CN110331936A - 一种组合式钻孔扩底植桩施工方法 - Google Patents

Abstract

一种组合式钻孔扩底植桩施工方法，包括以下步骤：1）施工前准备；2）安装两组动力头总成；3）动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具钻进切削；4）立柱左侧的多节钻杆左转与动力头总成和下端钻杆连接；5）动力头总成及钻杆、螺旋钻杆和钻具继续钻进切削；7）动力头总成扩底作业；8)动力头总成及钻杆、螺旋钻杆和钻具喷浆和搅拌作业；9）钻杆、钻具提升拆卸；8）预制桩植入。本发明通过立柱回转保证动力头总成下端固装的钻杆之间精准对接锁定，实现钻掘、搅拌和扩孔作业，提高成孔孔壁的表面光整度，避免钻杆、钻杆与钻具间的频繁对接和拆卸，减少操作人员作业强度，提高钻孔植桩作业效率，有效保证植桩施工质量，降低设备采购成本。

Description

一种组合式钻孔扩底植桩施工方法

技术领域

本发明涉及一种通过钻掘成孔、孔底扩大、注浆和搅拌后将预制桩植入地层的组合式钻孔扩底植桩施工方法。

背景技术

在城市建设的不断发展过程中，土地资源越来越少，房屋建筑向高层发展，因此，高层及超高层建筑对桩基承载力的要求越来越高，对建筑物的防沉降变形要求也越来越高，建（构）筑物对抗拔和抗水平力要求越来越高。为了满足承载力及控制变形要求，现有技术往往采用深长桩基础，而锤击式或静压式管桩施工往往不能满足抗拔和抗水平力等性能要求，许多高层、超高层建筑及路基等有动荷载要求的基础基本采用钻孔灌注桩(埋入式)，但钻孔灌注桩造价高、质量不稳定、单桩施工时间长，且泥浆排放污染环境，不符合环保理念。

随着国家大力推进建筑工业化和绿色施工，对施工企业提出更高的要求。各类新建商业建筑、民用建筑、工业厂房将逐步采用装配式建筑，使装配式建建筑比例进步提高。近年来，一种集成钻孔、深层搅拌、扩底和预制各种桩基技术的静钻根植桩施工技术得到迅速推广和发展，该施工技术具备桩材工厂化预制、节能环保和节材降耗的特点，在一定条件下可替代钻孔灌注桩，具有穿越各类岩土层、大直径和高承载力的非挤土桩功能，大幅降低泥浆排放量，节水、节地，保护环境；单桩施工效率提高4-5倍；节省社会资源；单方混凝土承载力提高2～3倍，节省原材料，资源得以充分利用。静钻根植桩施工技术在桩基础施工领域引领了绿色施工的新方向，有效解决预制桩施工所带来的打桩噪声、打桩锤空气污染以及打桩挤土造成的环境损害影响；另一方面，可以取代城市区域大承载力的钻孔灌注桩的施工工艺，克服灌注桩常出现拥孔造成的缩径、桩身夹泥以及孔底沉渣过大等质量缺陷；工厂预制桩材，质量有保证，杜绝了现场材料浪费；同时对岩土层适应性好，挤土效应影响小，泥浆排放量大幅度减少，解决了城市城区排浆用地难的问题，节约土地。有利于预制桩的应用发展，顺应绿色桩基技术发展，进一步扩大预制桩的使用领域。因此，静钻根植桩技术从技术和经济角度均具有显著效益，符合可持续发展理念，推广前景良好。

现有技术中一般采用单轴搅拌钻机安装于桩架立柱上，钻杆及钻具向下切土钻孔，一边钻孔、一边注水或注膨润土混合液，同时钻杆上弧形护壁块可对预钻孔体进行修正和护壁，直到钻杆到达设计要求的持力层部位附近。在钻进成孔的整个过程中，由于受制于配套桩架的立柱高度、立柱导轨的结构型式以及桩架的承载力，无法实现钻杆和钻头长度一次完成连接并安装于桩架立柱上，因此，随着钻孔深度的增加，只有通过操作人员不断加接钻杆的长度，而钻杆的加接一般需要钻杆接头销轴拆卸、动力头提升、上下钻杆（钻具）脱开、高压水枪冲洗上下钻杆（钻具）的雌雄接头、借助起重机吊装钻杆、吊装钻杆的下端雌接头与入土钻杆的上端雄接头对准锁紧、动力头下行、动力头下方钻杆的下端雌接头与吊装钻杆的上端雄接头对准锁紧等步骤，钻杆接长过程需要花费较多的施工时间，影响整个钻掘成孔的效率；在达到钻孔深度后，根据设计要求进行孔底扩孔，通过钻杆和钻头内腔管路在桩端注入水泥浆，进行上下反复搅拌以保持桩端水泥浆的均匀；在将全部钻杆和钻头提起出土时，同样，操作人员只能通过操纵卷扬机提升动力头依次提起每一节钻杆、拔出上下钻杆（钻具）的雌雄接头处销轴、完成相邻二节钻杆或钻具脱开后拔出。重复该步骤，进行所有钻杆或者钻具的拔出。因此，在下钻和拔钻二个阶段均需要操作人员花费较多的时间进行接钻杆和拆钻杆，严重影响植桩施工效率；此外，由于在预钻成孔中进行注浆、搅拌施工有一定时间进度要求，过多频繁的钻杆、钻具连接程序将会影响预制桩的植桩质量，进而降低植入桩的技术性能。因此，需要开发一种能有效提高植桩效率、减少钻杆之间加接、钻杆与钻具之间的加接步骤的钻孔植桩施工设备。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有植桩机存在的缺点，提供一种通过桩架立柱回转达到动力头总成下端固装的钻杆之间的精准对接、实现钻掘、扩孔、注浆、搅拌和预制桩植入的组合式钻孔扩底植桩施工方法，有效避免钻杆之间、钻杆与钻具之间的频繁对接，减少操作人员的作业强度，提高钻孔植桩的作业效率，进一步保证植桩施工质量，大幅度降低设备采购成本。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种组合式钻孔扩底植桩施工方法，包括以下步骤：1）施工前准备，a）对周围场地清理，保持施工路面平整，无高压电缆线路，保证桩架安全顺利进入施工区域；b）利用经纬仪调整和确定纵横二个方向，作为桩架的主机底盘行走移位的基准；c）启动桩架的动力控制机构，操纵其主机底盘行走至植桩工位；2）安装两组动力头总成，a）将桩架的主机底盘上的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过桩架的顶部滑轮架的两个滑轮组，其中一组钢丝绳绕过动力头总成的提升滑轮后连接妥当该动力头总成，另一组钢丝绳安装起动滑轮组；b）将动力头总成通过其机架上的背面导块置于桩架的立柱上一对正面长导轨上，操纵桩架的主机底盘上的一组卷扬机构分别将动力头总成沿立柱的一对正面长导轨提升至立柱的铰接立柱筒体以上的高度，动力头总成的减速箱的中空输出轴下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片和护壁圈的钻杆、具有螺旋叶片的螺旋钻杆和带扩大翼的钻具；在立柱的立柱筒体右侧安装多节具有搅拌叶片和护壁圈的多节钻杆，通过钻杆固定架置于一对侧面长导轨上后将该多节钻杆固定于固定架座的架座半圆槽和盖板的盖板半圆槽对接形成的孔内后安装就位于立柱筒体的右侧，该多节钻杆的顶端连接来自于主机底盘上的另一组卷扬机构引出的钢丝绳和起动滑轮组；c）在立柱的最下端的短立柱筒体的一对正面短导轨上安装支承架，该支承架通过其后端的一对导向板固装于该正面短导轨上；d）操纵桩架的行走机构进行植桩工位微调，保证其中立柱的一对正面上安装的动力头总成及其固装的钻杆、螺旋钻杆和钻具的旋转中心对准植桩工位的中心；e）将动力头总成的电缆线、注浆管路和液压管路分别与操纵系统、后台制供浆系统和液压系统连接，其中，液压管和注浆管通过中空输出轴上端的回转接头与其内腔的进油管和出油管、注浆管路接通，进行空载运行试验，保证符合施工要求；3）动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具钻进切削，操纵控制系统，启动动力头总成的立式电机正向旋转，操纵桩架的卷扬机构使该动力头总成下行，从而驱动多节具有搅拌叶片和护壁圈的钻杆、具有螺旋叶片的螺旋钻杆和带扩大翼的钻具正向旋转并向下钻进切削土层，完成钻掘深度L1。最下端的钻具的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆的螺旋叶片便于排土和搅拌，钻杆外壁上设置的搅拌叶片便于土壤的充分搅拌，钻杆外壁设置的护壁圈挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；固装于立柱下端的一对正面长导轨上的支承架对钻具、螺旋钻杆和钻杆进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量。在多节钻杆、螺旋钻杆和钻具全部进入地层完成钻掘作业后关闭立式电机，使该动力头总成停止运转，操作人员进入植桩工位处将最上端露出地面的一节钻杆的雄接头与中空输出轴的输出端连接盘处连接的一节钻杆的雌接头结合处的的锁定销轴拆下，收紧卷扬机构的钢丝绳提升动力头总成，与该节钻杆完全脱离后上行至立柱的铰接立柱筒体以上的高度；4）立柱左侧安装的多节钻杆向左回转与动力头总成和下端钻杆连接，a）松开铰接立柱筒体和短立柱筒体分别与立柱筒体的锁定销轴，通过操纵系统的立柱回转系统使立柱向左转动90°；操纵设置于立柱最下端的一节短立柱筒体内的立柱回转机构，使位于铰接立柱筒体和短立柱筒体之间的多节立柱筒体向左回转90°后用螺钉固定连接，各个立柱筒体的一对侧面导轨与铰接立柱筒体的正面导管及其上的一节或二节立柱正面导轨以及短立柱筒体的正面短导轨对接后重新形成立柱的一对正面长导轨；b）放下卷扬机构的钢丝绳使动力头总成下行，将其下端连接盘与回转到位的多节钻杆中最上端一节钻杆的雄接头固装，松开并拆除钻杆固定架；继续放下卷扬机构的钢丝绳使动力头总成下行，将该多节钻杆中最末端一节钻杆的雌接头对准露出地层的一节钻杆的雄接头，对接到位后插入销轴锁紧钻杆接头；6）动力头总成的固装的钻具进行扩底作业，操纵液压系统、设置于钻杆、螺旋钻杆和钻具内腔的进油管、出油管以及钻具内腔的扩展油缸，打开钻具上的扩大切削翼进行孔底扩展切削，达到扩孔尺寸后收起扩大切削翼；7)动力头总成及其固装的多节钻杆、螺旋钻杆和钻具进行搅拌和喷浆作业，a）操纵桩架的卷扬机构提升第二组动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具，同时操纵后台配备的制供浆系统，通过注浆管路向中空输出轴、多节钻杆、螺旋钻杆和钻具的内腔注入固化水泥浆，最后由钻具下端部设置的注浆孔对成孔进行旋转注浆，从而在提升多节钻杆、螺旋钻杆和钻具过程中使固化水泥浆注入成孔内与原地土充分搅拌，达到孔体上下均匀，此时钻掘产生的孔渣也被带出成孔外，有效保证植桩孔体质量；8）多节钻杆、螺旋钻杆和钻具提升和拆卸，a）操纵操纵桩架的卷扬机构收起钢丝绳，提升动力头总成上行至导轨的限定位置时，拆下动力头总成下端固装的一节钻杆雌接头与其下方连接的一节钻杆雄接头处锁定销轴，利用起重机将分离的多节钻杆后吊运至堆物处；离后吊运至堆物处；b) 继续操纵桩架的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成下行，将其下端固装的一节钻杆的雌接头和露出地面的一节钻杆的雄接头对准插入后用销轴锁定；操纵卷扬机构收起钢丝绳，提升动力头总成，将其余多节钻杆、螺旋钻杆和钻具提升至地面时，拆下动力头总成的连接盘与其下方连接的一节钻杆雄接头处之间的锁定销轴，利用起重机将分离的多节钻杆、螺旋钻杆和钻具吊运至堆物处；9）预制桩植入，a)在动力头总成的中空输出轴下端安装送桩帽，利用起重机将需要植入的预制桩吊入植桩孔内，该预制桩依靠自重下沉进入植桩孔内；b)操纵第二组动力头总成沿步履桩架的立柱的一对长导轨下行，使送桩帽随第二组动力头总成下行后套装于预制桩桩头上；c) 继续桩架的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成及其连接的送桩帽下行，该预制桩借助其自重和动力头总成的重量通过支承架的导向通孔中设置的衬套内壁的导向被压入钻孔成孔内最终达到设计标高，通过桩端和桩周固化水泥浆硬化后使预制桩与桩端及桩周土体形成一体的植桩体基础。

优选地，在步骤3）中，动力头总成中的立式电机采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，可以实现中空输出轴、多节钻杆、螺旋钻杆和钻具的转速和扭矩的无级调控。

优选地，在步骤6）中，钻具的扩大切削翼在距离孔底的长度L3=1.8～2.3 m时打开并向下进行扩孔钻进，扩孔直径D2与上部钻掘成孔直径D1之间的关系为D2=（1.3～1.5）D1。

优选地，在步骤7）中，动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具边提升边注浆搅拌的旋转速度可以通过外接变频器调节控制，满足单位时间内固化水泥浆注入和搅拌速度的技术要求。

优选地，在步骤9）中，支承架的导向通孔中设置的衬套，其内径与植入预制桩外径的间隙为4.00～6.00mm，保证预制桩植入成孔时导向良好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明组合式钻孔扩底植桩施工方法作进一步描述：

图1是本发明中组合式钻孔扩底植桩系统的结构示意图；

图2是图1中动力头总成、钻杆、螺旋钻杆和钻具部分的左视图；

图3是图1中A-A向剖视图；

图4是图1的俯视图；

图5是图1的仰视图局部；

图6是是本发明中组合式钻孔扩底植桩系统中钻杆的机构示意图；

图7是图6中B-B向剖视图；

图8是本发明中桩架立柱上正面和侧面导轨上动力头总成及其固装的多节钻杆、搅拌钻杆和钻具安装以及多节钻杆安装就位的示意图；

图9是本发明中动力头总成及其固装的多节钻杆、搅拌钻杆和钻具向下钻进切削作业的示意图；

图10是本发明中动力头总成及其固装的钻杆、搅拌钻杆和钻具完成钻进后动力头总成与下端钻杆雄接头分离后提升至立柱顶端的示意图；

图11是本发明中桩架立柱侧面导轨向左旋转90°后多节钻杆分别与动力头总成下端连接盘、进入地层一节钻杆雄接头连接的示意图；

图12是本发明中动力头总成及其固装的钻杆、搅拌钻杆和钻具继续向下钻进切削作业的示意图；

图13是本发明中动力头总成机及其固装的钻杆、搅拌钻杆和钻具钻进达到设计深度后进行扩底、注浆和搅拌作业的示意图。

具体实施方式

如图1-7所示，一种组合式钻孔扩底钻孔植桩系统，包括动力头总成1、多节具有搅拌叶片31护壁圈32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7、具有扩大切削翼41和切削翼42的钻具4、支承架6、钻杆固定架8桩架5以及包括立柱回转系统、钻机操纵系统、桩架操纵系统和注浆操纵系统的操纵系统，动力头总成1包括提升滑轮11、具有背面导块121、立式电机和减速箱122的机架12、液压管路和注浆管路，减速箱122具有中空输出轴124；护壁圈32包括护圈321、一对插板322,322’和一对插座323,323’；桩架5包括至少具有二组卷扬机构的主机底盘51、由多节具有两对导轨522，522’ 的立柱筒体521、具有两对导管524，524’和背部支座525，525’的铰接立柱筒体523以及短立柱筒体527对接而成的立柱52、顶部滑轮架53和两个斜撑杆54，54’；支承架6包括具有导向通孔621的框架体62、位于框架体后部的一对导向板61和衬套63；钻杆固定架8包括具有背部导槽811和架座半圆槽812的固定架座81、具有盖板半圆槽821的盖板82，其中：

所述桩架5的立柱52位于主机底盘51的正前方，其最下端、具有一对正面短导轨5272的短立柱筒体527置于所述主机底盘51的前端突出部叉脚511的中央，该短立柱筒体527的上方依次固装多节立柱筒体521、铰接立柱筒体523和一节或二节立柱筒体521；所述两个斜撑杆54，54’对称布置于立柱52的左右两侧，其一端均分别铰接在立柱52的铰接立柱筒体523的背面支座525，525’上，另一端均分别铰接在主机底盘51的左后方和右后方的支座上；所述立柱筒体521的两对导轨522，522’和铰接立柱筒体523的两对导管524，524’均以互成90°夹角方式沿立柱筒体和铰接立柱筒体的垂直方向分别布置在其前侧和右侧，互相连接后分别在立柱52的前侧和右侧形成一对正面长导轨和一对侧面长导轨，其中一对正面长导轨延伸至短立柱筒体527的正面短导轨5272；所述顶部滑轮架53固装于立柱52顶端的一节立柱筒体521上端部，其前端设有以互成90°夹角方式布置的两个滑轮组531,531’。

所述动力头总成1通过其机架12上的背面导块121分别置于所述桩架5的立柱52的一对正面长导轨上；所述主机底盘51的一组卷扬机构上引出的钢丝绳穿过桩架5的顶部滑轮架53前方的一个滑轮组531后绕过该力头总成的提升滑轮11，以使该动力头总成可以该正面长导轨上分别进行提升和下行运动；所述动力头总成1的减速箱122的中空输出轴124以垂直穿过减速箱12的箱体方式安装，其上端固装回转接头后分别与液压管路、注浆管路连接，其下端安装连接盘后依次固装多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4；所述动力头总成1的立式电机采用8极变频电机和外接变频器的启动方式，实现对中空输出轴124的输出转速和输出扭矩的调节控制。该启动控制方式通过采用8极变频电机，保证电机高速或低速长时间稳定稳定和得到有效散热，满足低速大扭矩的钻掘作业要求。外接变频器可实现电机软启动，避免电机启动时出现大电流，实现电机更大范围内的高精度转速和转矩无级调整控制，适应不同地层结构、复杂地层的变化，有效保证钻掘、搅拌和植桩施工进程顺利，进一步提高钻掘作业效率。

所述钻杆固定架8通过固定架座81的背部导槽811置于立柱52的一对侧面长导轨上后用螺钉固定在立柱筒体521上，所述主机底盘51的另一组卷扬机构上引出的钢丝绳穿过桩架5的顶部滑轮架53右侧的另一个滑轮组531’后吊起多节钻杆3，将钻杆3的钻杆体30置于架座半圆槽812内，通过螺钉安装固定架座81的盖板82，从而将多节钻杆3安装固定于架座半圆槽812和盖板半圆槽821对接形成的孔内。

所述钻杆3的护壁圈32设置于钻杆体30的外壁上方，所述搅拌叶片31以位于护壁圈32下方的方式设置于钻杆体30的外壁上；所述钻杆2的护壁圈32沿其轴向方向设置二个、或者三个；所述一对插座323,323’对称布置于所述护壁圈32的内壁，一对插板322,322’对称设置于所述钻杆3的钻杆体30的外壁，该护壁圈32通过其一对插板322,322’用销轴锁定在一对插座323,323’上。 这样，在动力头总成、钻杆、搅拌钻杆和钻具向下钻进和提升搅拌过程中，护壁圈可以对孔体内壁进行挤压和护壁，形成光滑紧密的孔体内壁，便于保证植桩施工质量。如果护壁圈的外圆磨损超过规定的极限尺寸，可方便地拆卸通过销轴进行更换，有效降低使用单位的维修成本，提高钻孔机的施工效率。

所述支承架6的导向通孔621位于框架体62的前端，它后端的一对导向板64固装于框架体62的后端；所述导向通孔621内安装衬套63，该衬套99由两个对称半圆形、或者三个对称的弧形内衬套组成；当使用过程中出现衬套内孔磨损超过规定的极限尺寸后，可以方便地拆卸各个弧形内衬套，更换新的弧形内衬套，有效降低施工成本；所述支承架6通过其导向板61固装于桩架5的立柱52最下端的短立柱筒体527的正面短导轨5272上；所述动力头总成1的下端连接的多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具在动力头总成1下行时穿过支承架5的前端导向通孔621内设置的衬套63内壁对地层进行钻进切削；能够得到有效导向和支承，保证其钻掘、注浆和搅拌稳定，提高成孔垂直精度。

所述钻具4通过其内腔的液压扩展油缸的作用实现扩大切削翼41的扩展和收拢，在预钻成孔的孔底进行扩孔作业。所述多节钻杆3的搅拌叶片31、护壁圈32和钻具4的切削翼42最大旋转直径与支承架6的导向通孔62中设置的衬套63内径之间的配合间隙为8.00～12.00mm。这样，在动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具下行钻进时由于得到支承架6的有效导向和支承，确保其钻掘、注浆和搅拌稳定，提高钻孔植桩的施工质量。

所述操纵系统的立柱回转系统对桩架5的立柱52中最下端的短立柱筒体527以上、铰接立柱筒体523以下的多节立柱筒体521的回转进行操纵控制，所述操纵系统的钻机操纵系统对动力头总成1、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的运行作操纵控制，所述桩架操纵系统对桩架6的至少二组卷扬机构和主机底盘51的运行/移动作操纵控制，所述注浆操纵系统对后台制供浆系统的运行作操纵控制；所述操纵系统对钻孔植桩施工中的运行参数、技术参数和施工参数显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。该操纵系统采用智能控制技术通过操纵台显示钻孔机实际施工数据，以及液压系统和注浆系统运行情况，并能将钻孔、扩孔、注浆过程的数据记录、保存，打印数据表格和图形曲线，可提供用户作为整个钻孔植桩施工过程的分析依据。该操纵系统的显示参数包括：动力头总成中立式电机的转速、工作温度和旋转方向，钻具/钻杆的转速、转向和扭矩，钻具上扩大切削翼的开启尺寸、扩展油缸压力和流量，钻机的钻掘（搅拌）深度，桩架液压系统工作压力、流量和液压油油温，桩架倾斜度和桩架拉拔力，供浆系统的注浆泵压力、瞬时水泥浆量、总浆量、实际总浆量和总注水量，主机底盘行走速度，以及植桩后成桩标高等。

结合图1-13所示，本发明提供的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：施工前准备

a）对周围场地清理，保持施工路面平整，无高压电缆线路，保证桩架5安全顺利进入施工区域；

b）利用经纬仪调整和确定纵横二个方向，作为桩架5的主机底盘51行走移位的基准；

c）启动桩架5的动力控制机构，操纵其主机底盘51行走至沿植桩工位。

步骤2：安装两组动力头总成1

a）将桩架5的主机底盘51上的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过桩架5的顶部滑轮架53的两个滑轮组531,531’，其中一组钢丝绳绕过动力头总成1的提升滑轮11后连接妥当该动力头总成1），另一组钢丝绳安装起动滑轮组；

b）将动力头总成1通过其机架12上的背面导块121置于桩架5的立柱52上一对正面长导轨上，操纵桩架5的主机底盘51上的一组卷扬机构分别将动力头总成1沿立柱52的一对正面长导轨提升至立柱52的铰接立柱筒体523以上的高度，动力头总成1的减速箱122的中空输出轴224下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片31和护壁圈32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7和带扩大翼的41钻具4；在立柱52的立柱筒体521右侧安装多节具有搅拌叶片31和护壁圈32的多节钻杆3，通过钻杆固定架8置于一对侧面长导轨上后将该多节钻杆固定于固定架座81的架座半圆槽812和盖板82的盖板半圆槽821对接形成的孔内后安装就位于立柱筒体521的右侧，该多节钻杆的顶端连接来自于主机底盘51上的另一组卷扬机构引出的钢丝绳和起动滑轮组；

c）在立柱52的最下端的短立柱筒体527的一对正面短导轨5272上安装支承架，该支承架通过其后端的一对导向板61固装于该正面短导轨上；

d）操纵桩架5的行走机构进行植桩工位微调，保证其中立柱52的一对正面长导轨上安装的动力头总成1及其固装的钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的旋转中心对准植桩工位的中心；

e）将动力头总成1的电缆线、注浆管路和液压管路分别与操纵系统、后台制供浆系统和液压系统连接，其中，液压管和注浆管通过中空输出轴124上端的回转接头与其内腔的进油管和出油管、注浆管路接通，进行空载运行试验，保证符合施工要求。

步骤3：第一组动力头总成1及其钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4钻进切削

操纵控制系统，启动动力头总成1的立式电机正向旋转，操纵桩架5的卷扬机构使该动力头总成下行，从而驱动多节具有搅拌叶片31和护壁圈32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7和带扩大翼41的钻具4正向旋转并向下钻进切削土层，完成钻掘深度L1。最下端的钻具4的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆7的螺旋叶片71便于排土和搅拌，钻杆3外壁上设置的搅拌叶片31便于土壤的充分搅拌，钻杆3外壁设置的护壁圈32挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；固装于立柱52下端的一对正面长导轨上的支承架6对钻具4、螺旋钻杆7和钻杆3进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量。在多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4全部进入地层完成钻掘作业后关闭立式电机，使该动力头总成停止运转，操作人员进入植桩工位处将最上端露出地面的一节钻杆3的雄接头与中空输出轴124的输出端连接盘处连接的一节钻杆3的雌接头结合处的的锁定销轴拆下，收紧卷扬机构的钢丝绳提升动力头总成1，与该节钻杆3完全脱离后上行至立柱52的铰接立柱筒体523以上的高度；动力头总成1中的立式电机采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，可以实现中空输出轴124、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的转速和扭矩的无级调控。

步骤4：立柱52左侧安装的多节钻杆向左回转与动力头总成1和下端钻杆3连接

a）松开铰接立柱筒体523和短立柱筒体527分别与立柱筒体521的锁定销轴，通过操纵系统的立柱回转系统使立柱52向左转动90°；操纵设置于立柱52最下端的一节短立柱筒体527内的立柱回转机构，使位于铰接立柱筒体523和短立柱筒体527之间的多节立柱筒体（521）向左回转90°后用螺钉固定连接，各个立柱筒体521的一对侧面导轨522’与铰接立柱筒体523的正面导管524及其上的一节或二节立柱（52）正面导轨522以及短立柱筒体527的正面短导轨5272对接后重新形成立柱52的一对正面长导轨；

b）放下卷扬机构的钢丝绳使动力头总成1下行，将其下端连接盘与回转到位的多节钻杆3中最上端一节钻杆3的雄接头固装，松开并拆除钻杆固定架8；继续放下卷扬机构的钢丝绳使动力头总成1下行，将该多节钻杆中最末端一节钻杆3的雌接头对准露出地层的一节钻杆3的雄接头，对接到位后插入销轴锁紧钻杆接头。

步骤5：动力头总成1及其多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4继续钻进切削

操纵控制系统，启动力头总成1的立式电机正向旋转，操纵桩架5的卷扬机构放出钢丝绳，该动力头总成沿着立柱5重新形成的一对正面长导轨下行；该动力头总成依靠自重使多节钻杆、螺旋钻杆和钻具向下钻进，使从而驱动多节具有搅拌叶片31和护壁圈32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7和带扩大翼41的钻具4正向旋转并继续向下钻进切削土层，完成钻掘深度L2，这样，钻孔总深度达到L1+L2。最下端的钻具4的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆7的螺旋叶片71便于排土和搅拌，钻杆3外壁上设置的搅拌叶片31便于土壤的充分搅拌，钻杆3外壁设置的护壁圈32挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁。操纵动力头总成1及其钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4继续钻机切削到达设计要求的土壤持力层深度；固装于立柱52的一对长导轨的支承架6对钻具4、螺旋钻杆7和钻杆3进行导向支撑，保证钻掘精度和成孔质量。

步骤6：动力头总成1固装的钻具4进行扩底作业

操纵液压系统、设置于钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4内腔的进油管、出油管以及钻具4内腔的扩展油缸，打开钻具4上的扩大切削翼41进行孔底扩展切削，达到扩孔尺寸后收起扩大切削翼41。钻具4的扩大切削翼41在距离孔底的长度L3=1.8～2.3 m时打开并向下进行扩孔钻进，扩孔直径D2与上部钻掘成孔直径D1之间的关系为D2=（1.3～1.5）D1。

步骤7：动力头总成1’及其固装的多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4进行搅拌和喷浆作业

操纵桩架5的卷扬机构收紧钢丝绳提升动力头总成1’及其固装的多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4，同时操纵后台配备的制供浆系统，通过注浆管路向中空输出轴124、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的内腔注入固化水泥浆，最后由钻具4下端部设置的注浆孔对成孔进行旋转注浆，从而在提升多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4过程中使固化水泥浆注入成孔内与原地土充分搅拌，达到孔体上下均匀，此时钻掘产生的孔渣也被带出成孔外，有效保证植桩孔体质量。动力头总成1及其多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4边提升边注浆搅拌的旋转速度可以通过外接变频器调节控制，以满足单位时间内固化水泥浆注入和搅拌速度的技术要求。

8）多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具提升和拆卸

a）继续操纵桩架的卷扬机构收起钢丝绳，提升动力头总成及其固装的多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4，在动力头总成1上行至导轨的限定位置时，，拆下动力头总成1下端固装的一节钻杆3雌接头与其下方连接的一节钻杆3雄接头处锁定销轴，利用起重机将分离的多节钻杆3后吊运至堆物处；

b) 继续操纵桩架的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成1下行，将其下端固装的一节钻杆3的雌接头和露出地面的一节钻杆3的雄接头对准插入后用销轴锁定；操纵卷扬机构收起钢丝绳，提升动力头总成1，将其余多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4提升至地面时，拆下动力头总成1的连接盘与其下方连接的一节钻杆3雄接头处之间的锁定销轴，利用起重机将分离的多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4吊运至堆物处。

9）预制桩植入

a)在动力头总成1的下端安装送桩帽，利用起重机将需要植入的预制桩吊入植桩孔内，该预制桩依靠自重下沉进入植桩孔内；支承架6的导向通孔621中设置的衬套63，其内径与植入预制桩外径的间隙为4.00～6.00mm，保证预制桩植入成孔时导向良好，满足植入成桩的精度要求；

b) 继续操纵桩架5的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成1沿立柱52的一对正面长导轨下行，使送桩帽随动力头总成1下行后套装于预制桩桩头上；

c)继续操纵步履桩架5的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成及其连接的送桩帽下行，该预制桩借助其自重和动力头总成1的重量通过支承架6的导向通孔621中设置的衬套63内壁的导向被压入钻孔成孔内最终达到设计标高，通过桩端和桩周固化水泥浆硬化后使预制桩与桩端及桩周土体形成一体的植桩体基础。

本发明组合式钻孔扩底植桩施工方法通过立柱回转保证动力头总成下端固装的钻杆之间精准对接锁定，实现钻掘、搅拌、扩孔和植桩作业，保证动力头总成下端固装的钻杆雌接头与借助动力头总成下端固装的已钻掘进入地层的钻杆上露出地面的雄接头之间的精准对接锁定，实现钻掘过程中只需钻杆一次加接就能满足钻孔深度的施工要求，有效避免钻杆之间、钻杆与钻具之间的频繁对接，且在完成钻掘作业后提升全部钻杆和钻具至地面时也只需拆卸依次钻杆雌雄接头，减少操作人员的作业强度，大幅有效提高钻孔植桩的作业效率。此外，安装于动力头总成的机架侧面的倾斜传感器将随时监测的钻掘孔体的垂直度偏差值传递到操纵系统的控制面板上，便于操作人员进行纠偏，保证钻掘成孔的垂直度符合设计要求。而在植桩过程中，一方面通过改变支承架上衬套内径尺寸，保证预制桩植入成孔时导向良好，另一方面通过动力头总成的机架侧面安装的倾斜传感器，确保植入的预制桩进入预钻孔孔内的垂直度达到设计要求，并对植入桩在预钻孔内的深度尺寸进行精准植桩定位以达到设计标高要求，从而进一步保证植桩施工质量，并降低施工单位的设备采购成本。

Claims (5)

1.一种组合式钻孔扩底植桩施工方法，包括以下步骤：

1）施工前准备

a）清理施工场地，保持路面平整，无低空高压电线，确保施工区域安全；

b）利用经纬仪调整和确定纵横二个方向，作为桩架（5）的主机底盘（51）行走移位的基准；

c）启动桩架（5）的动力控制机构，操纵其主机底盘（51）行走至植桩工位；

2）安装动力头总成（1）

a）将桩架（5）的主机底盘（51）上的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过桩架（5）的顶部滑轮架（53）的两个滑轮组（531,531’），其中一组钢丝绳绕过动力头总成（1）的提升滑轮（11）后连接妥当该动力头总成（1），另一组钢丝绳安装起动滑轮组；

b）将动力头总成（1）通过其机架（12）上的背面导块（121）置于桩架（5）的立柱（52）上一对正面长导轨上，操纵桩架（5）的主机底盘（51）上的一组卷扬机构分别将动力头总成（1）沿立柱（52）的一对正面长导轨提升至立柱（52）的铰接立柱筒体（523）以上的高度，动力头总成（1）的减速箱（122）的中空输出轴（224）下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片（31）和护壁圈（32）的钻杆（3）、具有螺旋叶片（71）的螺旋钻杆（7）和带扩大翼的（41）钻具（4）；在立柱（52）的立柱筒体（521）右侧安装多节具有搅拌叶片（31）和护壁圈（32）的多节钻杆（3），通过钻杆固定架（8）置于一对侧面长导轨上后将该多节钻杆固定于固定架座（81）的架座半圆槽（812）和盖板（82）的盖板半圆槽（821）对接形成的孔内后安装就位于立柱筒体（521）的右侧，该多节钻杆的顶端连接来自于主机底盘（51）上的另一组卷扬机构引出的钢丝绳和起动滑轮组；

c）在立柱（52）的最下端的短立柱筒体（527）的一对正面短导轨（5272）上安装支承架，该支承架通过其后端的一对导向板（61）固装于该正面短导轨上；

d）操纵桩架（5）的行走机构进行植桩工位微调，保证其中立柱（52）的一对正面长导轨上安装的动力头总成（1）及其固装的钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）的旋转中心对准植桩工位的中心；

e）将动力头总成（1）的电缆线、注浆管路和液压管路分别与操纵系统、后台制供浆系统和液压系统连接，其中，液压管和注浆管通过中空输出轴（124）上端的回转接头与其内腔的进油管和出油管、注浆管路接通，进行空载运行试验，保证符合施工要求；

3）动力头总成（1）及其多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）钻进切削

操纵控制系统，启动动力头总成（1）的立式电机正向旋转，操纵桩架（5）的卷扬机构使该动力头总成下行，从而驱动多节具有搅拌叶片（31）和护壁圈（32）的钻杆（3）、具有螺旋叶片（71）的螺旋钻杆（7）和带扩大翼（41）的钻具（4）正向旋转并向下钻进切削土层，完成钻掘深度L1；

最下端的钻具（4）的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆（7）的螺旋叶片（71）便于排土和搅拌，钻杆（3）外壁上设置的搅拌叶片（31）便于土壤的充分搅拌，钻杆（3）外壁设置的护壁圈（32）挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；固装于立柱（52）下端的一对正面长导轨上的支承架（6）对钻具（4）、螺旋钻杆（7）和钻杆（3）进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量；

在多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）全部进入地层完成钻掘作业后关闭立式电机，使该动力头总成停止运转，操作人员进入植桩工位处，将最上端露出地面的一节钻杆（3）的雄接头与中空输出轴（124）的输出端连接盘处连接的一节钻杆（3）的雌接头结合处的锁定销轴拆下，收紧卷扬机构的钢丝绳提升动力头总成（1），与该节钻杆（3）完全脱离后上行至立柱（52）的铰接立柱筒体（523）以上的高度；

4）立柱（52）左侧安装的多节钻杆向左回转与动力头总成（1）和下端钻杆（3）连接

a）松开铰接立柱筒体（523）和短立柱筒体（527）分别与立柱筒体（521）锁定销轴，通过操纵系统的立柱回转系统使立柱（52）向左转动90°；操纵设置于立柱（52）最下端的一节短立柱筒体（527）内的立柱回转机构，使位于铰接立柱筒体（523）和短立柱筒体（527）之间的多节立柱筒体（521）向左回转90°后用螺钉固定连接，各个立柱筒体（521）的一对侧面导轨（522’）与铰接立柱筒体（523）的正面导管（524）及其上的一节或二节立柱（52）正面导轨（522）以及短立柱筒体（527）的正面短导轨（5272）对接后重新形成立柱（52）的一对正面长导轨；

b）放下卷扬机构的钢丝绳使动力头总成（1）下行，将其下端连接盘与回转到位的多节钻杆（3）中最上端一节钻杆（3）的雄接头固装，松开并拆除钻杆固定架（8）；继续放下卷扬机构的钢丝绳使动力头总成（1）下行，将该多节钻杆中最末端一节钻杆（3）的雌接头对准露出地层的一节钻杆（3）的雄接头，对接到位后插入销轴锁紧钻杆接头；

5）动力头总成（1）及其多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）继续钻进切削

操纵控制系统，启动力头总成（1）的立式电机正向旋转，操纵桩架（5）的卷扬机构放出钢丝绳，该动力头总成沿着立柱（5）重新形成的一对正面长导轨下行；该动力头总成依靠自重使多节钻杆、螺旋钻杆和钻具向下钻进，使从而驱动多节具有搅拌叶片（31）和护壁圈（32）的钻杆（3）、具有螺旋叶片（71）的螺旋钻杆（7）和带扩大翼（41）的钻具（4）正向旋转并继续向下钻进切削土层，完成钻掘深度L2，这样，钻孔总深度达到L1+L2；

最下端的钻具（4）的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆（7）的螺旋叶片（71）便于排土和搅拌，钻杆（3）外壁上设置的搅拌叶片（31）便于土壤的充分搅拌，钻杆（3）外壁设置的护壁圈（32）挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；操纵动力头总成（1）及其钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）继续钻机切削到达设计要求的土壤持力层深度；固装于立柱（52）的一对长导轨的支承架（6）对钻具（4）、螺旋钻杆（7）和钻杆（3）进行导向支撑，保证钻掘精度和成孔质量；

6）动力头总成（1）固装的钻具（4）进行扩底作业

操纵液压系统、设置于钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）内腔的进油管、出油管以及钻具（4）内腔的扩展油缸，打开钻具（4）上的扩大切削翼（41）进行孔底扩展切削，达到扩孔尺寸后收起扩大切削翼（41）；

7)动力头总成（1）及其固装的多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）进行喷浆和搅拌作业

操纵桩架（5）的卷扬机构收紧钢丝绳提升动力头总成（1）及其固装的多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4），同时操纵后台配备的制供浆系统，通过注浆管路向中空输出轴（124）、多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）的内腔注入固化水泥浆，最后由钻具（4）下端部设置的注浆孔对成孔进行旋转注浆，从而在提升多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）过程中使固化水泥浆注入成孔内与原地土充分搅拌，达到孔体上下均匀，此时钻掘产生的孔渣也被带出成孔外，有效保证植桩孔体质量

8）多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具提升和拆卸

a）继续操纵桩架的卷扬机构收起钢丝绳，提升动力头总成（1）及其固装的多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4），在动力头总成（1）上行至导轨的限定位置时，拆下动力头总成（1）下端固装的一节钻杆（3）雌接头与其下方连接的一节钻杆（3）雄接头处锁定销轴，利用起重机将分离的多节钻杆（3）后吊运至堆物处；

b) 继续操纵桩架的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成（1）下行，将其下端固装的一节钻杆（3）的雌接头和露出地面的一节钻杆（3）的雄接头对准插入后用销轴锁定；操纵卷扬机构收起钢丝绳，提升动力头总成（1），将其余多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）提升至地面时，拆下动力头总成（1）的连接盘与其下方连接的一节钻杆（3）雄接头处之间的锁定销轴，利用起重机将分离的多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）吊运至堆物处；

9）预制桩植入

a)在动力头总成（1）的下端安装送桩帽，利用起重机将需要植入的预制桩吊入植桩孔内，该预制桩依靠自重下沉进入植桩孔内；

b)操纵桩架的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成（1）沿立柱（52）的一对正面长导轨下行，使送桩帽随该动力头总成（1）下行后套装于预制桩桩头上；

c) 继续操纵桩架（5）的卷扬机构放出钢丝绳，使动力头总成（1）及其连接的送桩帽下行，该预制桩借助其自重和动力头总成（1）的重量通过支承架（6）的导向通孔（621）中设置的衬套（63）内壁的导向被压入钻孔成孔内最终达到设计标高，通过桩端和桩周固化水泥浆硬化后使预制桩与桩端及桩周土体形成一体的植桩体基础。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤3）中，动力头总成（1）中的立式电机采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，可以实现中空输出轴（124）、多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）的转速和扭矩的无级调控。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤6）中，钻具（4）的扩大切削翼（41）在距离孔底的长度L3=1.8～2.3 m时打开并向下进行扩孔钻进，扩孔直径D2与上部钻掘成孔直径D1之间的关系为D2=（1.3～1.5）D1。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤7）中，动力头总成（1）及其多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）边提升边注浆搅拌的旋转速度可以通过外接变频器调节控制，满足单位时间内固化水泥浆注入和搅拌速度的技术要求。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤9）中，支承架（6）的导向通孔（621）中设置的衬套（63），其内径与植入预制桩外径的间隙为4.00～6.00mm，保证预制桩植入成孔时导向良好。