CN110306542A - 内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法。该施工方法具体是在搅拌钻具沉降之前，控制搅拌叶片缩小至小于中层套筒的内径，在钻具钻进过程中，软土进入环形挤压腔内推动活动挡板随之上升，并在搅拌钻具钻至预定深度后，单独提升锥尖及搅拌叶片至中层套筒内，同步开启水泥浆泵向环形挤压腔内注入水泥浆，并通过油压调整箱控制环形挤压腔内的活动挡板始终保持与桩顶设计标高持平，在提升过程中环形挤压腔内的软土与水泥浆搅拌均匀并被挤压出；同时开启混凝土泵，向外层套筒与中层套筒之间泵送混凝土，完成中间高压水泥土外围混凝土的复合桩。本发明中的桩体较水泥土搅拌桩承载力更高，较混凝土桩排土更少，节省材料、更加环保。

Description

内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法

技术领域

本发明涉及地基处理工程施工机械设备，具体地说涉及一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法。

背景技术

由于水泥土搅拌桩经济、布置灵活、施工噪音低、污染小等优点，已经被广泛应用于软土地基加固以增强竖向承载力、软土地区基坑围护重力式挡墙以及软土地区基坑防渗止水帷幕施工中，以其经济简便的方式满足建设项目对竖向承载力提高、地基沉降控制、侧壁稳定增强及截水等不同类型的施工技术要求。但是因为工程需要，在不同类别的土质及承载要求下，对于水泥土搅拌桩承载力要求不同，其桩体的种类也越来越多。现有的水泥搅拌桩包括混凝土桩、混凝土钢板桩、水泥土搅拌桩、劲芯水泥土搅拌桩等，其中混凝土桩以及混凝土钢板桩的桩体承载力好，但是成本较高、排土量大；水泥搅拌桩承载力不够，劲芯水泥土搅拌桩的成桩成本高，机械耗能大。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，该施工方法利用特殊的成桩设备在一次下沉和提升过程中完成，且成桩质量可靠，排土少、耗能少，施工成的桩体承载效果好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：该施工方法使用的搅拌钻具包括施钻控制箱、动力箱、油压调整箱、钻杆和钻头，所述油压调整箱固定在施钻控制箱上，所述动力箱通过第二升降机构安装在施钻控制箱内，并在第二升降机构的带动下在施钻控制箱内上下移动，在动力箱内设有钻头旋转电机和叶片伸缩控制电机；所述钻杆包括内层套筒、中层套筒和外层套筒，内层套筒上端与钻头旋转电机连接，下端与钻头连接，中层套筒和外层套筒均与施钻控制箱连接，在外层套筒与中层套筒之间形成环形空腔，并在环形空腔的底部设有开合挡板；所述钻头包括锥型外壳、设置在锥型外壳上的伸缩式搅拌叶片、套设在内层套筒外的齿轮旋转套筒、固定在齿轮旋转套筒下部的中心齿轮、固定在齿轮旋转套筒上端的传动齿轮和固定在每个搅拌叶片尾端的行星齿轮，每个搅拌叶片通过尾端的行星齿轮安装在锥型外壳上，且每个行星齿轮与中心齿轮相互啮合，所述叶片伸缩控制电机通过传动机构与传动齿轮连接，并控制传动齿轮带动齿轮旋转套筒沿着内层套筒转动；在齿轮旋转套筒外设有固定套筒，所述固定套筒上端固定在动力箱上，其固定套筒的外壁与中层套筒之间形成环形挤压腔，并在环形挤压腔的下腔口设有活动挡板，所述油压调整箱通过液压油管与环形挤压腔连通；在钻头上开设有与内层套筒连通的第一喷射孔，在外层套筒上设有与环形空腔连通的第二喷射孔；

所述水泥混凝土复合桩的具体施工步骤如下：

(1)平整场地，并将上述搅拌钻具通过第一升降机构安装在现有桩机的立架上，并在第一升降机构的作用下带动搅拌钻具上下垂直运动，将搅拌钻具的内层套筒通过第一喷射软管与水泥浆泵连通，将搅拌钻具外层套筒与中层套筒之间的环形空腔通过第二喷射软管与混凝土泵连通；

(2)将桩机移位至桩位附近，并将搅拌钻具的锥尖对准桩位；

(3)通过叶片伸缩控制电机带动齿轮旋转套筒正向转动，从而带动搅拌叶片反向转动至搅拌叶片的旋转直径缩小至T1，其T1小于中层套筒的内径；

(4)通过钻头旋转电机带动锥形外壳及固定于锥形外壳上的搅拌叶片整体旋转，同时控制搅拌钻具向下钻进软弱土层，在钻具钻进过程中，软土进入环形挤压腔内，并在软土的推力下推动活动挡板随之上升；

(5)在搅拌钻具钻至预定深度后，通过第二升降机构单独提升锥尖及固定于锥尖上的搅拌叶片至中层套筒内，同步开启与锥型外壳上的第一喷射口连通的水泥浆泵，向环形挤压腔内注入水泥浆，并在搅拌叶片的旋转下与环形挤压腔内的软土搅拌均匀；

(6)通过桩机上的第一升降机构提升整个搅拌钻具，同时通过油压调整箱控制环形挤压腔内的活动挡板始终保持与桩顶设计标高持平，在提升过程中环形挤压腔内的软土在活动挡板的加压作用下排出，并与注入的水泥浆液形成搅拌充分且经压实挤密的高压水泥土；并在排出高压水泥土的同时，开启与环形空腔连通的混凝土泵，向外层套筒与中层套筒之间泵送混凝土，在混凝土的泵送压力下开合板打开，在排出的高压水泥土与钻具外未扰动的软土层中间的空隙中注入混凝土，直至桩顶设计标高，完成中间高压水泥土、外围混凝土的水泥混凝土复合桩。

本发明较优的技术方案：所述搅拌钻具中的锥型外壳的壳体上对应每个搅拌叶片的位置分别开设有弧形安装口，并在每个弧形安装口内设有定位轴，每个搅拌叶片尾端的行星齿轮中心部位套设在定位轴上，并在中心齿轮的转动下带动搅拌叶片尾端的行星齿轮沿着定位轴转动从而改变搅拌叶片的搅拌直径。

本发明较优的技术方案：所述搅拌钻具的中心齿轮和传动齿轮分别通过第一转动轴承与内层套筒连接；在固定套筒上下端与齿轮旋转套筒之间分别设有第二转动轴承。

本发明较优的技术方案：所述搅拌钻具中叶片伸缩控制电机带动搅拌叶片旋转三个档位，其搅拌叶片最小旋转直径小于中层套筒内径；搅拌叶片反向旋转第一个档位时，其搅拌直径等于中层套筒外径；搅拌叶片反向旋转第二个档位时，其搅拌直径等于外层套筒的外径；搅拌叶片反向旋转第三个档位时，其搅拌直径大于外层套筒的外径。

本发明较优的技术方案：设置在搅拌钻具的环形挤压腔内的活动挡板包括截面呈倒T型或凸型的圆环状底板，其板体上部凸起部分两侧分别设有截面呈弧形或凹形或U形或半弧梯形的凹槽式密封圈，并在每个凹槽式密封圈的凹槽口设有截面呈圆形的加压密封圈；所述油压调整箱内设置有液压动力装置、活塞杆、活塞和油缸，其油缸通过液压油管与环形挤压腔连通；所述步骤 (6)中通过油压调整箱控制环形挤压腔内的活动挡板始终保持与桩顶设计标高持平的过程为：通过液压动力装置对活塞加压使环形油压内的液压油注入环形挤压腔内给予活动挡板向下的压力，同时推动加压密封圈嵌入凹槽式密封圈的凹槽内，并使凹槽式密封圈膨胀与环形挤压腔的腔壁紧密接触实现环形挤压腔的密封。

本发明较优的技术方案：设置在搅拌钻具的环形空腔底部设有开合挡板包括两个半环形挡板，每个半环形挡板的弧形部分通过铰链件与外层套筒铰链连接，两个半环形挡板均可沿着其铰链件旋转将环形空腔底部闭合或敞开，并在闭合状态时通过磁铁构件与外层套筒的套筒壁吸附连接；在步骤(6)中，向与环形空腔内注入混凝土时，通过混凝土的注入压力将开合板打开。

本发明较优的技术方案：所述步骤(5)中控制锥尖及固定于锥尖上的搅拌叶片单独提升的第二升降机构为升降电机或卷扬机升降机构，其升降电机或卷扬升降机构的控制端均伸入施钻控制箱内与动力箱连接，同时在施钻控制箱内设有升降轨道，动力箱在第二升降机构的作用下沿着升降轨道上下移动，且移动的距离等于锥形外壳的高度

本发明中环形挤压腔内的活动挡板的上下移动原理：通过液压动力装置带动活塞杆移动，对油缸的储油空间减小，液压油随之从油管中压入环形挤压腔内，推动活动挡板在环形挤压腔内向下移动；在活动挡板向下移动过程中，油压加大，迫使截面为圆形的密封圈有向下移动趋势，进而挤压两条凹槽密封圈内，使凹槽密封圈膨胀，其边缘紧贴环形挤压腔的内外壁，实现液压油的密封。关闭液压动力装置，使得活塞处于自由活动状态，活动挡板在钻杆下钻过程中进入环形挤压腔内的软土向上作用力的情况下自由上升。

本发明中的钻具设有三层套筒，并在内层套筒与外层套筒之间设有环形挤压腔，在环形挤压腔内设有活动挡板，其钻头的搅拌叶片的搅拌直径可灵活控制，在钻具沉降过程中，其软土层直接进入挤压腔内，并在提升过程中，将钻头收缩到中层套筒内，并向挤压腔内注入水泥浆，通过搅拌叶片将水泥将与软土搅拌均匀，同时在液压控制下从上方给予活动挡板一个压力将搅拌均匀的水泥土从挤压腔中挤压出来形成桩体中间的高压水泥土桩芯，且桩芯的形成过程是在中层套筒完成，能够对桩体的成型给予保护；本发明中的外层混凝土是在排出的高压水泥土与钻具外未扰动的软土层中间的空隙中注入形成，其整个桩体一次成型，大大降低了施工成本。而且本发明中的桩体较水泥土搅拌桩承载力更高，较混凝土桩排土更少，节省材料、更加环保。

附图说明

图1是本发明中的成桩过程示意图；

图2是本发明中成桩设备结构示意图；

图3是本发明中的搅拌钻具的结构示意图；

图4是本发明中的油压调整箱的结构示意图；

图5是图3中AA剖面图；

图6是图3中BB剖面图；

图7是本发明中固定套杆与锥形钻头的连接示意图；

图8至图10为桩机钻具叶片伸缩不同状态的示意图；

图11是本发明中开合板闭合状态钻具的结构示意图；

图12是本发明中开合板打开状态钻具的结构示意图；

图13本发明中钻头的结构示意图；

图14本发明中钻头锥尖部分的放大示意图；

图15是图13中CC剖面图；

图16和图17是搅拌叶片与中心齿轮连接示意图；

图18是本发明中锥形外壳的结构示意图；

图19是本发明中环形挤压腔的结构示意图；

图20是本发明中环形挤压腔纵向剖开状态的结构示意图；

图21是本发明中环形挤压腔内活动挡板的结构示意图；

图22是环形挤压腔内活动挡板纵向剖开状态的结构示意图；

图中：1—行走机构，2—底座，3—液压站，4—卷扬机，5—第一喷射孔， 6—滑轮组，7—立架，7-1—立架撑杆，8—钢丝绳，9—施钻控制箱，10—动力箱，10-1—钻头旋转电机，10-2—叶片伸缩控制电机，10-3—传动机构，11 —油压调整箱，11-1—液压油管，11-2—液压动力装置，11-3—活塞杆，11-4 —活塞，11-5—油缸，12—钻杆，12-1—内层套筒，12-2—中层套筒，12-3—外层套筒，12-4—环形挤压腔，12-5—环形空腔，12-6—开合挡板，12-60—铰链件，12-61—磁铁构件，12-7—活动挡板，12-70—圆环状底板，12-71—凹槽式密封圈，12-72—加压密封圈，12-8—固定套筒，12-9—第二转动轴承，13 —钻头，13-1—锥型外壳，13-2—搅拌叶片，13-3—中心齿轮，13-4—齿轮旋转套筒，13-5—行星齿轮，13-6—定位轴，13-7—传动齿轮，13-8—弧形安装口，13-9—第一转动轴承，14—第二升降机构，15—第二喷射孔，16—连接水泥浆泵，17—混凝土泵，18—第一喷射软管，19—第二喷射软管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至22均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。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，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例中提供的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，具体使用如下成桩设备进行施工，其成桩设备的结构具体如图2所示，包括底座2、立架7、搅拌头和第一升降机构，在底座2的底部设有行走机构 1，所述立架7固定安装在底座2上，为了确保立架的7的稳定性，还设有立架撑杆7-1。搅拌头通过第一升降机构吊装在立架7上，并在第一升降机构的带动下沿着立架7上下移动，所述第一升降机构包括设置在底座上的卷扬机4 和设置在立架7顶部的滑轮组6，卷扬机4通过绕过滑轮组6的钢丝绳8与施钻控制箱9连接；在底座2上设有液压站3，所述行走机构1与液压站3连接，由液压站3控制行走机构1的行走过程。在多用成桩设备的搅拌头上还设有第一喷射软管18和第二喷射软管19，两根喷射管可同时连接水泥浆泵16和混凝土泵17，或单独连接水泥浆泵16或混凝土泵17。所述搅拌头包括施钻控制箱9、动力箱10、油压调整箱11、钻杆12和钻头13，所述油压调整箱11固定在施钻控制箱9上，所述动力箱10通过第二升降机构14安装在施钻控制箱 9内，并在第二升降机构14的带动下在施钻控制箱9内上下移动，在动力箱 10内设有钻头旋转电机10-1；所述第二升降机构14为升降电机或卷扬机升降机构，当第二升降机构14为卷扬机升降机构时，包括固定在立架7顶部的滑轮组、固定在底座2的卷扬机和钢丝绳，其钢丝绳一端固定在卷扬机上，另一端绕过滑轮组后伸入施钻控制箱9内与动力箱10固定连接；在施钻控制箱9内对应设有升降轨道，动力箱10在第二升降机构14的作用下沿着升降轨道上下移动，且移动的距离大于或等于钻头13钻进搅拌钻进部分的的高度。

上述成桩设备的搅拌头的结构如图3至图6所示，其中，钻杆12包括内层套筒12-1、中层套筒12-2和外层套筒12-3，内层套筒12-1上端与钻头旋转电机10-1连接，下端与钻头13连接，中层套筒12-2和外层套筒12-3均与施钻控制箱9连接，在外层套筒12-3与中层套筒12-2之间形成环形空腔12-5，并在环形空腔12-5的底部设有开合挡板12-6。如图12和图13所示，设置在环形空腔12-5的底部设有开合挡板12-6包括两个半环形挡板，每个半环形挡板的弧形部分通过铰链件12-60与外层套筒12-3铰链连接，两个半环形挡板均可沿着其铰链件12-60旋转将环形空腔12-5底部闭合(如图11所示)或敞开(如图12所示)，并在闭合状态时通过磁铁构件12-61与外层套筒12-3的套筒壁吸附连接。

上述成桩设备的钻头如图13至图17所示，包括锥型外壳13-1、设置在锥型外壳13-1上的伸缩式搅拌叶片13-2以及叶片伸缩控制机构。如图14和图15所示，所述叶片伸缩控制机构包括套设在内层套筒12-1外的齿轮旋转套筒13-4、固定在齿轮旋转套筒13-4下部的中心齿轮13-3、固定在齿轮旋转套筒13-4上端的传动齿轮13-7、安装在动力箱10内的叶片伸缩控制电机10-2 和固定在每个搅拌叶片13-2尾端的行星齿轮13-5，所述中心齿轮13-3和传动齿轮13-7分别通过第一转动轴承13-9与内层套筒12-1连接(如图15所示)，能够确保中心齿轮13-3和传动齿轮13-7在转动过程中不会带动内层套筒12-1 转动，实现内层套筒12-1与齿轮旋转套筒13-4的分别转动。如图18所示，在锥型外壳13-1的壳体上对应每个搅拌叶片13-2的位置分别开设有弧形安装口13-8，并在每个弧形安装口13-8内设有定位轴13-6；如图16和图17所示，每个搅拌叶片13-2尾端的行星齿轮13-5中心部位套设在定位轴13-6上，且固定后其多个搅拌叶片13-2尾端的行星齿轮13-5均与中心齿轮13-3相互啮合。如图13所示，所述叶片伸缩控制电机10-2通过传动机构10-3与传动齿轮13-7 连接，并控制传动齿轮13-7带动齿轮旋转套筒13-4沿着内层套筒12-1转动，从而控制中心齿轮13-3带动多个搅拌叶片13-2沿着定位轴13-6转动实现搅拌叶片的伸缩调节。所述叶片伸缩控制电机10-2带动搅拌叶片13-2旋转三个档位，其搅拌叶片最小旋转直径小于中层套筒内径，如图10所示；搅拌叶片反向旋转第一个档位时，其搅拌直径等于中层套筒外径；搅拌叶片反向旋转第二个档位时，如图12其搅拌直径等于外层套筒的外径；如图8所述，搅拌叶片反向旋转第三个档位时，其搅拌直径大于外层套筒的外径。在钻头13上开设有与内层套筒12-1连通的第一喷射孔5，在外层套筒12-3上设有与环形空腔 12-5连通的第二喷射孔15。所述第一喷射软管18与外层套筒12-3与中层套筒12-2之间形成环形空腔12-5连通，所述第二喷射软管19与内层套筒12-1 连通。

实施例中使用的钻具，如图13所示，所述搅拌叶片13-2设有2层，其叶片长度从最上层至下依次变短，相邻两层搅拌叶片13-2交叉分布，且每层搅拌叶片13-2包括5个叶片；并在齿轮旋转套筒13-4下部对应设有2个中心齿轮13-3，每层搅拌叶片13-2均匀分布在中心齿轮13-3的外围；内层套筒12-1 穿过2个中心齿轮13-3后固定在锥形外壳13-1上，并与开设在锥形外壳13-1 上的第一喷射孔5连通。

为了能够实现内层套筒12-1能够单独带动锥形钻头13转动，又可以确保内层套筒12-1能够带动钻头在中层套筒12-2内提升，且不会影响齿轮旋转套筒13-4的单独旋转，如图3和图7所示，在齿轮旋转套筒13-4外还设有固定套筒12-8，所述固定套筒12-8上端固定在动力箱10上，能够在动力箱10升降时将其带动一起在中层套筒12-2内升降。在固定套筒12-8上下端与齿轮旋转套筒13-4之间分别设有第二转动轴承12-9，能够确保齿轮旋转套筒13-4能够相对于固定套筒12-8转动。如图19和图20所示，在固定套筒12-8的外壁与中层套筒12-2之间形成环形挤压腔12-4，并在环形挤压腔12-4的下腔口设有活动挡板12-7。如图21和图22所示，设置在环形挤压腔12-4的下腔口的活动挡板12-7包括截面呈倒T型或凸型的圆环状底板12-70，其板体上部凸起部分两侧分别设有截面呈弧形或凹形或U形或半弧梯形的凹槽式密封圈 12-71，实施例附图中的凹槽式密封圈12-71截面呈半弧梯形，在每个凹槽式密封圈12-71的凹槽口设有截面呈圆形的加压密封圈12-72。所述油压调整箱 11通过液压油管11-1与环形挤压腔12-4连通，并通过向环形挤压腔12-4内注入或抽出液压油控制活动挡板12-7在环形挤压腔12-4内升降；当环形挤压腔12-4内注满液压油时，加压密封圈12-72在液压油的压力作用下嵌入凹槽式密封圈12-71的凹槽内并使凹槽式密封圈12-71膨胀与环形挤压腔12-4的腔壁紧密接触实现环形挤压腔12-4的密封。

实施例中的油压调整箱11，如图3所示，其内设置有液压动力装置11-2、活塞杆11-3、活塞11-4和油缸11-5，其油缸11-5通过液压油管11-1与环形挤压腔12-4连通，并在液压动力装置11-2对活塞11-4加压过程中向环形挤压腔 12-4内注入液压油。通过液压动力装置11-2带动活塞杆11-3向右推动，带动活塞11-3向右移动，油缸11-5的储油空间减小，液压油随之从油管11-1中压入环形挤压腔12-4，推动活动挡板12-7沿环形挤压腔12-4向下移动；在活动挡板12-7向下移动过程中，油压加大，迫使加压密封圈12-72有向下移动趋势，进而挤压凹槽式密封圈12-71的上边缘分别紧贴环形挤压腔12-4内外壁，实现液压油的密封。关闭液压动力装置11-1，使得活塞11-4处于自由活动状态，活动挡板12-7在钻杆下钻过程中进入中层套筒12-2的软土向上作用力的情况下，自由上升。

下面结合具体实施例对本发明进一步说明，实施例提供的一种水泥混凝土复合桩的具体施工步骤如下：

(1)平整场地，并将搅拌钻具的内层套筒12-1通过第一喷射软管18与水泥浆泵16连通，将搅拌钻具外层套筒12-3与中层套筒12-2之间的环形空腔 12-4通过第二喷射软管19与混凝土泵17连通；

(2)将桩机移位至桩位附近，并将搅拌钻具的锥尖对准桩位；

(3)通过叶片伸缩控制电机10-2带动齿轮旋转套筒13-4正向转动至第三个档位，使搅拌叶片13-2反向转动第三个档位，使其旋转直径缩小至小于中层套筒12-2的内径；

(4)通过钻头旋转电机10-1带动锥形外壳13-1及固定于锥形外壳13-1上的搅拌叶片13-2整体旋转，同时控制搅拌钻具向下钻进软弱土层，在钻具钻进过程中，软土进入环形挤压腔12-4内，并在软土的推力下推动活动挡板12-7 随之上升；

(5)在搅拌钻具钻至预定深度后，通过第二升降机构14单独提升锥尖及固定于锥尖上的搅拌叶片13-2至中层套筒12-2内，同步开启与锥型外壳13-1 上的第一喷射口5连通的水泥浆泵16，向环形挤压腔12-4内注入水泥浆，并在搅拌叶片13-2的旋转下与环形挤压腔12-4内的软土搅拌均匀；

(6)通过桩机上的第一升降机构提升整个搅拌钻具，同时通过油压调整箱 11控制环形挤压腔12-4内的活动挡板12-7始终保持与桩顶设计标高持平，在提升过程中环形挤压腔12-4内的软土在活动挡板12-7的加压作用下排出，并与注入的水泥浆液形成搅拌充分且经压实挤密的高压水泥土；在排出高压水泥土的同时，开启与环形空腔12-5连通的混凝土泵17，向外层套筒12-3与中层套筒12-2之间泵送混凝土，在混凝土的泵送压力下环形空腔12-5底部的开合板12-6打开，在排出的高压水泥土与钻具外未扰动的软土层中间的空隙中注入混凝土，直至桩顶设计标高，完成中间高压水泥土、外围混凝土的水泥混凝土复合桩。

实施例中提供的管桩较常规水泥土桩水平承载力更高，较混凝土桩材料成本更低、排土更少，减少渣土清运，更加环保。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：该施工方法使用的搅拌钻具包括施钻控制箱、动力箱、油压调整箱、钻杆和钻头，所述油压调整箱固定在施钻控制箱上，所述动力箱通过第二升降机构安装在施钻控制箱内，并在第二升降机构的带动下在施钻控制箱内上下移动，在动力箱内设有钻头旋转电机和叶片伸缩控制电机；所述钻杆包括内层套筒、中层套筒和外层套筒，内层套筒上端与钻头旋转电机连接，下端与钻头连接，中层套筒和外层套筒均与施钻控制箱连接，在外层套筒与中层套筒之间形成环形空腔，并在环形空腔的底部设有开合挡板；所述钻头包括锥型外壳、设置在锥型外壳上的伸缩式搅拌叶片、套设在内层套筒外的齿轮旋转套筒、固定在齿轮旋转套筒下部的中心齿轮、固定在齿轮旋转套筒上端的传动齿轮和固定在每个搅拌叶片尾端的行星齿轮，每个搅拌叶片通过尾端的行星齿轮安装在锥型外壳上，且每个行星齿轮与中心齿轮相互啮合，所述叶片伸缩控制电机通过传动机构与传动齿轮连接，并控制传动齿轮带动齿轮旋转套筒沿着内层套筒转动；在齿轮旋转套筒外设有固定套筒，所述固定套筒上端固定在动力箱上，其固定套筒的外壁与中层套筒之间形成环形挤压腔，并在环形挤压腔的下腔口设有活动挡板，所述油压调整箱通过液压油管与环形挤压腔连通；在钻头上开设有与内层套筒连通的第一喷射孔，在外层套筒上设有与环形空腔连通的第二喷射孔；

所述水泥混凝土复合桩的具体施工步骤如下：

(1)平整场地，并将上述搅拌钻具通过第一升降机构安装在现有桩机的立架上，并在第一升降机构的作用下带动搅拌钻具上下垂直运动，将搅拌钻具的内层套筒通过第一喷射软管与水泥浆泵连通，将搅拌钻具外层套筒与中层套筒之间的环形空腔通过第二喷射软管与混凝土泵连通；

(2)将桩机移位至桩位附近，并将搅拌钻具的锥尖对准桩位；

(3)通过叶片伸缩控制电机带动齿轮旋转套筒正向转动，从而带动搅拌叶片反向转动至搅拌叶片的旋转直径缩小至T1，其T1小于中层套筒的内径；

(4)通过钻头旋转电机带动锥形外壳及固定于锥形外壳上的搅拌叶片整体旋转，同时控制搅拌钻具向下钻进软弱土层，在钻具钻进过程中，软土进入环形挤压腔内，并在软土的推力下推动活动挡板随之上升；

(5)在搅拌钻具钻至预定深度后，通过第二升降机构单独提升锥形壳体及固定于锥形壳体上的搅拌叶片至中层套筒内，同步开启与锥型外壳上的第一喷射口连通的水泥浆泵，向环形挤压腔内注入水泥浆，并在搅拌叶片的旋转下与环形挤压腔内的软土搅拌均匀；

(6)通过桩机上的第一升降机构提升整个搅拌钻具，同时通过油压调整箱控制环形挤压腔内的活动挡板始终保持与桩顶设计标高持平，在提升过程中环形挤压腔内的软土在活动挡板的加压作用下排出，并与注入的水泥浆液形成搅拌充分且经压实挤密的高压水泥土；并在排出高压水泥土的同时，开启与环形空腔连通的混凝土泵，向外层套筒与中层套筒之间泵送混凝土，在混凝土的泵送压力下开合板打开，在排出的高压水泥土与钻具外未扰动的软土层中间的空隙中注入混凝土，直至桩顶设计标高，完成中间高压水泥土、外围混凝土的水泥混凝土复合桩。

2.根据权利要求1所述的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：所述搅拌钻具中的锥型外壳的壳体上对应每个搅拌叶片的位置分别开设有弧形安装口，并在每个弧形安装口内设有定位轴，每个搅拌叶片尾端的行星齿轮中心部位套设在定位轴上，并在中心齿轮的转动下带动搅拌叶片尾端的行星齿轮沿着定位轴转动从而改变搅拌叶片的搅拌直径。

3.根据权利要求1所述的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：所述搅拌钻具的中心齿轮和传动齿轮分别通过第一转动轴承与内层套筒连接；在固定套筒上下端与齿轮旋转套筒之间分别设有第二转动轴承。

4.根据权利要求1所述的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：所述搅拌钻具中叶片伸缩控制电机带动搅拌叶片旋转三个档位，其搅拌叶片最小旋转直径小于中层套筒内径；搅拌叶片反向旋转第一个档位时，其搅拌直径等于中层套筒外径；搅拌叶片反向旋转第二个档位时，其搅拌直径等于外层套筒的外径；搅拌叶片反向旋转第三个档位时，其搅拌直径大于外层套筒的外径。

5.根据权利要求1所述的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：设置在搅拌钻具的环形挤压腔内的活动挡板包括截面呈倒T型或凸型的圆环状底板，其板体上部凸起部分两侧分别设有截面呈弧形或凹形或U形或半弧梯形的凹槽式密封圈，并在每个凹槽式密封圈的凹槽口设有截面呈圆形的加压密封圈；所述油压调整箱内设置有液压动力装置、活塞杆、活塞和油缸，其油缸通过液压油管与环形挤压腔连通；所述步骤(6)中通过油压调整箱控制环形挤压腔内的活动挡板始终保持与桩顶设计标高持平的过程为：通过液压动力装置对活塞加压使环形油压内的液压油注入环形挤压腔内给予活动挡板向下的压力，同时推动加压密封圈嵌入凹槽式密封圈的凹槽内，并使凹槽式密封圈膨胀与环形挤压腔的腔壁紧密接触实现环形挤压腔的密封。

6.根据权利要求1所述的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：设置在搅拌钻具的环形空腔底部设有开合挡板包括两个半环形挡板，每个半环形挡板的弧形部分通过铰链件与外层套筒铰链连接，两个半环形挡板均可沿着其铰链件旋转将环形空腔底部闭合或敞开，并在闭合状态时通过磁铁构件与外层套筒的套筒壁吸附连接；在步骤(6)中，向与环形空腔内注入混凝土时，通过混凝土的注入压力将开合板打开。

7.根据权利要求1所述的一种内芯为高压水泥土的水泥混凝土复合桩的施工方法，其特征在于：所述步骤(5)中控制锥尖及固定于锥尖上的搅拌叶片单独提升的第二升降机构为升降电机或卷扬机升降机构，其升降电机或卷扬升降机构的控制端均伸入施钻控制箱内与动力箱连接，同时在施钻控制箱内设有升降轨道，动力箱在第二升降机构的作用下沿着升降轨道上下移动，且移动的距离等于锥形外壳的高度。