CN105862861A - 一种刚性桩的植入设备与施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刚性桩的植入设备，成孔与刚性桩植入共用桩架；成孔设备设置有钻杆；钻杆底部安装有岩层和硬土层中成孔的钻具；钻杆上装有变速驱动设备；桩架上装有轴向步进加压装置。本发明还提供了采用该设备的植桩方法。在顶部埋入钢护筒，可以有效防止取土过程中孔壁的坍塌，上大下小型钻具上部螺旋取土，下部强制搅拌水泥土，植桩过程中排出的水泥土浆液保存于护筒内预留空间中，避免的泥浆的排放，形成的复合桩具有较高的承载力。

Description

一种刚性桩的植入设备与施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体的来说涉及一种植入刚性桩，无挤土效应，并与桩孔中的水泥复合，形成劲性桩的施工方法。

背景技术

在土木工程领域中，传统的刚性桩包括预制桩和钢桩的施工，主要有锤击法和静压法，这两种方式均存在沉桩阻力大、速度慢、挤土严重等问题，在刚性桩施工过程中对周边的建筑物、管线和构筑物产生危害。虽然采取一些应力释放措施可以缓解挤土的危害，但实践证明这种挤土的危害难以消除。此外，地层阻力越大，需沉桩的压力就越大，导致沉桩过程对桩身的损害就越大。为了保护桩身在施工过程不受损害，就需要采用较高承载力的桩材，使得桩基的成本增大很多。另一种方法是引孔减阻，这不仅增加了施工成本，而且引孔虽然减阻，但也降低了地基土的侧向摩擦力，导致桩基承载力的降低，从而增加了工程造价。

在淤泥类软弱土层中，由于土体的摩阻力较低，导致桩体的侧向承载力较小，使得桩身材料的强度发挥不了作用，不能充分应用，产生较大浪费。

刚性桩入风化岩和穿过密实砂层目前是不可能，从而限制了预制桩的应用范围。

对于周边环境复杂的区域，只能采用钻孔灌注桩，钻孔灌注桩在施工过程中将产生大量的护壁泥浆和成孔造浆，对环境将产生污染。同时，由于水下浇筑混凝土的质量难以保证和钻孔灌注桩身周边的泥皮导致桩体承载力下降，使得钻孔灌注桩的造价比预制桩的造价高40％以上。

在砂砾层中钻孔，清孔十分困难，使钻孔灌注桩的施工时间和造价增加较多。

基于预制桩基础和钻孔灌注桩基础存在的问题和各自的优点，工程界迫切希望将这二种桩基础的优点发扬光大，克服其存在的缺点，需要创新一种桩基施工设备和施工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种刚性桩的植入设备，同时还提供一种刚性桩植入的施工方法。

一种刚性桩的植入设备，包括桩架，其特征是：在同一桩架上设置有成孔设备和刚性桩植入设备，使得成孔与刚性桩植入共用桩架；成孔设备设置有钻杆；钻杆底部安装有岩层和硬土层中成孔的钻具；钻杆上装有变速驱动设备；桩架上装有轴向步进加压装置。

所述成孔设备的钻杆上设置有取土的长螺旋取土叶片，钻杆底部设置有喷浆孔。

所述钻具上安装硬合金球状钻头

所述的钻具，为齿状螺旋钻具。

所述的轴向步进加压装置为液压式或牵引式装置。

所述钻杆为可接续钻杆，通过钻杆接续装置，将钻杆接长，实现搅拌钻孔深度达到40m以上，控制桩架高度在30m以内。

一种植桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)高频振插钢护筒，即利用高频振动锤向土体中振动插入钢护筒，护筒的长度按植入刚性桩的体积计算确定；

2)原状取土，是利用螺旋叶片，在钢护筒内取出原状土，形成桩孔；

3)搅拌成孔，利用水泥浆液输送系统，在钻头处喷浆并搅拌钻进，钻杆上部为搅拌叶片，下部为螺旋叶片；

4)螺旋成孔，是利用长螺旋叶片，从桩孔中取出原状土，同时压入重塑的掺入固化剂的流态混合土；

5)搅拌轴上提与下放，反复搅拌使孔内形成超流态水泥土；

6)旋挖或冲钻成孔，是利用旋挖机或冲(钻)机成孔，泥浆护壁，植入刚性桩后注入水泥桩将桩孔间的泥浆置换，同时在桩与地层之间充填为水泥浆并固结；

7)当钻杆长度达不到设计深度时，在施工过程续接钻杆；

8)当桩基嵌入岩层和穿透硬土层时，钻杆下端安装硬合金球状钻头，利用泥浆冷却和润滑钻进；

9)搅拌成孔后，利用本桩架，吊放刚性桩，在超流态水泥土体中插入刚性桩，采用步进轴向加压装置和高频振动植入，对刚性桩加压克服刚性桩下沉时的阻力；刚性下沉过程中将置换的水泥土流入到钢护筒的预留空间中；刚性桩的侧壁和内腔中充满水泥土；在植入的桩顶位置形成一个大直径的水泥土桩体，保护刚体桩体，以免发生侧向位移；

10)振动拔出钢护筒。

所述成孔是采用长螺旋取土叶片将软粘土从桩孔中取出，同时用高压泵送入到桩孔中置换出桩孔中的原状软粘土；所述孔中的软粘土被强制混合重塑与固化增强，是将取出的软粘土加入骨料固化剂经强制搅拌混合形成流态。

所述搅拌成孔，是在钻头处喷浆，利用钻杆上的搅拌叶片和螺旋刀片，将钻孔中的破碎岩土与水泥浆液搅拌混合，形成超流态水泥土。

所述钻具钻进时，在岩层和硬土层中，安装硬合金球状钻头，采用水泥浆作冷却和润滑液，利用变速驱动装置，增大钻进扭矩，嵌入岩层和密实砂层等硬土层。

所述钻具钻进时，采用齿状螺旋钻具，利用变速驱动装置，增大钻进扭矩穿过砂砾地层。

通过设置的轴向步进加压装置，在搅拌成孔过程中对钻杆加压；在植入刚性桩时，提供轴力克服刚性桩下沉的阻力进行植桩。

有益效果：本发明所述的植桩设备和施工方法，在顶部埋入钢护筒，可以有效防止取土过程中孔壁的坍塌，上大下小型钻具上部螺旋取土，下部强制搅拌水泥土，植桩过程中排出的水泥土浆液保存于护筒内预留空间中，避免的泥浆的排放，形成的复合桩具有较高的承载力。

同时，在刚性桩的顶部位置形成一个较大直径的加固体，加固体通常为水泥土体，能保护刚性桩在基础开挖过程中被破坏，如桩顶侧向位移或断裂等。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述的刚性桩的植入设备结构示意图。

图2为本发明所述的刚性桩的植入设备俯视方向结构示意图。

图3为施工过程中插入钢护筒示意图。

图4为施工过程中形成水泥土搅拌桩示意图。

图5施工桩体植入示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参看图1和图2，一种刚性桩的植入设备，包括桩架1，在同一桩架上设置有成孔设备2和刚性桩植入设备3，使得成孔与刚性桩植入共用桩架；成孔设备设置有钻杆4；钻杆底部安装有岩层和硬土层中成孔的钻具5；钻杆上装有变速驱动设备6；桩架上装有对成孔设备和植桩设备加压的轴向步进加压装置。

所述成孔设备的钻杆上设置有取土的长螺旋取土叶片7，钻杆底部设置有喷浆孔。

所述钻具上安装硬合金球状钻头

所述的钻具，为齿状螺旋钻具。

所述的轴向步进加压装置为液压式或牵引式装置。

所述钻杆4为可接续钻杆，通过钻杆接续装置，将钻杆接长，实现搅拌钻孔深度达到40m以上，控制桩架高度在30m以内。

一种植桩施工方法，包括如下步骤：参看图3、图4、图5；

1)高频振插钢护筒，即利用高频振动锤向土体中振动插入钢护筒10，护筒的长度按植入刚性桩的体积计算确定；

2)原状取土，是利用螺旋叶片7，在钢护筒内取出原状土，形成桩孔；

3)搅拌成孔，利用水泥浆液输送系统，在钻头处喷浆并搅拌钻进，钻杆上部为搅拌叶片，下部为螺旋叶片；

4)螺旋成孔，是利用长螺旋叶片，从桩孔中取出原状土，同时压入重塑的掺入固化剂的流态混合土；

5)搅拌轴上提与下放，反复搅拌使孔内形成超流态水泥土；

6)旋挖或冲钻成孔，是利用旋挖机或冲(钻)机成孔，泥浆护壁，植入刚性桩后注入水泥桩将桩孔间的泥浆置换，同时在桩与地层之间充填为水泥浆并固结；

7)当钻杆长度达不到设计深度时，在施工过程续接钻杆4；

8)当桩基嵌入岩层和穿透硬土层时，钻杆下端安装硬合金球状钻头，利用泥浆冷却和润滑钻进；

9)搅拌成孔后，利用本桩架，吊放刚性桩11，在超流态水泥土体中插入刚性桩，采用步进轴向加压装置和高频振动植入，对刚性桩加压克服刚性桩下沉时的阻力；刚性下沉过程中将置换的水泥土流入到钢护筒的预留空间中；刚性桩的侧壁和内腔中充满水泥土；在植入的桩顶位置形成一个大直径的水泥土桩体，保护刚体桩体，以免发生侧向位移；

10)振动拔出钢护筒10。

所述成孔是采用长螺旋取土叶片将软粘土从桩孔中取出，同时用高压泵送入到桩孔中置换出桩孔中的原状软粘土；所述孔中的软粘土被强制混合重塑与固化增强，是将取出的软粘土加入骨料固化剂经强制搅拌混合形成流态。

所述搅拌成孔，是在钻头处喷浆，利用钻杆上的搅拌叶片和螺旋刀片，将钻孔中的破碎岩土与水泥浆液搅拌混合，形成超流态水泥土。

所述钻具钻进时，在岩层和硬土层中，安装硬合金球状钻头，采用水泥浆作冷却和润滑液，利用变速驱动装置，增大钻进扭矩，嵌入岩层和密实砂层等硬土层。

所述钻具钻进时，采用齿状螺旋钻具，利用变速驱动装置，增大钻进扭矩穿过砂砾地层。

通过设置的轴向步进加压装置，在搅拌成孔过程中对钻杆加压；在植入刚性桩时，提供轴力克服刚性桩下沉的阻力进行植桩。

有益效果：本发明所述的植桩设备和施工方法，在顶部埋入钢护筒，可以有效防止取土过程中孔壁的坍塌，上大下小型钻具上部螺旋取土，下部强制搅拌水泥土，植桩过程中排出的水泥土浆液保存于护筒内预留空间中，避免的泥浆的排放，形成的复合桩具有较高的承载力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种刚性桩的植入设备，包括桩架，其特征是：在同一桩架上设置有成孔设备和刚性桩植入设备；成孔设备设置有钻杆；钻杆底部安装有岩层和硬土层中成孔的钻具；钻杆上装有变速驱动设备；桩架上装有轴向步进加压装置。

2.根据权利要求1所述的一种刚性桩植入设备，其特征是，所述成孔设备的钻杆上设置有取土的长螺旋取土叶片，钻杆底部设置有喷浆孔。

3.根据权利要求1所述的一种刚性桩植入设备，其特征是，所述钻具上安装硬合金球状钻头或齿状螺旋钻具。

4.根据权利要求1所述的一种刚性桩植入设备，其特征是，所述的轴向步进加压装置为液压式或牵引式装置。

5.根据权利要求1所述的一种刚性桩植入设备，其特征是，所述钻杆为可接续钻杆，通过钻杆接续装置，将钻杆接长，实现搅拌钻孔深度达到40m以上，控制桩架高度在30m以内。

6.一种植桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)高频振插钢护筒，即利用高频振动锤向土体中振动插入钢护筒，护筒的长度按植入刚性桩的体积计算确定；

2)原状取土，是利用螺旋叶片，在钢护筒内取出原状土，形成桩孔；

3)搅拌成孔，利用水泥浆液输送系统，在钻头处喷浆并搅拌钻进，钻杆上部为搅拌叶片，下部为螺旋叶片；

4)螺旋成孔，是利用长螺旋叶片，从桩孔中取出原状土，同时压入重塑的掺入固化剂的流态混合土；

5)搅拌轴上提与下放，反复搅拌使孔内形成超流态水泥土；

6)旋挖或冲钻成孔，是利用旋挖机或冲(钻)机成孔，泥浆护壁，植入刚性桩后注入水泥桩将桩孔间的泥浆置换，同时在桩与地层之间充填为水泥浆并固结；

7)当钻杆长度达不到设计深度时，在施工过程续接钻杆；

8)当桩基嵌入岩层和穿透硬土层时，钻杆下端安装硬合金球状钻头，利用泥浆冷却和润滑钻进；

9)搅拌成孔后，利用本桩架，吊放刚性桩，在超流态水泥土体中插入刚性桩，采用步进轴向加压装置和高频振动植入，对刚性桩加压克服刚性桩下沉时的阻力；刚性下沉过程中将置换的水泥土流入到钢护筒的预留空间中；刚性桩的侧壁和内腔中充满水泥土；在植入的桩顶位置形成一个大直径的水泥土桩体，保护刚体桩体，以免发生侧向位移；

10)振动拔出钢护筒。

7.根据权利要求6所述的一种植桩施工方法，其特征是，所述螺旋成孔是采用长螺旋取土叶片将软粘土从桩孔中取出，放入地面混合设备内与掺骨料固化剂强制混合重塑，变成流态，再用高压泵通过钻杆中孔送入钻孔内，将桩孔内的软土置换出来。

8.根据权利要求6所述的一种植桩施工方法，其特征是，所述搅拌成孔，是在钻头处喷浆，利用钻杆上的搅拌叶片和螺旋刀片，将钻孔中的破碎岩土与水泥浆液搅拌混合，形成流态水泥土。