CN108589716A - 扩孔注浆螺旋桩、桩基础及桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩孔注浆螺旋桩、桩基础及桩施工方法，包括：桩杆，沿长度方向在周侧配置有至少一道螺旋叶片；扩孔装置，配置于所述桩杆位于所述桩杆用于连接动力头的端部与任意所述螺旋叶片之间的部分，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体。本发明提供的扩孔注浆螺旋桩，能够通过扩孔装置对土层的上部扩孔及注浆，在不改变规格的前提下，提高螺旋桩的承载能力。

Description

扩孔注浆螺旋桩、桩基础及桩施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其属于一种适用于建筑、桥梁、管线等各类建筑物的桩基础及配件。

背景技术

如申请号为CN201520859004.5的专利文献(以下称对比文件1)中公开有螺旋钢桩，前述螺旋钢桩沿其轴向在外周侧配置有螺旋叶片。施工中螺旋钢桩通过动力头等设备将其旋拧地钻入土层内，不产生泥浆、不排土，噪音小，相比混凝土灌注桩基础和混凝土扩展基础的施工有优势。

上述乃至普通螺旋钢桩的应用多是光伏发电站。作为光伏阵列支架的基础，螺旋钢桩的轴向长度一般不超过2米，所能提供的承载能力有限。而随着螺旋钢桩在其他领域的应用，对螺旋钢桩所能够提供承载能力的要求有明显增加。

一般增加螺旋钢桩承载能力的方式，如有采用扩大作为中轴的钢管直径、增加钢管轴向长度、扩大叶片直径及厚度等。可上述通过对螺旋钢桩的尺寸扩大来提高承载能力的方式，存在以下问题：

扩大如钢管直径、叶片直径、增加如钢管轴向长度、叶片厚度等，会增加在旋拧过程中螺旋钢桩与土体间的接触面积，进而增强了螺旋钢桩与土体间的摩擦阻力，增大了施工难度且对如动力头等设备的规格要求更高。

(2)螺旋钢桩在施工过程中用于抵抗施工荷载，如扭矩，所需的桩身承载能力要远高于用于抵抗工作荷载，如压力或拔力，所需的桩身承载能力，因此在施工结束后作为某基础的承载部件时，螺旋钢桩的材料强度无法完全发挥。

(3)螺旋钢桩在施工的旋拧过程中，作为桩身的钢管上部受土体约束较小，桩杆易发生晃动造成桩杆上部挤压周侧的土体，使土体与桩杆上部间形成空隙，无法提供有效的握裹力，降低螺旋钢桩的承载能力。

(4)土体一般是接近地面部分相对松软，向地心延伸的土体逐渐硬化；基于杠杆的应用，任何桩型在水平方向的承载能力与地面以下一定范围的土体软硬程度有关。螺旋钢桩不采用混凝土灌注且其钢管相对其他桩型较细，造成松软土质的土体无法提供足够的水平方向承载能力。

发明内容

本发明至少一个实施例提供一种扩孔注浆螺旋桩，能够通过扩孔装置对土层的上部扩孔及注浆，在不改变规格的前提下，提高螺旋桩的承载能力。

本发明至少一个实施例提供一种扩孔注浆螺旋桩，包括：

桩杆，沿长度方向配置有至少一道螺旋叶片；

扩孔装置，配置于所述桩杆且位于所述桩杆用于连接动力头的端部与任意所述螺旋叶片之间的部分，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体。

在本发明较佳的实施例中，所述桩杆沿长度方向分为先导杆和延长杆，所述先导杆与所述延长杆拆卸连接，所述先导杆和/或延长杆沿所述桩杆的长度方向配置有至少一道螺旋叶片，所述延长杆相对所述先导杆的另一端部用于连接动力头。

在本发明较佳的实施例中，所述先导杆沿长度方向配置有至少一道螺旋叶片，所述扩孔装置配置于所述先导杆且位于所述先导杆相对延长杆的端部与任意所述螺旋叶片之间的部分。

在本发明较佳的实施例中，所述桩杆沿长度方向分为先导杆和延长杆，所述扩孔装置包括连接件和扩孔件，所述先导杆通过连接件与延长杆同轴固定，所述扩孔件与所述连接件固定。

在本发明较佳的实施例中，所述桩杆为空心桩杆。

在本发明较佳的实施例中，所述空心桩杆的周侧设有至少一个漏浆孔，以连通所述空心桩杆的内部与所述空心桩杆与土层的间隙。

在本发明较佳的实施例中，所述空心桩杆内设有注浆管，所述注浆管的一端部用于连接注浆泵，另一端与位于所述空心桩杆相对连接动力头另一端部的注浆装置连接。

本发明至少另一实施例提供一种桩基础，包括上述的扩孔注浆螺旋桩，所述桩杆位于所述扩孔装置与地面之间部分的周侧与土体之间形成桩侧注浆体。

在本发明较佳的实施例中，所述桩杆相对地面的另一端部形成桩端注浆体。

本发明至少另一实施例提供一种桩施工方法，应用扩孔注浆螺旋桩，其包括如下步骤：

S1、配置所述动力头于所述桩杆的端部，用以驱动所述桩杆旋拧；

S2、驱动所述动力头输出扭矩将所述桩杆配置有所述螺旋叶片的部分竖直或倾斜地旋拧至土层内；

S3、配置所述扩孔装置于所述桩杆位于土层外的部分；

S4、驱动所述动力头输出扭矩将所述扩孔装置旋拧至土层内，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体形成桩侧注浆腔；注入浆液于所述桩侧注浆腔内形成桩侧注浆体。

本发明至少另一实施例提供一种桩施工方法，应用扩孔注浆螺旋桩，其包括如下步骤：

S1、配置所述动力头于所述先导杆的端部，用以驱动所述先导杆旋拧；

S2、驱动所述动力头输出扭矩将所述先导杆配置有所述螺旋叶片的部分竖直或倾斜地旋拧至土层内；

S3、解除所述先导杆与所述动力头的配置，并配置所述扩孔装置于所述先导杆位于土层外的部分；

S4、同轴固定所述延长杆与所述先导杆且配置所述动力头于所述延长杆相对先导杆的另一端部；

S5、驱动所述动力头输出扭矩将所述扩孔装置旋拧至土层内，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体形成桩侧注浆腔；注入浆液于所述桩侧注浆腔内形成桩侧注浆体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例一扩孔注浆螺旋桩的结构图；

图2为图1中扩孔注浆螺旋桩的工作原理图；

图3为图1中扩孔注浆螺旋桩的优化结构图；

图4为图1中扩孔注浆螺旋桩的优化结构图；

图5为图3中扩孔注浆螺旋桩的优化剖视图；

图6为图5中扩孔注浆螺旋桩的工作原理图；

图7为图1中扩孔注浆螺旋桩的优化结构图；

图8为实施例二扩孔注浆螺旋桩的结构图；

图9为实施例三扩孔注浆螺旋桩的结构图；

图10为实施例四扩孔注浆螺旋桩的结构图；

图11为实施例五扩孔注浆螺旋桩的结构图；

图12为实施例六扩孔注浆螺旋桩的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“配置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参考图1，本实施例至少提供一种扩孔注浆螺旋桩，钢制的桩杆100沿长度方向依次划分为前段110、中段120和后段130。在前段110的周侧间隔地固定有两道螺旋叶片200，用以在桩杆100由如液压动力头驱动旋转时，前段110的两道螺旋叶片200与土体300之间的咬合力在旋转过程中产生下行力，使桩杆100能够钻入土层。在桩杆100位于中段120和后段130之间的部分预先以焊接或其他固定方式在周侧固定有环形的扩孔板500，那么桩杆100在下行力的作用下会持续性的钻入土层，而当扩孔板500与土层接触后会将土体300向下挤压。那么在扩孔板挤压土体300后，一方面会使被挤压在扩孔板500下方的土体300更加紧实，使桩杆100位于扩孔板500下方的部分与土体300之间能够更加紧密的配合，提高桩杆100的承载能力；另一方面会在后段130的周侧与土体300之间形成桩侧注浆腔，此时仅在桩侧注浆腔中灌注如水泥浆或水泥砂浆或细石混凝土等浆体后凝固形成桩侧注浆体310，有效扩展了螺旋桩的竖直与水平承载能力。

另外，本实施例的扩孔板500亦可以是预先未固定于桩杆100，仅在施工过程中再通过焊接或其他固定方式与桩杆100进行固定的。

请参考图2，本实施例至少提供一种应用上述扩孔注浆螺旋桩的桩施工方法。

将液压动力头与桩杆100的端部连接，使液压动力头能够驱动桩杆100旋转。

预先使前段110靠近土层的螺旋叶片200与土层表面接触，乃至部分埋入，再启动液压动力头产生输出扭矩，使前段110固定有螺旋叶片200的部分全部竖直的钻入土层内。

确定扩孔板500是否预先焊接在桩杆100上，如没有则将分离的扩孔板500焊接在桩杆100位于土层外的部分。一般地，本实施例的桩杆100设有钻孔。在施工现场仅需要将扩孔板500通过螺栓与钻孔的配合固定在桩杆100的周侧即可。

驱动液压动力头输出扭矩将扩孔板500旋拧至土层内，以在土层形成桩侧注浆腔；注入浆液于所述桩侧注浆腔内形成桩侧注浆体310。

优选地，由于土体300相对松散，在上述根据桩施工方法形成桩侧注浆腔的过程中，土体300会有部分倾塌至桩侧注浆腔内。如图3所示，本实施例的桩杆100沿长度方向配置有扩孔板(500、700)，扩孔板500的作用是基于上述的桩施工方法形成桩侧注浆腔，扩孔板700的作用是在土体300有部分倾塌至桩侧注浆腔内后，再次对落入桩侧注浆腔内的土体300进行挤压，保证桩侧注浆腔的成形。

另请参考图4和图6，本实施例的桩杆100为空心桩杆，在空心桩杆的前段110和中段120均设有多个漏浆孔400。那么本实施例在上述桩施工方法结束后，可以在桩杆100中灌注如水泥浆或水泥砂浆或细石混凝土等浆体，前述的浆体一方面会凝固在空心桩杆内形成桩身注浆体320，以扩展扩孔注浆螺旋桩的承载能力，另一方面浆体会从空心桩杆的内部经过漏浆孔400进入空心桩杆与土体300之间的间隙内，使空心桩杆与土体300紧密接触，提高空心桩杆周侧的摩擦阻力，对提高扩孔注浆螺旋桩在竖直方向的承载能力有积极作用。

进一步请参考图5，本实施例的空心桩杆配有注浆管710，注浆管710的一端用于与注浆泵连接，另一端经空心桩杆的内部穿过后端130、中段120后与位于前段110内部的注浆头720连接。那么，本实施例可以通过注浆泵将浆体通过注浆管710输送至空心桩杆的前段110，再由位于前段110的注浆头720将浆体输送至前段110的外侧与土体混合，以在空心桩杆的前段110形成如图6的桩端注浆体。

结合上述技术方案，本实施例的扩孔注浆螺旋桩相对如对比文件1中的螺旋钢桩相比能在不改变螺旋钢桩的规格的前提下获得更高的承载能力和耐久能力，同时也减少了钢材用量，降低桩施工的难度。

具体是桩侧注浆体310与桩杆100构成一体，扩大了桩体后段130的截面直径及与土体300的接触面积，有效提高了竖直方向和水平方向的承载能力；

通过在桩杆100中灌注浆体使空心桩杆被填充桩身注浆体320，提高了空心桩杆的刚度，进而提高了扩孔注浆螺旋桩的水平方向的承载能力；同时通过在空心桩杆上预设的漏浆孔400，浆体也进入空心桩杆周侧与土体300之间的间隙，提高扩孔注浆螺旋桩的竖直方向承载能力；另外，桩侧注浆体310和桩身注浆体320对扩孔螺旋钢桩有保护层的作用，防止钢材锈蚀，无需镀锌进一步降低成本。

优选地，考虑到扩孔板500在挤压土体300的过程中，随着扩孔板500下方土体300的紧实，扩孔板500对土体300的挤压会变得困难。对此，本实施例的的扩孔板500可以替换成如图7此类具有倾斜平面的倾斜板510，那么倾斜板510在下行过程中会同时沿桩杆100的长度方向以及周侧挤压土体300。通过上述技术方案，倾斜板510可以将桩杆100周侧的土体300挤压密实，这样在注上浆体后，桩侧注浆体310与土体300之间的摩擦阻力得以提高，进而提高螺旋桩的承载能力；同时，倾斜板510亦会对位于下方的土体300进行挤压，进一步加强螺旋桩的承载能力。。

实施例二

请参考图8，本实施例提供一种扩孔注浆螺旋桩，桩杆100沿长度方向分为先导杆140和延长杆150，先导杆140与延长杆150分别与套管600拆卸连接，先导杆140在周侧固定有两道螺旋叶片200，延长杆150相对先导杆140的另一端部用于连接动力头，扩孔板500预先或可拆卸的安装在先导杆140位于先导杆140位于套管600与螺旋叶片200之间的部分。

本实施例至少提供一种应用上述扩孔注浆螺旋桩的桩施工方法。

将液压动力头与先导杆140的端部连接，使液压动力头能够驱动先导杆140转动。

预先使先导杆140靠近土层的螺旋叶片200与土层表面接触，乃至部分埋入，再启动液压动力头产生输出扭矩，使先导杆140固定有螺旋叶片200的部分全部竖直或倾斜的钻入土层下的土体300。

确定扩孔板500是否预先焊接在先导杆140上，如没有则将分离的扩孔板500焊接在先导杆140位于土层外的部分，再将先导杆140位于土层外的一端与套管600的一端同轴地安装成一体，套管600相对先导杆140的另一端与延长杆150同轴地焊接成一体，延长杆150相对套管600的另一端部连接液压动力头。一般地，本实施例的先导杆140和延长杆150的焊接是预先在工厂内进行焊接，并分别设有钻孔的。在施工现场仅需要将套管600通过螺栓与钻孔的配合固定在先导杆140的周侧即可。

驱动液压动力头输出扭矩将扩孔板500旋拧至土层内，以在土层位于扩孔板500与延长杆150连接动力头的端部之间形成桩侧注浆腔。

注入浆液于所述桩侧注浆腔内后等待凝固形成桩侧注浆体310。

实施例三，请参考图9，本实施例与实施例二的区别是扩孔板500预先或可拆卸的安装在延长杆150。

实施例四，请参考图10，本实施例与实施例二的区别是扩孔板500预先或可拆卸的安装在套管600。

实施例五，请参考图11，本实施例与实施例二的区别是先导杆140固定有多个螺旋叶片200。扩孔板500固定在先导杆140位于任意两个螺旋叶片土层之间的部分。

实施例六，请参考图12，本实施例与实施例二的区别是先导杆140以及延长杆150均固定有螺旋叶片200，扩孔板500位于延长杆150。

另外，本发明至少提供一种桩基础，其包括如上述实施例的任意一种扩孔注浆螺旋桩，在空心桩杆与土体300之间固定有桩侧注浆体310，在空心桩杆内固定有桩身注浆体320，在空心桩杆位于土层最深处的部分与土体300之间固定有桩端注浆体。

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)

1.一种扩孔注浆螺旋桩，其特征在于包括：

桩杆，沿长度方向配置有至少一道螺旋叶片；

扩孔装置，配置于所述桩杆且位于所述桩杆用于连接动力头的端部与任意所述螺旋叶片之间的部分，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体。

2.根据权利要求1所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，

所述桩杆沿长度方向分为先导杆和延长杆，所述先导杆与所述延长杆拆卸连接，所述先导杆和/或延长杆沿所述桩杆的长度方向配置有至少一道螺旋叶片，所述延长杆相对所述先导杆的另一端部用于连接动力头。

3.根据权利要求2所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，所述先导杆沿长度方向配置有至少一道螺旋叶片，所述扩孔装置配置于所述先导杆且位于所述先导杆相对延长杆的端部与任意所述螺旋叶片之间的部分。

4.根据权利要求1所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，所述桩杆沿长度方向分为先导杆和延长杆，所述扩孔装置包括连接件和扩孔件，所述先导杆通过连接件与延长杆同轴固定，所述扩孔件与所述连接件固定。

5.根据权利要求1所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，所述桩杆为空心桩杆。

6.根据权利要求5所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，所述空心桩杆的周侧设有至少一个漏浆孔，以连通所述空心桩杆的内部与所述空心桩杆与土层的间隙。

7.根据权利要求5所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，所述空心桩杆内设有注浆管，所述注浆管的一端部用于连接注浆泵，另一端与位于所述空心桩杆相对连接动力头另一端部的注浆装置连接。

8.一种桩基础，包括任意如权利要求1至7所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，所述桩杆位于所述扩孔装置与地面之间部分的周侧与土体之间形成桩侧注浆体。

9.根据权利要求8所述的桩基础，其特征在于，所述桩杆相对地面的另一端部形成桩端注浆体。

10.一种桩施工方法，应用如权利要求1所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，包括如下步骤：

S1、配置所述动力头于所述桩杆的端部，用以驱动所述桩杆旋拧；

S2、驱动所述动力头输出扭矩将所述桩杆配置有所述螺旋叶片的部分竖直或倾斜地旋拧至土层内；

S3、配置所述扩孔装置于所述桩杆位于土层外的部分；

S4、驱动所述动力头输出扭矩将所述扩孔装置旋拧至土层内，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体形成桩侧注浆腔，注入浆液于所述桩侧注浆腔内形成桩侧注浆体。

11.一种桩施工方法，应用如权利要求3所述的扩孔注浆螺旋桩，其特征在于，包括如下步骤：

S1、配置所述动力头于所述先导杆的端部，用以驱动所述先导杆旋拧；

S2、驱动所述动力头输出扭矩将所述先导杆配置有所述螺旋叶片的部分竖直或倾斜地旋拧至土层内；

S3、解除所述先导杆与所述动力头的配置，并配置所述扩孔装置于所述先导杆位于土层外的部分；

S4、同轴固定所述延长杆与所述先导杆且配置所述动力头于所述延长杆相对先导杆的另一端部；

S5、驱动所述动力头输出扭矩将所述扩孔装置旋拧至土层内，以在土层内沿所述桩杆的长度方向和/或周侧挤压土体形成桩侧注浆腔，注入浆液于所述桩侧注浆腔内形成桩侧注浆体。