CN111455991B - 一种可装配式螺旋桩基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可装配式螺旋桩基础及其施工方法，包括钻头、薄壁方钢管、实心方钢管、螺旋叶片、防堵塞圈和自动旋入机构，若干根薄壁方钢管依次装配在钻头上方，若干根实心方钢管依次插入薄壁方钢管内，自动旋入机构中央安装有一固定板，装配好的每根薄壁方钢管上端卡入固定板内，薄壁方钢管底部插入钻头，两根薄壁方钢管之间通过接头方钢管套筒连接，自动旋入机构包括横杆、立杆、传动支承杆和滚轮。本发明采取的是后退式注浆的方式，实心方钢管旋出以后可以再次利用，注入水泥砂浆与薄壁方钢管组成的整体具有足够的承载力，节约40％～50％钢材，且能够灵活地应对多变的施工环境，可以使用较少的施工时间，有着较显著的经济效益。

Description

一种可装配式螺旋桩基础及其施工方法

技术领域

本发明属于施工工程技术领域，具体涉及一种可装配式螺旋桩基础及其施工方法。

背景技术

目前，随着施工技术进步，在许多工程中螺旋桩的应用范围扩大，对于螺旋桩的研究也越来越多。首先在研究过程中，如果采用人工施加扭矩将螺旋桩旋入土层中，需人力多，而且难度较大，由于人力有限，只能在一定限度内，比如旋入较小直径的螺旋桩时可以使用人力，如果螺旋桩较大，所需扭力很大，人力无法实现将其旋入土层。其次传统螺旋桩是预制好的实心螺旋桩，这要求在打桩之前就要制好设计好的螺旋桩，在施工现场情况多变，制好的螺旋桩不易依据现场情况进行更改，使用存在一定的局限性，利用率偏低，且圆形螺旋桩不易施加扭矩。

综上所述，现有技术存在的问题是：一、旋入螺旋桩时扭矩不易施加；二、旋入机械具有一定局限性；三、传统螺旋桩利用率不是很高，造价比较高，经济效益较差。

发明内容

本发明提出了一种可装配式螺旋桩基础及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明的技术方案是这样实现的：

一种可装配式螺旋桩基础，包括钻头、薄壁方钢管、实心方钢管、螺旋叶片、防堵塞圈和自动旋入机构，若干根所述薄壁方钢管依次装配在所述钻头上方，若干根所述实心方钢管依次插入薄壁方钢管内，所述自动旋入机构中央安装有一固定板，装配好的每根所述薄壁方钢管上端卡入固定板内，所述薄壁方钢管底部插入钻头，并通过连接插销与钻头连接，近钻头处还套设有一防堵塞圈，两根所述薄壁方钢管之间通过接头方钢管套筒连接，并通过螺栓铆接，所述薄壁方钢管外焊接有螺旋叶片，所述薄壁方钢管和钻头上设有渗液孔，所述实心方钢管中心设有一注浆孔，所述自动旋入机构包括横杆、立杆、传动支承杆和滚轮，四根所述横杆围成类井字结构，并一体式连接，每根所述横杆井口处均设有一固定板槽，所述固定板装配在固定板槽上，每根所述横杆底部均设有一立杆，所述横杆和立杆之间设有传动支承杆，所述立杆底部设有滚轮。

在本发明的可装配式螺旋桩基础中，所述实心方钢管上端面设有凹槽，下端面设有凸尖，两根所述实心方钢管之间通过凹槽与凸尖卡接，上方所述实心方钢管的凸尖卡入下方所述实心方钢管的凹槽内。

在本发明的可装配式螺旋桩基础中，所述注浆孔通过钻孔取芯机构钻出并注浆。

在本发明的可装配式螺旋桩基础中，所述自动旋入机构内还设有传送带，所述传送带分别安装在横杆、立杆上。

在本发明的可装配式螺旋桩基础中，顶部所述薄壁方钢管上还连接有一管盖。

一种可装配式螺旋桩基础的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：将一薄壁方钢管下端插入钻头上端，并用连接插销进行固定，再将实心方钢管打入薄壁方钢管内，先将螺旋桩钻头垂直打入开挖面，将自动旋入机构推至螺旋桩上方，再将固定板与自动旋入机构、螺旋桩之间装配牢固，自动旋入机构绕螺旋桩转动，将螺旋桩整体打入到地基中；

步骤二：在上一截螺旋桩打入地基后，再依次将后一截薄壁方钢管与前一截薄壁方钢管通过接头方钢管套筒连接，并用螺栓锚住接头方钢管套筒，在每一截薄壁方钢管装配好以后，再将实心方钢管打入薄壁方钢管内，实心方钢管下部的凸尖与前一截实心方钢管顶部的凹槽咬合住，再利用自动旋入机构将装配好的该截螺旋桩打入地基内；

步骤三：按照步骤二所述的施工方法将需要的每截螺旋桩依次装配好，并依次打入地基内；

步骤四：在装配好的螺旋桩的中心通过钻孔取芯机构进行取芯，使得螺旋桩的中心形成一条通道，钻孔取芯机构同时兼具高压注浆功能，采用后退式注浆的方法，每将实心方钢管旋出1000mm的同时对螺旋桩内注浆，钻孔取芯机构依次将咬合的实心方钢管旋出螺旋桩并逐段拆卸，在高压注浆的水泥砂浆填充地基中的薄壁方钢管，且会通过薄壁方钢管表面的渗液孔流出，填充桩身周围空隙，之后，水泥砂浆结硬，薄壁方钢管中的水泥砂浆与薄壁方钢管结合，螺旋桩渗液孔流出的水泥砂浆在桩身周围土体中结硬。

实施本发明的这种可装配式螺旋桩基础及其施工方法，具有以下有益效果：

(1)与传统的圆形螺旋实体桩相比，方形可装配式螺旋桩采取的是后退式注浆的方式，实心方钢管旋出以后可以再次利用，此时无需再钻孔取芯，注入水泥砂浆与薄壁方钢管组成的整体具有足够的承载力，通过水泥砂浆代替螺旋桩的部分实心截段，节约40％～50％钢材，且能够灵活地应对多变的施工环境，可以使用较少的施工时间，有着较显著的经济效益；

(2)本发明采用方钢管，能够有效地对螺旋桩施加扭矩，由于方钢管要比圆钢管更易施加扭矩。

(3)本发明采用类似于螺旋桨式的自动旋入机构，机构上部设有摆放固定钢板的槽形结构，用于在旋入螺旋桩时咬合更加紧密自动化旋入机构中立杆下部有可以在水平方向任意转动的滚轮，对于不同土体所需的扭矩不同，本发明改变扭矩的方式有两个，一个是通过立杆上的传动带控制滚轮转速而起到改变扭矩的作用，另一个是保持立杆下方滚轮转速不变，通过立杆和上方承板中的传动带运动可以改变立杆到螺旋桩的距离，从而改变施加于螺旋桩上的扭矩。

附图说明

图1为本发明可装配式螺旋桩的结构示意图；

图2为本发明钻头的结构示意图；

图3为本发明钻孔取芯机构对实心方钢管进行取芯的结构示意图；

图4为本发明实心方钢管的结构示意图；

图5为本发明自动旋入机构与螺旋桩的装配示意图；

图6为本发明自动旋入机构的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1和6所示的一种可装配式螺旋桩基础，包括钻头2、薄壁方钢管6、实心方钢管10、螺旋叶片4、防堵塞圈14和自动旋入机构15，若干根薄壁方钢管6依次装配在钻头2上方，若干根实心方钢管10依次插入薄壁方钢管6内，实心方钢管10上端面设有凹槽21，下端面设有凸尖22，两根实心方钢管10之间通过凹槽21与凸尖22卡接，上方实心方钢管10的凸尖22卡入下方实心方钢管10的凹槽21内，自动旋入机构15中央安装有一固定板17，装配好的每根薄壁方钢管6上端卡入固定板17内，薄壁方钢管6底部插入钻头2，并通过连接插销8与钻头2连接，近钻头2处还套设有一防堵塞圈14，两根薄壁方钢管6之间通过接头方钢管套筒9连接，并通过螺栓7铆接，薄壁方钢管6外焊接有螺旋叶片4，薄壁方钢管6和钻头2上设有渗液孔5，实心方钢管10中心设有一注浆孔11，注浆孔11通过钻孔取芯机构12钻出并注浆，自动旋入机构15包括横杆23、立杆24、传动支承杆20和滚轮16，四根横杆23围成类井字结构，并一体式连接，每根横杆23井口处均设有一固定板槽19，固定板17装配在固定板槽19上，每根横杆23底部均设有一立杆24，横杆23和立杆24之间设有传动支承杆20，立杆24底部设有滚轮16，自动旋入机构15内还设有传送带18，传送带18分别安装在横杆23、立杆24上，顶部薄壁方钢管6上还连接有一管盖13。本发明采用方钢管，能够有效地对螺旋桩施加扭矩，由于方钢管要比圆钢管更易施加扭矩，所以考虑用方形钢管，并采用类似于螺旋桨式的自动旋入机构15，机构上部设有摆放固定钢板17的槽形结构，用于在旋入螺旋桩时咬合更加紧密。自动旋入机构15中立杆24下部有可以在水平方向任意转动的滚轮16，对于不同土体所需的扭矩不同，本发明改变扭矩的方式有两个，一个是通过立杆24上的传动带18控制滚轮16转速而起到改变扭矩的作用，另一个是保持立杆24下方滚轮16转速不变，通过立杆24和上方承板中的传动带18运动可以改变立杆24到螺旋桩的距离，从而改变施加于螺旋桩上的扭矩。

一种可装配式螺旋桩基础的施工方法，包括以下步骤：步骤一：将一薄壁方钢管6下端插入钻头2上端，并用连接插销8进行固定，再将实心方钢管10打入薄壁方钢管6内，先将螺旋桩钻头2垂直打入开挖面，将自动旋入机构15推至螺旋桩上方，再将固定板17与自动旋入机构15、螺旋桩之间装配牢固，自动旋入机构15绕螺旋桩转动，将螺旋桩整体打入到地基中；步骤二：在上一截螺旋桩打入地基后，再依次将后一截薄壁方钢管6与前一截薄壁方钢管6通过接头方钢管套筒9连接，并用螺栓7锚住接头方钢管套筒9，在每一截薄壁方钢管6装配好以后，再将实心方钢管10打入薄壁方钢管6内，实心方钢管10下部的凸尖22与前一截实心方钢管10顶部的凹槽21咬合住，这样使得装配得到的螺旋桩具备足够的抗扭刚度；再利用自动旋入机构15将装配好的该截螺旋桩打入地基内；步骤三：按照步骤二所述的施工方法将需要的每截螺旋桩依次装配好，并依次打入地基内；步骤四：在装配好的螺旋桩的中心通过钻孔取芯机构12进行取芯，使得螺旋桩的中心形成一条通道，钻孔取芯机构12同时兼具高压注浆功能，采用后退式注浆的方法，每将实心方钢管10旋出1000mm的同时对螺旋桩内注浆，钻孔取芯机构12依次将咬合的实心方钢管10旋出螺旋桩并逐段拆卸，在高压注浆的水泥砂浆填充地基中的薄壁方钢管6，且会通过薄壁方钢管6表面的渗液孔流出，填充桩身周围空隙，之后，水泥砂浆结硬，薄壁方钢管6中的水泥砂浆与薄壁方钢管6结合，使得螺旋桩提升自身承载力，螺旋桩渗液孔流出的水泥砂浆在桩身周围土体中结硬，从而增强了桩身周围土体的强度，依照《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)，在压浆后土体强度有一定的增强，增加值在100％～200％。

实施例1：建造高速铁路某工区段路基处理，设计开挖深度12170mm,开挖深度影响范围内土质基本为黄土、粉质粘土,原拟采用直径为600mm间距为1000mm的圆形实体螺旋桩,桩长为5000mm和12000mm,桩底位于粘土层中。后经研究采用本发明工法，选用可装配式螺旋方桩，采用长短桩的设计方法，桩底位于粘土层中，长桩长为12000mm，短桩为5000mm，螺旋方桩边长为600mm，桩间距1000mm,布置范围为长22000mm、宽17600mm，共180根长桩和170根短桩，节约钢材44.3％，机械方面的成本要比实心螺旋桩要高30％，节约工程造价120万元，缩短工期20天。

实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可装配式螺旋桩基础，其特征在于，包括钻头（2）、薄壁方钢管（6）、实心方钢管（10）、螺旋叶片（4）、防堵塞圈（14）和自动旋入机构（15），若干根所述薄壁方钢管（6）依次装配在所述钻头（2）上方，若干根所述实心方钢管（10）依次插入薄壁方钢管（6）内，所述自动旋入机构（15）中央安装有一固定板（17），装配好的每根所述薄壁方钢管（6）上端卡入固定板（17）内，所述薄壁方钢管（6）底部插入钻头（2），并通过连接插销（8）与钻头（2）连接，近钻头（2）处还套设有一防堵塞圈（14），两根所述薄壁方钢管（6）之间通过接头方钢管套筒（9）连接，并通过螺栓（7）铆接，所述薄壁方钢管（6）外焊接有螺旋叶片（4），所述薄壁方钢管（6）和钻头（2）上设有渗液孔（5），所述实心方钢管（10）中心设有一注浆孔（11），所述自动旋入机构（15）包括横杆（23）、立杆（24）、传动支承杆（20）和滚轮（16），四根所述横杆（23）围成类井字结构，并一体式连接，每根所述横杆（23）井口处均设有一固定板槽（19），所述固定板（17）装配在固定板槽（19）上，每根所述横杆（23）底部均设有一立杆（24），所述横杆（23）和立杆（24）之间设有传动支承杆（20），所述立杆（24）底部设有滚轮（16）。

2.根据权利要求1所述的可装配式螺旋桩基础，其特征在于，所述实心方钢管（10）上端面设有凹槽（21），下端面设有凸尖（22），两根所述实心方钢管（10）之间通过凹槽（21）与凸尖（22）卡接，上方所述实心方钢管（10）的凸尖（22）卡入下方所述实心方钢管（10）的凹槽（21）内。

3.根据权利要求1所述的可装配式螺旋桩基础，其特征在于，所述注浆孔（11）通过钻孔取芯机构（12）钻出并注浆。

4.根据权利要求1所述的可装配式螺旋桩基础，其特征在于，所述自动旋入机构（15）内还设有传送带（18），所述传送带（18）分别安装在横杆（23）、立杆（24）上。

5.根据权利要求1所述的可装配式螺旋桩基础，其特征在于，顶部所述薄壁方钢管（6）上还连接有一管盖（13）。

6.根据权利要求1所述的可装配式螺旋桩基础的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将一薄壁方钢管（6）下端插入钻头（2）上端，并用连接插销（8）进行固定，再将实心方钢管（10）打入薄壁方钢管（6）内，先将螺旋桩钻头（2）垂直打入开挖面，将自动旋入机构（15）推至螺旋桩上方，再将固定板（17）与自动旋入机构（15）、螺旋桩之间装配牢固，自动旋入机构（15）绕螺旋桩转动，将螺旋桩整体打入到地基中；

步骤二：在上一截螺旋桩打入地基后，再依次将后一截薄壁方钢管（6）与前一截薄壁方钢管（6）通过接头方钢管套筒（9）连接，并用螺栓（7）锚住接头方钢管套筒（9），在每一截薄壁方钢管（6）装配好以后，再将实心方钢管（10）打入薄壁方钢管（6）内，实心方钢管（10）下部的凸尖（22）与前一截实心方钢管（10）顶部的凹槽（21）咬合住，再利用自动旋入机构（15）将装配好的该截螺旋桩打入地基内；

步骤三：按照步骤二所述的施工方法将需要的每截螺旋桩依次装配好，并依次打入地基内；

步骤四：在装配好的螺旋桩的中心通过钻孔取芯机构（12）进行取芯，使得螺旋桩的中心形成一条通道，钻孔取芯机构（12）同时兼具高压注浆功能，采用后退式注浆的方法，每将实心方钢管（10）旋出1000mm的同时对螺旋桩内注浆，钻孔取芯机构（12）依次将咬合的实心方钢管（10）旋出螺旋桩并逐段拆卸，在高压注浆的水泥砂浆填充地基中的薄壁方钢管（6），且会通过薄壁方钢管（6）表面的渗液孔流出，填充桩身周围空隙，之后，水泥砂浆结硬，薄壁方钢管（6）中的水泥砂浆与薄壁方钢管（6）结合，螺旋桩渗液孔流出的水泥砂浆在桩身周围土体中结硬。

Images