CN109853524B - 一种扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法，步骤为：(1)施工桩孔：利用螺旋钻孔机进行桩孔的施工；在施工桩孔时，采用干法作业，完成上部桩孔；采用湿法作业，完成下部桩孔；(2)桩端纯水泥浆注入：扩底完成后，使纯水泥浆均匀地充满扩大头容腔；(3)桩周水泥土浆注入与拔钻：完成桩端纯水泥浆的注入后，完成桩周水泥土浆的注入；(4)插桩：将异形竹节桩插入到桩孔内，完成；(5)重复步骤(1)至(4)，完成其余桩的施工。在本施工方法中，通过干法作业和湿法作业的相结合，可以有效地减少施工成本，干法作用时所产生的土方在经过粉碎后可以作为制备桩周水泥土浆的原料，减少土方的外运量。

Description

一种扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法

技术领域

本发明涉及地下桩体的施工技术，具体为一种扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法。

背景技术

在软土地区的多层或高层建筑中，预应力混凝土管桩和钻孔灌注桩是最常用的基础形式。先张法预应力混凝土管桩由于其工厂化生产，成桩质量容易保证、混凝土强度高、承载性能优良、施工速度快、成本相对较低等优点被广泛应用于工业与民用建筑、高架桥梁等工程中；而钻孔灌注桩因具有承载力高、无挤土效应、噪音小等优点，近年来已成为应用较为广泛的桩型。然而，当它们运用到深厚软土地区作为摩擦桩使用时，由于桩周土体工程性质较差而提供的侧摩阻力值较低，在桩身材料强度尚未充分发挥时，桩周土体已达到其极限强度，导致桩顶沉降过大而无法继续承担荷载，造成桩身材料浪费。与此同时，管桩在施工过程中会产生严重的挤土效应，对周边已有建筑物以及地下管道造成不利影响；非挤土的钻孔灌注桩施工过程中会排出大量泥浆，存在泥浆污染的问题。

劲性复合桩，一般由水泥土搅拌桩和管桩两部分组成。水泥土搅拌桩由大型搅拌杆将水泥浆液从其喷口以高压喷入地基，并强行与原土搅拌，形成大直径水泥土搅拌桩，在水泥土搅拌桩初凝前将管桩插入其中,形成复合受力桩的一种新桩型，一般称为劲性搅拌桩，也称为静钻根植桩。

由于水泥土搅拌桩为原位搅拌，边喷水泥或水泥浆边提升钻杆，喷射速度和提升速度很难匹配，加上搅拌不均匀，水泥浆缺乏流动空间，容易形成桩体外软内硬，上下层强度不均匀等桩身质量问题。桩身强度和均匀性易受地基中土层硬度、深度、水位等变化影响。另外没有扩大头，承载力无法有效提高。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提出了一种扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法，其包括如下步骤：

(1)施工桩孔：利用螺旋钻孔机进行桩孔的施工；

桩孔从上向下包括上部桩孔和下部桩孔，在下部桩孔的底部形成有桩端扩大头容腔；

在施工桩孔时，首先采用干法作业，完成上部桩孔；然后采用湿法作业，完成下部桩孔；

在进行干法作业时，将桩孔内的土方运出桩孔；

在进行湿法作业时，采用搅拌成孔工艺进行作业，直到桩孔的设定标高，然后进行扩底，形成桩端扩大头容腔；

(2)桩端纯水泥浆注入：扩底完成后，将螺旋钻孔机的钻杆置于桩底，将纯水泥浆泵送到桩底，在泵送纯水泥浆的过程中，上下反复升降钻杆，使纯水泥浆均匀地充满扩大头容腔；

(3)桩周水泥土浆注入与拔钻：完成桩端纯水泥浆的注入后，开始拔出钻杆，并同时泵入桩周水泥土浆，利用钻杆对桩周水泥土浆保持搅拌，完成桩周水泥土浆的注入；

(4)插桩：将异形竹节桩插入到桩孔内，完成一根扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工；

(5)重复步骤(1)至(4)，完成其余扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工。

在上述施工方法中，桩周水泥土浆制备时采用干法作业所挖掘出的土方。

本申请中，纯水泥浆和桩周水泥土浆通过地面搅拌，使桩身内部的均匀性和强度均可大幅提高，在桩周采用水泥土，水泥土的强度显著高于桩周原土体的强度，另外由于水泥浆向桩周土体的渗透，提高了桩周土体的强度，使得侧摩擦力增加。

桩端纯水泥浆的密度大于桩周水泥土浆的密度，保证在注浆的过程中，桩周水泥土浆不会对桩底部分的浆液形成较大的影响，采用较高密度的桩端纯水泥浆还可以提高扩大头部分的抗压能力。

在本施工方法中，通过干法作业和湿法作业的相结合，可以有效地减少施工成本，干法作用时所产生的土方在经过粉碎后可以作为制备桩周水泥土浆的原料，减少土方的外运量。

该施工方法克服了打入桩的噪音、挤土、桩身损伤和钻孔桩的工期长、泥浆排污以及静压桩设备对场地要求高等缺点。具有高强混凝土预制桩桩身强度大和水泥土桩侧摩擦性能较好的优点，造价低，施工快，泥浆排放少。

为进一步减少建筑垃圾的外运量，步骤(1)中，进行湿法作业时，所形成的泥浆保持在桩孔内，不外排。该部分泥浆部分进入到桩端纯水泥浆中，部分在纯水泥浆的挤压下向上漫延进入到随后注入到桩孔内的桩周水泥土浆中，形成桩体的一部分。

优选地，步骤(1)中，上部桩孔的深度为桩孔设定深度的1/2～2/3。将至少一半深度的桩孔采用干法作业，以避免在后续的湿法作用中，形成较多的泥浆，从而需要将部分泥浆进行外排的麻烦，该限定可以减少在地面处理泥浆的工作量。

优选地，纯水泥浆的水灰比为0.4-0.8，纯水泥浆所形成的桩身高度为2.0～3.0m。进一步地，以纯水泥浆的质量为基础，在纯水泥浆中添加有5-15wt％的粉细砂。在本申请中，粉细砂为粒径大于0.075μm的颗粒的重量百分比在50-75％之间的砂。

优选地，桩周水泥土浆采用密度为1.1-1.2g/mL的泥浆配制，以泥浆的质量为基准，加入10-30wt％水泥，30-60wt％素土，以及3-10wt％粗颗粒物,其中的粗颗粒物至少包括粗砂或粉煤灰中的至少一种。

泥浆可以采用在施工区域其它项目施工过程中所产生的泥浆进行二次调配后使用，素土优先采用在进行上部桩孔作业时所挖掘出的土方，当上部桩孔所挖掘出的土方无法使用或无法满足使用时，可以现场取土或采用施工区域其它项目作业时所产生的适宜土方。

在上述对纯水泥浆和桩周水泥土浆的具体限制下，确保桩周水泥土浆的密度小于桩端纯水泥浆的密度，使灌注桩周水泥土浆的过程中，不会有大量的浆液进入到桩端纯水泥浆中，对桩端的扩大头的密封产生较大的影响。

为对桩孔进行高效便捷的挖掘作业，在本申请中，特设了一个钻具对桩孔进行挖掘，该钻具具体为变截面螺旋钻具。

该变截面螺旋钻具包括导向装置和安装在导向装置上的螺旋钻杆，该螺旋钻杆沿一轴线延伸，该螺旋钻杆包括螺旋杆和安装在该螺旋杆的底端的钻头部，该钻头部包括外套筒、导杆、连杆和扩大头刀片，外套筒的一端固定安装在螺旋杆的底端上；外套筒套设在导杆上，导杆的一端朝远离螺旋杆的方向延伸并伸出外套筒，在导杆的伸出外套筒的一端的端部形成有钻头；

扩大头刀片的一端经第一铰接轴连接在外套筒的外壁上，连杆的一端经第二铰接轴连接在导杆的伸出外套筒的一端的外壁上，连杆的另一端经第三铰接轴连接在扩大头刀片上；在导杆的位于第二铰接轴与钻头之间的外壁上设置有第一螺旋刀片；

扩大头刀片具有展开位和收缩位，当扩大头刀片处于展开位时，扩大头刀片处于最大展开状态；扩大头刀片处于收缩位时，扩大头刀片处于收缩状态；当导杆朝外套筒内缩进时，扩大头刀片从收缩位绕第一铰接轴转动到展开位；当扩大头刀片处于展开位时，扩大头刀片的旋转半径大于第一螺旋刀片的旋转半径、且大于螺旋杆的旋转半径；

在外力的作用下，导杆能够在轴向方向上沿外套筒的内周面移动，使扩大头刀片在展开位与收缩位之间转动，当扩大头刀片处于收缩状态时，在径向方向上，第三铰接轴相对于第一铰接轴更靠近螺旋钻杆的中轴线；

在导向装置上安装有支撑部和限制部，支撑部和限制部能够沿导向装置往复移动，支撑部和限制部沿导向装置相邻设置；在支撑部上安装有用于驱动螺旋钻杆转动的驱动马达；在支撑部与限制部之间安装有伸缩机构，该伸缩机构能够使支撑部和限制部之间的距离扩大或缩少；

在导向装置上设置有限位部，在限制部上设置有能够与上述限位部固定连接的卡持部，当卡持部固定连接在限位部上时，限制部被固定在导向装置上；

在桩孔的施工过程中，首先将扩大头刀片设置在收缩位，进行桩孔施工，直到桩孔的设定标高；然后暂停螺旋钻杆的转动，保持螺旋钻杆的高度位置，将卡持部固定连接在限位部上，使限制部固定在导向装置上，然后使螺旋钻杆反转，螺旋钻杆在原深度转动，启动伸缩机构，使支撑部带动螺旋杆和外套筒朝钻头方向移动，导杆向外套筒内缩进，使扩大头刀片由收缩位转动到展开位，再使螺旋钻杆正转，进行扩底，形成桩端扩大头容腔；

在纯水泥浆注入前，首先向上提升螺旋钻杆，使扩大头刀片在桩孔周围土体的压迫下向下转动，返回到收缩位。

在进行扩底施工前，扩大头刀片处于收缩位，按照常规的施工方法即可进行桩孔的挖掘，当施工到桩孔的底部需要进行扩孔施工时，无需更换钻具，可继续利用该变截面螺旋钻具继续进行扩底施工，可有效地施工效率。在目前，进行扩底施工时，利用钢索对钻尖位置进行调整，进行扩底作业，由于在长期的作业过程中，以及在作业时，钢索均会有一定的伸长率，这导致对钻尖位置的判断会出现一定的误差，影响正常的施工。变截面螺旋钻具中的扩大头刀片与其它部件的连接及控制均为刚性，在作业过程中，不会出现明显的偏差，保证了作业的正常进行。

利用该变截面螺旋钻具，在完成扩底后，无需将钻具吊出桩孔即可进行泥浆的注入，在泥浆的注入过程中，钻具充当搅拌桨，对泥浆进行搅拌，以保证注入到桩孔内的泥浆的均匀性，同时，在搅拌过程中，还可以保证桩端纯水泥浆和桩周水泥土浆的交接处，两者能够相互渗透，形成一个过渡段，以使扩大头与其余的桩身能够具有良好的连接强度。保证桩体的整体强度。

优选地，在上述的变截面螺旋钻具中，为避免过多的杂质进入到外套筒与导杆之间的缝隙中，影响外套筒与导杆之间的灵活性，进而影响施工的顺利进行。在该外套筒与导杆之间设置有密封装置，密封装置将外套筒与导杆之间的缝隙封闭；该密封装置包括呈筒状的密封盖，该密封盖套设在导杆上、且密封连接在外套筒的下端面上，在密封盖与导杆之间安装有第一密封圈；或该密封装置为安装在外套筒与导杆之间的第二密封圈。

为使扩大头刀片在收缩过程中不会产生卡持或停顿的现象，使扩大头刀片能够顺利地向收缩位转动。当扩大头刀片处于展开位时，第一铰接轴朝向第三铰接轴的射线朝钻头方向倾斜延伸，该射线与轴线之间的夹角小于90°。

在使用上述变截面螺旋钻具时，在进行桩孔施工作业时，优选采用下述的施工方法，具体的步骤如下：

(1)施工桩孔：

(1.1)将变截面螺旋钻具的导向装置安装到设定位置，使扩大头刀片处于收缩位，启动驱动马达，使螺旋钻杆正转，向地下进行桩孔施工；

在施工上部桩孔时，桩孔内的土方被输出到地面；

在施工下部桩孔时，向桩孔内注水，进行湿法作业，泥浆保持在桩孔内；

(1.2)施工到达桩孔的设定标高后，暂停螺旋钻杆的转动，保持螺旋钻杆的高度位置，将卡持部固定连接在限位部上，使限制部固定在导向装置上，然后使螺旋钻杆反转，启动伸缩机构，使支撑部带动螺旋杆和外套筒朝钻头方向移动，导杆向外套筒内缩进，使扩大头刀片由收缩位转动到展开位，再使螺旋钻杆正转，进行扩底，形成桩端扩大头容腔；

(2)向上提升螺旋钻杆，在桩孔周围土体的阻碍下，扩大头刀片返回到收缩位；将纯水泥浆注入到桩孔内，在纯水泥浆注入的同时，上下反复升降螺旋钻杆，直到完成纯水泥浆的注入；

(3)向桩孔内注入桩周水泥土浆，利用螺旋钻杆对桩周水泥土浆进行搅拌，直到完成桩周水泥土将的注入，同步将螺旋钻杆吊出钻孔；

(4)插桩：将异形竹节桩插入到桩孔内，完成一根扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工；

(5)重复步骤(1)至(4)，完成其余扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工。

在该具体采用变截面螺旋钻具的施工方法中，在进行扩底施工前，扩大头刀片处于收缩位，按照常规的施工方法即可进行桩孔的挖掘，当施工到桩孔的底部需要进行扩孔施工时，无需更换钻具，即可继续施工，而且利用该钻具，还可以保证扩底的精准度。在目前，利用钢索对钻尖位置进行调整，进行扩底施工，由于钢索在拉伸过程中，会逐渐伸长，导致对钻尖位置的判断有一定的误差，影响施工的正常进行。而在该变截面螺旋钻具中，与扩大头刀片相连的部件均为刚性连接，使用过程所产生的误差极小，不会对扩大头刀片的位置造成误判，从而影响正常的施工。

利用该变截面螺旋钻具，在完成扩底后，无需将钻具吊出桩孔即可进行泥浆的注入，在泥浆的注入过程中，钻具充当搅拌桨，对泥浆进行搅拌，以保证注入到桩孔内的泥浆的均匀性，同时，在搅拌过程中，还可以保证桩端纯水泥浆和桩周水泥土浆的交接处，两者能够相互渗透，形成一个过渡段，以使扩大头与其余的桩身能够具有良好的连接强度。保证桩体的整体强度。

附图说明：

图1是变截面螺旋钻具的一种实施例的结构示意图。

图2是图1左视图。

图3是钻头的放大剖视图，图中的扩大头刀片处于收缩位。

图4是钻头的放大简图，图中的扩大头刀片处于展开位。

图5扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工流程简图。

具体实施方式：

在本申请中，表示方向的底端、底部、下端面、顶端或顶部均为该变截面螺旋钻具处于直立状态时的描述。

实施例1：

以下首先对变截面螺旋钻具进行说明，请参阅图1-图4，为变截面螺旋钻具的一具体实施例，其包括导向装置70和安装在导向装置70上的螺旋钻杆60，该螺旋钻杆60具有一中轴线200，该中轴线200平行于一轴线N，该导向装置70包括导向架71和安装在导向架71上的导轨72。

该螺旋钻杆60包括螺旋杆66和安装在该螺旋杆的底端的钻头部100，螺旋杆66具有中心杆64和呈螺旋状环绕在中心杆64上的螺旋叶片65。在本实施例中，中心杆64为空心杆。

请参阅图3-图4该钻头部100包括外套筒11、导杆21、连杆37和扩大头刀片30，外套筒11的一端经法兰14固定安装在螺旋杆的底端上。外套筒11套设在导杆21上，导杆21的一端朝远离螺旋杆66的方向延伸并伸出外套筒11，在导杆21的伸出外套筒的一端的端部形成有钻头24；在外套筒11与导杆21之间设置有导向件，在外力作用下，沿该导向件，外套筒11和导杆21之间能够沿轴线方向产生相对移动，且该导向件能够阻止外套筒与导杆之间产生相对转动。

在本实施例中，在外套筒的内壁上开设有第一键槽53，在导杆的外壁上开设有第二键槽54，在第一键槽53和第二键槽54之间安装有长条形的键51，为便于安装，用沉头螺栓52将键51固定在导杆上。其中第一键槽53贯穿外套筒11的两个端面，可以理解，在其它实施例中，第一键槽53可以仅贯穿外套筒11的一端的端面。上述的第一键槽、第二键槽和键共同构成导向件。

对于导向件，在其它实施例中，还可以采用其它方式，例如可以仅在外套筒的内侧面和导杆的外侧面两者之一上开设键槽，在两者中的另一个上固定设置能够插入到键槽中的凸条。

扩大头刀片30的一端经第一铰接轴34连接在外套筒的外壁上，连杆37的一端经第二铰接轴26连接在导杆21的伸出外套筒11的一端的外壁上，连杆37的另一端经第三铰接轴33连接在扩大头刀片上。

具体在本实施例中，在外套筒的外壁上设置有凸耳12，第一铰接轴34设置在该凸耳12上，以便于扩大头刀片30能够顺利的向下折叠。在导杆21的伸出外套筒11的一端的外壁上固定设置有抱箍22，抱箍22经紧固螺栓25固定在导杆上，第二铰接轴安装在该抱箍22上。当然，第二铰接轴也可直接安装在导杆上。第三铰接轴33设置在扩大头刀片的中间部。

在外力的作用下，导杆能够沿轴线方向相对于外套筒移动，使扩大头刀片沿径向展开或收缩，当扩大头刀片处于收缩状态时，在径向方向上，第三铰接轴33相对于第一铰接轴34更靠近螺旋钻杆的中轴线200。使第三铰接轴33与第一铰接轴34之间能够形成死点，避免施工时，在土体的作用下，扩大头刀片向外展开，干扰施工的正常进行。

扩大头刀片30具有展开位和收缩位，当扩大头刀片30处于展开位时，扩大头刀片处于最大展开状态，在图4显示的状态中，扩大头刀片处于展开位。当扩大头刀片处于收缩位时，扩大头刀片处于收缩状态，在图3显示的状态中，扩大头刀片处于收缩位。

为保证扩大头刀片30能够在展开位与收缩位之间顺利转动，当扩大头刀片处于展开位时，第一铰接轴34朝向第三铰接轴33的射线38朝钻头方向倾斜延伸，该射线38与中轴线200之间的夹角α小于90°。具体在本实施例中，夹角α大致为60°。可以理解，在其它实施例中，夹角α还可以为80°、70°或30°。中轴线200平行与轴线N，即射线38与轴线N之间的夹角α小于90°。

当扩大头刀片30处于展开位时，即当扩大头刀片处于最大展开状态时，扩大头刀片的旋转半径大于后述的第一螺旋刀片23的旋转半径、且大于螺旋杆66的旋转半径。

当导杆21朝外套筒11内缩进时，扩大头刀片30从收缩位绕第一铰接轴转动到展开位。在工作时，是导杆21保持位置不动，外套筒11朝钻头24方向移动，从而形成导杆朝外套筒缩进的现象。

在导向装置上安装有支撑部76和限制部75，支撑部和限制部能够沿导向装置往复移动，具体在本实施例中，支撑部和限制部均安装在导轨72上，为便于移动，在支撑部上安装有滚轮73，该滚轮73卡持在导轨的卡槽中，使支撑部能够沿导轨移动。

支撑部76和限制部75沿导向装置相邻设置，当导向装置竖直设立时，限制部75位于支撑部76的上侧，在支撑部76上安装有用于驱动螺旋钻杆60转动的驱动马达62，该驱动马达62的输出轴经变速箱61连接在中心杆64的顶端。为避免限制部75与支撑部76之间产生相对转动，在限制部75与支撑部76之间安装有一锁合装置74，在本实施例中，具体为插销，插销的插座板741和固定环742分别安装限制部75与支撑部76的侧壁上，插杆743穿过插座板741和固定环742后，将限制部75与支撑部76连接起来。

在支撑部76与限制部75之间安装有伸缩机构，该伸缩机构能够使支撑部和限制部之间的距离扩大或缩少。具体在本实施例中，伸缩机构采用液压千斤顶63。可以理解，液压千斤顶还可以替换为机械千斤顶。液压千斤顶和机械千斤顶既可以采用目前市场上的标准件，也可进行定制，或采用类似的装置，例如机械千斤顶可以采用啮合在一起的螺杆和螺母。

采用啮合在一起的螺杆和螺母作为伸缩机构时，可以将螺杆固定在支撑部与限制部两者之一上，将螺母活动抵靠在支撑部与限制部两者之另一上，转动螺母，即可调整支撑部与限制部两者之间的距离。当然也可将螺母固定，将螺杆活动设置。

可以理解，在其它实施例中，限制部75可以位于支撑部76的下侧。

在导向装置上设置有限位部，在限制部上设置有能够与上述限位部固定连接的卡持部，当卡持部固定连接在限位部上时，限制部被固定在导向装置上。具体在本实施例中，限位部为设置在导轨72的底部的两个限制孔77，卡持部为两个穿过限制部75后插入到限制孔77内的销钉771，在限制部75上设置有供销钉771穿过的孔。

在本实施例中，支撑部76设置在限制部75的下侧，当钻头位置被限定、且限制部被固定在导向装置上时，启动液压千斤顶63，使千斤顶的活塞伸长，则支撑部带动螺旋杆和外套筒朝钻头24方向移动，使扩大头刀片绕第一铰接轴从收缩位向展开位转动。可以理解，在将支撑部76设置在限制部75的上侧时，当钻头位置被限定、且限制部被固定在导向装置上时，启动液压千斤顶，使千斤顶的活塞缩短，就会使扩大头刀片绕第一铰接轴从收缩位向展开位转动。

伸缩机构能够使支撑部相对于限制部沿轴线方向移动，从而带动螺旋杆和外套筒相对于导杆移动，使扩大头刀片绕第一铰接轴在展开位与收缩位之间转动。

在本实施例中，扩大头刀片30包括刀体31和安装在刀体31上的刀齿32，刀体31呈沿轴线方向延伸的板状；刀齿32安装在刀体的外缘。为便于对土体的切削，在刀体的外缘的相对的两侧均安装有刀齿32。刀体31大致呈长条状，当扩大头刀片30处于收缩位时，刀齿分别位于刀体的朝向外套筒的一侧以及背离外套筒的一侧，刀齿大致沿径向方向延伸。可以理解，在其它实施例中，当扩大头刀片30处于收缩位时，刀齿可以仅设置在刀体的背离外套筒的一侧。即当扩大头刀片处于收缩位时，至少在刀体的背离外套筒的一侧安装有上述刀齿。

为避免或减少土体和水体进入到外套筒11与导杆21之间的缝隙中，在外套筒与导杆之间设置有密封装置40，该密封装置将外套筒与导杆之间的缝隙封闭。在本实施例中，该密封装置40包括呈筒状的密封盖41，该密封盖41套设在导杆21上，且密封地连接在外套筒11的下端面上，该密封盖41采用连接螺栓42紧固在外套筒11上。在密封盖41与导杆21之间安装有第一密封圈43。在其他实施例中，还可以直接在外套筒的内侧面与导杆的外侧面之间设置第二密封圈。

为便于切削土体和及时将切削下来的土体输出桩孔，在导杆的外壁上设置有第一螺旋刀片23，该第一螺旋刀片23位于第二铰接轴与钻头之间。在外套筒的外侧面上设置有第二螺旋刀片13。导杆上的第一螺旋刀片主要用于切削土体，外套筒上的第二螺旋刀片主要用于向外输送土体。即在导杆的外侧面和外套筒的外侧面上均设置有螺旋刀片。

在本实施例中，在扩大头刀片30上安装有挂钩件36，该钩挂件36安装在刀体31上，该钩挂件36上形成有一弯钩，该弯钩具有一钩挂面361，当扩大头刀片30处于收缩位时，该钩挂面361能够钩在密封盖41的下端面上。即当扩大头刀片处于收缩位时，该挂钩件通过密封盖钩在外套筒上，钩挂件通过密封盖间接钩在外套筒上。可以理解，钩挂件也可以直接在外套筒上设置与弯钩相适应的凹槽，使该弯钩插入到凹槽中。即，钩挂件可以直接或间接地钩在外套筒上。

在导向装置70的下端安装有钻杆支架78，螺旋钻杆60活动自如地穿过该钻杆支架，该钻杆支架用于对螺旋钻杆进行限制和导向。在导向装置70的顶部转动自如地安装有导向轮79，钻杆吊绳的一端固定的螺旋钻杆的顶部，钻杆吊绳的另一端绕过该导向轮后向下延伸，通过该钻杆吊绳可以将螺旋钻杆吊离钻孔或桩孔，在附图中未显示钻杆吊绳。

以下对扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法，进行说明，该施工方法具体包括如下步骤：

(1)施工桩孔：

在本申请中，请参阅图5中的步骤(g)，将桩孔91从上向下分为上部桩孔911和下部桩孔912，在下部桩孔912的底部形成有桩端扩大头容腔92；具体在本实施例在中，上部桩孔的深度为桩孔设定深度的60％。可以理解，在其他实施例中，上部桩孔的深度还可以为桩孔设定深度的50％、55％或65％，最大不好超过2/3。

请参阅图5中步骤(a)和(b)，在进行桩孔施工前，首先将变截面螺旋钻具的导向装置安装到设定位置，使扩大头刀片30处于收缩位，启动驱动马达，使螺旋钻杆60正转，向地下钻孔，进行桩孔施工。

在施工上部桩孔911时，通过螺旋钻杆，被切削下来的土方被输送到地面800。

请参阅图5中步骤(c)，当进入到下部桩孔912的施工阶段时，向桩孔内注水，进行湿法作业，在进行下部桩孔的挖掘时，桩孔内的泥浆保持在桩孔内，不外排，因此在进行湿法作业时，要注意控制注水量。

图5中步骤(d)，在桩孔内的土方挖据到设定高度时，进行扩底作业，完成桩端扩大头容腔92的施工。

在进行扩底作业前，首先暂停螺旋钻杆的转动，保持螺旋钻杆的高度位置，将卡持部固定连接在限位部上，使限制部固定在导向装置上，然后使螺旋钻杆反转，启动液压千斤顶，使千斤顶的活塞伸长，则支撑部带动螺旋杆和外套筒朝钻头24方向移动，使扩大头刀片绕第一铰接轴从收缩位向展开位转动。可以理解，在将支撑部76设置在限制部75的上侧时，当钻头位置被限定、且限制部被固定在导向装置上时，启动液压千斤顶，使千斤顶的活塞缩短，就会使扩大头刀片绕第一铰接轴从收缩位向展开位转动。

在将扩大头刀片转动到展开位后，再使螺旋钻杆正转，进行扩底，形成桩端扩大头容腔。

(2)图5中步骤(e)，桩端纯水泥浆注入：扩底完成后，将螺旋钻杆置于桩底，将纯水泥浆93泵送到桩底，在泵送纯水泥浆的过程中，上下反复升降螺旋钻杆，使纯水泥浆均匀地充满扩大头容腔内。

纯水泥浆的水灰比为0.55，纯水泥浆所形成的桩身高度为2.5米。可以理解，在其他实施例中，纯水泥浆的水灰比还可以为0.4、0.6或0.8，具体的选择根据施工区域的土质情况以及建筑结构的需要。另外，在其他实施例中，为提高扩大头部分的强度，还可以在纯水泥浆中添加5-15％的粉细砂。纯水泥浆形成的桩身高度还可以为2m、2.4m、2.8m或3m。

(3)图5中步骤(f)，桩周水泥土浆注入与拔钻：完成桩端纯水泥浆的注入后，开始拔出钻杆，并同时泵入桩周水泥土浆95，利用螺旋钻杆对桩周水泥土浆保持搅拌，完成桩周水泥土浆的注入。

本实施例中，桩周水泥土浆采用密度为1.15g/mL的泥浆配制，以泥浆的质量为基准，加入20wt％水泥，50wt％素土，以及5wt％粗砂。在其他实施例中，泥浆的密度可以为1.1g/mL或1.2g/mL。加入的水泥量还可以为10wt％、15wt％、25wt％或30wt％。素土的量可以为30wt％、40wt％或60wt％。粗砂的量可以为3wt％、8wt％或10wt％。粗砂可以用粉煤灰替代，或用粉煤灰和粗砂的混合物替代。

(4)插桩：图5中步骤(g)，将异形竹节桩94插入到桩孔内，完成一根扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工；

(5)重复步骤(1)至(4)，完成其余扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工。

Claims (8)

1.一种扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)施工桩孔：利用螺旋钻孔机进行桩孔的施工；

桩孔从上向下包括上部桩孔和下部桩孔，在下部桩孔的底部形成有桩端扩大头容腔；

在施工桩孔时，首先采用干法作业，完成上部桩孔；然后采用湿法作业，完成下部桩孔；

在进行干法作业时，将桩孔内的土方运出桩孔；

在进行湿法作业时，采用搅拌成孔工艺进行作业，直到桩孔的设定标高，然后进行扩底，形成桩端扩大头容腔

在该步骤(1)中，当进入到下部桩孔的施工阶段时，向桩孔内注水，进行湿法作业；进行湿法作业时，所形成的泥浆保持在桩孔内，不外排；

(2)桩端纯水泥浆注入：扩底完成后，将螺旋钻孔机的钻杆置于桩底，将纯水泥浆泵送到桩底，在泵送纯水泥浆的过程中，上下反复升降钻杆，使纯水泥浆均匀地充满扩大头容腔；

(3)桩周水泥土浆注入与拔钻：完成桩端纯水泥浆的注入后，开始拔出钻杆，并同时泵入桩周水泥土浆，利用钻杆对桩周水泥土浆保持搅拌，完成桩周水泥土浆的注入；

(4)插桩：将异形竹节桩插入到桩孔内，完成一根扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工；

(5)重复步骤(1)至(4)，完成其余扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工；

采用变截面螺旋钻具进行桩孔的施工，该变截面螺旋钻具包括导向装置和安装在导向装置上的螺旋钻杆，该螺旋钻杆沿一轴线延伸，该螺旋钻杆包括螺旋杆和安装在该螺旋杆的底端的钻头部，该钻头部包括外套筒、导杆、连杆和扩大头刀片，外套筒的一端固定安装在螺旋杆的底端上；外套筒套设在导杆上，导杆的一端朝远离螺旋杆的方向延伸并伸出外套筒，在导杆的伸出外套筒的一端的端部形成有钻头；

扩大头刀片的一端经第一铰接轴连接在外套筒的外壁上，连杆的一端经第二铰接轴连接在导杆的伸出外套筒的一端的外壁上，连杆的另一端经第三铰接轴连接在扩大头刀片上；在导杆的位于第二铰接轴与钻头之间的外壁上设置有第一螺旋刀片；

扩大头刀片具有展开位和收缩位，当扩大头刀片处于展开位时，扩大头刀片处于最大展开状态；扩大头刀片处于收缩位时，扩大头刀片处于收缩状态；当导杆朝外套筒内缩进时，扩大头刀片从收缩位绕第一铰接轴转动到展开位；当扩大头刀片处于展开位时，扩大头刀片的旋转半径大于第一螺旋刀片的旋转半径、且大于螺旋杆的旋转半径；

在外力的作用下，导杆能够在轴向方向上沿外套筒的内周面移动，使扩大头刀片在展开位与收缩位之间转动，当扩大头刀片处于收缩状态时，在径向方向上，第三铰接轴相对于第一铰接轴更靠近螺旋钻杆的中轴线；

在导向装置上安装有支撑部和限制部，支撑部和限制部沿导向装置相邻设置；在支撑部上安装有用于驱动螺旋钻杆转动的驱动马达；在支撑部与限制部之间安装有伸缩机构，该伸缩机构能够使支撑部和限制部之间的距离扩大或缩少；

在导向装置上设置有限位部，支撑部和限制部能够沿导向装置往复移动，在限制部上设置有能够与上述限位部固定连接的卡持部，当卡持部固定连接在限位部上时，限制部被固定在导向装置上；

在桩孔的施工过程中，首先将扩大头刀片设置在收缩位，进行桩孔施工，直到桩孔的设定标高；然后暂停螺旋钻杆的转动，保持螺旋钻杆的高度位置，将卡持部固定连接在限位部上，使限制部固定在导向装置上，然后使螺旋钻杆反转，螺旋钻杆在原深度转动，启动伸缩机构，使支撑部带动螺旋杆和外套筒朝钻头方向移动，导杆向外套筒内缩进，使扩大头刀片由收缩位转动到展开位，再使螺旋钻杆正转，进行扩底，形成桩端扩大头容腔；

在纯水泥浆注入前，首先向上提升螺旋钻杆，使扩大头刀片在桩孔周围土体的压迫下向下转动，返回到收缩位。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，

步骤(1)中，上部桩孔的深度为桩孔设定深度的1/2～2/3。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，

纯水泥浆的水灰比为0.4-0.8，纯水泥浆所形成的桩身高度为2.0～3.0m。

4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于，

以纯水泥浆的质量为基础，在纯水泥浆中添加有5-15wt％的粉细砂。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，

桩周水泥土浆采用密度为1.1-1.2g/mL的泥浆配制，以泥浆的质量为基准，加入10-30wt％水泥，30-60wt％素土，以及3-10wt％粗颗粒物,其中的粗颗粒物至少包括粗砂或粉煤灰中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，

在外套筒与导杆之间设置有密封装置，密封装置将外套筒与导杆之间的缝隙封闭；

该密封装置包括呈筒状的密封盖，该密封盖套设在导杆上、且密封连接在外套筒的下端面上，在密封盖与导杆之间安装有第一密封圈；或该密封装置为安装在外套筒与导杆之间的第二密封圈。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，

当扩大头刀片处于展开位时，第一铰接轴朝向第三铰接轴的射线朝钻头方向倾斜延伸，该射线与轴线之间的夹角小于90°。

8.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤如下：

(1)施工桩孔：

(1.1)将变截面螺旋钻具的导向装置安装到设定位置，使扩大头刀片处于收缩位，启动驱动马达，使螺旋钻杆正转，向地下进行桩孔施工；

在施工上部桩孔时，桩孔内的土方被输出到地面；

在施工下部桩孔时，向桩孔内注水，进行湿法作业，泥浆保持在桩孔内；

(1.2)施工到达桩孔的设定标高后，暂停螺旋钻杆的转动，保持螺旋钻杆的高度位置，将卡持部固定连接在限位部上，使限制部固定在导向装置上，然后使螺旋钻杆反转，启动伸缩机构，使支撑部带动螺旋杆和外套筒朝钻头方向移动，导杆向外套筒内缩进，使扩大头刀片由收缩位转动到展开位，再使螺旋钻杆正转，进行扩底，形成桩端扩大头容腔；

(2)向上提升螺旋钻杆，在桩孔周围土体的阻碍下，扩大头刀片返回到收缩位；将纯水泥浆注入到桩孔内，在纯水泥浆注入的同时，上下反复升降螺旋钻杆，直到完成纯水泥浆的注入；

(3)向桩孔内注入桩周水泥土浆，利用螺旋钻杆对桩周水泥土浆进行搅拌，直到完成桩周水泥土将的注入，同步将螺旋钻杆吊出钻孔；

(4)插桩：将异形竹节桩插入到桩孔内，完成一根扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工；

(5)重复步骤(1)至(4)，完成其余扩大头劲性水泥土复合异形桩的施工。

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