CN108343055A - 一种正反向等径螺杆桩和钻具及其成桩工法 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑领域，涉及一种正反向等径螺杆桩和钻具及其成桩工法，根据工程地质条件各层土的物理力学指标及桩的内力要求，设计具有等直径正反向螺纹桩身结构的螺杆桩，以及能够实现等直径正反向螺纹桩身结构的螺杆桩的钻具及工法，最终实现进一步的降低桩的沉降变形和提高承载力及抗震力，在抗震动荷载中的应用价值尤其明显，具有重要的推广应用价值。

Description

一种正反向等径螺杆桩和钻具及其成桩工法

技术领域

本发明属建筑领域，涉及一种桩体和钻具及其成桩工法，具体而言，是一种正反向等径螺杆桩和钻具及其成桩工法。

背景技术

螺杆桩是采用了变截面的构造形状，达到了高强度钢纤维混凝土全螺纹预制桩的承载力水平，并在保持其优点的同时，更具有强度高、工期短、功效高、沉降小、抗震、不取土、不排浆、不污染、施工及成桩质量不受地下水影响、应用范围广、适应多种土层等优势。

目前，在螺杆桩的现有技术中，其成桩钻具和工法有多种形式，如200510036248.4公开了一种螺旋钻杆改良结构及异形半螺丝桩体，200620020258.9公开了一种变截面螺纹钻杆，201520071218.6公开了一种螺旋挤扩钻具，等等，均采用了桩芯变径的技术和钻孔与成桩一次成桩工艺，在钻头开放浇筑骨料，但由于钻头的直径小于上部孔径，因此，受环境因素，如地下水、流沙等影响，其成型的土孔难以保存，成桩很难实现，自今，业界没有工程案例。201420602236.8、201410552720.9均提出的三次变径桩结构，都采用钻具一次成孔到底，边提钻边浇筑混凝土的工艺，随着钻具往上提，上面两次变混凝土径的土体失去了钻杆叶片的支撑力，尤其土体在流沙等的作用下，很快变形，其结果难以满足设计要求。

总之，各项技术实施结果与所要求的桩的成型仍有距离。采用上大下小的桩型，在没有专用护孔壁的条件下，成桩质量难以保证，而且现有成桩工艺都没有公开形成桩体扩大部的施工工法。因此，现有技术仍有诸多不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正反向等径螺杆桩，其具有极高的抗沉降变形能力和桩身质量。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述正反向等径螺杆桩的钻具，能完全实现正反向等径螺杆桩在成桩过程中对土体挤压及桩土之间的造型，以及形成可靠的桩桩体扩大部。

本发明所采用的技术方案：

一种正反向等径螺杆桩，其特征在于，所述螺杆桩的桩身为通长等直径的桩芯，桩芯上在可选范围设置有正向和反向两种连续螺纹。

进一步地，所述正向连续螺纹或反向连续螺纹为等径变螺距螺纹，或者为等径等距螺纹。

进一步地，所述桩身在可选范围设置有至少一个桩体扩大部，桩体扩大部的外径大于所述桩身其它部分的外径。

进一步地，所述桩身长度方向除所述桩体扩大部的桩身部分外，在桩身可选范围设置至少一段正向和反向螺纹、或从上到下或从下到上设计为半螺纹段和半直杆等径段结构，所述螺纹段为正向和反向螺纹段，所述直杆等径段的直径与螺纹段等径。

本发明的另一目的在于提供一种钻具，包括混凝土泵机，混凝土泵机与混凝土管道连接，混凝土管道的另一端与具有混凝土通道的钻杆的上部连接，钻杆具有分段组合、等径、全螺纹、通长中空的结构特征，钻杆的底部与具有钻进和排放混凝土功能以及可以形成螺纹的钻头连接，快速实现骨料的浇筑通道。所述钻头设计为倒三角型结构，其最大外径大于钻杆的外径，采用大于螺纹钻杆的外径在保持钻具旋转上提中可以形成螺旋轨迹，实现正反向等径螺杆桩，或通过调整钻具旋转上提速度，可以改变螺距，实现变螺距的正反向等径螺杆桩。

本发明的再一目的在于提供上述正反向等径螺杆桩的成桩工法，其步骤如下：

1、在桩工钻机就位后，启动桩工钻机，钻具在设计桩的深度范围进行下钻成孔。

2、钻具在设计桩的正向等径螺纹段范围采取反向同步旋转提升操作，同时浇筑混凝土，形成带有正向等径螺纹段部分；

3、钻具在设计桩的反向等径螺纹段范围采取正向同步旋转提升操作，同时浇筑混凝土，形成带有反向等径螺纹段部分。

进一步地，所述钻具下钻成孔有四种工法，灵活用于不同的岩土层：①使钻具在加压中旋转挤压土体不取土下钻，产生挤土效应；②使钻具半取土半挤压土体下钻，产生半挤土效应；③使钻具边取出土体边下钻到设计深度，没有挤土效应；④使钻具在预成桩孔的上半步取土，下半部挤压土体下钻到设计深度，桩孔下部产生挤土效应。

进一步地，按设计桩的正向螺纹段和反向螺纹段的段数要求，交叉重复正向等径螺纹段、反向等径螺纹段的提升与浇筑的工艺，可完成桩各段的正向螺纹段和反向螺纹段的交叉成桩。

进一步地，在设计的桩体扩大部部位，使钻具的旋转下钻或提升到桩体扩大部底部设计深度后，钻具反向同步旋转向上位移至桩体扩大部顶部，同时完成浇筑混凝土，再使钻具同步旋转下钻挤压混凝土到桩体扩大部底部设计深度，然后将钻具反向同步旋转向上位移至桩体扩大部顶部，同时浇筑混凝土浇筑形成桩体扩大部。用同样的工法实施可以在桩身上实现多个桩体扩大部。

混凝土通过钻管内及钻头出口浇筑混凝土，钻具提升与旋转同步上提成桩工法是；标准同步，指钻杆每旋转一周则钻杆上升或下钻一个导程，形成等距的螺纹；非标准同步，指钻杆每旋转一周则钻杆每上升或下钻大于或小于一个导程，用于调整形成桩的螺距，形成非等距的螺纹。两种工法统一成称为同步。

钻杆旋转同步是指钻杆在上下运动中钻杆必须保持旋转，用钻具的提升快慢与钻具的旋转快慢来控制桩螺距的大小。当用钻具的提升速度与钻杆旋转速度呈现大的倍差反比关系时，土体出现细密的螺纹，在浇筑完成混凝土，细密的土体螺纹在混凝土的压力下消失，桩身出现等径直杆形状。

本发明的有益效果是：提供的正反向等径螺杆桩及其工法通过设置具有桩体扩大部结构的螺杆桩，以及设计能够形成正反向等径螺杆桩的成桩工法，从而使得按照工法所施工得到的螺杆桩具有类似于机械螺丝死锁原理，桩身螺纹的正反向，约束了桩在动外力作用下出现的同向旋转下沉现象，等径桩芯有利于钢筋笼的设计布局满足施工要求及骨料对钢筋的保护厚度。因此，本发明实施例提供的螺杆桩及其工法在抗震动荷载中的的应用价值尤其明显。

附图说明

图1是本发明的钻具的结构示意图。

图2是本发明的钻杆的结构示意图。

图3是具有上下正反向等径螺杆桩的桩身示意图。

图4是上下二次交叉正反向等径螺杆桩的桩身示意图。

图5是具有上下正反向等径螺杆桩带桩体扩大部的桩身示意图。

图6是具有上下二次交叉正反向等径螺杆桩带桩体扩大部的桩身示意图。

图7是具有上下正反向等径螺杆桩带二个桩体扩大部的桩身示意图。

图8是具有上下二次交叉正反向等径螺杆桩带二个桩体扩大部的桩身示意图。

图中：1、混凝土泵机；2、混凝土管道；3、钻杆；4、钻头；5、钻头最大处。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在图1、图2所示的结构中，本发明所提供的用于实现正反向等径螺杆桩的钻具，包括混凝土泵机1，混凝土泵机1与混凝土管道2连接，混凝土管道2的另一端与具有混凝土通道的钻杆3的上部连接，钻杆具有分段组合、等径、全螺纹、通长中空的结构特征，钻杆的底部与具有钻进和排放混凝土功能以及可以形成螺纹的钻头4连接，快速实现骨料的浇筑通道。所述钻头设计为倒三角型结构，其最大处5的外径大于钻杆3的外径，采用大于螺纹钻杆的外径的钻头可以在保持钻具旋转上提中形成螺旋轨迹，实现正反向等径螺杆桩，或通过调整钻具旋转上提速度，可以改变螺距，实现变螺距的正反向等径螺杆桩。

首先需要说明的是，根据工程地质条件各层土的物理力学指标及桩的内力要求，进行螺杆桩的设计；根据所设计的螺杆桩的外形特征及工程地质条件、包括各层土的物理力学指标和柱状图，设计组合式钻具的基本组合方式，另外，组合式钻具的前端还可以设置用于调整钻杆芯壁外径的装置，用于调整螺纹深度，以便选用不同桩芯的的正反向等径螺杆桩。

下面举例说明本发明的螺纹桩的成桩工法。

实施例一、具有上下正反向等径螺杆桩的桩身的成桩工法

第一步、分别组合各种钻具并连接钻头，完成钻具与混凝土管道及混凝土泵机的连接。

第二步、启动桩工钻机，钻具下钻到桩设计深度。

第三步、钻具正向旋转上提至全部正向螺纹段设计范围，同时浇筑混凝土，形成桩的正向螺纹段。

第四步、钻具再反向旋转上提至全部反向螺纹段设计范围，同时浇筑混凝土，形成桩的反向螺纹段。

第五步：随即在骨料中安方钢筋笼，完成螺纹桩的施工，如图3所示。

实施例二、上下二次以上交叉正反向等径螺杆桩的桩身的成桩工法

第一步、第二步同实施例一。

第三步、钻具正向旋转上提至第一段正向螺纹段设计范围，同时浇筑混凝土，形成桩的第一段正向螺纹段。

第四步、钻具再反向旋转上提至第一段反向螺纹段设计范围，同时浇筑混凝土，形成桩的第一段反向螺纹段。

第五步、按设计桩正向反向段数的要求，重复以上第三步、第四步，分别完成桩第二段的正向、反向螺纹段。

第六步：随即在骨料中安方钢筋笼。完成螺纹桩的施工，如图4所示。

实施例三、具有上下正反向等径螺杆桩带桩体扩大部的桩身的成桩工法

第一步、第二步同实施例一。

第三步、钻具下钻到桩的设计深度即桩体扩大部底部设计深度，使钻具反向旋转并向上位移保持同步上提至桩体扩大部顶部，同时浇筑混凝土，再使钻具的旋转下钻挤压混凝土至桩体扩大部底部设计深度，最后使钻具的反向旋转并向上位移保持同步上提至桩体扩大部顶部，同时浇筑混凝土，从而浇筑形成桩体扩大部。

第四步、按照实施例一的第三步、第四步分别形成桩的正向螺纹段、反向螺纹段。

第五步、随即在骨料中安方钢筋笼。完成带桩体扩大部的螺纹桩的施工，如图5所示。

需要说明的是，采用上述形成桩的正向螺纹段、反向螺纹段以及桩体扩大部的工法，可根据工况依次类推，从而形成多种不同形式的正反向等径螺杆桩以及其结合桩体扩大部的结构，如，具有上下交叉二次正反向等径螺杆桩带桩体扩大部的桩身(如图6所示)、具有上下正反向等径螺杆桩带二个桩体扩大部的桩身(如图7所示)、具有上下二次交叉正反向等径螺杆桩带二个桩体扩大部的桩身(如图8所示)，等等。

综上所述，本发明实施例提供的螺杆桩和组合式钻具及其工法通过设置具有桩体扩大部结构的螺杆桩，以及设计能够形成桩体扩大部的组合式钻具结构从而使得按照组合式钻具的工法所施工得到的螺杆桩具有极强的承载力，并且其能够取得对土体挤压省力、省功、通气性能明显、桩身混凝土密实度高、桩身质量优良的有益效果。因此，本发明实施例提供的螺杆桩和及其工法具有重要的推广应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种正反向等径螺杆桩，其特征在于：所述螺杆桩的桩身为通长等直径的桩芯，桩芯上在可选范围设置有正向和反向两种连续螺纹。

2.根据权利要求1所述的螺杆桩，其特征在于：所述正向连续螺纹或反向连续螺纹为等径变螺距螺纹，或者为等径等距螺纹。

3.根据权利要求1所述的螺杆桩，其特征在于：所述桩身在可选范围设置有至少一个桩体扩大部，桩体扩大部的外径大于所述桩身其它部分的外径。

4.根据权利要求1所述的螺杆桩，其特征在于：所述桩身长度方向除所述桩体扩大部的桩身部分外，在桩身可选范围设置至少一段正向和反向螺纹、或从上到下或从下到上设计为半螺纹段和半直杆等径段结构；所述螺纹段为正向和反向螺纹段，所述直杆等径段的直径与螺纹段等径。

5.一种用于实现权利要求1所述的正反向等径螺杆桩的钻具，其特征在于：包括混凝土泵机，混凝土泵机与混凝土管道连接，混凝土管道的另一端与具有混凝土通道的钻杆的上部连接，钻杆具有分段组合、等径、全螺纹、通长中空的结构特征，钻杆的底部与具有钻进和排放混凝土功能以及可以形成螺纹的钻头连接；所述钻头设计为倒三角型结构，其最大外径大于钻杆的外径。

6.一种权利要求1所述的正反向等径螺杆桩的成桩工法，其特征在于，其步骤如下：

1)、在桩工钻机就位后，启动桩工钻机，钻具在设计桩的深度范围进行下钻成孔；

2)、钻具在设计桩的正向等径螺纹段范围采取反向同步旋转提升操作，同时浇筑混凝土，形成带有正向等径螺纹段部分；

3)、钻具在设计桩的反向等径螺纹段范围采取正向同步旋转提升操作，同时浇筑混凝土，形成带有反向等径螺纹段部分。

7.根据权利要求6所述的成桩工法，其特征在于：所述钻具下钻成孔有四种工法：①使钻具在加压中旋转挤压土体不取土下钻，产生挤土效应；②使钻具半取土半挤压土体下钻，产生半挤土效应；③使钻具边取出土体边下钻到设计深度，没有挤土效应；④使钻具在预成桩孔的上半步取土，下半部挤压土体下钻到设计深度，桩孔下部产生挤土效应。

8.根据权利要求6所述的成桩工法，其特征在于：按设计桩的正向螺纹段和反向螺纹段的段数要求，交叉重复正向等径螺纹段、反向等径螺纹段的提升与浇筑的工艺，可完成桩各段的正向螺纹段和反向螺纹段的交叉成桩。

9.根据权利要求6所述的成桩工法，其特征在于：在设计的桩体扩大部部位，使钻具的旋转下钻或提升到桩体扩大部底部设计深度后，钻具反向同步旋转向上位移至桩体扩大部顶部，同时完成浇筑混凝土，再使钻具同步旋转下钻挤压混凝土到桩体扩大部底部设计深度，然后将钻具反向同步旋转向上位移至桩体扩大部顶部，同时浇筑混凝土浇筑形成桩体扩大部。

10.根据权利要求6所述的成桩工法，其特征还在于：钻具提升与旋转同步上提标准同步，形成等距的螺纹；非标准同步，成非等距的螺纹。

11.根据权利要求6所述的成桩工法，其特征还在于：钻具的提升速度与钻杆旋转速度呈现大的倍差反比关系时，土体出现细密的螺纹，在浇筑完成混凝土，细密的土体螺纹在混凝土的压力下消失，桩身出现等径直杆形状。