CN107574818A - 螺钉钻挤灌注桩施工方法及组合螺钉钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺钉钻挤灌注桩施工方法，此方法包括利用顺时针旋转组合螺钉钻头预先钻挤成孔，达到设计深度后使组合螺钉钻头向上运动并再次顺时针旋转挤扩桩孔，上旋同时启动混凝土泵向桩孔内压灌桩材到预定高度，然后植入钢筋笼。组合螺钉钻头，包括上部的螺旋钻杆和下部的螺钉形钻掘头，螺旋钻杆上端与动力头相连接，螺旋钻杆的下端连接所述下部的螺钉形钻掘头，螺钉形钻掘头有钻头变径段和钻头截齿段组成，钻头变径段的直径自上端至下端逐渐减小至某一设定直径，同时，钻头截齿段端部分布有合金截齿。利用该组合螺钉钻头施工而成的螺钉钻挤灌注桩，具有硬质地层可施工性强，承载力大、沉降小、成桩质量好、成本更低、能耗更少等特点。

Description

螺钉钻挤灌注桩施工方法及组合螺钉钻头

技术领域

本发明岩土工程领域，具体涉及一种螺钉钻挤灌注桩施工方法及组合螺钉钻头。

背景技术

在硬质地层、卵砾石层等地层的桩基施工中，传统的施工工艺存在许多缺点，比如钻孔灌注桩钻进能力有限无法打入；冲孔灌注桩易塌孔，垂直度难以控制，成孔效果很不理想且充盈系数过大，影响成桩质量和桩基成本；螺杆桩与螺旋挤土灌注桩也因为钻入阻力过大、动力头扭矩不足，螺旋叶片变形等原因难以进尺进而影响桩机寿命和工程工期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺钉钻挤灌注桩的施工方法及配套的组合螺钉钻头，利用该组合螺钉钻头施工而成的螺钉钻挤灌注桩，具有硬质地层可施工性强，承载力大、沉降小、成桩质量好、施工简便效率高、成本更低、能耗更少、更加环保等特点。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

螺钉钻挤灌注桩施工方法，包括以下步骤：

1)在安装有组合螺钉钻头的桩工钻机就位后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向下的轴压力，利用组合螺钉钻头钻挤成孔，在向下钻挤成孔的过程中，被旋钻松动的土体，通过钻头系统上的螺旋叶片旋转运动部分被运送至地表，部分被被逐步挤入桩孔侧壁，第一步桩孔钻挤过程持续到设计深度；

2)当第一步桩孔钻挤完成后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向上的轴向提拉力，使组合螺钉钻头向上运动并再次旋转挤压桩孔，以确保再次挤扩后的桩孔直径符合设计要求，第二步桩孔机械挤扩过程持续到组合螺钉钻头被旋转提升到地表；

3)在组合螺钉钻头开始向上旋转挤压的同时，启动混凝土泵，向已经完成钻挤的桩孔内进行桩材的压灌，通过混凝土的压力挤扩，使已经完成桩材压灌的桩段成桩直径符合设计要求，这一过程将持续到桩材压灌至桩顶标高为止，至此形成了螺钉钻挤灌注桩。

所述方法还包括：

4)在所述步骤3)制成的螺钉钻挤灌注桩桩体中插入钢筋笼、钢筋束或型钢。

用于螺钉钻挤灌注桩施工的组合螺钉钻头，包括上部的螺旋钻杆和下部的螺钉形钻掘头，所述上部的螺旋钻杆的上端与动力头相连接，所述上部的螺旋钻杆的下端连接所述下部的螺钉形钻掘头，所述下部的螺钉形钻掘头的芯杆直径自上端至下端逐渐减小至某一设定值。

进一步，所述下部的螺钉形钻掘头由钻头变径段和钻头截齿段组成，所述钻头变径段的上端连接所述上部的螺旋钻杆，所述钻头变径段的下端连接所述钻头截齿段，所述钻头变径段和钻头截齿段之间可拆卸，所述钻头截齿段上设有合金截齿。

进一步，所述上部的螺旋钻杆包括上螺旋叶片和上芯杆，所述上螺旋叶片的外径一致，所述上芯杆的外径一致，所述上螺旋叶片的外径大于上芯杆的外径，所述上芯杆的内部中空。

进一步，所述钻头变径段包括下螺旋叶片和下芯杆，所述下螺旋叶片外径与所述上螺旋叶片的外径相同，所述下芯杆的顶部外径与所述上芯杆的外径相同，所述下芯杆的外径自上端至下端逐渐减小至某一设定直径，所述下芯杆的内部中空。

进一步，所述钻头截齿段的芯杆直径与所述钻头变径段的底端直径一致，所述钻头截齿段底部设有出料结构，所述出料结构包括环形出料座、转动支架、转轴、转杆和盖板，所述环形出料座设置于所述下芯杆的底部，所述环形出料座上设有转动支架，所述转动支架连接有转轴，所述转轴连接有转杆，所述转杆连接所述盖板，所述盖板的端部设有限位插板，所述钻头截齿段上设有限位凹槽，所述限位插板与所述限位凹槽相匹配。

进一步，所述转动支架上设有转轴孔，所述转轴孔与所述转轴相匹配。

进一步，所述合金截齿包括方形截齿和圆形截齿，所述方形截齿设置于所述底部的下螺旋叶片上，所述圆形截齿设置于所述盖板上。

进一步，所述方形截齿设置有2N+1个，其中N个方形截齿位于所述底部的下螺旋叶片的一侧，另外N+1个方形截齿位于所述底部的下螺旋叶片的另一侧，两侧的方形截齿方向相对且交错设置；所述圆形截齿设置有两个，其中一个圆形截齿设置于所述盖板的一侧，另外一个圆形截齿设置于所述盖板的另一侧，两个圆形截齿方向相对设置。

进一步，所述方形截齿和圆形截齿在钻尖部位均焊接有合金，所述方形截齿的侧边设置有圆形合金。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为螺钉钻挤灌注桩施工方法及组合螺钉钻头，利用该组合螺钉钻头施工而成的螺钉钻挤灌注桩，具有硬质地层可施工性强，承载力大、沉降小、成桩质量好、施工简便效率高、成本更低、能耗更少、更加环保等特点。

组合螺钉钻头的组合式构造可以实现自由快速接拆上部螺旋钻杆，当钻头截齿段磨损严重时能快速更换，方便节能高效。

通过设置下部的螺钉形钻掘头，其下螺旋叶片外径与上螺旋叶片的外径相同，保持不变；下芯杆的顶部外径与上芯杆的外径相同，下芯杆的外径自上端至下端逐渐减小至某一设定值。由于该组合螺钉钻头同时存在螺旋叶片和中间芯杆，只有部分土体被排出桩孔外，其余部分土被挤入孔壁，属于半挤土桩型，在碰到卵砾石含量较大或者土层硬度较大的地区，钻头掘进和进尺很慢很困难。通过将下芯杆的外径自上端至下端逐渐减小直接减少挤土效果，将钻掘松动的土通过螺旋叶片大量送上去，这样就减少了钻头的旋转和切削阻力，保证掘进顺利进行。设置上螺旋叶片和下螺旋叶片的目的为了将截齿钻头钻出的泥土持续地提出地表，因此芯杆变细以及下螺旋叶片外径与上螺旋叶片外径相同的设置，可以增强螺钉钻掘头部位的排土和提土能力。

组合螺钉钻头的钻头截齿段采用合金截齿钻头，能在硬质地层、卵砾石层等其它桩基工法难以施工的地层中进行施工，施工效率高，大大减少了在硬质土层、卵砾石土层等地层中桩基施工造成的材料损耗和工期损耗。其非对称设置可以使所有截齿因钻杆旋转而扫过的面积覆盖整个桩体底面积，利于钻头对土体的掘削。

上部的螺旋钻杆上设有上螺旋叶片，下部的螺钉钻头外径自上端至下端逐渐减小，提高了在硬质地层、卵砾石地层中的钻进速度。

方形截齿和圆形截齿尖端的合金强度高，便于钻孔时更有效的切削土体，方形截齿的侧边设置的合金为圆形合金，有效地防止了方形截齿的截齿磨损。

钻头截齿段的底部的出料结构设计，可以保证在钻进过程中中间盖板上圆形截齿对土体的切削，限位插板和限位凹槽的匹配可以保证出料结构在切削土体而受力的情况下不变形，而在灌注混凝土等桩材时能够顺利打开盖板。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1中的图1a～1h为本发明中螺钉钻挤灌注桩施工方法的施工流程图；

图2为本发明中组合螺钉钻头的结构示意图；

图3为本发明中钻头截齿段结构示意图；

图4为本发明中出料结构的结构示意图；

图5为本发明中带有侧边圆形合金的方形截齿结构示意图；

图中：1-上部的螺旋钻杆；2-钻头变径段；3-钻头截齿段；4-上螺旋叶片；5-上芯杆；6-下螺旋叶片；7-下芯杆；8-环形出料座；9-方形截齿；10-圆形截齿；11-合金；12-盖板；13-转动支架；14-转轴；15-转杆；16-限位凹槽；17-限位插板；18-转轴孔。

具体实施方式

如图1中的图1a～1h所示，本发明的螺钉钻挤灌注桩施工方法，包括以下施工步骤：

1)将安装有组合螺钉钻头的桩工钻机按照公知的方法就位，准备好混凝土泵，并制备需要灌注的桩材。常规桩材为混凝土或水泥粉煤灰碎石桩材等。

2)在安装有组合螺钉钻头的桩工钻机就位后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向下的轴压力，利用组合螺钉钻头钻挤成孔，在向下钻挤成孔的过程中，被旋钻松动的土体，通过钻头系统上的螺旋叶片旋转运动部分被运送至地表，部分被被逐步挤入桩孔侧壁，第一步桩孔钻挤过程持续到设计深度；

3)当第一步桩孔钻挤完成后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向上的轴向提拉力，使组合螺钉钻头向上运动并再次旋转挤压桩孔，以确保再次挤扩后的桩孔直径符合设计要求，第二步桩孔机械挤扩过程持续到组合螺钉钻头被旋转提升到地表；

4)在组合螺钉钻头开始向上旋转挤压的同时，启动混凝土泵，向已经完成钻挤的桩孔内进行桩材的压灌，通过混凝土的压力挤扩，使已经完成桩材压灌的桩段成桩直径符合设计要求，这一过程将持续到桩材压灌至桩顶标高为止，至此形成了螺钉钻挤灌注桩。

根据设计要求，还可以按照公知的方法在制成的螺钉钻挤灌注桩桩体中插入钢筋笼、钢筋束或型钢。

图1a表示安装有组合螺钉钻头的桩工钻机就位及相应的混凝土泵装备；图1b、1c表示组合螺钉钻头下旋钻挤成孔；图1d表示组合螺钉钻头下旋钻挤成孔达到设计深度，停止钻进；图1e表示组合螺钉钻头上旋提钻并向桩孔中压灌混凝土；图1f表示向螺钉钻挤灌注桩体内插入、压入或振入钢筋笼、钢筋束或型钢；图1h表示已实施完成的圆柱形螺钉钻挤灌注桩。

本发明的螺钉钻挤灌注桩施工方法的使用地层广泛，包括回填土、砂土、粉土、粉质粘土、粘土、黄土、砂砾土、卵砾石土以及强风化土层，同时也适用于高地下水位的情况。

本发明实施完成的桩基础、复合桩基础、复合地基或地基处理与加固可以广泛应用于土木工程不同领域的各类工程，包括：高层与超高层民用住宅工程、商用建筑工程、工业厂房工程、交通工程、水电工程和环境工程等。

如图2至图5所示，组合螺钉钻头，包括上部的螺旋钻杆1和下部的螺钉形钻掘头，上部的螺旋钻杆1上端与动力头(图中未画出)相连接，上部的螺旋钻杆1的下端连接所述下部的螺钉形钻掘头，下部的螺钉形钻掘头的芯杆直径自上端至下端逐渐减小至某一设定值。

下部的螺钉型钻掘头分为钻头变径段2和钻头截齿段3。钻头变径段2下端连接钻头截齿段3，钻头截齿段3上设有合金截齿。钻头变径段2和钻头截齿段3之间可拆卸，当钻头截齿段3磨损过度，方便进行对钻头截齿段3进行整体更换。

上部的螺旋钻杆1包括上螺旋叶片4和上芯杆5，上螺旋叶片4的外径统一，上芯杆5的外径统一，上螺旋叶片4的外径大于上芯杆5的外径，上芯杆5的内部中空。下部的钻头变径段2包括下螺旋叶片6和下芯杆7，下螺旋叶片6外径与上螺旋叶片4的外径相同，下芯杆7的顶部外径与上芯杆5的外径相同，下芯杆7的外径自上端至下端逐渐减小至某一设定直径，下芯杆7的内部中空。组合螺钉钻头的上部的螺旋钻杆1和下部钻头变径段2、钻头截齿段3的芯杆均为中空结构，方便进行灌浆工作。

钻头截齿段3的底部设有出料结构，出料结构包括环形出料座8、转动支架13、转轴14、转杆15和盖板12，环形出料座8设置于下芯杆7的底部，环形出料座8上设有转动支架13，转动支架13连接有转轴14，转轴14连接有转杆15，转杆15连接盖板12。盖板12的端部设有限位插板17，钻头截齿段3上设有限位凹槽16，限位插板17与限位凹槽16匹配。转动支架13上设有转轴孔18，转轴孔18与转轴14相匹配。通过设置出料结构，当钻孔完成后，向组合螺钉钻头的中空芯杆中灌注混凝土，到达钻头出后，由于一定的压力，能将盖板12打开，混凝土浆料顺利从中空的钻头截齿段芯杆底部涌出。

合金截齿包括方形截齿9和圆形截齿10，方形截齿9设置于底部的下螺旋叶片6上，所述圆形截齿设置于所述盖板12上。所述方形截齿9设置有2N+1个(N为正整数)，其中N个方形截齿9位于所述底部的下螺旋叶片6的一侧，另外N+1个方形截齿9位于所述底部的下螺旋叶片6的另一侧，两侧的方形截齿9方向相对且交错设置；所述圆形截齿10设置有两个，其中一个圆形截齿10设置于所述盖板12的一侧，另外一个圆形截齿10设置于所述盖板12的另一侧，两个圆形截齿10方向相对设置。

方形截齿9和圆形截齿10上均焊接有合金11。方形截齿9和圆形截齿10尖端的合金强度高，便于钻孔工作地进行，方形截齿9的侧边设置的合金为圆形合金，有效地防止了方形截齿的截齿磨损。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.螺钉钻挤灌注桩施工方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在安装有组合螺钉钻头的桩工钻机就位后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向下的轴压力，利用组合螺钉钻头钻挤成孔，在向下钻挤成孔的过程中，被旋钻松动的土体，通过钻头系统上的螺旋叶片旋转运动,部分被运送至地表，部分被被逐步挤入桩孔侧壁，第一步桩孔钻挤过程持续到设计深度；

2)当第一步桩孔钻挤完成后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向上的轴向提拉力，使组合螺钉钻头向上运动并再次旋转挤压桩孔，以确保再次挤扩后的桩孔直径符合设计要求，第二步桩孔机械挤扩过程持续到组合螺钉钻头被旋转提升到地表；

3)在组合螺钉钻头开始向上旋转挤压的同时，启动混凝土泵，向已经完成钻挤的桩孔内进行桩材的压灌，通过混凝土的压力挤扩，使已经完成桩材压灌的桩段成桩直径符合设计要求，这一过程将持续到桩材压灌至桩顶标高为止，至此形成了螺钉钻挤灌注桩；

所述方法还包括：

4)在所述步骤3)制成的螺钉钻挤灌注桩桩体中插入钢筋笼、钢筋束或型钢。

2.用于螺钉钻挤灌注桩施工方法的组合螺钉钻头，其特征在于：包括上部的螺旋钻杆和下部的螺钉形钻掘头，所述上部的螺旋钻杆的上端与动力头相连接，所述上部的螺旋钻杆的下端连接所述下部的螺钉形钻掘头，所述下部的螺钉形钻掘头的芯杆直径自上端至下端逐渐减小至某一设定值。

3.根据权利要求2所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述下部的螺钉形钻掘头由钻头变径段和钻头截齿段组成，所述钻头变径段的上端连接所述上部的螺旋钻杆，所述钻头变径段的下端连接所述钻头截齿段，所述钻头变径段和钻头截齿段之间可拆卸，所述钻头截齿段上设有合金截齿。

4.根据权利要求3所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述上部的螺旋钻杆包括上螺旋叶片和上芯杆，所述上螺旋叶片的外径一致，所述上芯杆的外径一致，所述上螺旋叶片的外径大于上芯杆的外径，所述上芯杆的内部中空。

5.根据权利要求2或4所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述钻头变径段包括下螺旋叶片和下芯杆，所述下螺旋叶片外径与所述上螺旋叶片的外径相同，所述下芯杆的顶部外径与所述上芯杆的外径相同，所述下芯杆的外径自上端至下端逐渐减小至某一设定直径，所述下芯杆的内部中空。

6.根据权利要求5所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述钻头截齿段的芯杆直径与所述钻头变径段的底端直径一致，所述钻头截齿段底部设有出料结构，所述出料结构包括环形出料座、转动支架、转轴、转杆和盖板，所述环形出料座设置于所述下芯杆的底部，所述环形出料座上设有转动支架，所述转动支架连接有转轴，所述转轴连接有转杆，所述转杆连接所述盖板，所述盖板的端部设有限位插板，所述钻头截齿段上设有限位凹槽，所述限位插板与所述限位凹槽相匹配。

7.根据权利要求6所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述转动支架上设有转轴孔，所述转轴孔与所述转轴相匹配。

8.根据权利要求6所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述合金截齿包括方形截齿和圆形截齿，所述方形截齿设置于所述底部的下螺旋叶片上，所述圆形截齿设置于所述盖板上。

9.根据权利要求8所述的螺钉桩，其特征在于：所述方形截齿设置有2N+1个，其中N个方形截齿位于所述底部的下螺旋叶片的一侧，另外N+1个方形截齿位于所述底部的下螺旋叶片的另一侧，两侧的方形截齿方向相对且交错设置；所述圆形截齿设置有两个，其中一个圆形截齿设置于所述盖板的一侧，另外一个圆形截齿设置于所述盖板的另一侧，两个圆形截齿方向相对设置。

10.根据权利要求9所述的组合螺钉钻头，其特征在于：所述方形截齿和圆形截齿在钻尖部位均焊接有合金，所述方形截齿的侧边设置有圆形合金。