CN104389516B - 一种挤扩钻孔灌注桩成孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑领域的一种基础灌注桩成孔方法，特别涉及一种采用一次或两次挤扩成孔方式成孔的大直径钢筋混凝土灌注桩。本发明提供了一种挤扩钻孔灌注桩的成孔工法，本发明采用一次或两次挤扩成孔方式的大直径钢筋混凝土灌注桩。本发明具有挤扩钻孔灌注桩在成孔过程不排土或少量排土，可减少对施工环境的影响范围，降低施工排污的成本等优点；本发明通过地层土体的挤密，使桩体受力更趋合理，可增大灌注桩的摩擦力从而大幅提高承载力。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域的一种基础灌注桩成孔方法，特别涉及一种采用一次或两次挤扩成孔方式成孔的大直径（≥φ600㎜）钢筋混凝土灌注桩。
背景技术
常规的钻孔混凝土灌注桩已在我国的各类工业与民用建筑领域广泛的应用，其成孔多为回转正、反循环钻进成孔、冲击成孔、旋挖钻进取土等方法。这些方法的共同特点是：成孔过程需要进行桩孔排土而成桩，其排土方式主要为泥浆排土，泥浆对施工环境的影响是比较大的，而泥浆的排放、运输与弃置会造成较大的施工成本，尤其是城市中心的工程项目。
针对灌注桩成孔排土问题，发明一种挤扩型成孔，在过程中不排土或少排土，能大幅提高承载力并且环保的灌注桩为市场所需求。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明提供了一种挤扩钻孔灌注桩的成孔工法，本发明采用一次或两次挤扩成孔方式的大直径钢筋混凝土灌注桩。挤扩钻孔灌注桩在成孔过程不排土或少量排土，可减少对施工环境的影响范围，降低施工排污的成本；通过地层土体的挤密，桩体受力更趋合理，可增大灌注桩的摩擦力从而大幅提高承载力。
本发明的技术方案是：
一种挤扩钻孔灌注桩成孔方法，包括：启动动力头旋转，带动挤扩钻杆(4)与挤扩钻具(5)向下进行初次挤密钻进的步骤；改变动力头旋转的方向，逆向旋转并开始提升挤扩钻杆(4)与挤扩钻具(5)上升的步骤；其特征在于：所述的挤扩钻具(5)上升过程中，挤扩刀头（6）逐渐张开，挤扩刀头（6）的侧面以抛物线负角的形式进行二次旋转挤压土体。
优选的，它还包括将设备安装完成的工程钻机（1）就位对中，钻机的液压支腿伸出，调整挤扩钻杆（4）处于左右铅垂位置并固定支腿的步骤。
优选的，所述的挤扩钻具(5)上安装有挤扩刀头(6)，挤扩钻具(5)的下端设有螺旋状的钻具螺纹(7)，在反向旋转力和提升力的双重作用下，使得挤扩钻具(5)中的挤扩刀头(6)呈对开张开。
优选的，所述的挤扩钻具（5）包括挤扩体、上端板（12）、中间板（16）、下端板（19）、钻头主体（13）、穿销（14），挤扩体包括外衬板（22）、导向楔铁（23）、内衬板（24）、导向滑键（25）、下扩孔刀头（17）、上扩孔刀头（15）；上扩孔刀头（15）和下扩孔刀头（17）是呈对称径向对开的，共同组成挤扩刀头（6），上端板（12）与中间板（16）之间、中间板（16）与下端板（19）之间通过内衬板（24）和外衬板（22）均呈对称形式电焊连接，焊接固定在钻头主体（13）上的导向滑键（25），在内衬板（24）上的滑键槽内滑动；导向楔铁（23）固定在钻头主体（13）上，上扩孔刀头（15）通过穿销（14）固定在挤扩体的上端板（12）与中间板（16）之间，下扩孔刀头（17）通过穿销（14）固定在挤扩体的中间板（16）与下端板（19）之间。
优选的，所述的下扩孔刀头（17）和上扩孔刀头（15）可以以穿销（14）为中心偏转。
优选的，上扩孔刀头（15）和下扩孔刀头（17）的外侧与钻具挤扩体的外径等圆，内侧是呈渐开线形的曲线。
优选的，上扩孔刀头（15）的上部设有倒角与曲线圆弧过度。
优选的，它还包括预先施打若干个竖向的排水孔8的步骤，即在灌注桩桩位四周，预先施打若干个竖向的排水孔，排水孔中安装塑料排水板或充填中砂，使挤扩成孔过程中地层中富集的水分被挤压延排水孔溢出。
优选的，它包括两次成孔的方式，第一次成孔包括以下步骤：用旋挖、长螺旋或洛阳铲取土钻机（9）就位对中、调平；采用取土钻具（10）取土钻进；利用取土工艺使桩心的部分土体排出至地面孔口；完成第一次取土成孔后，随即更换履带或液压步履行走方式的对工程钻机1重新就位对中，对工程钻机1的液压支腿伸出，调整挤扩钻杆4处于左右铅垂位置并固定支腿；对准原桩位通过挤扩钻具(5)，采用权利要求1、2或3所述的成孔方法对第一次所成的孔进行二次挤密成孔。
优选的，所述的灌注桩成孔为挤密柱状或挤密螺纹状。
本发明的有益效果是：对于地层挤土效应影响范围较小的地区，采用专用的大扭矩机械挤扩设备和专用的挤扩钻具，选择一次性旋转挤密土体的方式成孔。预先施打若干个竖向的排水孔，排水孔中安装塑料排水板或充填中砂，使挤扩成孔过程中地层中富集的水分被挤压延排水孔溢出，以释放挤扩成孔中的挤土负效应。挤扩成孔使土体被充分的挤密，在桩周形成密实的外壳，可有效增加孔壁的稳定性不至坍垮，有利于后续钢筋笼的安装与混凝土导管的安装，以及混凝土的灌注与成桩。由于挤扩作业成孔过程中不排土或少排土，桩周环状的天然土体被充分地挤密，可避免或大幅减少渣土外运及泥浆的污染，达到环保和降低成本的目的，改善施工环境。可根据承载力要求，可形成挤密柱状或挤密螺纹状灌注桩。
本发明的适用范围：挤扩钻孔灌注桩技术的适用范围为除中（强）风化岩石以外的全部土地层。
附图说明
图1a本发明的一次性成孔工艺流程示意图：钻机就位。
图1b本发明的一次性成孔工艺流程示意图：首次螺旋正向挤密钻进。
图1c本发明的一次性成孔工艺流程示意图：二次反向螺旋、提升挤密钻进。
图1d本发明的一次性成孔工艺流程示意图：经二次挤密后成孔。
图2a本发明的一次性成孔工艺流程示意图：施打排水孔，钻机就位。
图2b本发明的一次性成孔工艺流程示意图：首次螺旋正向挤密钻进。
图2c本发明的一次性成孔工艺流程示意图：二次反向螺旋、提升挤密钻进。
图2d本发明的一次性成孔工艺流程示意图：经二次挤密后成孔。
图3a二次性成孔时，首次成孔：长螺旋钻机就位、调平。
图3b二次性成孔时，首次成孔：长螺旋正向钻进及排土。
图3c二次性成孔时，首次成孔：长螺旋正向回转、提升排土。
图4a挤扩钻具5结构图。
图4b挤扩钻具5结构横截剖面图。
具体实施方式
附图标记说明：1-工程钻机、 2-钻机立柱、3-动力头、4-挤扩钻杆、5-挤扩钻具、6-挤扩刀头、7-钻头螺纹、8-排水孔、9-取土钻机、10-取土钻具、11-钻具接头、12-上端板、13-钻头主体、14-穿销、15-上扩孔刀头、16-中间板、17-下扩孔刀头、18-内衬管、19-下端板、21-开合钻头、22-外衬板、23-导向楔铁、24-内衬板、25-导向滑键。
以下结合附图对本发明做进一步的说明：
如附图1a所示，完成挤扩钻孔灌注桩的钻机与配套工器具主要有：工程钻机1,钻机立柱2，动力头3，挤扩钻杆4，挤扩钻具5，挤扩刀头6，钻头螺纹7，以及挤扩钻孔灌注桩的辅助竖向排水孔8等组成，其中挤扩钻具5包括挤扩刀头6和钻头螺纹7。
除挤扩钻具5外，本发明所采用的其他工具皆为常用的挤扩钻孔灌注工具，所以本发明只对挤扩钻具5做详细说明。
如附图4a所示，本发明的挤扩钻具5包括钻具接头11、上端板12、钻头主体13、穿销14、中间板16、内衬管18、下端板19、挤扩体、钻头螺纹7、开合钻头21，钻头主体13是中空的钢管，上端焊接有钻具接头11，下端焊接有开合钻头21，钻头主体13外侧，在挤扩体的下端与开合钻头21之间焊接有呈螺旋状的钻头螺纹7，下端板19与挤扩体铰合连接；中空的钻头主体13内还焊接有内衬管18，内衬管18的两端分别与钻具接头11和钻头主体13的下端采用电焊环形密封焊接。
如附图4b所示，本发明的挤扩钻具5中的挤扩体包括外衬板22、导向楔铁23、内衬板24、导向滑键25、下扩孔刀头17、上扩孔刀头15，上扩孔刀头15和下扩孔刀头17是呈对称径向对开的。其中下扩孔刀头17和上扩孔刀头15共同组成挤扩刀头6。本发明的挤扩体是一组合焊接部件，上端板12与中间板16之间、中间板16与下端板19之间通过内衬板24和外衬板22均呈对称形式电焊连接，焊接固定在钻头主体13上的导向滑键25，在内衬板24上的滑键槽内滑动；导向楔铁23固定在钻头主体13上，上扩孔刀头15通过穿销14固定在挤扩体的上端板12与中间板16之间，下扩孔刀头17通过穿销14固定在挤扩体的中间板16与下端板19之间。下扩孔刀头17和上扩孔刀头15可以以穿销14为中心偏转。上扩孔刀头15和下扩孔刀头17的外侧与钻具挤扩体的外径等圆，内侧是呈渐开线形的曲线。上扩孔刀头15的上部设有倒角与曲线圆弧过度。
在实际工作中，该挤扩钻具5的工作过程为：挤扩成孔施工，钻具正向旋转向下钻进，钻具上扩孔刀头15和下扩孔刀头17处于闭合工况，利用钻具前部的钻头螺纹17和挤扩体对桩孔进行初次成孔挤密；逆向旋转并提升变径挤扩螺纹钻具，钻具在逆向旋转作用力和提升的双重作用力下，钻具的挤扩体与固定在钻头体上的导向楔铁23，发生轴向位移，使下扩孔刀头17的内侧延导向楔铁23的倾角面滑动，推动径向对开的下扩孔刀头17向挤扩体外侧张开一定的角度，下扩孔刀头17在逆向回转作用下与桩周土体产生的反向作用阻力，当增大的反作用力大于扩孔刀头背面土体的挤压强度时，扩孔刀头在巨大的逆向旋转作用力下，迅速的以穿销14为圆心转动至扩孔刀头的设计极限位置，扩孔刀头以渐开线形的挤扩侧面，并以负角的形式挤扩桩周土体，使之达到和满足桩设计的成孔直径要求。当下扩孔刀头17向挤扩体外侧张开一定角度后，在巨大的逆向旋转作用力下再带动上扩孔刀头15，以穿销14为圆心转动至扩孔刀头的设计极限位置。
实现挤扩钻孔灌注桩的钻机与工器具主要有：大扭矩工程钻机1，其输出扭矩应大于200KN.m，钻机立柱2安装并铰接固定在工程钻机1上，动力头3通过滑块以滑动配合与钻机立柱2连接固定，动力头下端的输出法兰与挤扩钻杆4用强力螺栓紧固连接，挤扩钻杆4的下端与挤扩钻具5采用法兰、强力螺栓紧固连接，挤扩钻具5上安装有挤扩刀头6，挤扩钻具5的下端设有螺旋状的钻具螺纹7等组成。
实施例一：实现挤扩钻孔灌注桩一次性成孔方法的工艺（见图1a至图1d）流程为：
①设备安装完成的工程钻机1就位对中，钻机的液压支腿伸出，调整挤扩钻杆4处于左右铅垂位置并固定支腿；
②启动动力头正向旋转，带动挤扩钻杆4与挤扩钻具5向下进行初次挤密钻进，挤扩钻具5前端的螺旋叶片7有助于钻进进尺，钻进至桩基设计孔深；
③改变动力头旋转的方向，逆向旋转并开始提升动力头3及连带的挤扩钻杆4与挤扩钻具5上升，此时，挤扩钻具5在逆向旋转力和提升力的双重作用下，挤扩钻具5上呈对开的挤扩刀头6逐渐张开，挤扩刀头6的侧面以抛物线负角的形式进行二次旋转挤压土体，直至将桩孔经初次挤密后的环状土体再次挤扩至设计桩径；
④继续逆向旋转、提升挤扩，直至地面，成孔。
实施例二：实现挤扩钻孔灌注桩一次性成孔方法的工艺流程（图2a至图2d）为：
对于地层挤土效应影响范围较大的地区，当采用一次性挤扩成孔工艺时，在灌注桩桩位的四周一定范围内，可预先施打若干个竖向的排水孔8，排水孔8中安装塑料排水板或充填中砂，使挤扩成孔过程中地层中富集的水分被挤压延排水孔溢出，以释放挤扩成孔中的挤土负效应。本实施例二除增加施打排水孔8工序以外，其余的实现挤扩钻孔灌注桩一次性成孔方法的工艺流程与实施例一相同。
实施例三：实现挤扩钻孔灌注桩二次成孔方法的工艺流程（图3a至图3c，第二次成孔方法与上述实施例一和二雷同，故没有单独画出其图。）
针对地层挤土效应影响范围较大的地层，选择两次成孔的方式，工艺流程为：
第一次成孔用旋挖、长螺旋、洛阳铲等取土钻机9就位对中、调平；
采用取土钻具10取土钻进；
利用取土工艺使桩心的部分土体排出至地面孔口；
完成第一次取土成孔后，随即更换履带或液压履行走方式的对工程钻机1重新就位对中，钻机的液压支腿伸出，调整挤扩钻杆4处于左右铅垂位置并固定支腿；
对准原桩位通过挤扩钻具5，采用正向旋转，利用挤扩钻具5进行初次挤密桩孔的作业至设计孔深；
之后随即采用反向旋转并提升钻具，特殊设计的挤扩钻具5在反向旋转力和提升力的双重作用下，使得挤扩钻具中呈对开的扩孔刀头张开，挤扩刀头6的侧面以抛物线负角的形式进行二次旋转挤压土体，直至将桩孔经初次挤密后的环状土体再次挤扩至设计桩径。
二次旋转挤扩土体至地面，完成挤扩钻孔的施工。
无论采用一次或二次挤扩方法成孔，成孔过程均使桩孔土体被充分的挤密，在桩周形成密实的外壳，可有效增加孔壁的稳定性不至坍垮的技术特征，有利于后续钢筋笼的安装与混凝土导管的安装，以及混凝土的灌注与成桩。
挤扩钻孔灌注桩由于干作业成孔过程不排土，或少部分排土，桩心或环状土体被充分地挤密至桩周，可减少渣土外运及泥浆的污染，降低成本，改善施工环境。
挤扩钻孔灌注桩成孔的技术特征是：根据承载力要求，可形成挤密柱状钻孔或螺纹状挤密痕迹的钻孔，加大桩侧粗糙度，可大幅增大桩基承载力。
Claims (9)
1.一种挤扩钻孔灌注桩成孔方法，包括：启动动力头旋转，带动挤扩钻杆(4)与挤扩钻具(5)向下进行初次挤密钻进的步骤；改变动力头旋转的方向，逆向旋转并开始提升挤扩钻杆(4)与挤扩钻具(5)上升的步骤；所述的挤扩钻具(5)上升过程中，挤扩刀头(6)逐渐张开，挤扩刀头(6)的侧面进行二次旋转挤压土体,其特征在于：所述的挤扩钻具(5)包括挤扩体、上端板(12)、中间板(16)、下端板(19)、钻头主体(13)、穿销(14)，挤扩体包括外衬板(22)、导向楔铁(23)、内衬板(24)、导向滑键(25)、下扩孔刀头(17)、上扩孔刀头(15)；上扩孔刀头(15)和下扩孔刀头(17)是呈对称径向对开的，共同组成挤扩刀头(6)，上端板(12)与中间板(16)之间、中间板(16)与下端板(19)之间通过内衬板(24)和外衬板(22)均呈对称形式电焊连接，焊接固定在钻头主体(13)上的导向滑键(25)，在内衬板(24)上的滑键槽内滑动；导向楔铁(23)固定在钻头主体(13)上，上扩孔刀头(15)通过穿销(14)固定在上端板(12)与中间板(16)之间，下扩孔刀头(17)通过穿销(14)固定在中间板(16)与下端板(19)之间。
2.如权利要求1所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：它还包括将设备安装完成的工程钻机(1)就位对中，工程钻机(1)的液压支腿伸出，调整挤扩钻杆(4)处于铅垂位置并固定液压支腿的步骤。
3.如权利要求1所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：所述的挤扩钻具(5)上安装有挤扩刀头(6)，挤扩钻具(5)的下端设有螺旋状的钻具螺纹(7)，在反向旋转力和提升力的双重作用下，使得挤扩钻具(5)中的挤扩刀头(6)呈对开张开。
4.如权利要求1所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：所述的下扩孔刀头(17)和上扩孔刀头(15)可以以穿销(14)为中心偏转。
5.如权利要求1所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：上扩孔刀头(15)和下扩孔刀头(17)的外侧与钻具挤扩体的外径等圆，内侧是呈渐开线形的曲线。
6.如权利要求1所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：上扩孔刀头(15)的上部设有倒角与曲线圆弧过度。
7.如权利要求1、2或3所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：它还包括预先施打若干个竖向的排水孔(8)的步骤，即在灌注桩桩位四周，预先施打若干个竖向的排水孔，排水孔中安装塑料排水板或充填中砂，使挤扩成孔过程中地层中富集的水分被挤压沿排水孔溢出。
8.如权利要求1、2或3所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：它包括两次成孔的方式，第一次成孔包括以下步骤：用旋挖、长螺旋或洛阳铲取土钻机(9)就位对中、调平；采用取土钻具(10)取土钻进；利用取土工艺使桩心的部分土体排出至地面孔口；完成第一次取土成孔后，随即更换履带或液压步履行走方式的工程钻机(1)重新就位对中，使工程钻机(1)的液压支腿伸出，调整挤扩钻杆(4)处于铅垂位置并固定液压支腿；对准原桩位通过挤扩钻具(5)，采用权利要求1、2或3所述的成孔方法对第一次所成的孔进行二次挤密成孔。
9.如权利要求1、2或3所述的灌注桩成孔方法，其特征在于：所述的灌注桩成孔为挤密柱状或挤密螺纹状。
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