CN110939395A - 一种变径素混凝土桩施工设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变径素混凝土桩施工设备及方法，设备包括钻机和螺旋钻杆A，在螺旋钻杆A底部固定安装钻头，钻机的动力头底部固定安装法兰盘C；还包括螺旋钻杆B、上连接件、下连接件以及固定装置；方法包括螺旋钻杆A1套入螺旋钻杆B2的钻杆内腔、钻进、压灌混凝土以及提钻的步骤，本发明施工设备制作简单，便于操作，性能可靠且使用成本低，方法满足设计对地基承载力的要求，又满足对变形沉降的要求，做到最大程度的节约工程造价的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种变径素混凝土桩施工设备及方法。
背景技术
近年来,变径素混凝土桩复合地基处理方法已有相应规范，同样混凝土方量的变径素混凝土桩的单桩承载力较等截面桩承载力有很大的提高，可大大减少地基处理的费用。但由于目前市场上的相应机械钻具设备不成熟，有的钻具结构复杂且制作成本高，导致钻机在施工过程中易于损坏，增加维修成本的同时也拖延了工期；有的钻机存在设计缺陷导致在施工过程中无法解决变径处存留虚土问题，从而不满足设计要求，因此使得变径素混凝土桩复合地基推广进度缓慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单，便于操作，性能可靠且使用成本低的变径素混凝土桩施工设备及方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明变径素混凝土桩施工设备包括钻机和螺旋钻杆A，在螺旋钻杆A底部固定安装钻头，钻机的动力头底部固定安装法兰盘C；还包括螺旋钻杆B、上连接件、下连接件以及固定装置；所述螺旋钻杆A、螺旋钻杆B的钻杆均为空腔，所述螺旋钻杆A的长度为5-25m，螺旋钻杆B的长度为0.8-6m；螺旋钻杆B）的钻杆内径大于螺旋钻杆A螺旋叶片的外径，所述螺旋钻杆A套入螺旋钻杆B的钻杆内腔；所述上连接件固定在螺旋钻杆A和螺旋钻杆B的顶部与法兰盘C配合，所述固定装置一端与钻机立柱铰连，另一端固定安装在螺旋钻杆B上；螺旋钻杆B底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上设有宽度由窄变宽的变径段。
本发明施工设备所述上连接件包括固定安装在螺旋钻杆A顶部的法兰盘A和固定安装在螺旋钻杆B顶部的法兰盘B，所述法兰盘B的内径大于法兰盘A的外径；所述法兰盘A和法兰盘B均与法兰盘C配合。
本发明施工设备所述下连接件包括设置在螺旋钻杆B钻杆上部上的固定孔、插装在固定孔内的U型卡键以及固定在螺旋钻杆A钻杆外壁上的卡块，所述U型卡键与固定孔插装时与卡块卡置，所述卡块外壁设置卡槽。
本发明施工设备所述固定孔为两组，两个U型卡键分别插入两组固定孔后呈垂直状态。
本发明施工设备所述固定装置包括设置在螺旋钻杆B钻杆上部的上抱箍以及设置在螺旋钻杆B下部的下抱箍；所述上抱箍与下抱箍另一端均铰连在钻机立柱，所述上抱箍与螺旋钻杆B的钻杆外壁配合，下抱箍与螺旋钻杆B的螺旋叶片配合。
本发明施工设备螺旋钻杆A的外径为0.18-0.58m，螺旋钻杆B的外径0.38m-1.18 m。
本发明施工设备螺旋钻杆B底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上呈30°~45°倒锥台形，倒锥台的高度为0.15m-0.8m。
本发明变径素混凝土桩施工方法，采用如下步骤：
步骤一、将螺旋钻杆A套入螺旋钻杆B的钻杆内腔，螺旋钻杆A顶部的法兰盘A与法兰盘C固定，上抱箍抱紧螺旋钻杆B钻杆上部，下抱箍抱紧螺旋钻杆B的螺旋叶片；
步骤二、启动钻机，螺旋钻杆A进行钻进；当螺旋钻杆A钻进至施工人员便于操作连接螺旋钻杆A和螺旋钻杆B时，钻机停止，将螺旋钻杆B顶端的法兰盘B与法兰盘C用螺栓固定，此时法兰盘A位于法兰盘B内腔，并打开固定螺旋钻杆B的上抱箍和下抱箍；
步骤三、启动钻机，螺旋钻杆A和螺旋钻杆B同步继续钻进，直到钻进完成设计的变径素混凝土桩坑，钻机停止，将法兰盘与法兰盘C卸开，螺旋钻杆B滞留在变径素混凝土桩坑内；
步骤四、向螺旋钻杆A钻杆内腔压灌混凝土，混凝土从钻头注入变径素混凝土桩坑底部内；启动钻机，螺旋钻杆A边旋转边向上提升，变径素混凝土桩坑内的土通过螺旋钻杆A的螺旋叶片从下至上带出；
步骤五、当压灌混凝土至倒锥台阶处时，螺旋钻杆A的卡块位置与螺旋钻杆B钻杆上的固定孔位置对应，钻机停止，将两个U型卡键分别从一侧的固定孔插入与卡块卡置后从对侧的固定孔露出；
步骤六、启动钻机，螺旋钻杆A带动螺旋钻杆B同步向上提升同时并压灌混凝土，螺旋钻杆B将倒锥台阶处及其以上土带出地面，直到压灌混凝土至设计标高处；在压灌混凝土过程中禁止将钻头提升出混凝土面；
步骤七、变径素混凝土桩坑内注满混凝土后，螺旋钻杆B完全提升至地面，用上抱箍和下抱箍将螺旋钻杆B固定在钻机立柱上，拔掉两个U型卡键，移动钻机至下一桩位。
本发明积极效果如下：本发明可在原有长螺旋钻机的基础上改造而成，螺旋钻杆B及连接装置、固定装置均制造简单，成本低廉。本发明采用活动的螺旋钻杆B，使得螺旋钻杆A在螺旋钻杆B到达变径处时同时提升，解决了台阶处存留虚土的问题。钻进时由于扭矩较大，螺旋钻杆A和螺旋钻杆B需采用法兰连接，提升压灌时扭矩较小采用U型卡键连接，安装便捷，节省操作时间，提升施工效率。本发明施工设备制作简单，便于操作，性能可靠且使用成本低。
采用本发明施工方法通过增大混凝土桩上部的桩径即改变变桩径及倒锥台过渡增加浅部单桩面积置换率，做到有针对性的对浅部地层强度相对较低的地基土进行加强，而下部采用相对较小的桩径满足对变形的要求，从而达到既满足设计对地基承载力的要求，又满足对变形沉降的要求，做到最大程度的节约工程造价的目的。
附图说明
附图1为本发明结构示意图；
附图2为本发明螺旋钻杆A和螺旋钻杆B与动力头连接状态结构示意图；
附图3为附图1的A-A向剖视结构示意图；
附图4为附图1的B-B向剖视结构示意图；
附图5为本发明螺旋钻杆A钻进状态结构示意图；
附图6为本发明螺旋钻杆B钻进状态结构示意图；
附图7为本发明螺旋钻杆A提钻状态结构示意图；
附图8为本发明卡块轴测结构示意图；
附图9为附图7的C-C向剖视结构示意图；
附图10为本发明工作完成状态结构示意图。
具体实施方式
如附图1-10所示，本发明包括钻机10和螺旋钻杆A1，在螺旋钻杆A1底部固定安装钻头8，钻机10的动力头13底部固定安装法兰盘C9；还包括螺旋钻杆B2、上连接件、下连接件以及固定装置；所述螺旋钻杆A1、螺旋钻杆B2的钻杆均为空腔，所述螺旋钻杆A1的长度为5-25m，螺旋钻杆B2的长度为0.8-6m；螺旋钻杆A1的外径0.18-0.58m,螺旋钻杆B2的外径0.38-1.18 m。螺旋钻杆B2的钻杆内径大于螺旋钻杆A1螺旋叶片的外径，所述螺旋钻杆A1套入螺旋钻杆B2的钻杆内腔，工作时可在螺旋钻杆B2内转动；所述上连接件固定在螺旋钻杆A1和螺旋钻杆B2的顶部与法兰盘C9配合，下连接件设置在螺旋钻杆B2上部及螺旋钻杆A1对应位置处；所述固定装置一端与钻机立柱铰连，另一端固定在螺旋钻杆B2上，而不影响螺旋钻杆A1的钻进；螺旋钻杆B2底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上设有宽度由窄变宽的变径段，本实施例螺旋钻杆B2底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上呈30°~45°倒锥台形，倒锥台的高度为0.15m-0.8m。
本发明所述上连接件包括固定安装在螺旋钻杆A1顶部的法兰盘A3和固定安装在螺旋钻杆B2顶部的法兰盘B4，所述法兰盘B4的内径大于法兰盘A3的外径，所述法兰盘A3和法兰盘B4均与法兰盘C9配合，此时法兰盘A3位于法兰盘B4内腔；所述下连接件包括设置在螺旋钻杆B2钻杆上部上的固定孔5、插装在固定孔5内的U型卡键6以及固定在螺旋钻杆A1钻杆外壁上的卡块7，所述卡块7外壁设置卡槽14，卡块7的长度小于螺旋钻杆A1的螺旋叶片的直径，所述U型卡键6与固定孔5插装时与卡块7的卡槽14卡置，防止U型卡键6移动；所述固定孔5 为两组，两个U型卡键6分别插入两组固定孔5后呈垂直状态，使螺旋钻杆A和螺旋钻杆B2连接牢固；所述固定装置包括设置在螺旋钻杆B2钻杆上部的上抱箍11以及设置在螺旋钻杆B2下部的下抱箍12；所述上抱箍11与下抱箍12另一端均铰连在钻机立柱10上，所述上抱箍11与螺旋钻杆B2的钻杆外壁配合，下抱箍12与螺旋钻杆B2的螺旋叶片配合。
如附图1-10所示，使用本发明变径素混凝土桩施工设备施工变径素混凝土桩工作，采用如下步骤：
步骤一、将螺旋钻杆A1套入螺旋钻杆B2的钻杆内腔，螺旋钻杆A1顶部的法兰盘A3与法兰盘C 9固定，上抱箍11抱紧螺旋钻杆B2钻杆上部，下抱箍12抱紧螺旋钻杆B2的螺旋叶片；
步骤二、启动钻机10，螺旋钻杆A1进行钻进；当螺旋钻杆A1钻进至施工人员便于操作连接螺旋钻杆A1和螺旋钻杆B2时，钻机10停止，将螺旋钻杆B2顶端的法兰盘B4与法兰盘C9用螺栓固定，并打开固定螺旋钻杆B 2的上抱箍11和下抱箍12；
步骤三、启动钻机10，螺旋钻杆A1和螺旋钻杆B2同步继续钻进，直到钻进完成设计的变径素混凝土桩坑，钻机10停止，将法兰盘4与法兰盘C9卸开，螺旋钻杆B2滞留在变径素混凝土桩坑内；
步骤四、向螺旋钻杆A1钻杆内腔压灌混凝土，混凝土从钻头8注入变径素混凝土桩坑底部内；启动钻机10，螺旋钻杆A1边旋转边向上提升，变径素混凝土桩坑内的土通过螺旋钻杆A1的螺旋叶片从下至上带出；
步骤五、当压灌混凝土至倒锥台阶处时，螺旋钻杆A1的卡块7位置与螺旋钻杆B2钻杆上的固定孔5位置对应，钻机10停止，将两个U型卡键6分别从一侧的固定孔5插入与卡块7卡置后从对侧的固定孔5露出；
步骤六、启动钻机10，螺旋钻杆A1带动螺旋钻杆B2同步向上提升同时压灌混凝土，螺旋钻杆B2将倒锥台阶处及其以上土带出地面，直到压灌混凝土至设计标高处即为桩顶设计标高以上不小于50mm；在压灌混凝土过程中禁止将钻头8提升出混凝土面；
步骤七、变径素混凝土桩坑内注满混凝土后，螺旋钻杆B2完全提升至地面，用上抱箍11和下抱箍12将螺旋钻杆B2固定在钻机立柱10上，拔掉两个U型卡键6，移动钻机10至下一桩位。
本发明施工设备采用活动的螺旋钻杆B2，使得螺旋钻杆A1在螺旋钻杆B2到达变径处时同时提升，解决了倒锥台阶处存留虚土的问题。钻进时由于扭矩较大，螺旋钻杆A1和螺旋钻杆B2需采用法兰连接，提升压灌混凝土时扭矩较小采用U型卡键6连接，安装便捷，节省操作时间，提升施工效率。
采用本发明施工方法通过增大混凝土桩上部的桩径即改变变桩径及倒锥台过渡增加浅部单桩面积置换率，做到有针对性的对浅部地层强度相对较低的地基土进行加强，而下部采用相对较小的桩径满足对变形的要求，从而达到既满足设计对地基承载力的要求，又满足对变形沉降的要求，做到最大程度的节约工程造价的目的。
Claims (8)
1.一种变径素混凝土桩施工设备，其包括钻机（10）和螺旋钻杆A（1），在螺旋钻杆A（1）底部固定安装钻头（8），钻机（10）的动力头（13）底部固定安装法兰盘C（9）；其特征在于：还包括螺旋钻杆B（2）、上连接件、下连接件以及固定装置；所述螺旋钻杆A（1）、螺旋钻杆B（2）的钻杆均为空腔，所述螺旋钻杆A（1）的长度为5-25m，螺旋钻杆B（2）的长度为0.8-6m；螺旋钻杆B（2）的钻杆内径大于螺旋钻杆A（1）螺旋叶片的外径，所述螺旋钻杆A（1）套入螺旋钻杆B（2）的钻杆内腔；
所述上连接件固定在螺旋钻杆A（1）和螺旋钻杆B（2）的顶部与法兰盘C（9）配合，
所述固定装置一端与钻机（10）立柱铰连，另一端固定安装在螺旋钻杆B（2）上；
螺旋钻杆B（2）底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上设有宽度由窄变宽的变径段。
2.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述上连接件包括固定安装在螺旋钻杆A（1）顶部的法兰盘A（3）和固定安装在螺旋钻杆B（2）顶部的法兰盘B（4），所述法兰盘B（4）的内径大于法兰盘A（3）的外径；
所述法兰盘A（3）和法兰盘B（4）均与法兰盘C（9）配合。
3.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述下连接件包括设置在螺旋钻杆B（2）钻杆上部上的固定孔（5）、插装在固定孔（5）内的U型卡键（6）以及固定在螺旋钻杆A（1）钻杆外壁上的卡块（7），所述U型卡键（6）与固定孔（5）插装时与卡块（7）卡置，所述卡块（7）外壁设置卡槽（14）。
4.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述固定孔（5）为两组， 两个U型卡键（6）分别插入两组固定孔（5）后呈垂直状态。
5.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述固定装置包括设置在螺旋钻杆B（2）钻杆上部的上抱箍（11）以及设置在螺旋钻杆B（2）下部的下抱箍（12）；所述上抱箍（11）与下抱箍（12）另一端均铰连在钻机立柱（10）上，所述上抱箍（11）与螺旋钻杆B（2）的钻杆外壁配合，下抱箍（12）与螺旋钻杆B（2）的螺旋叶片配合。
6.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：螺旋钻杆A（1）的外径为0.18-0.58m，螺旋钻杆B（2）的外径0.38m-1.18 m。
7.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：螺旋钻杆B（2）底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上呈30°~45°倒锥台形，倒锥台的高度为0.15m-0.8m。
8.一种变径素混凝土桩施工方法，其特征在于采用如下步骤：
步骤一、将螺旋钻杆A（1）套入螺旋钻杆B（2）的钻杆内腔，螺旋钻杆A（1）顶部的法兰盘A（3）与法兰盘C （9）固定，上抱箍（11）抱紧螺旋钻杆B（2）钻杆上部，下抱箍（12）抱紧螺旋钻杆B（2）的螺旋叶片；
步骤二、启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）进行钻进；当螺旋钻杆A（1）钻进至施工人员便于操作连接螺旋钻杆A（1）和螺旋钻杆B（2）时，钻机（10）停止，将螺旋钻杆B（2）顶端的法兰盘B（4）与法兰盘C（9）用螺栓固定，此时法兰盘A（3）位于法兰盘B（4）内腔，并打开固定螺旋钻杆B （2）的上抱箍（11）和下抱箍（12）；
步骤三、启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）和螺旋钻杆B（2）同步继续钻进，直到钻进完成设计的变径素混凝土桩坑，钻机（10）停止，将法兰盘（4）与法兰盘C（9）卸开，螺旋钻杆B（2）滞留在变径素混凝土桩坑内；
步骤四、向螺旋钻杆A（1）钻杆内腔压灌混凝土，混凝土从钻头（8）注入变径素混凝土桩坑底部内；启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）边旋转边向上提升，变径素混凝土桩坑内的土通过螺旋钻杆A（1）的螺旋叶片从下至上带出；
步骤五、当压灌混凝土至倒锥台阶处时，螺旋钻杆A（1）的卡块（7）位置与螺旋钻杆B（2）钻杆上的固定孔（5）位置对应，钻机（10）停止，将两个U型卡键（6）分别从一侧的固定孔（5）插入与卡块（7）卡置后从对侧的固定孔（5）露出；
步骤六、启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）带动螺旋钻杆B（2）同步向上提升同时并压灌混凝土，螺旋钻杆B（2）将倒锥台阶处及其以上土带出地面，直到压灌混凝土至设计标高处；在压灌混凝土过程中禁止将钻头（8）提升出混凝土面；
步骤七、变径素混凝土桩坑内注满混凝土后，螺旋钻杆B（2）完全提升至地面，用上抱箍（11）和下抱箍（12）将螺旋钻杆B（2）固定在钻机立柱（10）上，拔掉两个U型卡键（6），移动钻机（10）至下一桩位。
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| CN113529716A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 闵瑞 | 一种水上钢桩液压夹具定位基座装置 |
Also Published As
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|---|---|
| CN110939395B (zh) | 2025-01-28 |
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