CN105256795B - 一种端承型螺纹芯组合桩及其施工设备和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端承型螺纹芯组合桩及其施工设备和施工方法，该组合型桩包括桩体、底部端承体及内部芯桩。该施工设备包括成桩设备和压桩设备；成桩设备的钻杆设置有与注浆设备连接的注浆通道，杆身设置有若干个与注浆设备连接的注浆孔，杆身外侧壁从上之下设置有若干个叶片，叶片设置有与注浆通道连通的注浆口，钻头设置有与注浆孔对应连通的喷嘴。施工时，通过钻具钻孔，将水泥砂浆沿着注浆孔输送，并从钻头的喷嘴喷出，形成桩底端承体；随后关闭注浆孔，打开注通道，水泥砂浆从注浆口喷出，钻杆匀速提升，完成单根桩体的施工，最后将芯桩沿轴向压入已完成的桩体中。本发明的组合型承载桩单桩竖向承载力有显著提高，可缩短设计桩长，降低工程造价。

Description

一种端承型螺纹芯组合桩及其施工设备和施工方法

技术领域

本发明涉及铁路、公路、房建等地基处理施工领域，具体地指一种端承型螺纹芯组合桩及其施工设备和施工方法。

背景技术

在我国冲积平原、河流阶段或沿海等地区，多分布有第四系淤泥质黏土、软塑～可塑状态的黏性土以及松散～稍密状态的粉土或粉细砂等地层，分布范围广、地层厚度大，其工程特性主要表现为土层孔隙比大、压缩性高、承载力低等特点。在这种地质条件下修建的公路、铁路或者房建等工程的桩基一般多为摩擦桩，桩端无法置于硬底或基岩上，由于桩周地层软弱、桩端无硬层，不仅承载力难以保证，沉降也难以控制。

目前普通铁路、公路、房建或场坪的桩基一般多采用水泥土搅拌桩进行地基处理，其特点是造价低廉，适用地层条件广，施工时间短等优点，但缺点是单桩承载力低，基底遇软弱土层时沉降量不满足设计要求，如果增大桩径或增加桩长，不仅会受到施工设备的限制，投资又满足不了要求；普通水泥土加芯桩虽然能增加一定的单桩承载力，但沉降问题无法解决，且由于芯桩表面光滑，与四周的水泥土摩擦力不足，不能有效的与水泥土共同承担上部压力，提高单桩承载力有限。

因此，现有的水泥土搅拌桩或普通加芯桩难以满足深厚软土或松软土地基加固的技术要求或工程需求。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种端承型螺纹芯组合桩及其施工设备和施工方法，以改善桩端以下地层条件，并有效控制桩体沉降、增加单桩承载力和降低工程费用。

本发明的技术方案为：一种端承型螺纹芯组合桩，包括沿竖向进行施工的桩体，其特征在于：所述桩体底部设置有与其为一体的端承体，所述桩体内部沿轴向设置有芯桩。

优选地，所述桩体为水泥砂土搅拌桩，所述端承体与所述桩体的材料一致，所述芯桩为预制螺纹芯桩。

进一步地，所述端承体水平向尺寸大于所述桩体直径，所述芯桩外径小于所述桩体直径，所述芯桩上端与所述桩体顶部齐平，所述芯桩下端伸入到所述端承体内。

一种端承型螺纹芯组合桩的施工设备，包括成桩设备和压桩设备；所述成桩设备包括钻具及注浆设备，所述钻具包括钻杆及钻头，所述钻杆沿轴向设置有贯通并与所述注浆设备连接的注浆通道，所述钻杆的杆身沿轴向设置有若干个呈圆周分布的并与所述注浆设备连接的注浆孔，所述钻杆的杆身从上至下设置有不少于一圈的扩张层，所述扩张层包括若干个沿径向向外侧延伸的叶片，所述叶片设置有与所述注浆通道连通的注浆口，所述钻头设置在所述钻杆头部，所述钻头设置有与所述注浆孔对应连通的喷嘴。

优选地，所述叶片呈按逆时针方向弯曲的弧形。

进一步地，所述钻头呈锥形，所述钻头上端为与所述钻杆截面相匹配的平面，所述喷嘴上端设置在所述平面上，所述喷嘴上端对应与所述注浆孔连通，所述喷嘴下端设置在所述钻头的锥面上。

优选地，所述成桩设备和压桩设备位于同一台机架上，所述压桩设备为静力液压机。

一种端承型螺纹芯组合桩施工设备的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、通过钻具钻孔至设计深度，同时按设计通过注浆设备配比制备水泥砂浆；

2)、将制备完成的水泥砂浆沿着注浆孔输送，水泥砂浆从钻头的喷嘴喷出，同时反向旋转提升钻杆，形成桩底端承体；

3)、待水泥砂浆端承体满足设计要求后，调整注浆压力值，关闭注浆孔，同时打开注通道，使水泥砂浆从叶片边缘的注浆口喷出，继续旋转钻杆并匀速提升，使水泥砂浆与地基土充分搅拌均匀；

4)、边搅拌边喷浆，提钻至钻头达到地表或桩顶设计标高时停止水泥砂浆输送，完成单根桩体的施工；

5)、将芯桩吊起，通过压桩设备将芯桩沿轴向压入已完成的桩体中。

本发明的一种端承型螺纹芯组合桩，由于在桩体底部设置有端承体，使桩体底部形成“硬底”，增大了桩体底部端阻力，有效的控制了桩体底部的刺入；同时由于在搅拌桩体中心插入预制螺纹芯桩，芯桩螺纹与水泥土紧密咬合，可明显提高芯桩周摩阻力，使芯桩与水泥土形成有效整体，因此单桩竖向承载力有显著提高，可有效地缩短设计桩长，降低工程造价。

附图说明

图1为本发明的组合型承载桩结构示意图；

图2为本发明的成桩设备结构示意图；

图3为图1的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参考图1，本实施例的一种端承型螺纹芯组合桩，可以简称为ETP(end-bearingwith thread core in cement mixing pile)桩，它包括沿竖向施工在地基中的桩体9，桩体9选用为水泥砂土搅拌桩，桩体9底部设置端承体10，端承体10水平向尺寸大于桩体9直径，端承体10与桩体9的材料一致，二者为一体式结构，端承体10可以使桩体9底部形成“硬底”，增大了桩体9底部端阻力，有效的控制了桩体底部9的刺入；在桩体9内部沿轴向设置有芯桩8，芯桩8外径小于桩体9直径，芯桩8上端与桩体9顶部齐平，芯桩8下端伸入到端承体10内，芯桩8选用为预制螺纹芯桩，芯桩螺纹与制成桩体9和端承体10的水泥土紧密咬合，可明显提高芯桩8周摩阻力，使芯桩8与水泥土形成有效整体，以保证芯桩8和桩体9共同承受上部荷载，因此本实施例组合型承载桩，其单桩竖向承载力有显著提高，可有效地缩短设计桩长，降低工程造价。

基于上述目的，本实施例采用下述施工设备进行施工，参考图2及图3，该施工设备包括成桩设备和压桩设备；其中成桩设备包括钻具及注浆设备，钻具是在深厚软土或松软土地基中钻孔的工具，它包括钻杆1及钻头5，钻杆1沿轴向设置有贯通并与注浆设备连接的注浆通道3，钻杆1的杆身沿轴向设置有若干个呈圆周分布的并与注浆设备连接的注浆孔2，钻杆1的杆身外侧壁从上至下设置有不少于一圈的扩张层，扩张层包括若干个沿径向向外侧延伸的叶片4，叶片4设置有与注浆通道3连通的注浆口7，在叶片4旋转的时候注浆口7喷出砂浆，以搅拌地基土形成桩体9；钻头5设置在钻杆1头部，钻头5设置有与注浆孔2对应连通的喷嘴6，水泥砂浆从喷嘴6中喷出，以成水泥砂浆端承体10。本实施例的芯桩8需要采用压桩设备将其垂直插入桩体9的中心处，以使芯桩8和桩体9共同承受上部荷载。

本实施例的叶片4呈按逆时针方向弯曲的弧形，在钻杆1进行施工时，可提高施工效率。

本实施例的钻头5呈锥形，钻头5上端为与钻杆1截面相匹配的平面，喷嘴6上端设置在平面上，喷嘴6上端对应与注浆孔2连通，喷嘴6下端设置在钻头5的锥面上。

本实施例的成桩设备和压桩设备位于同一台机架上，压桩设备选用为静力液压机。

本实施例的注浆设备是用于高压注浆用的设备，包括制浆机、高压泥浆泵、注浆软管、喷嘴、流量计等组成。水泥砂浆在制浆机生成，由高压泥浆泵经注浆软管输送至钻杆1中的注浆孔2，再由喷嘴6喷出，注入桩端软基地层形成高压注浆端承体10，由高压泥浆泵经注浆软管输送至钻杆1中的注浆通道3，再由叶片4上的注浆口7喷出，通过叶片4搅拌地基土形成水泥土桩体9。

一种采用该施工设备进行施工端承型螺纹芯组合桩的施工方法，包括以下步骤：

1)、按照测量放线的位置将钻杆1就位，钻头5位置与设计位置的偏差不应大于5cm；钻杆1就位后调平并稳固，确保钻杆1的垂直度，其垂直度偏差不应大于1％；

2)启动搅拌机，使钻杆1沿竖向向下旋转切土，同时按设计通过注浆设备配比制备水泥砂浆；

3)通过钻具钻孔至设计深度，此时钻杆1底部的钻头5钻至端承体10底部标高后，随后开启注浆泵，将制备完成的水泥砂浆沿着注浆孔2输送，水泥砂浆通过钻头5底部的多个喷嘴6喷射，同时反向旋转提升钻杆1，为水泥砂浆提供注入空间，根据地质条件以及试桩成果控制喷射压力，以形成如图1所示的桩底水泥砂浆端承体10；

4)、当桩底水泥砂浆端承体10厚度满足设计检算的要求后，调整注浆压力值，关闭注浆通道2，同时打开注浆通道3，继续旋转钻杆1并匀速提升，使水泥砂浆从注浆口7喷出后与地基土充分搅拌均匀；

5)、边搅拌边喷浆，提钻至钻头5达到地表或桩顶设计标高时停止水泥砂浆输送，完成单根桩体9的施工；

6)、成桩设备开始对下一桩体9进行施工，并同时启动卷扬机，将芯桩8吊起，通过静力液压机将芯桩8沿轴向压入已完成的桩体9中，这样，成桩与压桩可同步实施，可明显缩短施工工期，提高施工工效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种端承型螺纹芯组合桩的施工设备，所述端承型螺纹芯组合桩包括沿竖向进行施工的桩体(9)，所述桩体(9)底部设置有与其为一体的端承体(10)，所述桩体(9)内部沿轴向设置有芯桩(8)；其特征在于：所述施工设备包括成桩设备和压桩设备；所述成桩设备包括钻具及注浆设备，所述钻具包括钻杆(1)及钻头(5)，所述钻杆(1)沿轴向设置有贯通并与所述注浆设备连接的注浆通道(3)，所述钻杆(1)的杆身沿轴向设置有若干个呈圆周分布的并与所述注浆设备连接的注浆孔(2)，所述钻杆(1)的杆身外侧壁从上至下设置有不少于一圈的扩张层，所述扩张层包括若干个沿径向向外侧延伸的叶片(4)，所述叶片(4)设置有与所述注浆通道(3)连通的注浆口(7)，所述钻头(5)设置在所述钻杆(1)头部，所述钻头(5)设置有与所述注浆孔(2)对应连通的喷嘴(6)；所述叶片(4)呈按逆时针方向弯曲的弧形；所述钻头(5)呈锥形，所述钻头(5)上端为与所述钻杆(1)截面相匹配的平面，所述喷嘴(6)上端设置在所述平面上，所述喷嘴(6)上端对应与所述注浆孔(2)连通，所述喷嘴(6)下端设置在所述钻头(5)的锥面上。

2.根据权利要求1所述的端承型螺纹芯组合桩的施工设备，其特征在于：所述桩体(9)为水泥砂土搅拌桩，所述端承体(10)与所述桩体(9)的材料一致，所述芯桩(8)为预制螺纹芯桩。

3.根据权利要求1所述的端承型螺纹芯组合桩的施工设备，其特征在于：所述端承体(10)水平向尺寸大于所述桩体(9)直径，所述芯桩(8)外径小于所述桩体(9)直径，所述芯桩(8)上端与所述桩体(9)顶部齐平，所述芯桩(8)下端伸入到所述端承体(10)内。

4.根据权利要求1所述的端承型螺纹芯组合桩的施工设备，其特征在于：所述成桩设备和压桩设备位于同一台机架上，所述压桩设备为静力液压机。

5.一种如权利要求1所述的端承型螺纹芯组合桩施工设备的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、通过钻具钻孔至设计深度，同时按设计通过注浆设备配比制备水泥砂浆；

2)、将制备完成的水泥砂浆沿着注浆孔(2)输送，水泥砂浆从钻头的喷嘴(6)喷出，同时反向旋转提升钻杆(1)，形成桩底端承体(10)；

3)、待水泥砂浆端承体(10)满足设计要求后，调整注浆压力值，关闭注浆孔(2)，同时打开注浆通道(3)，使水泥砂浆从叶片(4)边缘的注浆口(7)喷出，继续旋转钻杆(1)并匀速提升，使水泥砂浆与地基土充分搅拌均匀；

4)、边搅拌边喷浆，提钻至钻头(5)达到地表或桩顶设计标高时停止水泥砂浆输送，完成单根桩体(9)的施工；

5)、将芯桩(8)吊起，通过压桩设备将芯桩(8)沿轴向压入已完成的桩体(9)中。