CN110359853B - 自适应半挤土钻及其基桩成桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种自适应半挤土钻及其基桩成桩施工方法，用于桩基工程中压灌桩施工的施工，其中自适应半挤土钻在钻孔过程中能够根据桩基土层的硬度自适应得进行完全挤土或者半挤土，提高桩基的承载力同时减小挤土负效应。
Description
技术领域
本发明涉及桩基工程领域中自适应半挤土钻，以及使用该自适应半挤土钻进行基桩成桩施工方法。
背景技术
在桩基工程中，按成桩的类型分，可分为排土桩和挤土桩两大类。排土桩如长螺旋灌注桩、旋挖灌注桩等，它们的共同特点是桩孔的形成是通过专用机具将桩孔内岩土排放到地表面，然后灌注混凝土、置入钢筋笼而成桩。施工中会有大量的虚土需外运，有时伴随泥浆护壁作业。成桩后干性排土桩桩端有虚土，影响桩的承载力；利用泥浆作护壁的排土桩孔壁具有泥皮，影响桩的侧摩阻力，相应的提高了成桩费用。挤土桩是通过专用的螺旋挤土桩机挤压岩土成桩孔，再通过泵压灌混凝土，置钢筋笼成桩。挤土桩成孔过程中桩侧土体受到挤压以及加密作用，改善了原有岩土的力学性质，使基桩承载力大幅度的增加；同时施工过程中不需要排土，具有施工效率高，成本低等优点。
挤土桩的施工过程其实就是一个挤土过程，挤土桩在贯入的过程中使桩四周的土体发生了复杂的变化。挤土桩沉入地下时，桩身将置换等体积的土体，在遇到坚硬土层时，由于挤土量太大导致难以穿透而影响成桩深度或者导致地表隆起变形。为了解决上述问题，中冶建筑研究总院在CN201410040434.4中提出了一种半挤土钻，其中在钻身设置截面积小于钻头截面积的非封闭挤扩体，在成孔过程中部分土体被非封闭挤扩体挤压入桩孔侧壁，部分土体通过非封闭挤扩体被螺旋杆柱输送到地表。通过该发明的技术方案能够在遇到坚硬土层时，降低部分挤土量，减小挤土负效应；然而，上述技术方案对于软弱土层钻孔时也会将部分土体输送到地表，导致桩侧土体没有有效加密，影响基桩承载力。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种改进的自适应半挤土钻及其基桩成桩施工方法，其能够针对不同土层的情况，自适应地进行完全挤土或者半挤土，从提高基桩的承载力。
本发明提供一种用于螺旋挤土压灌桩施工的自适应半挤土钻，包括：转杆，其为中空结构，内设灌浆通道；螺旋锥体挤土钻头，其包括锥体芯管以及设置于锥体芯管外的螺旋锥体叶片，所述锥体芯管底部设置所述灌浆通道的出料口；变径挤压部，其设置于螺旋锥体挤土钻头上方，其截面从低到高逐渐变大后再逐渐变小，所述变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；所述变径挤压部最大截面外固定设置中空囊套，使设置中空囊套后的变径挤压部的最大外径等于或者略大于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；所述中空囊套受到大于阈值的压强时体积减小使设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径。
进一步的，所述中空囊套为橡胶囊套。
进一步的，所述变径挤压部的最大外径处设置环绕其外径的凹槽，所述中空囊套套设在所述凹槽内。
进一步的，钻孔过程中，所述设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径时，部分土体被变径挤压部挤压到桩孔周侧土体，部分土体通过最大外径外空间后被输送到地表面。
进一步的，钻孔过程中，所述中空囊套所受压强小于阈值时，所述设置中空囊套的变径挤压部的最大外径大于或者等于所述所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，所述变径挤压部将土体挤压到桩孔周侧土体。
进一步的，通过模拟实验根据需要半挤土土层的硬度确定所述阈值，根据所述阈值确定中空囊套内空气体积。
本发明还提供一种基桩成桩施工方法，其使用上述自适应半挤土钻，包括如下步骤：（1）平整场地、测放桩位，将半适应挤土钻设置于桩机的动力头下方；（2）将半适应挤土钻对准桩位，在桩机的动力头带动下，旋转钻进成孔到设计深度；钻孔过程中，所述中空囊套所受压强小于阈值时，所述设置中空囊套的变径挤压部的最大外径大于或者等于所述所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，所述变径挤压部将土体挤压到桩孔周侧土体；所述中空囊套所受压强大于阈值时体积减小，使设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，部分土体被变径挤压部挤压到桩孔周侧土体，部分土体通过最大外径外空间后被输送到地表面；（3）通过钻杆的灌浆通道向内向桩孔中泵送混凝土，同时向上提升钻杆直到桩顶设计标高；（4）在灌注成的桩体中设置钢筋笼；（5）在桩顶表面铺设垫层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。
本发明实施例的自适应半挤土钻，用于螺旋挤土压灌桩施工，包括：转杆，螺旋锥体挤土钻头，变径挤压部以及等径圆柱螺旋部。转杆与螺旋锥体挤土钻头，变径挤压部以及等径圆柱螺旋部固定连接，螺旋锥体挤土钻头，变径挤压部以及等径圆柱螺旋部可以套设与转杆。转杆顶端固定连接有与动力头连接用的法兰盘，转杆内部为中空结构，内设灌浆通道。
螺旋锥体挤土钻头，其位于自适应挤土钻底部，包括锥体芯管以及设置于锥体芯管外的螺旋锥体叶片，锥体芯管底部设置所述灌浆通道的出料口。可以在螺旋锥体挤土钻头边缘设置切削齿，用于提高钻具头的钻进能力。
变径挤压部，其设置于螺旋锥体挤土钻头上方，其截面从低到高逐渐变大后再逐渐变小，变径挤压部的最大外径小于螺旋锥体挤土钻头的最大外径。变径挤压部最大截面外固定设置中空囊套，中空囊套为中空轮形密封结构，可以是橡胶囊套，在变径挤压部的最大外径处设置环绕其外径的凹槽，中空囊套套设在该凹槽内。中空囊套设置于变径挤压部后，其外径等于或者略大于螺旋锥体挤土钻头的最大外径。中空囊套内密封有空气，其在受到大于阈值的压强时体积减小使中空囊套的最外部直径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，从而使土体能够通过中空囊套与桩壁之间的空间被输送到等径圆柱螺旋部。等径圆柱螺旋部能够将到达其位置的土体输送到地面。其中，可以根据通过模拟实验根据需要半挤土土层的硬度确定上述阈值，在中空囊套在受到小于阈值的压强时，其最外部外径大于或者等于所述所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；在受到大于阈值的压强时，最外部直径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径。从而能够根据土层的硬度自适应得进行完全挤土或者半挤土，提高桩基的承载力同时减小挤土负效应。
本发明实施例的基桩成桩施工方法，其使用上述自适应半挤土钻，包括如下步骤：（1）平整场地、测放桩位，将半适应挤土钻设置于桩机的动力头下方；（2）将半适应挤土钻对准桩位，在桩机的动力头带动下，旋转钻进成孔到设计深度；钻孔过程中，所述中空囊套所受压强小于阈值时，所述设置中空囊套的变径挤压部的最大外径大于或者等于所述所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，所述变径挤压部将土体挤压到桩孔周侧土体；所述中空囊套所受压强大于阈值时体积减小，使设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，部分土体被变径挤压部挤压到桩孔周侧土体，部分土体通过最大外径外空间后被输送到地表面；（3）通过钻杆的灌浆通道向内向桩孔中泵送混凝土，同时向上提升钻杆直到桩顶设计标高；（4）在灌注成的桩体中设置钢筋笼；（5）在桩顶表面铺设垫层。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述公开内容之后，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，在不脱离本发明原理前提下，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种用于螺旋挤土压灌桩施工的自适应半挤土钻，包括：转杆，其为中空结构，内设灌浆通道；螺旋锥体挤土钻头，其包括锥体芯管以及设置于锥体芯管外的螺旋锥体叶片，所述锥体芯管底部设置所述灌浆通道的出料口；变径挤压部，其设置于螺旋锥体挤土钻头上方，其水平截面面积从低到高逐渐变大后再逐渐变小，所述变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；其特征在于：所述变径挤压部最大截面外固定设置中空囊套，使设置中空囊套后的变径挤压部的最大外径等于或者略大于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；所述变径挤压部的最大外径处设置环绕其外径的凹槽，所述中空囊套套设在所述凹槽内；所述中空囊套受到大于阈值的压强时体积减小使设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；钻孔过程中，所述设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径时，部分土体被变径挤压部挤压到桩孔周侧土体，部分土体通过最大外径外空间后被输送到地表面。
2.根据权利要求1所述的用于螺旋挤土压灌桩施工的自适应半挤土钻，其特征在于：所述中空囊套为橡胶囊套。
3.根据权利要求2所述的用于螺旋挤土压灌桩施工的自适应半挤土钻，其特征在于：所述变径挤压部上方设置等径圆柱螺旋部。
4.根据权利要求3所述的用于螺旋挤土压灌桩施工的自适应半挤土钻，其特征在于：所述螺旋锥体挤土钻头边缘设置切削齿。
5.一种基桩成桩施工方法，其使用权利要求1-4之一所述的自适应半挤土钻，包括如下步骤：（1）平整场地、测放桩位，将半适应挤土钻设置于桩机的动力头下方；（2）将半适应挤土钻对准桩位，在桩机的动力头带动下，旋转钻进成孔到设计深度；钻孔过程中，所述中空囊套所受压强小于阈值时，所述设置中空囊套的变径挤压部的最大外径大于或者等于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，所述变径挤压部将土体挤压到桩孔周侧土体；所述中空囊套所受压强大于阈值时体积减小，使设置中空囊套的变径挤压部的最大外径小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，部分土体被变径挤压部挤压到桩孔周侧土体，部分土体通过最大外径外空间后被输送到地表面；（3）通过钻杆的灌浆通道向内向桩孔中泵送混凝土，同时向上提升钻杆直到桩顶设计标高；（4）在灌注成的桩体中设置钢筋笼；（5）在桩顶表面铺设垫层。
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