CN109183784B - 现浇混凝土管桩施工装置及成桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及现浇混凝土管桩施工装置及成桩施工方法。包括钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具；所述钻具变径装置上，外管内主输送管与两个付输送管的一端连接组成人字形结构且内部相通，两个付输送管的另一端伸出外管对称布置在下法兰的外缘处并固定。所述标准节钻具上，两根混凝土灌注管Ⅰ对称地固定布置在芯管Ⅰ的外壁上。所述底节钻具上，两根混凝土灌注管Ⅱ对称地固定布置在芯管Ⅱ的外壁上且其下端处分别设有可开关的挡门装置。钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具依次连接。主输送管、付输送管、混凝土灌注管Ⅰ和混凝土灌注管Ⅱ连接在一起并相通。本发明创造建筑成本低、桩承载能力高、施工可控性强、质量好、适应地质条件广。

Description

现浇混凝土管桩施工装置及成桩施工方法

技术领域

本发明创造涉及建筑桩施工领域，具体的涉及现浇混凝土管桩施工装置及成桩施工方法。

背景技术

现有的建筑桩基础设计中，现浇混凝土灌注桩多以圆柱体实心桩为主，桩承载力的计算多以竖向和水平承载力为主，在桩身强度满足要求的情况下，桩的竖向承载能力是由桩周侧摩阻和端阻组成，桩的水平承载能力是由桩身的横截面几何参数来确定的。为了增大单桩的承载能力，通常情况下，都是增大桩径和加长桩身来实现，这样也就增加了成桩混凝土的灌注量，造成建筑成本升高。

发明内容

针对这一普遍问题，本发明创造提出了一种建筑成本低、桩承载能力高、施工可控性强、质量好、适应地质条件广的现浇混凝土管桩施工装置及成桩施工方法。

本发明创造采用的技术方案是：现浇混凝土管桩施工装置，包括钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具；钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具依次连接。

所述的钻具变径装置是：环形外管的两端分别设有上法兰和下法兰，堵板安装在上法兰上，外管内主输送管一端与堵板连接，另一端与两个付输送管的一端连接组成人字形结构且内部相通，两个付输送管的另一端伸出外管对称布置在下法兰的外缘处并固定；外管上设有放气孔。

所述的标准节钻具是：两根混凝土灌注管Ⅰ对称地固定布置在芯管Ⅰ的外壁上，螺旋挤土叶片Ⅰ或螺旋叶片安装在芯管Ⅰ的外壁上，芯管Ⅰ的两端分别设有母法兰Ⅰ和公法兰Ⅰ；所述的螺旋挤土叶片Ⅰ截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅰ，所述的螺旋叶片截面为矩形。

所述的底节钻具是：两根混凝土灌注管Ⅱ对称地固定布置在芯管Ⅱ的外壁上且其下端处分别设有可开关的挡门装置，芯管Ⅱ的上端设有母法兰Ⅱ，芯管Ⅱ外壁上端为螺旋杆部，下端为光杆部；在芯管Ⅱ螺旋杆部的外壁上安装螺旋挤土叶片Ⅱ，螺旋杆部下端均布安装2、3或4件螺旋叶片，螺旋叶片端部设有切削齿Ⅰ，或者，在芯管Ⅱ螺旋杆部的外壁上安装螺旋叶片，螺旋叶片端部设有切削齿Ⅰ；在芯管Ⅱ的光杆部底端设有切削齿Ⅱ；所述的螺旋挤土叶片Ⅱ截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅱ。

通过下法兰和母法兰Ⅰ将钻具变径装置与标准节钻具连接，通过公法兰Ⅰ和母法兰Ⅱ将标准节钻具与底节钻具连接。

主输送管、付输送管、混凝土灌注管Ⅰ和混凝土灌注管Ⅱ连接在一起并相通。

进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，所述的钻具变径装置上：上法兰与外管通过筋板Ⅰ固定，下法兰与外管通过筋板Ⅰ固定。

进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，所述的标准节钻具上：母法兰Ⅰ和芯管Ⅰ通过筋板Ⅱ固定，公法兰Ⅰ和芯管Ⅰ通过筋板Ⅱ固定。

进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，所述的底节钻具上：所述的挡门装置由挡门，折页、挂钩Ⅰ、挂钩Ⅱ和橡胶套构成，挡门一端通过折页与混凝土灌注管Ⅱ连接，另一端设有挂钩Ⅰ，橡胶套将挂钩Ⅰ和设在混凝土灌注管Ⅱ上的挂钩Ⅱ连接在一起。

进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，挡门关闭状态时，其最下端高于切削齿Ⅰ的最低处。

更进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，挡门关闭状态时，其最下端与切削齿Ⅰ之间的距离为h＝60～300mm。

进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，所述的底节钻具：芯管外壁的光杆部的高度为H＝200～1500mm。

进一步的，上述的现浇混凝土管桩施工装置，设有动力头装置，所述的动力头装置由挂架、电机、振动器、减速器和混凝土输送管组成；减速器通过螺栓分别与挂架和电机固定连接，振动器通过螺栓分别与挂架和减速器固定连接，挂架上设有吊装滑轮组、滑瓦和加压滑轮组；混凝土输送管与减速器中空中心轴间实现可转动密封连接，输出法兰与减速器的中心轴固定连接，通过输出法兰和上法兰将动力头装置和钻具变径装置连接在一起；混凝土输送管、减速器中空中心轴和主输送管连通。

一种现浇混凝土管桩成桩施工方法，采用上述的现浇混凝土管桩施工装置，标准节钻具的芯管Ⅰ外壁上安装螺旋挤土叶片Ⅰ，底节钻具的芯管Ⅱ螺旋杆部的外壁上安装螺旋挤土叶片Ⅱ，螺旋杆部下端均布安装2、3或4件螺旋叶片，螺旋叶片端部设有切削齿Ⅰ，完成现浇混凝土挤土管桩的施工，方法如下：

1)平整场地，组装现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备，放桩孔位线，桩机钻具对准桩位，采用具有大扭矩的长螺旋钻孔桩架，桩架上安装动力头装置，动力头装置下依次安装钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具；

2)启动动力头装置，让钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具作顺时针旋转并向下钻进，在钻孔过程中，以底节钻具光杆部作为钻孔定位基准，底节钻具芯管Ⅱ底端的切削齿Ⅱ首先进行旋转切削岩土层，被切削的岩土分成两部分，一部分保持柱体状态首先进入底节钻具芯管Ⅱ的内腔里，另一部分分布在钻具光杆部芯管的外表面周围，随着钻进深度的加深，当钻进深度大于光杆部的长度时，螺旋叶片底端的切削齿Ⅰ，开始作圆周切削工作，被切离的岩土沿螺旋叶片和螺旋挤土叶片Ⅱ上曲面由下而上传送，直至孔外地表，随着底节钻具芯管Ⅱ的光杆部不断地钻进切削岩土层，被切成的芯部柱状岩土体不断地进入到钻具的芯管里，直到钻至设定桩孔深度；

3)钻至桩孔深后，钻具保持继续旋转，原地旋转2～5分钟后，开启混凝土输送泵，泵送混凝土，混凝土依次通过混凝土输送管、减速器中空中心轴和主输送管，然后分别进入对称布置的付输送管、混凝土灌注管Ⅰ和混凝土灌注管Ⅱ，直至混凝土灌注管Ⅱ的底部，重力作用下，将挡门打开，混凝土落下，桩孔底充满压力混凝土，桩孔底端螺旋叶片上的岩土在压力混凝土的作用下，沿着旋转钻具的螺旋叶片及螺旋挤土叶片Ⅰ和螺旋挤土叶片Ⅱ的上曲面向上传送，至混凝土的上界面距桩孔底0.7～1.0m时，提升标准钻具和底节钻具，同时启动振动器，保证标准钻具和底节钻具在提升的过程中始终保持旋转和振动，边提边泵压灌注混凝土，标准钻具和底节钻具芯管内腔的圆柱状岩土体在提钻泵压灌过程中保持原有的应力状态，逐渐退出钻具芯管内腔，形成现浇混凝土挤土管桩的岩土体内芯，直至整桩灌注结束；

4)吊机辅助，将编制好的钢筋笼用振动锤压入已压灌好的素混凝土管桩内，至设计标高，完成一次现浇混凝土挤土管桩的施工。

一种现浇混凝土管桩成桩施工方法，采用上述的现浇混凝土管桩施工装置，标准节钻具的芯管Ⅰ外壁上安装螺旋叶片，底节钻具的芯管Ⅱ螺旋杆部的外壁上安装螺旋叶片，在底节钻具的螺旋叶片端部设有切削齿Ⅰ，完成现浇混凝土管桩咬合桩的施工，方法如下：

1)平整场地，组装现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备，放桩孔位线，桩机钻具对准桩位，采用具有大扭矩的长螺旋钻孔桩架，桩架上安装动力头装置，动力头装置下依次安装钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具。

2)启动动力头装置，让钻具变径装置、若干标准节钻具和底节钻具作顺时针旋转并向下钻进，在钻孔过程中，以底节钻具光杆部作为钻孔定位基准，底节钻具芯管Ⅱ底端的切削齿Ⅱ首先进行旋转切削岩土层，被切削的岩土分成两部分，一部分保持柱体状态首先进入底节钻具芯管Ⅱ的内腔里，另一部分分布在钻具光杆部芯管的外表面周围，随着钻进深度的加深，当钻进深度大于光杆部的长度H时，螺旋叶片底端的切削齿Ⅰ，开始作圆周切削工作，被切离的岩土沿螺旋叶片上曲面由下而上传送，直至孔外地表，随着底节钻具芯管Ⅱ的光杆部不断地钻进切削岩土层，被切成的芯部柱状岩土体不断地进入到钻具的芯管里，直到钻至设定桩孔深度；

3)钻至桩孔深后，钻具保持继续旋转，原地旋转2～5分钟，开启混凝土输送泵，泵送混凝土，混凝土依次通过混凝土输送管、减速器中空中心轴和主输送管，然后分别进入对称布置的付输送管、混凝土灌注管Ⅰ和混凝土灌注管Ⅱ，直至混凝土灌注管Ⅱ的底部，重力作用下，将挡门打开，混凝土落下，桩孔底充满压力混凝土，桩孔底端螺旋叶片上的岩土在压力混凝土的作用下，沿着旋转钻具的螺旋叶片的上曲面向上传送，至混凝土的上界面距桩孔底0.7～1.0m时，提升标准钻具和底节钻具，同时启动振动器，保证标准钻具和底节钻具在提升的过程中始终保持旋转和振动，边提边泵压灌注混凝土，标准钻具和底节钻具芯管内腔的圆柱状岩土体在提钻泵压灌过程中保持原有的应力状态，逐渐退出钻具芯管内腔，形成现浇混凝土管桩的岩土体内芯，直至整桩灌注结束，完成第一根现浇素混凝土管桩的施工；

4)移动现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备至设计中相邻下一根素混凝土管桩孔位线，桩机钻具对准桩位，重复步骤1)～3)，完成第二个现浇素混凝土管桩的施工，待两根素混凝土管桩强度满足钻进切削条件时，移动现浇混凝土管桩施工设备及配套施工设备至两根现浇素混凝土管桩中间桩孔位，重复步骤1)～3)，完成第三根现浇素混凝土管桩的施工，并实现第三根两侧分别与第一根和第二根素混凝土管桩咬合在一起；

5)吊机辅助，将编制好的钢筋笼用振动锤压入中间的第三根现浇素混凝土管桩内，至设计标高；

6)重复步骤1)-5)，依次完成第四个，第五个……第N个现浇素混凝土管桩，每个相邻的现浇素混凝土管桩互相咬合在一起，且钢筋笼按设计要求交替置于现浇素混凝土管桩内，完成现浇混凝土管桩咬合桩的施工。

本发明创造，现浇混凝土管桩成桩施工原理：在钻孔过程中，钻具光杆部分芯管端的切削齿首先进行旋转切削岩土层，将被切削的岩土层分成两部分，一部分保持柱体状态进入钻具芯管的内腔里，另一部分分布在钻具光杆部分芯管的外表面周围。随着钻进深度的加深，当钻进深度大于光杆部分的长度时，钻具螺旋叶片底端的切削齿开始作圆周切削工作，被切离的岩土沿螺旋叶片上曲面由下而上传送，直至孔外地表。就这样，钻具光杆部分不断地钻进切削岩土层，破坏了岩土层原有的结构，保留芯部岩土体，增大了芯管外岩土体的自由面，为螺旋叶片上的切削齿的切削提供了有利的条件。同时，利用钻具光杆部分先行切削岩土层作为螺旋叶片上切削齿工作的定心基准，定位可靠，确保桩孔位的准确性。特别是一些复杂的地质条件，如大倾角软硬岩土层分界面处钻孔的施工、咬合桩钻孔的施工等，优势更为突出，能够很好地满足桩孔位的设计要求。在提钻灌注混凝土过程中，采取先泵送混凝土至桩孔底，混凝土灌注管下端的挡门在压力混凝土的作用下自行打开，利用桩孔底的压力混凝土，将钻具底部螺旋叶片上的岩土沿着旋转钻具螺旋叶片的上曲面向上传送，直至混凝土上界面距桩孔底0.7～1.0m，再提升旋转的钻具，同时启动振动器，确保钻具在提升的过程中始终保持旋转和振动，边提边泵压灌，保持提升速度与泵压灌量的匹配度。钻具芯管内腔的圆柱状岩土体在提钻泵压灌过程中保持原有的应力状态，逐渐退出钻具芯管内腔，成为现浇混凝土管桩的岩土体内芯，直至整桩灌注结束。提钻过程中启动振动器，一是可以减轻钻具芯管内部与岩土间的摩阻，从而减小提升力，保证芯管内岩土不会堵塞芯管，能顺利连续脱离芯管，保持圆柱形岩土芯的完整性；二是有利于泵压灌混凝土的流畅性；三是振捣挤密作用，使混凝土桩身充分振动密实，并挤密桩间土。

采用挤土螺旋叶片组成的钻具主要用于现浇混凝土管桩单桩的施工，钻具具有部分挤土功能，能提高成桩的竖向承载能力；采用普通螺旋叶片组成的钻具，主要用于现浇混凝土管桩咬合桩及支护单管桩的施工，能更好地满足咬合桩及支护单管桩的成桩质量要求。

本发明创造的有益效果是：现浇混凝土管桩的外径和内径表面都与桩周岩土层间产生摩阻，与相同混凝土灌注量的实心柱体桩相比较，管桩总的侧摩阻得到了很大的提高，同时，管桩的截面尺寸要比实心柱体桩大，从而提高了管桩的水平承载能力。

附图说明

图1是本发明创造现浇混凝土管桩施工装置的结构示意图。

图2是本发明创造现浇混凝土管桩施工装置的动力头装置的结构示意图。

图3是本发明创造现浇混凝土管桩施工装置的钻具变径装置的结构示意图。

图4是图3的侧视图。

图5是本发明创造现浇混凝土管桩施工装置的标准节钻具的结构示意图。

图6是本发明创造现浇混凝土管桩施工装置的底节钻具的结构示意图。

图7是图6的剖视图。

图8是挡门装置放大图。

图9是图6的附视图。

图10是螺旋挤土叶片Ⅰ或螺旋挤土叶片Ⅱ的结构示意图。

图11是螺旋叶片的结构示意图。

图12是现浇混凝土管桩成桩施工过程示意图。

图13是现浇混凝土管桩示意图。

图14是现浇混凝土管桩咬合桩示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-图11所示，现浇混凝土管桩施工装置，由动力头装置40、钻具变径装置10、若干标准节钻具20和底节钻具30组成。

所述的钻具变径装置10是：由环形外管11、上法兰12、下法兰13、堵板14、主输送管15、两个付输送管16和筋板18组成。环形外管11的两端分别设有上法兰12和下法兰13，堵板14安装在上法兰12上，外管11内主输送管15一端与堵板14连接，另一端与两个付输送管16的一端连接组成人字形结构且内部相通，两个付输送管16的另一端伸出外管11对称布置在下法兰13的外缘处并固定；外管11上设有放气孔17。上法兰12上设有键槽和螺栓孔，上法兰12与外管11通过筋板18固定，下法兰13上设有键槽和螺栓孔，下法兰与外管11通过筋板18固定。

钻具是由若干标准节钻具20和底节钻具30组成，标准节钻具的个数以设定的桩孔深度而定。

所述的标准节钻具20是：由两根混凝土灌注管Ⅰ21、芯管Ⅰ22、螺旋挤土叶片Ⅰ23、母法兰Ⅰ24、公法兰Ⅰ25和筋板26组成。芯管Ⅰ22的两端分别设有母法兰Ⅰ24和公法兰Ⅰ25，两根混凝土灌注管Ⅰ21对称地固定布置在芯管Ⅰ22的外壁和母法兰Ⅰ24及公法兰Ⅰ25的外缘上。螺旋挤土叶片Ⅰ23安装在Ⅰ22的外壁上；所述的螺旋挤土叶片Ⅰ23截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅰ23-1。母法兰Ⅰ24和芯管Ⅰ22通过筋板26固定，公法兰Ⅰ25和芯管Ⅰ22通过筋板26固定。母法兰Ⅰ24和公法兰Ⅰ25上分别设有键槽。螺旋挤土叶片Ⅰ23截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅰ23-1，缺口的大小可根据岩土层的性质来定。

所述的底节钻具30是：由两根混凝土灌注管Ⅱ31、芯管Ⅱ32、挡门装置33、母法兰Ⅱ34、螺旋挤土叶片Ⅱ36、螺旋叶片37、切削齿Ⅰ38、切削齿Ⅱ39和筋板组成。两根混凝土灌注管Ⅱ31对称地固定布置在芯管Ⅱ32的外壁上且其下端处设有可开关的挡门装置33，芯管Ⅱ32的上端设有母法兰Ⅱ34，母法兰Ⅱ34通过筋板与芯管Ⅱ32固定。芯管Ⅱ32外壁上端为螺旋杆部，下端为光杆部35，优选的，芯管外壁的光杆部35的高度为H＝200～1500mm。在芯管外壁的螺旋杆部外缘安装有螺旋挤土叶片Ⅱ36，螺旋杆部下端均布安装2、3或4件螺旋叶片37，螺旋叶片37端部设有切削齿Ⅰ38。对于施工中小径管桩设置2件螺旋叶片37，对于大径桩设置3或4件螺旋叶片37。在芯管外壁的光杆部35底端设有切削齿Ⅱ39，切削齿Ⅱ39形成的内径d小于芯管Ⅱ32的内径D；所述的螺旋挤土叶片Ⅱ36截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅱ36-1，缺口的大小可根据岩土层的性质来定，所述的螺旋叶片37截面为矩形。母法兰Ⅱ34上设有键槽。

所述的挡门装置33由挡门33-1，折页33-2、挂钩Ⅰ33-3、挂钩Ⅱ33-4和橡胶套33-5构成，挡门33-1一端通过折页33-2与混凝土灌注管Ⅱ31连接，另一端设有挂钩Ⅰ33-3，与之对应地在混凝土灌注管Ⅱ31的下端处设有挂钩Ⅱ33-4，橡胶套33-5将挂钩Ⅰ33-3和挂钩Ⅱ33-4连接在一起。优选的，挡门33-1关闭状态时，其最下端高于切削齿Ⅰ38的最低处。更优选的，挡门33-1关闭状态时，其最下端与切削齿Ⅰ38之间的距离为h＝60～300mm。

所述的动力头装置40是：由挂架41、电机42、振动器43、减速器44和混凝土输送管45组成；减速器44通过螺栓分别与挂架41和电机42固定连接，振动器43通过螺栓分别与挂架41和减速器44固定连接，挂架41上设有吊装滑轮组46、滑瓦47和加压滑轮组48；混凝土输送管45与减速器44的中空中心轴间实现可转动密封连接，输出法兰49与减速器44的中心轴固定连接。所述的动力头装置具有大扭矩旋转和振动的双功能。

组装连接时，动力头装置40、钻具变径装置10、标准节钻具20和底节钻具30依顺相连，各法兰间通过键传扭，螺栓紧固，相对应的混凝土灌注管端间采取密封垫密封。

通过输出法兰49和上法兰12将动力头装置40和钻具变径装置10连接在一起，混凝土输送管45、减速器44中空中心轴和主输送管15连通。

通过下法兰13和母法兰Ⅰ24将钻具变径装置10与标准节钻具20连接，通过公法兰Ⅰ25和母法兰Ⅱ34将标准节钻具20与底节钻具30连接。

各标准节钻具20之间通过公、母法兰的配合连接。

混凝土输送管45、减速器44中空中心轴、主输送管15、付输送管(16)、混凝土灌注管Ⅰ21和混凝土灌注管Ⅱ31连接在一起并相通。

实施例2一种现浇混凝土管单桩成桩施工方法

如图12和图13所示，采用实施例1的现浇混凝土管桩施工装置，完成现浇混凝土挤土管桩，方法如下：

1、如图12中(a)，平整场地，组装现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备，放桩孔位线，桩机钻具对准桩位，采用具有大扭矩的长螺旋钻孔桩架60，桩架60上安装动力头装置40，动力头装置40与混凝土输送泵配套使用，动力头装置40下依次安装钻具变径装置10、若干标准节钻具20和底节钻具30。

2、如图12中(b)，启动并释放动力头装置40，让钻具(钻具变径装置10、若干标准节钻具20和底节钻具30)作顺时针旋转并向下钻进，螺旋叶片上切削齿切削下来的岩土沿螺旋叶片的上曲面由下而上传送，直至孔外地表。在钻孔过程中，以底节钻具30光杆部作为钻孔定位基准，底节钻具30芯管Ⅱ32底端的切削齿Ⅱ39首先进行旋转切削岩土层，被切削的岩土分成两部分，一部分岩土保持圆柱体状态首先进入底节钻具30芯管Ⅱ32的内腔里，另一部分分布在钻具光杆部芯管的外表面周围，随着钻进深度的加深，当钻进深度大于光杆部的长度时，螺旋叶片37底端的切削齿Ⅰ38，开始作圆周切削工作，被切离的岩土沿螺旋叶片37和螺旋挤土叶片Ⅱ36上曲面由下而上传送，直至孔外地表，随着底节钻具30钻具芯管Ⅱ32的光杆部35不断地钻进切削岩土层，被切成的芯部柱状岩土体不断地进入到钻具的芯管里，直到钻至设定桩孔深度。

3、如图12中(c)，钻至桩孔深后，钻具保持继续旋转，原地旋转2～5分钟后，待孔底被切削下来的岩土充分向上传送。开启混凝土输送泵，泵送混凝土，混凝土依次通过混凝土输送管45、减速器44中空中心轴和主输送管15，然后分别进入对称布置的付输送管16、混凝土灌注管Ⅰ21和混凝土灌注管Ⅱ31，直至混凝土灌注管Ⅱ31的底部，重力作用下，将挡门33-1打开，混凝土落下，利用桩孔底的压力混凝土，将钻具底部螺旋叶片上的岩土沿着旋转钻具螺旋叶片37及螺旋挤土叶片Ⅰ23和螺旋挤土叶片Ⅱ36的上曲面向上传送，至混凝土层上界面距桩孔底0.7～1.0m时，再慢慢提升继续旋转标准钻具和底节钻具，同时启动动力头装置上的振动器，保持提升速度与泵压灌量匹配度，保证标准钻具和底节钻具在提升的过程中始终保持旋转和振动，边提边泵压灌注混凝土，随着提升，标准钻具和底节钻具芯管内腔的圆柱状岩土体在提钻泵压灌过程中保持原有的应力状态，逐渐退出钻具芯管内腔，形成素混凝土管桩50，其芯部为岩土体内芯51，直至整桩灌注结束。在提钻泵压灌过程中，钻具保持旋转并振动，桩孔内混凝土上界面始终保持高于底节钻具螺旋叶片上的切削齿端面0.7～1.0m，提钻泵压灌直到桩顶设计标高。

4、如图12中(d)、(e)，吊机辅助，将编制好的钢筋笼52用振动锤压入已压灌好的素混凝土管桩50内，至设计标高，如图13完成一次现浇混凝土挤土管桩施工。

实施例3一种现浇混凝土管桩咬合桩成桩施工方法

采用实施例1的现浇混凝土管桩施工装置，不同点在于，将标准节钻具20的芯管Ⅰ22外壁上的螺旋挤土叶片Ⅰ23替换为螺旋叶片37，底节钻具30的芯管Ⅱ32螺旋杆部的外壁上的螺旋挤土叶片Ⅱ36替换为螺旋叶片37。

如图12和图14所示，完成现浇混凝土管桩咬合桩，方法如下：

1、同实施例2的步骤1；

2、同实施例2的步骤2；

3、同实施例2的步骤3，完成第一根现浇素混凝土管53桩施工；

4、移动现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备至移动现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备至设计中相邻下一根素混凝土管桩孔位线，桩机钻具对准桩位，重复步骤1)～3)，完成第二根现浇素混凝土管桩54的施工，待两根素混凝土管桩53、54强度满足钻进切削条件时，移动现浇混凝土管桩施工设备及配套施工设备至两根现浇素混凝土管桩53、54中间桩孔位，重复步骤1)～3)，完成第三根现浇素混凝土管桩55的施工，并实现第三根现浇素混凝土管桩55分别与第一根现浇素混凝土管桩53和第二根素混凝土管桩54咬合在一起；

5、吊机辅助，将编制好的钢筋笼52用振动锤压入第三根现浇素混凝土管桩55内，至设计标高；

6、重复步骤1-步骤4，依次完成第四根，第五根……第N根现浇素混凝土管桩，每个相邻的现浇素混凝土管桩互相咬合在一起，且钢筋笼52按设计要求交替置于现浇素混凝土管桩内，完成现浇混凝土管桩咬合桩的施工。

Claims (8)

1.现浇混凝土管桩施工装置，其特征在于，包括钻具变径装置（10）、若干标准节钻具（20）和底节钻具（30）；钻具变径装置（10）、若干标准节钻具（20）和底节钻具（30）依次连接；

所述的钻具变径装置（10）是：环形外管（11）的两端分别设有上法兰（12）和下法兰（13），堵板（14）安装在上法兰（12）上，外管（11）内主输送管（15）一端与堵板（14）连接，另一端与两个付输送管（16）的一端连接组成人字形结构且内部相通，两个付输送管（16）的另一端伸出外管（11）对称布置在下法兰（13）的外缘处并固定；外管（11）上设有放气孔（17）；

所述的标准节钻具（20）是：两根混凝土灌注管Ⅰ（21）对称地固定布置在芯管Ⅰ（22）的外壁上，螺旋挤土叶片Ⅰ（23）或螺旋叶片（37）安装在芯管Ⅰ（22）的外壁上，芯管Ⅰ（22）的两端分别设有母法兰Ⅰ（24）和公法兰Ⅰ（25）；所述的螺旋挤土叶片Ⅰ（23）截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅰ（23-1），所述的螺旋叶片（37）截面为矩形；

所述的底节钻具（30）是：两根混凝土灌注管Ⅱ（31）对称地固定布置在芯管Ⅱ（32）的外壁上且其下端处分别设有可开关的挡门装置（33），芯管Ⅱ（32）的上端设有母法兰Ⅱ（34），芯管Ⅱ（32）外壁上端为螺旋杆部，下端为光杆部（35）；在芯管Ⅱ（32）螺旋杆部的外壁上安装螺旋挤土叶片Ⅱ（36），螺旋杆部下端均布安装2、3或4件螺旋叶片（37），螺旋叶片（37）端部设有切削齿Ⅰ（38），或者，在芯管Ⅱ（32）螺旋杆部的外壁上安装螺旋叶片（37），螺旋叶片（37）端部设有切削齿Ⅰ（38）；在芯管Ⅱ（32）的光杆部（35）底端设有切削齿Ⅱ（39）；所述的螺旋挤土叶片Ⅱ（36）截面为梯形，其外缘上设有若干缺口Ⅱ（36-1）；所述挡门装置（33）由挡门（33-1），折页（33-2）、挂钩Ⅰ（33-3）、挂钩Ⅱ（33-4）和橡胶套（33-5）构成，挡门（33-1）一端通过折页（33-2）与混凝土灌注管Ⅱ（31）连接，另一端设有挂钩Ⅰ（33-3），橡胶套（33-5）将挂钩Ⅰ（33-3）和设在混凝土灌注管Ⅱ（31）上的挂钩Ⅱ（33-4）连接在一起；挡门（33-1）关闭状态时，其最下端高于切削齿Ⅰ（38）的最低处；

通过下法兰（13）和母法兰Ⅰ（24）将钻具变径装置（10）与标准节钻具（20）连接，通过公法兰Ⅰ（25）和母法兰Ⅱ（34）将标准节钻具（20）与底节钻具（30）连接；

主输送管（15）、付输送管（16）、混凝土灌注管Ⅰ（21）和混凝土灌注管Ⅱ（31）连接在一起并相通。

2.根据权利要求1所述的现浇混凝土管桩施工装置，其特征在于，所述的钻具变径装置（10）上：上法兰（12）与外管（11）通过筋板Ⅰ（18）固定，下法兰（13）与外管（11）通过筋板Ⅰ（18）固定。

3.根据权利要求1所述的现浇混凝土管桩施工装置，其特征在于，所述的标准节钻具（20）上：母法兰Ⅰ（24）和芯管Ⅰ（22）通过筋板Ⅱ（26）固定，公法兰Ⅰ（25）和芯管Ⅰ（22）通过筋板Ⅱ（26）固定。

4.根据权利要求1所述的现浇混凝土管桩施工装置，其特征在于，挡门（33-1）关闭状态时，其最下端与切削齿Ⅰ（38）之间的距离为h=60～300mm。

5.根据权利要求1所述的现浇混凝土管桩施工装置，其特征在于，所述的底节钻具（30）：芯管外壁的光杆部（35）的高度为H=200～1500mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的现浇混凝土管桩施工装置，其特征在于，设有动力头装置（40），所述的动力头装置（40）由挂架（41）、电机（42）、振动器（43)、减速器（44）和混凝土输送管（45）组成；减速器（44）通过螺栓分别与挂架（41）和电机（42）固定连接，振动器（43）通过螺栓分别与挂架（41）和减速器（44）固定连接，挂架（41）上设有吊装滑轮组（46）、滑瓦（47）和加压滑轮组（48）；混凝土输送管（45）与减速器（44）中空中心轴间实现可转动密封连接，输出法兰（49）与减速器（44）的中心轴固定连接，通过输出法兰（49）和上法兰（12）将动力头装置（40）和钻具变径装置（10）连接在一起；混凝土输送管（45）、减速器（44）中空中心轴和主输送管（15）连通。

7.一种现浇混凝土管桩成桩施工方法，其特征在于，采用权利要求6所述的现浇混凝土管桩施工装置，标准节钻具（20）的芯管Ⅰ（22）外壁上安装螺旋挤土叶片Ⅰ（23），底节钻具（30）的芯管Ⅱ（32）螺旋杆部的外壁上安装螺旋挤土叶片Ⅱ（36），螺旋杆部下端均布安装2、3或4件螺旋叶片（37），螺旋叶片（37）端部设有切削齿Ⅰ（38），完成现浇混凝土挤土管桩的施工，方法如下：

1）平整场地，组装现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备，放桩孔位线，桩机钻具对准桩位，采用具有大扭矩的长螺旋钻孔桩架（60），桩架（60）上安装动力头装置（40），动力头装置（40）下依次安装钻具变径装置（10）、若干标准节钻具（20）和底节钻具（30）；

2）启动动力头装置（40），让钻具变径装置（10）、若干标准节钻具（20）和底节钻具（30）作顺时针旋转并向下钻进，在钻孔过程中，以底节钻具（30）光杆部作为钻孔定位基准，底节钻具（30）芯管Ⅱ（32）底端的切削齿Ⅱ（39）首先进行旋转切削岩土层，被切削的岩土分成两部分，一部分保持柱体状态首先进入底节钻具（30）芯管Ⅱ（32）的内腔里，另一部分分布在钻具光杆部（35）芯管的外表面周围，随着钻进深度的加深，当钻进深度大于光杆部的长度H时，螺旋叶片（37）底端的切削齿Ⅰ（38），开始作圆周切削工作，被切离的岩土沿螺旋叶片（37）和螺旋挤土叶片Ⅱ（36）上曲面由下而上传送，直至孔外地表，随着底节钻具（30）芯管Ⅱ（32）的光杆部（35）不断地钻进切削岩土层，被切成的芯部柱状岩土体不断地进入钻具芯管内，直到钻至设定桩孔深度；

3）钻至桩孔深后，钻具保持继续旋转，原地旋转2～5分钟后，开启混凝土输送泵，泵送混凝土，混凝土依次通过混凝土输送管（45）、减速器（44）中空中心轴和主输送管（15），然后分别进入对称布置的付输送管（16）、混凝土灌注管Ⅰ（21）和混凝土灌注管Ⅱ（31），直至混凝土灌注管Ⅱ（31）的底部，重力作用下，将挡门（33-1）打开，混凝土落下，桩孔底充满压力混凝土，桩孔底端螺旋叶片上的岩土在压力混凝土的作用下，沿着旋转钻具的螺旋叶片（37）及螺旋挤土叶片Ⅰ（23）和螺旋挤土叶片Ⅱ（36）的上曲面向上传送，至混凝土的上界面距桩孔底0.7～1.0m时，提升标准钻具和底节钻具，同时启动振动器，保证标准钻具和底节钻具在提升的过程中始终保持旋转和振动，边提边泵压灌注混凝土，标准钻具和底节钻具芯管内腔的圆柱状岩土体在提钻泵压灌过程中保持原有的应力状态，逐渐退出钻具芯管内腔，形成现浇混凝土管桩的岩土体内芯（51），直至整桩灌注结束，形成现浇素混凝土挤土管桩（50）；

4）吊机辅助，将编制好的钢筋笼（52）用振动锤压入已压灌好的素混凝土挤土管桩（50）内，至设计标高，完成一次现浇混凝土挤土管桩的施工。

8.一种现浇混凝土管桩成桩施工方法，其特征在于，采用权利要求6所述的现浇混凝土管桩施工装置，标准节钻具（20）的芯管Ⅰ（22）外壁上安装螺旋叶片（37），底节钻具（30）的芯管Ⅱ（32）螺旋杆部的外壁上安装螺旋叶片（37），底节钻具（30）的螺旋叶片（37）端部设有切削齿Ⅰ（38），完成现浇混凝土管桩咬合桩的施工，方法如下：

1）平整场地，组装现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备，放桩孔位线，桩机钻具对准桩位，采用具有大扭矩的长螺旋钻孔桩架（60），桩架（60）上安装动力头装置（40），动力头装置（40）下依次安装钻具变径装置（10）、若干标准节钻具（20）和底节钻具（30）；

2）启动动力头装置（40），让钻具变径装置（10）、若干标准节钻具（20）和底节钻具（30）作顺时针旋转并向下钻进，在钻孔过程中，以底节钻具（30）光杆部作为钻孔定位基准，底节钻具（30）芯管Ⅱ（32）底端的切削齿Ⅱ（39）首先进行旋转切削岩土层，被切削的岩土分成两部分，一部分保持柱体状态首先进入底节钻具（30）芯管Ⅱ（32）的内腔里，另一部分分布在钻具光杆部（35）芯管的外表面周围，随着钻进深度的加深，当钻进深度大于光杆部的长度H时，螺旋叶片（37）底端的切削齿Ⅰ（38），开始作圆周切削工作，被切离的岩土沿螺旋叶片（37）上曲面由下而上传送，直至孔外地表，随着底节钻具（30）芯管Ⅱ（32）的光杆部（35）不断地钻进切削岩土层，被切成的芯部柱状岩土体不断地进入钻具的芯管里，直到钻至设定桩孔深度；

3）钻至桩孔深后，钻具保持继续旋转，原地旋转2～5分钟后，开启混凝土输送泵，泵送混凝土，混凝土依次通过混凝土输送管（45）、减速器（44）中空中心轴和主输送管（15），然后分别进入对称布置的付输送管（16）、混凝土灌注管Ⅰ（21）和混凝土灌注管Ⅱ（31），直至混凝土灌注管Ⅱ（31）的底部，重力作用下，将挡门（33-1）打开，混凝土落下，桩孔底充满压力混凝土，桩孔底端螺旋叶片上的岩土在压力混凝土的作用下，沿着旋转钻具的螺旋叶片上曲面向上传送，至混凝土的上界面距桩孔底0.7～1.0m时，提升标准钻具和底节钻具，同时启动振动器，保证标准钻具和底节钻具在提升的过程中始终保持旋转和振动，边提边泵压灌注混凝土，标准钻具和底节钻具芯管内腔的圆柱状岩土体在提钻泵压灌过程中保持原有的应力状态，逐渐退出钻具芯管内腔，形成现浇混凝土管桩的岩土体内芯（51），直至整桩灌注结束，完成第一根现浇素混凝土管桩（53）；

4）移动现浇混凝土管桩施工装置及配套施工设备至设计中相邻下一根现浇素混凝土管桩（54）孔位线，桩机钻具对准桩位，重复步骤1）～3），完成第二根现浇素混凝土管桩（54）的施工；待两根素混凝土管桩（53、54）强度满足钻进切削条件时，移动现浇混凝土管桩施工设备及配套施工设备至两根现浇素混凝土管桩（53、54）中间桩孔位，重复步骤1）～3），完成第三根现浇素混凝土管桩（55）的施工，并实现第三根现浇素混凝土管桩（55）分别与第一根现浇素混凝土管桩（53）和第二根现浇素混凝土管桩（54）咬合在一起；

5）吊机辅助，将编制好的钢筋笼（52）用振动锤压入第三根现浇素混凝土管桩（55）内，至设计标高，完成一次现浇混凝土管桩咬合桩的施工；

6）重复步骤1）～5），依次完成第四个，第五个……第N个现浇素混凝土管桩，每个相邻的现浇素混凝土管桩互相咬合在一起，且钢筋笼（52）按设计要求交替置于现浇素混凝土管桩内，完成现浇混凝土管桩咬合桩的施工。