CN106351213B - 一种反向螺丝钉桩用成型装置及成型施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反向螺丝钉桩用成型装置及成型施工工艺，该成型装置包括钻杆、与钻杆外端连接的注浆设备和套装在钻杆上部外侧的一体化桩帽成形器；反向螺丝钉桩包括桩身和桩帽，桩身的外侧壁上设置有桩身外螺纹结构；钻杆包括芯杆和杆体外螺纹结构；一体化桩帽成形器包括支架、桩帽成型钻头、旋转驱动装置和提升装置，桩帽成型钻头包括空心套筒和螺旋叶片；该成型施工工艺包括步骤：一、桩帽成形器安装；二、钻孔；三、提钻及同步桩身混凝土灌注施工；四、桩帽成形器下钻形成土模；五、桩帽混凝土灌注施工；六、反向螺丝钉桩成型。本发明设计合理、施工简便且使用效果好，能简便、快速完成反向螺丝钉桩的桩身与桩帽一体化施工过程。

Description

一种反向螺丝钉桩用成型装置及成型施工工艺

技术领域

本发明属于桩基施工技术领域，尤其是涉及一种反向螺丝钉桩用成型装置及成型施工工艺。

背景技术

灌注桩是指直接在所设计的桩位上开孔，其截面为圆形，成孔后在孔内加放钢筋笼，灌注混凝土而成。目前，在建筑、水利、公路等基础工程中，长螺旋成孔的灌注桩以其速度快、噪音低、不用泥浆护壁、施工成本低等优点得到广泛应用。但是，现有的普通长螺旋成孔灌注桩存在以下缺陷和不足：第一、适用范围有限，只能在粘性土、粉土、填土等土层适用，在遇到密实砂卵石地层或大直径卵石层时，则钻进困难或无法钻进；因而，现有土层适应能力不足，部分地区无法采用；第二、单桩竖向承载力较差：单桩竖向承载力是桩在基础施工应用中的主要指标，其决定了桩能够承受的上部建筑的重量；现有的灌注桩主要为直杆桩、成桩后桩身外表面为光滑的圆周面且其竖向承载力为桩侧阻力与桩端阻力之和；但现有长螺旋成孔的灌注桩成孔后，桩端土壤经过扰动，容易形成孔底虚土，降低桩端阻力，从而影响单桩承载力；第三、施工进度慢，长螺旋钻孔成型的钻孔为圆孔，采用螺纹钻杆上的螺纹多为正向螺纹(也称右旋螺纹，是指顺时针旋入的螺纹)，并且成孔过程中，钻杆连续出土，出土量大，出土清运工作量大，并且所用混凝土量大。

现如今，反向螺丝钉桩成桩后，通常采用人工方式进行桩帽施工，桩帽一般为混凝土结构。如图1-1至图1-6所示，采用人工方式进行桩帽施工时，施工过程主要包括以下步骤：第一步、钻孔1-1成型后，将钻杆1-2边向上提边通过钻杆1-2向钻孔1-1内灌注混凝土，详见图1-1；第二步、将钻杆1-2向上提至钻孔1-1外侧，且待钻孔1-1内所灌注混凝土凝固后，获得灌注桩桩体1-3，为保证桩头质量，灌注桩桩体1-3的顶部标高一般都要高出预先设计的桩顶标高，详见图1-2；第三步、根据预先设计的桩帽1-5的直径D和高度h，人工在桩头处挖出用于施工桩帽1-5的土模1-4，土模1-4的直径和高度分别与预先设计的桩帽1-5的直径D和高度h相同，详见图1-3；第四步、人工将灌注桩桩体1-3的桩头截短至预先设计的桩顶标高，获得施工成型的桩身1-6，详见图1-4；第五步、在土模1-4内灌注混凝土，详见图1-5；第六步、待土模1-4内所灌注混凝土凝固后，获得施工成型的混凝土桩帽1-5，详见图1-6。

采用上述人工方式进行桩帽施工的方法，存在以下主要问题：第一、施工效率低下：每人每天只能施工3个～5个桩帽；第二、成本高：纯人工制作，人力成本高；第三、施工质量不可控：因施工人员操作不规范，桩帽施工质量不能得到有效保证；第四、施工过程复杂，劳动强度高；第五、需在桩身混凝土凝固后再进行桩帽施工，影响反向螺丝钉桩的施工工期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种反向螺丝钉桩用成型装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能简便、快速完成反向螺丝钉桩的桩身与桩帽一体化施工过程，并且施工过程易于控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：包括对所施工反向螺丝钉桩的桩孔进行成孔施工的钻杆、与钻杆外端连接的注浆设备和套装在钻杆上部外侧的一体化桩帽成形器；所述反向螺丝钉桩包括桩身和布设在桩身上的桩帽，所述桩帽为圆柱状桩帽，所述桩身为混凝土桩身，所述桩身的外侧壁上设置有桩身外螺纹结构，所述桩身外螺纹结构为圆柱螺纹且其为反向螺纹；

所述钻杆包括内部中空的芯杆和由下至上布设在所述芯杆外侧壁上的杆体外螺纹结构，所述杆体外螺纹结构与所述桩身外螺纹结构的结构相同；

所述一体化桩帽成形器包括支架、安装在支架下方且对需施工桩帽进行成孔施工的桩帽成型钻头、带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架沿所述桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，所述支架安装在所述提升装置上；所述桩帽成型钻头为圆柱状且其高度大于h，所述桩帽成型钻头的外径为D，其中D为桩帽的直径，h为桩帽的高度；所述桩帽成型钻头包括空心套筒和由上至下布设在空心套筒外侧壁上的螺旋叶片，所述空心套筒安装在支架上，所述空心套筒与所述旋转驱动装置进行传动连接，所述空心套筒与钻杆呈同轴布设。

上述一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征是：所述钻杆为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆和驱动钻杆进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆的外端部进行传动连接，所述钻杆为内部中空的杆体；所述钻杆的底部安装有底部钻头，所述底部钻头上开有与钻杆内部相通的出浆口。

上述一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征是：所述杆体外螺纹结构为等螺距螺纹且其为单线螺纹或多线螺纹；

所述螺旋叶片的宽度由上至下均相同，所述螺旋叶片的螺距由上至下均相同。

上述一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征是：所述钻杆和所述桩帽成型钻头均呈竖直向布设；

所述支架为T字形支架，所述T字形支架包括水平支架和安装在所述水平支架外侧的竖向支架，所述空心套筒安装在所述水平支架上；所述竖向支架安装在所述提升装置上。

上述一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征是：所述提升装置为液压缸，所述液压缸与所述桩帽成型钻头呈平行布设。

上述一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征是：所述空心套筒上同轴安装有传动轴，所述传动轴为空心轴；所述传动轴位于空心套筒上方，所述传动轴通过轴承安装在支架上，所述空心套筒通过传动轴安装在支架上；所述传动轴与所述旋转驱动装置进行传动连接。

上述一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征是：所述传动轴与所述旋转驱动装置之间通过传动机构进行传动连接，所述传动机构为齿轮传动机构；所述齿轮传动机构包括主动齿轮和与主动齿轮相啮合的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮呈平行布设且二者均与传动轴呈垂直布设，所述从动齿轮同轴套装在传动轴上，所述主动齿轮安装在所述旋转驱动装置的动力输出轴上；

所述一体化桩帽成形器还包括主控装置、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元、对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元和对支架的提升高度进行实时检测的高度检测单元，所述旋转驱动装置和所述提升装置均由主控装置进行控制；所述转速检测单元、转向检测单元和高度检测单元均与主控装置连接。

同时，本发明还公开了一种工艺步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好的反向螺丝钉桩成型施工工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

步骤一、桩帽成形器安装：将所述一体化桩帽成形器套装在钻杆上部外侧，并使空心套筒与钻杆呈同轴布设；

步骤二、钻孔：采用钻杆由上向下钻进，直至钻进至所施工反向螺丝钉桩的设计孔深，获得施工成型的钻孔；

钻进过程中，所述钻杆均为逆时针旋转；

步骤三、提钻及同步桩身混凝土灌注施工：向上提升钻杆，直至钻杆底部与钻孔孔口之间的距离为h时停止提升；向上提升过程中，采用所述注浆设备且通过钻杆由下至上同步向钻孔内进行混凝土灌注施工，完成所述反向螺丝钉桩的桩身的混凝土灌注施工过程；

本步骤中，步骤一中所述一体化桩帽成形器均位于钻孔上方；

步骤四、桩帽成形器下钻形成土模：通过所述提升装置带动支架向下移动，所述支架向下移动过程中带动所述桩帽成型钻头沿钻杆由上向下钻进，获得施工成型且用于施工所述反向螺丝钉桩的桩帽的土模；

步骤五、桩帽混凝土灌注施工：继续向上提升钻杆，所述钻杆向上提升过程中，通过所述提升装置将支架和安装在支架下方的所述桩帽成型钻头同步向上提升，直至钻杆和所述桩帽成型钻头均提升至钻孔外侧；向上提升过程中，采用所述注浆设备且通过钻杆由下至上同步向步骤四中所述土模内进行混凝土灌注施工，完成桩帽的混凝土灌注施工过程；

步骤六、反向螺丝钉桩成型：待步骤三中所灌注混凝土和步骤五中所灌注混凝土终凝后，获得施工成型的桩身和桩帽，所述桩帽位于桩身的正上方且其与桩身浇筑为一体。

上述工艺，其特征是：步骤一中进行桩帽成形器安装之前，需先将钻杆移至所述反向螺丝钉桩的桩位上；所述钻杆为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆和驱动钻杆进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆的外端部进行传动连接，所述钻杆为内部中空的杆体；

步骤一中所述钻杆的底部安装有底部钻头，所述底部钻头上开有与钻杆内部相通的出浆口；

步骤四中进行桩帽成形器下钻形成土模过程中，待所述桩帽成型钻头由上向下钻进至空心套筒底部与钻杆底部平齐时，停止向下钻进。

上述工艺，其特征是：步骤三中所述桩身为全螺纹桩身或部分螺纹桩身；

所述全螺纹桩身包括第一桩芯和由上至下布设在所述第一桩芯外侧壁上的第一外螺纹结构；所述第一桩芯为圆柱状，所述第一外螺纹结构与所述第一桩芯浇筑为一体；

所述部分螺纹桩身包括下部桩身和位于所述下部桩身正上方的上部桩身，所述下部桩身为螺纹段桩身，所述上部桩身为直杆段桩身，所述直杆段桩身为圆柱状且其与所述螺纹段桩身呈同轴布设；所述螺纹段桩身包括第二桩芯和由上至下布设在所述第二桩芯外侧壁上的第二外螺纹结构，所述第二桩芯为圆柱状；所述第二桩芯和所述第二外螺纹结构浇筑为一体且二者的上端均与所述直杆段桩身浇筑为一体；

所述第一外螺纹结构和第二外螺纹结构的结构相同且二者均为桩身外螺纹结构；

步骤三中进行提钻及同步桩身混凝土灌注施工过程中，当所述桩身为全螺纹桩身时，向上提升钻杆过程中，所述钻杆均为顺时针旋转，直至钻杆底部与钻孔孔口之间的距离为h时停止提升；

当所述桩身为部分螺纹桩身时，向上提升钻杆过程中，先将钻杆顺时针旋转；待钻杆向上提升的高度为L时，将钻杆调整为逆时针旋转，直至钻杆底部与钻孔孔口之间的距离为h时停止提升；其中，L为所述螺纹段桩身的长度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的成型装置结构简单且加工制作简便，投入成本较低。

2、所采用的成型装置结构设计合理，包括对所施工反向螺丝钉桩的桩孔进行成孔施工的钻杆、与钻杆外端连接的注浆设备和套装在钻杆上部外侧的一体化桩帽成形器，连接简便。

3、所采用的一体化桩帽成形器结构简单且加工制作简便，投入成本较低。

4、所采用的一体化桩帽成形器结构设计合理，包括支架、安装在支架下方的桩帽成型钻头、带动桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架沿桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，支架安装在提升装置上；该一体化桩帽成形器结构紧凑，并且具有自动提升和钻进功能。

5、所采用的一体化桩帽成形器安装简便且拆除方法，只需同轴套装在钻杆外侧即可，占用空间小，使用操作方式灵活。

6、所采用的一体化桩帽成形器使用操作简便且使用效果好，桩身施工过程中能同步自动完成桩帽施工过程，施工简便、快速，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高，同时能有效降低施工成本，实现桩帽机械化施工，施工过程控制简便，能有效解决现有钻孔灌注桩桩帽施工方法存在的施工效率低下、成本高、施工质量不可控、施工过程复杂、劳动强度高、需在桩身混凝土凝固后再进行桩帽施工、施工工期长等问题。

7、所采用的成型装置使用操作简便且使用效果好，能简便、快速完成反向螺丝钉桩的桩身与桩帽一体化施工过程，并且施工过程易于控制。

8、反向螺丝钉桩成型施工工艺步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，具有以下几方面优点：第一、施工效率高：在成桩的同时成形桩帽并灌注混凝土，不占用额外的施工时间，能有效桩基施工工期；第二、成本低：全机械化作业，无额外人工费用，一体化桩帽成形器能简便装在桩机上工作，无需另外的独立设备；第三、施工质量可控：桩帽的高度和直径大小取决于钻头的大小与钻进过程中参数的设定，少人为影响，质量稳定；第四、施工成型的反向螺丝钉桩结构简单、设计合理、施工简便且施工成本较低，施工过程易于控制且施工速度快，施工周期短，该反向螺丝钉桩的使用效果好且承载能力强，竖向单桩竖向承载力高；反向螺丝钉桩的使用方式灵活，其桩身可以为全螺纹桩身，也可以为部分螺纹桩身，桩身外侧有桩身外螺纹结构。当反向螺丝钉桩的桩身为全螺纹桩身时，单桩竖向承载力为桩侧阻力+螺纹剪应力+桩端阻力，其中桩侧阻力为第一桩芯的桩侧阻力，螺纹剪应力为第一外螺纹结构中各螺纹的剪应力之和；当反向螺丝钉桩的桩身为部分螺纹桩身时，单桩竖向承载力为桩侧阻力+螺纹剪应力+桩端阻力，其中桩侧阻力为直杆段桩身与第二桩芯的桩侧阻力之和，螺纹剪应力为第二外螺纹结构中各螺纹的剪应力之和，因而，能大幅提高单桩竖向承载力。在相同土体、相同桩长与桩径以及同等施工条件下，本发明所采用反向螺丝钉桩的单桩承载力是传统长螺旋成孔灌注桩的2倍以上。另外，可根据实际需要，在桩身内设置钢筋笼，以增加桩身的抗弯能力。对于部分螺纹桩身而言，一方面，由于上述为直杆段桩身，下部为螺纹段桩身，由于螺纹段桩身所处的桩孔为内带螺旋槽的内螺纹孔，基于螺纹剪应力，螺纹段桩身自身的竖向承载力高；另一方面，螺纹段桩身上方为直杆段桩身，螺纹段桩身上第二外螺纹结构的螺纹外径与直杆段桩身的外径相同，螺纹段桩身所处的桩孔为内带螺旋槽的内螺纹孔，而直杆段桩身为圆柱状，基于直杆段桩身和螺纹段桩身所处的桩孔的结构特点，不论在松动、晃动情况下，直杆段桩身几乎都不可能向下移动，因而能有效提高单桩的竖向承载力。另外，施工速度快，在粉质粘土中施工，每天施工量可达1000延米以上；在卵石、沙层、强风化等复杂土层中施工，每天施工量也可达到500延米以上。并且，桩身施工过程中为挤土型施工，视土体及设计需要，可以是全挤土施工，也可以是半挤土施工；成桩后，土体密实度高，增加了桩侧阻力。钻孔过程一次施工成型，省工省时，并且钻孔过程出土量少或无需出土，因而无需进行泥土/泥浆外运，节约施工成本，并且节能、环保。同时，施工过程为静音施工，无噪音污染，混凝土用量节省20％以上。

由上述内容可知，采用本发明施工成型的反向螺丝钉桩承载能力强且性能优良，该反向螺丝钉桩的桩身外侧带反向螺纹，与目前出现的螺纹灌注桩的结构和施工方向均完全不同，现有的螺纹灌注桩一般都是全螺纹灌注桩，并且所采用螺纹钻杆上螺纹多为正向螺纹(也称右旋螺纹，即顺时针旋入的螺纹)，相应施工成型的螺纹灌注桩桩身上所带的螺纹为正向螺纹；另外，现有螺纹灌注桩的钻孔过程均需向外侧连续出土，土方清运工作量。桩身上设置反向螺纹后，桩身更稳固、牢靠，承载能力强且不易松动，能有效解决正向螺纹可能出现的松动现象，处理后的地基更稳固。同时，桩身与桩帽同步施工成型，整体性更佳。

综上所述，本发明设计合理、施工简便且使用效果好，能简便、快速完成反向螺丝钉桩的桩身与桩帽一体化施工过程，并且施工过程易于控制。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1-1为现有采用人工方式施工桩帽过程中向钻孔内灌注混凝土时的施工状态示意图。

图1-2为现有采用人工方式施工桩帽过程中混凝土灌注完成后的施工状态示意图。

图1-3为现有采用人工方式施工桩帽过程中土模施工完成后的施工状态示意图。

图1-4为现有采用人工方式施工桩帽过程中桩头截短至预先设计的桩顶标高后的施工状态示意图。

图1-5为现有采用人工方式施工桩帽过程中向土模内所灌注混凝土时的施工状态示意图。

图1-6为现有采用人工方式施工成型桩帽的结构示意图。

图1为本发明反向螺丝钉桩用成型装置的结构示意图。

图2为本发明一体化桩帽成形器的结构示意图。

图2-1为图2的俯视图。

图3为采用本发明对反向螺丝钉桩进行施工时的方法流程框图。

图3-1为本发明实施例1中桩身混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图3-2为本发明实施例1中桩身混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图3-3为本发明实施例1中桩帽成形器下钻形成土模时的施工状态示意图。

图3-4为本发明实施例1中桩帽混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图3-5为本发明实施例1中桩帽混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图3-6为本发明实施例1中施工成型反向螺丝钉桩的结构示意图。

图4为本发明一体化桩帽成形器的电路原理框图。

图5-1为本发明实施例2中桩身混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图5-2为本发明实施例2中桩身混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图5-3为本发明实施例2中桩帽成形器下钻形成土模时的施工状态示意图。

图5-4为本发明实施例2中桩帽混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图5-5为本发明实施例2中桩帽混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图5-6为本发明实施例2中施工成型反向螺丝钉桩的结构示意图。

附图标记说明:

1-1—钻孔； 1-2—钻杆； 1-3—灌注桩桩体；

1-4—土模； 1-5—桩帽； 1-6—桩身；

1-7—底部钻头； 2-1—空心套筒； 2-2—螺旋叶片；

3—轴承； 4—轴承外套； 5—传动轴；

6—支架； 7—液压马达； 8—主动齿轮；

9—从动齿轮； 10—液压缸； 11-1—主控装置；

11-2—转速检测单元； 11-3—转向检测单元； 11-4—高度检测单元；

12—混凝土注浆设备。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种反向螺丝钉桩用成型装置，包括对所施工反向螺丝钉桩的桩孔进行成孔施工的钻杆1-2、与钻杆1-2外端连接的注浆设备和套装在钻杆1-2上部外侧的一体化桩帽成形器；结合图5-1和图5-2，所述反向螺丝钉桩包括桩身1-6和布设在桩身1-6上的桩帽1-5，所述桩帽1-5为圆柱状桩帽，所述桩身1-6为混凝土桩身，所述桩身1-6的外侧壁上设置有桩身外螺纹结构，所述桩身外螺纹结构为圆柱螺纹且其为反向螺纹；

所述钻杆1-2包括内部中空的芯杆和由下至上布设在所述芯杆外侧壁上的杆体外螺纹结构，所述杆体外螺纹结构与所述桩身外螺纹结构的结构相同；

如图2和图2-1所示，所述一体化桩帽成形器包括支架6、安装在支架6下方且对需施工桩帽1-5进行成孔施工的桩帽成型钻头、带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架6沿所述桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，所述支架6安装在所述提升装置上；所述桩帽成型钻头为圆柱状且其高度大于h，所述桩帽成型钻头的外径为D，其中D为桩帽1-5的直径，h为桩帽1-5的高度；所述桩帽成型钻头包括空心套筒2-1和由上至下布设在空心套筒2-1外侧壁上的螺旋叶片2-2，所述空心套筒2-1安装在支架6上，所述空心套筒2-1与所述旋转驱动装置进行传动连接，所述空心套筒2-1与钻杆1-2呈同轴布设。

本实施例中，所述注浆设备为混凝土注浆设备12，所述混凝土注浆设备12通过注浆管道与钻杆1-2外端连接。

本实施例中，所述钻杆1-2为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆1-2和驱动钻杆1-2进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆1-2的外端部进行传动连接，所述钻杆1-2为内部中空的杆体；所述钻杆1-2的底部安装有底部钻头1-7，所述底部钻头1-7上开有与钻杆1-2内部相通的出浆口。

本实施例中，所述杆体外螺纹结构为等螺距螺纹。

实际使用时，所述杆体外螺纹结构为单线螺纹或多线螺纹。

相应地，所述桩身外螺纹结构为等螺距螺纹且其为单线螺纹或多线螺纹；所述桩身外螺纹结构为圆柱螺纹且其为反向螺纹。

螺纹按照螺旋线的方向分为左旋螺纹和右旋螺纹两种类型，其中左旋螺纹，也称反向螺纹，是逆时针旋入的螺纹。螺纹按照螺旋线的数目不同，分为单线螺纹和多线螺纹两种类型。其中，单线螺纹是沿一根螺旋线形成的螺纹，多线螺纹是沿两根以上的等距螺旋线形成的螺纹。

本实施例中，所述杆体外螺纹结构为单线螺纹，所述桩身外螺纹结构为单线螺纹。

实际使用时，所述桩身外螺纹结构也可以为多线螺纹。并且，当所述桩身外螺纹结构为多线螺纹时，螺旋线数量不大于4条。实际施工时，可根据具体需要，对所述桩身外螺纹结构的螺距进行调整。相比单线螺纹来说，所述桩身外螺纹结构采用多线螺纹时，提供的螺纹剪应力更高，加固后的地基更稳固。

本实施例中，所述桩身外螺纹结构为梯形螺纹。因而，所述杆体外螺纹结构为梯形螺纹。

实际使用时，所述桩身外螺纹结构也可以为其它类型的螺纹，如矩形螺纹、锯齿形螺纹等。

本实施例中，所述螺旋叶片2-2的宽度由上至下均相同，所述螺旋叶片2-2的螺距由上至下均相同。

本实施例中，所述空心套筒2-1同轴套装在对所施工反向螺丝钉桩的桩孔进行施工的钻杆1-2上，所述支架6上开有供钻杆1-2穿过的通孔。

实际加工时，所述桩帽成型钻头的高度为1.5h～2.5h。其中，h为桩帽1-5的高度。

本实施例中，所述桩帽成型钻头呈竖直向布设。

本实施例中，所述支架6为T字形支架，所述T字形支架包括水平支架和安装在所述水平支架外侧的竖向支架，所述空心套筒2-1安装在所述水平支架上；所述竖向支架安装在所述提升装置上。

实际加工时，所述支架6为多根型钢杆件焊接而成的型钢支架。

本实施例中，所述提升装置为液压缸10，所述液压缸10与所述桩帽成型钻头呈平行布设。

实际安装时，所述竖向支架安装在液压缸10的活塞杆上。

本实施例中，所述空心套筒2-1上同轴安装有传动轴5，所述传动轴5为空心轴；所述传动轴5位于空心套筒2-1上方，所述传动轴5通过轴承3安装在支架6上，所述空心套筒2-1通过传动轴5安装在支架6上；所述传动轴5与所述旋转驱动装置进行传动连接。

并且，所述传动轴5通过轴承3安装在支架6的所述水平支架上。

实际使用时，所述钻杆1-2从传动轴5内侧中部穿过且二者呈同轴布设。

所述水平支架上开有供轴承3安装的安装孔，所述传动轴5从所述安装孔内穿过。

本实施例中，所述轴承3外侧同轴套装有轴承外套4。

本实施例中，所述传动轴5与所述旋转驱动装置之间通过传动机构进行传动连接，所述传动机构为齿轮传动机构；所述齿轮传动机构包括主动齿轮8和与主动齿轮8相啮合的从动齿轮9，所述主动齿轮8和从动齿轮9均呈平行布设且二者均与传动轴5呈垂直布设，所述从动齿轮9同轴套装在传动轴5上，所述主动齿轮8安装在所述旋转驱动装置的动力输出轴上。

本实施例中，所述螺旋叶片2-2的由下至上均设置有刀刃。

本实施例中，所述液压马达7为电动马达，所述液压缸为数字液压缸。

并且，所述液压马达7和所述液压缸均与主控装置11-1连接。

本实施例中，所述液压马达7安装在支架6的所述水平支架上，并且所述竖向支架上设置有对液压马达7进行固定的固定架。所述液压马达7位于所述水平支架上方，所述主动齿轮8和从动齿轮9布设在同一水平面上且二者均位于所述水平支架下方。

同时，如图4所示，本发明所述的一体化桩帽成形器，还包括主控装置11-1、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元11-2、对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元11-3和对支架6的提升高度进行实时检测的高度检测单元11-4，所述旋转驱动装置和所述提升装置均由主控装置11-1进行控制；所述转速检测单元11-2、转向检测单元11-3和高度检测单元11-4均与主控装置11-1连接。因而，实际控制非常简便。

如图3所示的一种反向螺丝钉桩成型施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、桩帽成形器安装：将所述一体化桩帽成形器套装在钻杆1-2上部外侧，并使空心套筒2-1与钻杆1-2呈同轴布设，详见图3-1；

步骤二、钻孔：采用钻杆1-2由上向下钻进，直至钻进至所施工反向螺丝钉桩的设计孔深，获得施工成型的钻孔1-1；

钻进过程中，所述钻杆1-2均为逆时针旋转；

步骤三、提钻及同步桩身混凝土灌注施工：向上提升钻杆1-2，直至钻杆1-2底部与钻孔1-1孔口之间的距离为h时停止提升；向上提升过程中，采用所述注浆设备且通过钻杆1-2由下至上同步向钻孔1-1内进行混凝土灌注施工，完成所述反向螺丝钉桩的桩身1-6的混凝土灌注施工过程，详见图3-1和图3-2；

本步骤中，步骤一中所述一体化桩帽成形器均位于钻孔1-1上方；

步骤四、桩帽成形器下钻形成土模：通过所述提升装置带动支架6向下移动，所述支架6向下移动过程中带动所述桩帽成型钻头沿钻杆1-2由上向下钻进，获得施工成型且用于施工所述反向螺丝钉桩的桩帽1-5的土模1-4，详见图3-3；

步骤五、桩帽混凝土灌注施工：继续向上提升钻杆1-2，所述钻杆1-2向上提升过程中，通过所述提升装置将支架6和安装在支架6下方的所述桩帽成型钻头同步向上提升，直至钻杆1-2和所述桩帽成型钻头均提升至钻孔1-1外侧；向上提升过程中，采用所述注浆设备且通过钻杆1-2由下至上同步向步骤四中所述土模1-4内进行混凝土灌注施工，完成桩帽1-5的混凝土灌注施工过程，详见图3-4和图3-5；

步骤六、反向螺丝钉桩成型：待步骤三中所灌注混凝土和步骤五中所灌注混凝土终凝后，获得施工成型的桩身1-6和桩帽1-5，所述桩帽1-5位于桩身1-6的正上方且其与桩身1-6浇筑为一体，详见图3-6。

本实施例中，所述桩身1-6呈竖直向布设。并且，所述桩身1-6为全螺纹桩身，详见图3-6。

所述全螺纹桩身包括第一桩芯和由上至下布设在所述第一桩芯外侧壁上的第一外螺纹结构；所述第一桩芯为圆柱状，所述第一外螺纹结构与所述第一桩芯浇筑为一体；所述第一外螺纹结构为桩身外螺纹结构。

步骤三中进行提钻及同步桩身混凝土灌注施工过程中，向上提升钻杆1-2过程中，所述钻杆1-2均为顺时针旋转，直至钻杆1-2底部与钻孔1-1孔口之间的距离为h时停止提升。

本实施例中，所述桩身1-6的外径D1为Φ300mm～Φ1200mm且其长度L1≤60m，所述桩身外螺纹结构的螺纹内径d1为Φ100mm～Φ800mm。所述第一桩芯的直径均为d1。

实际施工时，可根据具体需要，对桩身1-6的外径D1、桩身1-6的长度L1和所述桩身外螺纹结构的螺纹内径d1进行相应调整。所述桩身外螺纹结构的螺纹外径与所述桩身1-6的外径D相同。

本实施例中，步骤一中进行桩帽成形器安装之前，需先将钻杆1-2移至所述反向螺丝钉桩的桩位上；所述钻杆1-2为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆1-2和驱动钻杆1-2进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆1-2的外端部进行传动连接，所述钻杆1-2为内部中空的杆体；

步骤一中所述钻杆1-2的底部安装有底部钻头1-7，所述底部钻头1-7上开有与钻杆1-2内部相通的出浆口；

步骤四中进行桩帽成形器下钻形成土模过程中，待所述桩帽成型钻头由上向下钻进至空心套筒2-1底部与钻杆1-2底部平齐时，停止向下钻进。

本实施例中，步骤二中采用钻杆1-2由上向下钻进过程中，所述钻杆1-2采用旋转挤压的方式进行钻孔。

本实施例中，所述钻杆1-2包括内部中空的芯杆和由下至上布设在所述芯杆外侧壁上的杆体外螺纹结构。

所述杆体外螺纹结构上均未设置切削齿，并且钻孔过程中不向外侧出土，钻孔过程为全挤土施工过程。

实际施工时，也可以采用旋转切削与旋转挤压相结合的方式进行钻孔。此时，所述杆体外螺纹结构上设置有切削齿，钻孔过程中向外侧出土，但出土量非常小。因而，钻孔过程为切削与挤土相结合的施工过程，也称为半挤土施工过程。

本实施例中，所述桩身1-6的直径D1小于桩帽1-5的直径D。

本实施例中，所述底部钻头1-7为圆锥形且其直径由上至下逐渐缩小，所述底部钻头1-7的上端直径不大于钻杆1-2的外径。

本实施例中，将钻杆1-2移至所述反向螺丝钉桩的桩位上时，所述钻杆1-2沿所述反向螺丝钉桩的中心轴线布设。

本实施例中，所述螺旋叶片2-2的外侧均设置有切削齿或刀刃。

本实施例中，步骤二中采用钻杆1-2由上向下钻进过程中，所述钻杆1-2为逆时针旋转；向上提升钻杆1-2过程中，所述钻杆1-2为顺时针旋转，这样钻杆1-2向上提升过程中，对已成型钻孔1-1无任何作用，施工成型的钻孔1-1为螺纹孔。

本实施例中，所述电动旋转驱动机构为动力头，所述动力头采用2012年07月04日公开的公开号为CN102535445A(申请号为CN201210026528.7)的发明专利申请中所公开的大扭矩可调速动力头。

步骤一中所述螺旋打桩机采用公开号为CN102535445A的发明专利申请《长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法》中公开的成型装置，区别在于，并且步骤二中的钻孔方法，与公开号为CN102535445A的发明专利申请《长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法》中的钻孔方法相同。

实施例2

本实施例中，所采用反向螺丝钉桩用成型装置的结构和连接关系均与实施例1相同。

本实施例中，所采用的反向螺丝钉桩成型施工工艺，与实施例1不同的是：步骤三中所述桩身1-6为部分螺纹桩身；

所述部分螺纹桩身包括下部桩身和位于所述下部桩身正上方的上部桩身，所述下部桩身为螺纹段桩身，所述上部桩身为直杆段桩身，所述直杆段桩身为圆柱状且其与所述螺纹段桩身呈同轴布设；所述螺纹段桩身包括第二桩芯和由上至下布设在所述第二桩芯外侧壁上的第二外螺纹结构，所述第二桩芯为圆柱状；所述第二桩芯和所述第二外螺纹结构浇筑为一体且二者的上端均与所述直杆段桩身浇筑为一体；

所述第一外螺纹结构和所述第二外螺纹结构的结构相同且二者均为桩身外螺纹结构；

步骤三中进行提钻及同步桩身混凝土灌注施工过程中，向上提升钻杆1-2过程中，先将钻杆1-2顺时针旋转；待钻杆1-2向上提升的高度为L时，将钻杆1-2调整为逆时针旋转，直至钻杆1-2底部与钻孔1-1孔口之间的距离为h时停止提升；其中，L为所述螺纹段桩身的长度。

本实施例中，所述螺纹段桩身的长度

实际施工时，可根据具体需要，对所述螺纹段桩身的长度L进行相应调整。

实际施工过程中，当钻杆1-2向上提升的高度为L时，钻杆1-2的底端高度与所述部分螺纹桩身中所述直杆段桩身的底端高度相同。

并且，步骤二中钻孔过程中，所述钻杆1-2逆时针旋转下钻。

步骤三中提钻过程中，顺时针旋转时，所述钻杆1-2对已成型钻孔1-1无任何作用，施工成型的钻孔1-1为螺纹孔，且灌注混凝土形成所述螺纹段桩身；将钻杆1-2调整为逆时针旋转后，钻杆1-2提升过程中对已成型钻孔1-1进行挤压，形成用于施工所述直杆段桩身的直孔段。

本实施例中，所采用反向螺丝钉桩成型施工工艺的其余步骤均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：包括对所施工反向螺丝钉桩的桩孔进行成孔施工的钻杆(1-2)、与钻杆(1-2)外端连接的注浆设备和套装在钻杆(1-2)上部外侧的一体化桩帽成形器；所述反向螺丝钉桩包括桩身(1-6)和布设在桩身(1-6)上的桩帽(1-5)，所述桩帽(1-5)为圆柱状桩帽，所述桩身(1-6)为混凝土桩身，所述桩身(1-6)的外侧壁上设置有桩身外螺纹结构，所述桩身外螺纹结构为圆柱螺纹且其为反向螺纹；

所述钻杆(1-2)包括内部中空的芯杆和由下至上布设在所述芯杆外侧壁上的杆体外螺纹结构，所述杆体外螺纹结构与所述桩身外螺纹结构的结构相同；

所述一体化桩帽成形器包括支架(6)、安装在支架(6)下方且对需施工桩帽(1-5)进行成孔施工的桩帽成型钻头、带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架(6)沿所述桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，所述支架(6)安装在所述提升装置上；所述桩帽成型钻头为圆柱状且其高度大于h，所述桩帽成型钻头的外径为D，其中D为桩帽(1-5)的直径，h为桩帽(1-5)的高度；所述桩帽成型钻头包括空心套筒(2-1)和由上至下布设在空心套筒(2-1)外侧壁上的螺旋叶片(2-2)，所述空心套筒(2-1)安装在支架(6)上，所述空心套筒(2-1)与所述旋转驱动装置进行传动连接，所述空心套筒(2-1)与钻杆(1-2)呈同轴布设。

2.按照权利要求1所述的一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：所述钻杆(1-2)为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆(1-2)和驱动钻杆(1-2)进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆(1-2)的外端部进行传动连接，所述钻杆(1-2)为内部中空的杆体；所述钻杆(1-2)的底部安装有底部钻头(1-7)，所述底部钻头(1-7)上开有与钻杆(1-2)内部相通的出浆口。

3.按照权利要求1或2所述的一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：所述杆体外螺纹结构为等螺距螺纹且其为单线螺纹或多线螺纹；

所述螺旋叶片(2-2)的宽度由上至下均相同，所述螺旋叶片(2-2)的螺距由上至下均相同。

4.按照权利要求1或2所述的一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：所述钻杆(1-2)和所述桩帽成型钻头均呈竖直向布设；

所述支架(6)为T字形支架，所述T字形支架包括水平支架和安装在所述水平支架外侧的竖向支架，所述空心套筒(2-1)安装在所述水平支架上；所述竖向支架安装在所述提升装置上。

5.按照权利要求1或2所述的一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：所述提升装置为液压缸(10)，所述液压缸(10)与所述桩帽成型钻头呈平行布设。

6.按照权利要求1或2所述的一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：所述空心套筒(2-1)上同轴安装有传动轴(5)，所述传动轴(5)为空心轴；所述传动轴(5)位于空心套筒(2-1)上方，所述传动轴(5)通过轴承(3)安装在支架(6)上，所述空心套筒(2-1)通过传动轴(5)安装在支架(6)上；所述传动轴(5)与所述旋转驱动装置进行传动连接。

7.按照权利要求6所述的一种反向螺丝钉桩用成型装置，其特征在于：所述传动轴(5)与所述旋转驱动装置之间通过传动机构进行传动连接，所述传动机构为齿轮传动机构；所述齿轮传动机构包括主动齿轮(8)和与主动齿轮(8)相啮合的从动齿轮(9)，所述主动齿轮(8)和从动齿轮(9)呈平行布设且二者均与传动轴(5)呈垂直布设，所述从动齿轮(9)同轴套装在传动轴(5)上，所述主动齿轮(8)安装在所述旋转驱动装置的动力输出轴上；

所述一体化桩帽成形器还包括主控装置(11-1)、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元(11-2)、对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元(11-3)和对支架(6)的提升高度进行实时检测的高度检测单元(11-4)，所述旋转驱动装置和所述提升装置均由主控装置(11-1)进行控制；所述转速检测单元(11-2)、转向检测单元(11-3)和高度检测单元(11-4)均与主控装置(11-1)连接。

8.一种利用如权利要求1所述成型装置对反向螺丝钉桩进行成型施工的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

步骤一、桩帽成形器安装：将所述一体化桩帽成形器套装在钻杆(1-2)上部外侧，并使空心套筒(2-1)与钻杆(1-2)呈同轴布设；

步骤二、钻孔：采用钻杆(1-2)由上向下钻进，直至钻进至所施工反向螺丝钉桩的设计孔深，获得施工成型的钻孔(1-1)；

钻进过程中，所述钻杆(1-2)均为逆时针旋转；

步骤三、提钻及同步桩身混凝土灌注施工：向上提升钻杆(1-2)，直至钻杆(1-2)底部与钻孔(1-1)孔口之间的距离为h时停止提升；向上提升过程中，采用所述注浆设备且通过钻杆(1-2)由下至上同步向钻孔(1-1)内进行混凝土灌注施工，完成所述反向螺丝钉桩的桩身(1-6)的混凝土灌注施工过程；

本步骤中，步骤一中所述一体化桩帽成形器均位于钻孔(1-1)上方；

步骤四、桩帽成形器下钻形成土模：通过所述提升装置带动支架(6)向下移动，所述支架(6)向下移动过程中带动所述桩帽成型钻头沿钻杆(1-2)由上向下钻进，获得施工成型且用于施工所述反向螺丝钉桩的桩帽(1-5)的土模(1-4)；

步骤五、桩帽混凝土灌注施工：继续向上提升钻杆(1-2)，所述钻杆(1-2)向上提升过程中，通过所述提升装置将支架(6)和安装在支架(6)下方的所述桩帽成型钻头同步向上提升，直至钻杆(1-2)和所述桩帽成型钻头均提升至钻孔(1-1)外侧；向上提升过程中，采用所述注浆设备且通过钻杆(1-2)由下至上同步向步骤四中所述土模(1-4)内进行混凝土灌注施工，完成桩帽(1-5)的混凝土灌注施工过程；

步骤六、反向螺丝钉桩成型：待步骤三中所灌注混凝土和步骤五中所灌注混凝土终凝后，获得施工成型的桩身(1-6)和桩帽(1-5)，所述桩帽(1-5)位于桩身(1-6)的正上方且其与桩身(1-6)浇筑为一体。

9.按照权利要求8所述的工艺，其特征在于：步骤一中进行桩帽成形器安装之前，需先将钻杆(1-2)移至所述反向螺丝钉桩的桩位上；所述钻杆(1-2)为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆(1-2)和驱动钻杆(1-2)进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆(1-2)的外端部进行传动连接，所述钻杆(1-2)为内部中空的杆体；

步骤一中所述钻杆(1-2)的底部安装有底部钻头(1-7)，所述底部钻头(1-7)上开有与钻杆(1-2)内部相通的出浆口；

步骤四中进行桩帽成形器下钻形成土模过程中，待所述桩帽成型钻头由上向下钻进至空心套筒(2-1)底部与钻杆(1-2)底部平齐时，停止向下钻进。

10.按照权利要求8或9所述的工艺，其特征在于：步骤三中所述桩身(1-6)为全螺纹桩身或部分螺纹桩身；

所述全螺纹桩身包括第一桩芯和由上至下布设在所述第一桩芯外侧壁上的第一外螺纹结构；所述第一桩芯为圆柱状，所述第一外螺纹结构与所述第一桩芯浇筑为一体；

所述部分螺纹桩身包括下部桩身和位于所述下部桩身正上方的上部桩身，所述下部桩身为螺纹段桩身，所述上部桩身为直杆段桩身，所述直杆段桩身为圆柱状且其与所述螺纹段桩身呈同轴布设；所述螺纹段桩身包括第二桩芯和由上至下布设在所述第二桩芯外侧壁上的第二外螺纹结构，所述第二桩芯为圆柱状；所述第二桩芯和所述第二外螺纹结构浇筑为一体且二者的上端均与所述直杆段桩身浇筑为一体；

所述第一外螺纹结构和第二外螺纹结构的结构相同且二者均为桩身外螺纹结构；

步骤三中进行提钻及同步桩身混凝土灌注施工过程中，当所述桩身(1-6)为全螺纹桩身时，向上提升钻杆(1-2)过程中，所述钻杆(1-2)均为顺时针旋转，直至钻杆(1-2)底部与钻孔(1-1)孔口之间的距离为h时停止提升；

当所述桩身为部分螺纹桩身时，向上提升钻杆(1-2)过程中，先将钻杆(1-2)顺时针旋转；待钻杆(1-2)向上提升的高度为L时，将钻杆(1-2)调整为逆时针旋转，直至钻杆(1-2)底部与钻孔(1-1)孔口之间的距离为h时停止提升；其中，L为所述螺纹段桩身的长度。