扩底装置。

背景技术

目前，各类工程中使用的主导桩型主要有钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩以及用于软基处理的各种柔性半柔性桩（如搅拌桩、粉喷桩、散体材料桩等）。实践中发现这些桩型都有很大的局限性，如：沉管灌注桩设备简单，施工方便，但其致命弱点是在饱和土中挤土常导致桩身缩颈、离析和断裂，且桩径过小，限制了单桩承载力；钻孔灌注桩桩径大，桩长可调节，单桩承载力大，但工艺复杂，施工时间较长，固体废弃量大，环境污染严重，泥浆护壁的泥皮减弱了侧摩阻力，桩端的沉渣减弱了桩端承载力；预应力管桩有单位面积承载力高、质量易于控制、桩身混凝土密度大、施工功效高等优点，但其有单价较高、存在挤土截桩、受起吊设备限制和单节桩不能过长等问题。为此，一些新型桩型与施工方法应运而生，例如：单管注浆扩底桩成型方法（93112088.8，CN1083150A）、内击扩底桩（93117428.7，CN1099448A），静压扩底桩（97114230.0，CN1209491），螺旋钻孔灌注桩（95104637.3，CN1115818A）等，但这些桩型与施工方法仍存在受某些客观条件限制，适用性差的特点。

扩底桩近年来广泛使用的一种桩型，是一种底部直径大于上部桩身直径的灌注桩，现有工程经验表明在相同的桩轴直径尺寸下，扩底桩轴向容许承载力比等径桩提高30％以上；在相同承载力的情况下，比等径桩混凝土用量节省25％以上，而且桩径越大，节省量越多。但该桩仍存在桩底沉渣难以清除，进而对成桩质量有不利影响，同时扩底时如遇到硬粘土，普通的扩底器的扩底效果较差，以至于虽然桩身质量达到了设计要求，但灌注桩的极限侧摩阻力和极限端阻力均不能满足设计要求的问题。在这种背景下，一些基于扩底桩的新型桩型被发明并得以推广。2009年，我国颁布了《三岔双向挤扩灌注桩设计规程（JGJ171-2009）》，该桩型具有适用土层广泛，成桩过程易控制，单桩承载力高等特点，但从以往的施工案例中表明该桩型仍存在一定问题，如由于该桩的承力盘是挤压土体形成，如果相邻桩间距小且标高不同，施工时相邻桩之间可能相互挤压形成桩身倾斜或缩孔，桩的质量对泥浆性能要求高，泥浆的大量使用也会造成场地的污染等等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，目的在于提供了一种冲孔扩底灌注桩的施工方法，方法易行，操作简便，使用较少的混凝土，施工方便，成桩质量可靠、造价低、承载力高、又不污染环境的新型冲孔扩底灌注桩。

本发明的另一个目的是在于提供了一种冲孔扩底灌注桩的扩底装置，结构简单，使用方便，不仅能够实现常规的扩底器功能，还能有效的解决了常规扩底钻头无法有效清理桩底沉渣的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种冲孔扩底灌注桩的施工方法，包括以下步骤：

1）冲孔。预定桩位，利用液压将护筒压入土中，将重锤放入护筒内，利用一边重锤夯击土层一边压护筒的方式将护筒至设计深度，提出重锤，将护筒向上拔起一定距离，提出的距离一般为扩底高度的2倍。

2）扩底。将钻杆与扩底装置连接放入护筒内，利用钻杆下压使扩底装置中的支撑结构扩张。驱动钻杆带动扩底装置钻动，对直孔扩底，生产出的钻渣落入清渣筒中，提出钻杆，清除清渣筒中的钻渣。反复进行1～5次，直至扩底结束，提出钻杆、扩底装置与清渣筒。

3）桩端施工。向孔内倒入硬性的散体材料（碎砖或瓦片或渣土或钢渣或水泥土或卵石），利用重锤反复夯击至密实，向护筒中分次投放干硬性混凝土，重锤夯实，形成桩端的形状类似“葫芦形”的桩端，将圆锥形的桩头用重锤压入桩端中。

4）桩身施工。在护筒中下放钢筋笼，一边浇注振捣混凝土，一边反转提升护筒，将护筒从土体中旋出，直至完全提出护筒，完成桩身施工。

在上述的冲孔扩底灌注桩的施工方法中，优选地，上述步骤1）中的护筒长度应大于设计桩长，但不应比桩长长1m。

在上述的冲孔扩底灌注桩的施工方法中，优选地，上述步骤1）中的护筒压入地底过程，采用的是一边重锤夯击土层一边压护筒的方式，护筒的下落距离应大于重锤夯击土层沉降距离。

在上述的冲孔扩底灌注桩的施工方法中，优选地，上述步骤2）中宜先对钻杆采用较小的压力，如让扩底器张开压力的50%，使扩底装置的支撑结构半扩张，进行扩底工作，采用一边清渣一边增大钻杆压力，如让扩底器张开压力的75%，增大扩底装置的支撑结构的扩张角度至最大张扩角度，加大扩底范围进行扩底。

在上述的冲孔扩底灌注桩的施工方法中，优选地，上述步骤3）中的硬性散体材料，可根据实际工程情况选用碎砖或瓦片或渣土或钢渣或水泥土或卵石等散体材料，或上述几种硬性散体材料的任意比例组合。

在上述的冲孔扩底灌注桩的施工方法中，优选地，上述步骤4）中浇注振捣混凝土，宜采用反复反转提升护筒以达到混凝土的充分振密效果。

一种冲孔扩底灌注桩的扩底装置，包括：清渣筒、挡板、连结管、第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件、第五杆件、第六杆件、第七杆件、第八杆件、第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓、第四螺栓、第五螺栓、第六螺栓、第七螺栓、第八螺栓、第九螺栓、第十螺栓、第一导向槽、第二导向槽、连接杆、碎岩器、转杆。其连接关系是：连接管上端通过螺纹与钻杆连接，连接管底端与第一杆件焊接。连接管为中空，内插连接杆，第一杆件两端分别用第一螺栓和第二螺栓与第二杆件和第三杆件及第七杆件和第八杆件的一端连接，第二杆件和第三杆件及第七杆件和第八杆件的另一端分别通过第三螺栓和第五螺栓及第四螺栓和第七螺栓放于第一导向槽和第二导向槽内，第四杆件与第六杆件的一端分别用第八螺栓与第九螺栓固定在第五杆件上。连接杆上有挡板，连接杆中部分别与第十螺栓、第五杆件连接，连接杆下部焊接在清渣筒的底部。其中，第二杆件、第四杆件、第七杆件、第六杆件的外边配有碎岩器、碎岩器为带有锯齿状的钢片，中间有突出的转杆，碎岩器利用转杆放入第二杆件、第四杆件、第七杆件、第六杆件外侧的凹槽内，碎岩器与第二杆件、第四杆件、第七杆件、第六杆件呈90度角连接，每个杆件配有三个碎岩器。

本发明的冲孔扩底灌注桩的扩底装置的使用原理是，装置的宽度小于导管的内径，可通过钻杆下放到桩孔底部，利用钻杆施加压力，连接杆会在连结管内上升，带动第一杆件下移，进而带动第二杆件与第七杆件沿第一导向槽、第二导向槽滑至第四杆件与第六杆件的顶部，同时第三杆件与第八杆件沿第一导向槽、第二导向槽滑至第四杆件与第六杆件的底部，起到固定扩底装置的作用。当第一杆件下降抵到挡板时，扩底装置变为工作状态。当钻杆带动扩底装置转动时，第二杆件、第四杆件、第六杆件、第七杆件起到刮土扩底的作用，杆件上的碎岩器会在摩擦力的作用下转动，破碎岩体，促进刮土效果的作用。第二杆件、第四杆件、第七杆件、第七杆件刮落的钻渣会被扫至清渣筒内。

在上述的冲孔扩底灌注桩的扩底装置中，优选地，碎岩器应为带有锯齿状的，且有较高硬度的钢片，厚度不应小于1cm。

在上述的冲孔扩底灌注桩的扩底装置中，优选地，清渣筒的直径应小于护筒直径，清渣筒的直径宜为护筒直径的90%。

本发明提供的一种冲孔扩底灌注桩的施工方法，其具有优点和有益效果为：

1、桩的承载力高。相对于一般的扩底桩或夯扩桩，由于在桩端形成了类似于“葫芦”型的复合载体，相当于一种复合地基，显著提高了桩的承载力并减小了桩的沉降。

2、缩短桩长。相对于一般的扩底桩或夯扩桩，葫芦型的桩端可以设置在地基中的浅部的砂层、黏土层，有效地缩短了桩长，降低了工程造价。

3、减少混凝土使用量。相对于一般混凝土灌注桩，本发明提供的冲孔扩底灌注桩，由于桩端采用的散体材料，减小了混凝土桩的混凝土的用量，散体材料普遍为工程垃圾，可以废物利用，降低了工程造价。

4、不污染环境。相对于钻孔成孔，采用冲孔成孔工艺可避免钻孔过程中泥浆对场地的污染。

5、提高功效，成桩质量可靠。相对于一般夯扩桩采用挤扩混凝土，利用重锤夯击散体材料形成复合载体的桩端，施工更容易控制，效率显著提高，同时，在振动与重锤夯击下成桩，成桩质量大大提高。

6、装置结构简单，便于制作与维护，造价低，可通过螺纹与常规钻杆连接，装置适用性高。

7、不仅能够实现常规扩底桩的扩底功能，还能有效解决常规扩底钻头无法有效清除收渣的问题。

8、扩底装置中的杆件伸缩仅靠钻杆压力即可提供，同时配有碎岩器，提高了扩底施工的效率与安全性。

附图说明

图1为一种冲孔扩底灌注桩的成桩方法中的扩底与冲孔工序图；

图2为一种冲孔扩底灌注桩的成桩方法中的端桩施工与桩身施工工序图

图3为一种冲孔扩底灌注桩的成桩方法中采用的扩底装置的结构示意图；

图4为一种冲孔扩底灌注桩的成桩方法中采用的扩底装置在施工过程中的结构示意图；

图5为一种冲孔扩底灌注桩的成桩方法中采用的扩底装置中的碎岩器示意图；

图6为一种冲孔扩底灌注桩的成桩方法中采用的扩底装置中的碎岩器与杆件的连接方式的示意图。

其中：1－钢丝绳、2－护筒、3－重锤、4－钻杆、5－扩底器、6－清渣筒、7－桩头、8－钢筋笼、9－挡板、10－连接管、11a－第一杆件、11b－第二杆件、11c－第三杆件、11d－第四杆件、11e－第五杆件、11f－第六杆件、11g－第七杆件、11h－第八杆件、12a－第一螺栓、12b－第二螺栓、12c－第三螺栓、12d－第四螺栓、12e－第五螺栓、12f－第六螺栓、12g－第七螺栓、12h－第八螺栓、12i－第九螺栓、12j－第十螺栓、13a－第一导向槽、13b－第二导向槽、14－连接杆、15－碎岩器、16－转杆。

具体实施方式

下面结合附图对本明的一个实施例的冲孔扩底灌注桩的施工方法与装置进一步详细说明。

一种冲孔扩底灌注桩的施工方法，其包括以下步骤：

1）冲孔。首先，在地基中预定桩位，用液压将钢制护筒2压入土中，同时将连接在钢丝绳1上的重锤3放入护筒2内，通过重锤3的上下做功动作将土层夯实。采用边用重锤3夯土边压护筒2的方式将护筒2压至设计深度，然后提出钢丝绳1及重锤3，将护筒2提出一定距离，提出的距离一般为扩底高度的2倍。

2）扩底。将钻杆4与扩底装置连接，将钻杆4及扩底装置放入护筒2内。当扩底装置中的清渣筒6接触地底，利用钻杆4下压使扩底装置5中的支撑结构扩张。驱动钻杆4带动扩底装置5钻动，扩底装置5工作对直孔扩底，生产出的钻渣落入清渣筒6中，提出钻杆4及扩底装置5与清渣筒6，清除清渣筒6中的钻渣。重复清渣过程1～5次，直至扩底结束，提出钻杆4及扩底装置5与清渣筒6。在扩底过程时，采用放入钻杆4时，可先采用较小的压力，如让扩底器张开压力的50%，让扩底装置5的支撑结构半扩张，进行扩底工作，然后边清渣边加大钻杆4压力，如让扩底器张开压力的75%，增大扩底装置5的支撑结构的扩张角度，增加扩底范围。

3）桩端施工。向孔内倒入碎砖、瓦片、渣土、钢渣、水泥土、卵石的散体材料，将钢丝绳1与重锤3放入护筒2中，利用重锤3反复夯击硬性散体材料，从而形成由夯实的散体材料、挤密土体和影响土体构成的载体。继续向护筒2中分次投放预定量的干硬性混凝土，并通过重锤3上下做功动作夯实，此时形成桩端的形状类似“葫芦形”。将圆锥形的桩头7利用重锤3压入载体中。

4）桩身施工。在护筒2中下放钢筋笼8，保证钢筋笼8的竖直，一边浇注振捣混凝土，一边反转提升护筒2，将护筒2从土体中旋出，直至完全提出护筒2，完成桩身施工。

一种冲孔扩底灌注桩的扩底装置，其包括清渣筒6、挡板9、连结管10、第一杆件11a、第二杆件11b、第三杆件11c、第四杆件11d、第五杆件11e、第七杆件11f、第七杆件11g、第八杆件11h、第一螺栓12a、第二螺栓12b、第三螺栓12c、第四螺栓12d、第五螺栓12e、第六螺栓12f、第七螺栓12g、第八螺栓12h、第九螺栓12i、第十螺栓12j、第一导向槽13a、第二导向槽13b、连接杆14、碎岩器15、转杆16。其连接关系是：连接管10上端通过螺纹与钻杆4连接，连接管10底端与第一杆件11a焊接，连接管10为中空，内插连接杆14，第一杆件11a两端分别用第一螺栓12a和第二螺栓12b与第二杆件11b和第三杆件11c及第七杆件11g和第八杆件11h的一端连接，第二杆件11b和第三杆件11c及第七杆件11g和第八杆件11h的另一端分别通过第三螺栓12c和第五螺栓12e及第四螺栓12d和第七螺栓12g放于第一导向槽13a和第二导向槽13b内，第四杆件11d与第七杆件11f的一端分别用第八螺栓12h与第九螺栓12i固定在第五杆件11e上。连接杆12上有挡板9，连接杆12中部分别与第十螺栓12j、第五杆件11e连接，连接杆12下部焊接在清渣筒6的底部，圆柱形的清渣筒6直径应小于护筒2的内径。其中，第二杆件11b、第四杆件11d、第七杆件11g、第六杆件11f的外边配有碎岩器15、碎岩器15为带有锯齿状的钢片，厚度不应小于1cm，中间有突出的转杆16，碎岩器15利用转杆16放入第二杆件11b、第四杆件11d、第七杆件11g、第六杆件11f外侧的凹槽内，碎岩器15与第二杆件11b、第四杆件11d、第七杆件11g、第六杆件11f呈90度角连接，每个杆件配有三个碎岩器15。

如图2所示，一种冲孔扩底灌注桩的扩底装置正常状态下，装置的宽度小于导管2的内径，通过钻杆4下放到桩孔底部，利用钻杆4施加压力，连接杆14会在连结管10内上升，带动第一杆件11a下移，进而带动第二杆件11b与第七杆件11g沿第一导向槽13a、第二导向槽13b滑至第四杆件11d与第七杆件11f的顶部，同时第三杆件11c与第八杆件11h沿第一导向槽13a、第二导向槽13b滑至第四杆件11d与第六杆件11f的底部，起到固定扩底装置的作用。当第一杆件11a下降抵到挡板9时，扩底装置变为工作状态，如图3所示。当钻杆4带动扩底装置转动时，第二杆件11b、第四杆件11d、第六杆件11f、第七杆件11g起到刮土扩底的作用，同时各个杆件上的碎岩器15会在摩擦力的作用下转动，起到破碎岩体，促进刮土效果的作用。随着扩底工作的进行，第二杆件11b、第四杆件11d、第六杆件11f、第七杆件11g刮落的钻渣会被扫至清渣筒6内。实际工作中可通过上提钻杆4将清渣筒6的钻渣清理，反复多次，以便实现对钻渣的有效清理和加强扩底效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，凡是根据本发明实质对以上实施例做任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1. 一种冲孔扩底灌注桩的施工方法，其步骤是：

1）冲孔：预定桩位，利用液压将护筒压入土中，将重锤放入护筒内，利用一边重锤夯击土层一边压护筒的方式将护筒至设计深度，提出重锤，将护筒向上拔起一定距离，提出的距离为扩底高度的2 倍；

2）扩底：将钻杆与扩底装置连接放入护筒内，利用钻杆下压使扩底装置中的支撑结构扩张，驱动钻杆带动扩底装置钻动，对直孔扩底，生产出的钻渣落入清渣筒中，提出钻杆，清除清渣筒中的钻渣，反复进行1~5 次，直至扩底结束，提出钻杆、扩底装置与清渣筒；

3）桩端施工：向孔内倒入硬性的散体材料，利用重锤反复夯击至密实，向护筒中分次投放干硬性混凝土，重锤夯实，形成桩端的形状葫芦形的桩端，将圆锥形的桩头用重锤压入桩端中；

4）桩身施工：在护筒中下放钢筋笼，一边浇注振捣混凝土，一边反转提升护筒，将护筒从土体中旋出，直至完全提出护筒，完成桩身施工；

所述步骤1）中的护筒压入地底过程，采用的是一边重锤夯击土层一边压护筒的方式，护筒的下落距离大于重锤夯击土层沉降距离；

所述步骤2）中先对钻杆采用的压力使扩底装置的支撑结构半扩张，进行扩底工作，采用一边清渣一边增大钻杆压力，增大扩底装置的支撑结构的扩张角度，加大扩底范围进行扩底；

所述步骤3）中的硬性散体材料，选用碎砖或瓦片或渣土或钢渣或水泥土或卵石散体材料，或硬性散体材料的任意比例组合。

2.实现权利要求1 所述的一种冲孔扩底灌注桩的施工方法的扩底装置，包括清渣筒（6）、挡板（9）、连接管（10）、第一杆件（11a）、第一螺栓（12a）、第一导向槽（13a）、连接杆（14），其特征在于：连接管（10）上端通过螺纹与钻杆（4）连接，连接管（10）底端与第一杆件（11a）焊接，连接管（10）为中空，内插连接杆（14），第一杆件（11a）两端分别用第一螺栓（12a）和第二螺栓（12b）与第二杆件（11b）和第三杆件（11c）及第七杆件（11g）和第八杆件（11h）的一端连接，第二杆件（11b）和第三杆件（11c）及第七杆件（11g）和第八杆件（11h）的另一端分别通过第三螺栓（12c）和第五螺栓（12e）及第四螺栓（12d）和第七螺栓（12g）放于第一导向槽（13a）和第二导向槽（13b）内，第四杆件（11d）与第七杆件（11f）的一端分别用第八螺栓（12h）与第九螺栓（12i）固定在第五杆件（11e）上，连接杆（12）上有挡板（9），连接杆（12）中部分别与第十螺栓（12j）与第五杆件（11e）连接，连接杆（12）下部焊接在清渣筒（6）的底部，圆柱形的清渣筒（6）直径应小于护筒（2）的内径。

3.根据权利要求2 所述的一种冲孔扩底灌注桩的施工方法的扩底装置，其特征在于：所述的第二杆件（11b）、第四杆件（11d）、第七杆件（11g）、第六杆件（11f）的配有碎岩器（15），碎岩器（15）为锯齿状的钢片，中间有转杆（16），碎岩器（15）利用转杆（16）放入第二杆件（11b）、第四杆件（11d）、第七杆件（11g）、第六杆件（11f）外侧的凹槽内，碎岩器（15）与第二杆件（11b）、第四杆件（11d）、第七杆件（11g）、第六杆件（11f）呈90 度角连接，每个杆件配有三个碎岩器（15）。