CN112900424A - 带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩及成桩用钻头和施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造涉及带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩及成桩用钻头和施工方法。带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩由桩身段和桩底段构成,桩身段中至少包括一段拌合层包裹桩段,所述拌合层包裹桩段设在桩身段的底端和/或中部和/或顶端;所述拌合层包裹桩段是基桩段的桩身外围被具有一定厚度的、由桩侧土与混凝土经钻头的挤扩凸块搅拌混合的混合物形成的拌合层所包裹,并与基桩段的桩身固结成一体的桩段。本发明创造成桩承载力高,拌合层的外径可控性好,钻头中扩径滑块中的挤扩凸块工作时具有挤土效果,可形成不同扩大径的螺纹桩段,成桩钻头结构简单,具有挤土成孔功能,残土排放少,成桩施工操作简单,成桩质量可控性好,工效高,施工无振动、无泥浆。
Description
技术领域
本发明创造属于建筑桩施工领域,特别涉及一种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩及成桩用钻头和施工方法
背景技术
现有建筑桩基础中,现浇混凝土灌注桩具有很强的优势:成桩的桩径大,桩长可根据工程地质和设计要求确定,特别是持力层起伏性大的工程项目,桩长变化大,应用优势突显,这些桩多是同径柱体桩型,桩土间应力作用没能得到充分发挥,不能很好的满足节能要求。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明创造的目的之一是提出一种承载力高、节能减排的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩。
本发明创造的目的之二是提供一种用于带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩成桩用钻头。
本发明创造的目的之三是提供一种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的成桩施工方法。
本发明创造采用的技术方案是:带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段和桩底段构成,所述桩身段包括基桩段和/或与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段,所述基桩段是一次挤土成基桩孔后,再提升钻具并连续泵压灌混凝土所成的桩段,所述扩大径螺纹桩段是在基桩段的桩身外表面螺旋缠绕的、与桩身一体灌注的、带有梯状螺牙凸起的桩段;所述桩底段是一次挤土锥体桩底段、复挤密锥体桩底段、一次挤土柱体桩底段或复挤密柱体桩底段中的一种;桩身段中至少包括一段拌合层包裹桩段,所述拌合层包裹桩段设在桩身段的底端和/或中部和/或顶端;所述拌合层包裹桩段是基桩段的桩身外围被具有一定厚度的、由桩侧土与混凝土经钻头的挤扩凸块搅拌混合的混合物形成的拌合层所包裹,并与基桩段的桩身固结成一体的桩段。
进一步的,上述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端时,其下端的桩底段为复挤密锥体桩底段,或复挤密柱体桩底段。
进一步的,上述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,拌合层包裹桩段设置在桩身段的中部或顶端时,拌合层包裹桩段与其下端基桩段或扩大径螺纹桩段之间制有复挤密锥体桩段,或复挤密柱体桩段。
进一步的,上述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,桩身段的中部或顶端设置拌合层包裹桩段,拌合层包裹桩段与其下端基桩段或扩大径螺纹桩段之间为复挤密锥体桩段时,相对应的桩底段为一次挤土锥体桩底段或复挤密锥体桩底段。
进一步的,上述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,桩身段的中部或顶端设置拌合层包裹桩段,拌合层包裹桩段与其下端基桩段或扩大径螺纹桩段之间为复挤密柱体桩段时,相对应的桩底段为一次挤土柱体桩底段或复挤密柱体桩底段。
进一步的,上述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,设基桩段直径为d,拌合层包裹桩段外径为D,复挤密锥体桩底段和复挤密锥体桩段的最大外径皆为D1,复挤密柱体桩底段和复挤密柱体桩段的外径皆为D2,扩大径螺纹桩段外径为D3,螺距为T,螺牙外侧厚度为S1,螺牙内侧厚度为S2,螺牙高为H,则有:d=(400~800)mm,D=(1.2~1.8)d,D>D1>d,D>D2>d,D3>d,H≤175mm,T=(0.5~0.9)D3,S1=(45~65)mm,S2=(100~200)mm。
用于带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的成桩用钻头,包括接头、螺旋柱体挤土叶片、柱体芯管、锥体芯管、螺旋锥体挤土叶片、钻尖总成、座和销,接头、柱体芯管、锥体芯管依次同轴心固定成一体,内腔可供混凝土通过,螺旋柱体挤土叶片螺旋缠绕在接头和柱体芯管的外表面,螺旋锥体挤土叶片螺旋缠绕在锥体芯管的外表面,螺旋锥体挤土叶片上端与螺旋柱体挤土叶片的下端对应相连接,下端设有切削齿;钻尖总成设置在锥体芯管的下端,通过销与固定在锥体芯管下端部的座的内档联接,并绕销旋转,关闭或打开混凝土通道口,设有扩径滑块装置,所述扩径滑块装置包括油缸耳板、油缸总成、联动装置和扩径滑块;扩径滑块的上端部设置在柱体芯管的下端,扩径滑块的上端部一侧设有耳板,另一侧设有挤扩凸块,挤扩凸块由内向外逐渐变小,呈梯形结构;扩径滑块的下端部设置在座的内档里,通过轴Ⅲ将扩径滑块与座连接,扩径滑块绕轴Ⅲ旋转,对应位置的柱体芯管、锥体芯管、螺旋柱体挤土叶片及螺旋锥体挤土叶片上设有供扩径滑块旋转通过的开口,挤扩凸块设置在螺旋柱体挤土叶片的螺旋线上;油缸总成设置在柱体芯管的内腔,其上端通过轴Ⅴ与固定在柱体芯管壁上的油缸耳板铰接,油缸总成的活塞杆端通过轴Ⅰ与联动装置的一端连接,联动装置的另一端通过轴Ⅳ与扩径滑块上的耳板铰接。
进一步的,上述的成桩用钻头,所述联动装置包括联杆Ⅰ和联杆Ⅱ,通过轴Ⅰ将联杆Ⅰ的一端和联杆Ⅱ的一端与油缸总成的活塞杆端铰接在一起,联杆Ⅰ的另一端通过轴Ⅱ与固定在柱体芯管壁上的联杆耳板铰接,联杆Ⅱ的另一端通过轴Ⅳ与扩径滑块上的耳板铰接。
进一步的,上述的成桩用钻头,所述联动装置包括三角板和联杆Ⅲ,三角板的第一个角通过轴Ⅰ与油缸总成的活塞杆端铰接在一起,三角板顺时针方向的第二个角通过轴Ⅱ与固定在柱体芯管壁上的联杆耳板铰接,三角板顺时针方向的第三个角通过轴Ⅵ与联杆Ⅲ的一端铰接在一起,联杆Ⅲ的另一端通过轴Ⅳ与扩径滑块上的耳板铰接。
进一步的,上述的成桩用钻头,钻尖总成绕销向下打开时的最大角度为β,β≤45°。
进一步的,上述的成桩用钻头,螺旋锥体挤土叶片螺旋缠绕锥体芯管后,整体外缘呈圆台形的,螺旋锥体挤土叶片设置为1条或2条,设置为2条时,螺旋锥体挤土叶片螺旋缠绕长度相同,或从底端开始缠绕且螺旋缠绕长度不同。
进一步的,上述的成桩用钻头,螺旋锥体挤土叶片螺旋缠绕锥体芯管后,整体外缘呈圆柱形的,螺旋锥体挤土叶片设置为1条或2条,设置为2条时,螺旋锥体挤土叶片从底端开始缠绕且螺旋缠绕长度不同。
带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的成桩施工方法,采用上述的成桩用钻头,包括如下步骤:
1)采用螺旋挤土桩机及上述的成桩用钻头及配套设备,成桩用钻头中扩径滑块装置中的挤扩凸块处于完全收回状态,桩机对准桩位;
2)启动桩机,动力头通过挤土钻杆带动钻头钻进旋转,先慢慢下钻,待孔位确定无误后再正常钻进,成孔钻头作旋转挤土钻进,直至设计孔深,原地继续旋转1~3分钟,充分挤压基桩孔底及孔壁岩土;
3)提升钻具,同时泵压灌混凝土的过程中,实现各桩段:
3.1)基桩段及一次挤土锥体桩底段或一次挤土柱体桩底段
先向位于基桩孔底的钻头泵压灌混凝土至钻头内腔底,再提升钻进方向旋转的钻具,保持提钻速度与泵压灌量匹配度,提钻并压灌基桩孔底段和桩身段的基桩孔段,完成一次挤土锥体桩底段或一次挤土柱体桩底段、和桩身段中的基桩段的灌注施工;此过程,钻头的扩径滑块装置中的挤扩凸块)处于完全收回状态;
3.2)扩大径螺纹桩段
在提钻灌注基桩孔时,通过液压控制系统,驱动钻头内油缸总成的活塞杆伸出,通过联动装置推动扩径滑块装置中的挤扩凸块旋出量满足扩大径螺纹桩段螺牙高度H设计值,并使钻具钻进方向旋转一转,向上提升一个规定的螺距,同时与泵压灌匹配,挤扩凸块在基桩孔壁岩土内挤压出来的螺旋沟槽与基桩孔一同灌注混凝土,提升并灌注至扩大径螺纹桩段顶设计高度,完成扩大径螺纹桩段的灌注施工;
3.3)桩身段底端的拌合层包裹桩段及复挤密锥体桩底段或复挤密柱体桩底段
基桩孔形成后,先启动混凝土输送泵压灌混凝土,保持钻具内腔存有2m高以上的混凝土,再提升钻进方向旋转钻具300mm左右高,压力混凝土打开钻头下端的混凝土通道口,压灌入基桩孔底并向上流动包裹钻头的下部,直至桩孔内混凝土的上界面高于挤扩凸块的位置,然后通过液压控制系统驱动钻头内油缸总成的活塞杆伸出,推动扩径滑块中的挤扩凸块挤压进入基桩孔壁岩土里,其深度满足设计值,提升钻进方向旋转钻头并压灌,保持挤扩凸块不断地在桩孔壁岩土里形成螺距为(180~300)mm的正向螺旋沟槽,沟槽立即与基桩孔一同充填满混凝土,提钻并压灌至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再向下释放继续旋转的钻具,保持下钻速度低于提钻速度,钻头的下部开始作挤压基桩孔内混凝土的复挤密钻进,钻尖总成在其下面压力混凝土的作用下关闭混凝土通道口,锥体芯管和螺旋锥体挤土叶片径向下施力给混凝土,受挤压的混凝土传力给相接触的基桩孔壁岩土,挤扩大岩土孔径,受挤压的混凝土大部分存留在被挤扩大的岩土孔腔里,同时挤扩凸块对已形成的正向螺旋沟槽内的混凝土和沟槽间的土及拌合层高度内复挤密后扩径岩土腔内存留的混凝土进行挤压搅拌,同时挤扩凸块在搅拌的扩径混合物层里又形成新的反向螺旋沟槽,复挤密钻进受挤压的部分混凝土立即充填满反向螺旋沟槽,复挤密钻进和挤压搅拌直至拌合层底设计深,拌合层底的桩底段周围岩土内腔通过受压的混凝土得到扩大,停止下钻;然后再次提升继续旋转的钻头并压灌混凝土,保持提钻速度略大于第一次提钻速度,拌合层下端处灌注的混凝土与该处存留在挤扩大的岩土孔腔里的混凝土融为一体,形成复挤密锥体桩底段或复挤密柱体桩底段,同时,挤扩凸块在搅拌的扩径混合物层里再次形成新的正向螺旋沟槽,并再次对扩径混合物层进行挤压搅拌,新形成的沟槽与复挤密形成的桩孔一同灌注,提钻、压灌、挤压扩径及搅拌一同至拌合层顶设计高,启动液压控制系统,完全收回挤扩凸块,完成扩大径的混凝土与土的混合物拌合层及拌合层包裹的混凝土桩身段的施工,同时也完成拌合层包裹桩段下端复挤密锥体桩底段或复挤密柱体桩底段的施工;
3.4)桩身段中部或顶端的拌合层包裹桩段及其下端复挤密锥体桩段或复挤密柱体桩段
施工过程与桩身段底端的拌合层包裹桩段的施工基本相同,提升钻进方向旋转的钻具并压灌混凝土至桩身段中部或顶端拌合层底设计高,直接启动液压控制系统,驱动挤扩凸块旋出挤压进入基桩孔壁岩土里,保持提钻、压灌过程中,形成螺距为(180~300)mm的正向螺旋沟槽,并与基桩孔一同充填满混凝土,直至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再向释放钻具,作慢于提钻速度的挤压桩孔内混凝土的复挤密钻进,并对拌合层内的混凝土与土进行挤压搅拌,同时形成反向的螺旋沟槽,桩孔内复挤密钻进受压的混凝土立即将反向螺旋沟槽充填满,复挤密钻进直至拌合层底设计高,钻头的下部完成对拌合层底下端复挤密桩段处周围岩土的挤密扩大;再次提钻、压灌、挤压搅拌,并形成新的正向螺旋沟槽,压力混凝土立即将复挤密形成的桩孔及新形成的正向螺旋沟槽充填满,直至拌合层顶设计高,启动液压系统,完全收回挤扩凸块,完成桩身段中部或顶端的拌合层包裹桩段及其下端复挤密锥体桩段或复挤密柱体桩段的施工。
带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的灌注采取从桩底端开始逐段向上施工灌注的方式,满足设计的灌注各桩段的构造要求。基桩孔形成后,提钻、灌注及复挤密钻进的过程中始终保持钻头在桩孔内混凝土的有效埋深里,钻具内腔保持存有一定量的混凝土,从而保证成桩质量。
本发明创造的有益效果是:
1、本发明创造,成桩承载力高。在回填土、黏性土、粘土、砂土等岩土层中设置拌合层包裹桩段,拌合层的截面积大(其最大直径可为基桩直径的1.8倍),且强度高,拌合层与混凝土桩身间结合强度好,桩段受力破坏的滑裂面将发生在拌合层的外轮廓面上,拌合层周围岩土得到了挤压密实,不仅桩段的侧阻得到了增加,而且增加了新的端阻值。拌合层包裹桩段下端为复挤密锥体桩底段,或复挤密柱体桩底段,或复挤密锥体桩段,或复挤密柱体桩段,复挤密后的混凝土桩径得到了增大,复挤密桩段的承载力得到增加,也有利于拌合层包裹桩段端阻的提高。对于桩身段的底端设置拌合层包裹桩段的桩型,桩底段为复挤密柱体桩底段或复挤密锥体桩底段,桩底持力层岩土得到进一步的挤压密实,极大地提高了桩端阻值;对于桩身段的顶端设置拌合层包裹桩段的桩型,桩顶受力面积得到了增大,桩顶部又有新增的端阻,应用到复合地基中具有显著的优势;对于桩身段的中部设置拌合层包裹桩段的桩型,新增加的侧阻和端阻,充分发挥桩侧的桩土间应力作用,有利于提高桩的承载能力,降低成桩成本。
2、本发明创造,拌合层的外径可控性好。拌合层的外径由钻头的扩径滑块中的挤扩凸块旋出的尺寸决定,可控性强,可实现一定范围内不同外径拌合层的施工。
3、本发明创造,钻头中扩径滑块中的挤扩凸块工作时具有挤土效果。挤扩凸块的外表面为斜面,挤土扩径时,一方面进一步挤密拌合层外的岩土层,另一方面有利于拌合层内混凝土与土的搅拌效果,能提高拌合层的整体强度。
4、本发明创造,可形成不同扩大径的螺纹桩段。通过调整油缸总成的伸出量,来控制挤扩凸块的旋出量,从而实现深浅螺纹桩段的施工,来满足不同岩土层的施工。
5、本发明创造,成桩钻头结构简单,制造成本低,具有挤土成孔功能,残土排放少。
6、本发明创造,成桩施工操作简单,成桩质量可控性好,施工成本低,工效高,施工无振动、无泥浆。
附图说明
图1是实施例1双导程成桩用钻头的结构示意图。
图2是图1的左视示意图(扩径滑块收回状态)。
图3是图1的左视示意图(扩径滑块伸出状态)。
图4是半双导程圆台形成桩用钻头的结构示意图。
图5是半双导程圆柱形成桩用钻头的结构示意图。
图6是实施例2单导程成桩用钻头的结构示意图。
图7是图6的左视示意图(扩径滑块收回状态)。
图8是图6的左视示意图(扩径滑块伸出状态)。
图9是单导程圆台形成桩用钻头的结构示意图。
图10是实施例3单导程成桩用钻头的结构示意图。
图11是图10的左视示意图(扩径滑块收回状态)。
图12是图10的左视示意图(扩径滑块伸出状态)。
图13-1是第一种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-2是第二种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-3是第三种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-4是第四种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-5是第五种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-6是第六种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-7是第七种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图13-8是第八种带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩结构示意图。
图14是带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩施工图;
其中,(a)螺旋挤土钻进成基桩孔;
(b)提钻、压灌后,扩径滑块挤压进入桩孔壁岩土里;
(c)提钻、形成小螺距正向螺旋沟槽并灌注;
(d)复挤密钻进、搅拌、形成反向螺旋沟槽并充填满;
(e)提钻、搅拌、形成正向螺旋沟槽、灌注成桩底拌合层包裹桩段;
(f)提钻、形成正向螺牙沟槽、灌注成扩大径螺纹桩段;
(g)提钻、灌注成基桩顶段;
(h)置入钢筋笼成桩。
具体实施方式
实施例1双导程成桩用钻头
一、结构
如图1-图3所示,一种双导程成桩用钻头,包括接头1、螺旋柱体挤土叶片2、柱体芯管3、锥体芯管4、2条螺旋锥体挤土叶片5、钻尖总成6、座7、销8、油缸耳板10和扩径滑块装置。
接头1、柱体芯管3、锥体芯管4依次同轴心固定成一体,内腔可供混凝土通过,螺旋柱体挤土叶片2螺旋缠绕在接头1和柱体芯管3的外表面,2条相同的螺旋锥体挤土叶片5对称的螺旋缠绕在锥体芯管4的外表面,锥体芯管4整体外缘呈圆台形,其中一条螺旋锥体挤土叶片5上端与螺旋柱体挤土叶片2的下端对应相连接,每条螺旋锥体挤土叶片5的下端均设有切削齿5-1;钻尖总成6设置在锥体芯管4的下端,通过销8与固定在锥体芯管4下端部的座7的下端内档联接,并可绕销8旋转,关闭或打开混凝土通道口。作为优选,在一个实施例中,钻尖总成6绕销8向下打开时的最大角度为β,β≤45°。
扩径滑块装置包括油缸耳板10、油缸总成11、联动装置和扩径滑块13。
本实施例中,联动装置包括联杆Ⅰ12-1和联杆Ⅱ12-2。
扩径滑块13的上端部设置在柱体芯管3的下端,扩径滑块13的上端部一侧设有耳板13-1,另一侧设有挤扩凸块13-2,挤扩凸块13-2由内向外逐渐变小,呈梯形结构;扩径滑块13的下端部设置在座7的内档里,通过轴Ⅲ14-3将扩径滑块13下端部与座7连接,扩径滑块13可绕轴Ⅲ14-3旋转,相应位置的柱体芯管3、锥体芯管4、螺旋锥体挤土叶片5、螺旋柱体挤土叶片2上设有供扩径滑块13旋转通过的开口,挤扩凸块13-2设置在螺旋柱体挤土叶片2的螺旋线上。
油缸总成11设置在柱体芯管3的内腔,其上端通过轴Ⅴ14-5与固定在柱体芯管3壁上的油缸耳板10铰接,通过轴Ⅰ14-1将联杆Ⅰ12-1的一端和联杆Ⅱ12-2的一端与油缸总成11的活塞杆端铰接在一起。联杆Ⅰ12-1的另一端通过轴Ⅱ14-2与固定在柱体芯管3壁上的联杆耳板15铰接,联杆Ⅱ12-2的另一端通过轴Ⅳ14-4与扩径滑块13上的耳板13-1铰接。
在一个实施例中,作为优选,螺旋柱体挤土叶片2上设有缺口。
在一个实施例中,作为优选,螺旋锥体挤土叶片5上设有缺口。
如图4所示,在一个实施例中,2条螺旋锥体挤土叶片5为底端开始缠绕且不同缠绕长度的挤土叶片,螺旋锥体挤土叶片5缠绕后,整体外缘为圆台形。
如图5所示,在一个实施例中,2条螺旋锥体挤土叶片5为底端开始缠绕且不同缠绕长度的挤土叶片,螺旋锥体挤土叶片5缠绕后,整体外缘为圆柱形。
二、工作原理
1、扩径滑块装置工作原理:油缸总成11的活塞杆伸出,推动联杆Ⅰ12-1绕轴Ⅱ14-2顺时针旋转,同时通过联杆Ⅱ12-2推动扩径滑块13绕轴Ⅲ14-3作顺时针旋转,挤扩凸块13-2旋出钻头外径圆周,直至活塞杆伸出最大行程,挤扩凸块13-2向外旋出达最大值;油缸总成11的活塞杆收回,拉动联杆Ⅰ12-1绕轴Ⅱ14-2逆时针旋转,同时通过联杆Ⅱ12-2拉动扩径滑块13绕轴Ⅲ14-3作逆时针旋转,挤扩凸块13-2旋回到钻头外径圆周内。
2、挤土(或混凝土)成孔原理:钻头的下部承担主挤土功能,钻进时,锥体芯管4的外表面对土(或混凝土)具有径向下的挤压力,螺旋锥体挤土叶片5的最大外缘面、下螺旋表面及挤土缺口对土(或混凝土)具有径向、径向下的挤压力,钻尖总成6对土(或混凝土)具有向下的挤压力,桩孔位的土(或混凝土)受到径向下、径向的挤压力后,向桩孔侧壁移动,挤密桩孔壁岩土,实现挤土成基桩孔(或挤混凝土成扩大径的岩土桩孔)。
3、复挤密桩段(或复挤密桩底段)形成原理:钻头在挤压桩孔内混凝土的钻进时,桩孔内的混凝土对钻尖总成6具有向上的压力,随着钻头的下移,迫使钻尖总成6绕销8向关闭混凝土通道口方向旋转,直至关闭混凝土通道口为止,同时,锥体芯管4、螺旋锥体挤土叶片5挤压桩孔内混凝土传力给相接触桩侧壁岩土,挤扩岩土孔壁形成扩大径的岩土孔腔,受挤压的混凝土大部分存留在扩大径的岩土孔腔里,复挤密钻进至设计深后,再次提钻并压灌混凝土,钻头内腔的压力混凝土打开混凝土通道口灌注桩孔内,并与存留在扩大径岩土孔腔里的混凝土融为一体,形成扩大径的混凝土桩段,即复挤密桩段(或复挤密桩底段)。复挤密桩段(或复挤密桩底段)周围的岩土得到了进一步的挤密,提高了对桩身的作用力。
4、拌合层包裹桩段的形成原理
1)桩身段底端的拌合层包裹桩段的形成原理:基桩孔形成后,先启动混凝土输送泵压灌混凝土,保持钻具内腔存有2m高以上的混凝土,再提升钻进方向旋转钻具300mm左右高,钻具内腔的压力混凝土打开钻头下端的混凝土通道口,混凝土压灌入基桩孔底并向上流动包裹钻头的下部,直至基桩孔内混凝土的上界面高于扩径滑块13的位置,然后通过液压控制系统驱动钻头内油缸总成11的活塞杆伸出,带动扩径滑块13向外旋转,挤扩凸块13-2挤压进桩孔壁岩土里,并跟随旋转的钻头作挤压孔壁岩土的旋转,再慢慢的提钻并压灌,因挤扩凸块13-2在桩孔内压力混凝土的界面下,挤扩凸块13-2在桩孔岩土壁里挤压成的扩径沟槽立即被压力混凝土充填满;在扩径挤压沟槽并压灌过程中,挤扩凸块13-2将受压的一部分岩土挤压到沟槽深端的岩土里,密实沟槽深端处的岩土层,一部分岩土挤压进相邻沟槽间岩土里,还有一部分岩土挤压到旋转钻头上部的螺旋柱体挤土叶片2间的空间里,沿着旋转的钻具由下而上传送;随着钻头提升,保持挤扩凸块13-2不断地在桩孔壁岩土里形成螺距为(180~300)mm(D值大的取大值)的正向螺旋沟槽,并与基桩孔一同充填满混凝土,提钻并压灌至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再次向下释放继续旋转的钻具,保持下钻速度慢于提钻速度,钻头的下部开始作复挤密混凝土的钻进,同时挤扩凸块13-2对已形成的扩径螺旋沟槽内的混凝土和沟槽间的土及拌合层高度内复挤密后扩径存留的混凝土进行搅拌,并形成新的反向螺旋沟槽,桩孔内受压的混凝土立即将反向沟槽充填满,复挤密钻进和搅拌直至拌合层底设计深,停止下钻,钻头的下部完成对拌合层下端基桩孔底内混凝土的挤密,然后再次提升继续旋转的钻具并压灌混凝土,保持提钻速度略快于第一次提钻速度,挤扩凸块13-2在搅拌的扩径混合物层里再次形成正向螺旋沟槽,同时再次对扩径混合物层进行搅拌和挤密拌合层外围岩土,新形成的正向螺旋沟槽与复挤密形成的桩孔一同灌注,提钻、压灌、挤压扩径及搅拌一同至拌合层顶设计高,启动液压控制系统,完全收回挤扩凸块13-2,完成扩大径的混凝土与土的混合物拌合层及拌合层包裹的混凝土桩身段的施工,同时也完成拌合层包裹桩段下端复挤密桩底段(包括复挤密锥体桩底段和复挤密柱体桩底段)的施工。
2)桩身段中部、顶端的拌合层包裹桩段的形成原理:与桩身段底端的拌合层包裹桩段的形成原理基本相同,不同点在于形成拌合层包裹桩段的开始状况不同。由于拌合层包裹桩段形成的必要条件是:旋出的挤扩凸块13-2始终工作在桩孔内压力混凝土的界面下。桩身段的底端在基桩孔形成后未压灌混凝土前是不具备施工拌合层包裹桩段的,所以要先压灌一定量的混凝土到基桩孔底,满足桩孔内混凝土的上界面高于挤扩凸块13-2工作位置,让挤扩凸块13-2可靠地工作在压力混凝土里;桩身段中部、顶端的拌合层包裹桩段是在提钻、连续压灌混凝土过程中开始施工的,挤扩凸块13-2始终处在桩孔内的压力混凝土里,在拌合层底设计高位置,可直接通过液压控制系统驱动挤扩凸块13-2旋出,进行扩径挤土成正向螺旋沟槽,重复桩身段底端的拌合层包裹桩段的形成过程:提钻并压灌、停止提钻和压灌、复挤密钻进和搅拌并形成反向螺旋沟槽、停止钻进、再提钻和压灌并搅拌形成新的正向螺旋沟槽,完成桩身段中部、顶端的拌合层包裹桩段的施工,同时也完成拌合层包裹桩段下端复挤密桩段(包扩复挤密锥体桩段和复挤密柱体桩段)的施工。
由于提钻和下钻释放同转向的钻头,挤扩凸块13-2在拌合层里所形成的两条螺旋沟槽的旋向相反,有利于搅拌的良好效果;旋出的挤扩凸块13-2始终工作在桩孔内压力混凝土的界面下,旋转所形成的正(反)螺旋沟槽能立即被混凝土充填满,有利于保证拌合层的强度。
利用油缸总成11活塞杆伸出量控制拌合层的外径D,外径尺寸确定,有利于承载力的估算,也有利于不同岩土层的设计参数的实施,特别是利用两只油缸组合使用,操作简单、精准。
施工中,采用螺旋锥体挤土叶片5外缘为圆台形的成桩用钻头,拌合层包裹桩段下端所形成的是复挤密锥体桩段或复挤密锥体桩底段;采用螺旋锥体挤土叶片5外缘为圆柱形的成桩用钻头,拌合层包裹桩段下端所形成的是复挤密柱体桩段或复挤密柱体桩底段。
5、扩大径螺纹桩段的形成原理:基桩孔形成后,在提升钻进方向旋转的钻具并压灌混凝土过程中,保持一定的提钻速度和钻具转速,再通过液压控制系统驱动钻头内油缸总成11的活塞杆伸出,带动扩径滑块13中挤扩凸块13-2旋出并挤压进入桩孔壁岩土里,形成螺旋沟槽,连续压灌的混凝土立即将沟槽与基桩孔一同灌注,提钻、挤压沟槽、压灌一同至扩大径螺纹桩段顶设计高,启动液压控制系统,完全收回挤扩凸块13-2,完成扩大径螺纹桩段的施工。扩大径螺纹桩段中螺纹牙的高度H由油缸总成11的活塞杆伸出量控制,由两只油缸组合的油缸总成11,通过改变不同油缸的极限工作状况,更容易形成可靠的深浅不同螺纹桩段。
实施例2单导程成桩用钻头
如图6-图8所示,一种单导程成桩用钻头,包括接头1、螺旋柱体挤土叶片2、柱体芯管3、锥体芯管4、1条螺旋锥体挤土叶片5、钻尖总成6、座7、销8、油缸耳板10和扩径滑块装置。
其他结构与实施例1完全相同,不同点在于,设有一条螺旋锥体挤土叶片5,1条螺旋锥体挤土叶片5螺旋缠绕在锥体芯管4的外表面,上端与螺旋柱体挤土叶片2的下端对应相连接。锥体芯管4外表面缠绕螺旋锥体挤土叶片5后,整体外缘呈圆柱形。
如图9所示,在一个实施例中,锥体芯管4外表面缠绕一条螺旋锥体挤土叶片5后,整体外缘呈圆台形。
实施例3单导程成桩用钻头
如图10-图12所示,一种单导程成桩用钻头,包括接头1、螺旋柱体挤土叶片2、柱体芯管3、锥体芯管4、1条螺旋锥体挤土叶片5、钻尖总成6、座7、销8和扩径滑块装置。
接头1、柱体芯管3、锥体芯管4依次同轴心固定成一体,内腔可供混凝土通过,螺旋柱体挤土叶片2螺旋缠绕在接头1和柱体芯管3的外表面,1条螺旋锥体挤土叶片5螺旋缠绕在锥体芯管4的外表面,上端与螺旋柱体挤土叶片2的下端对应相连接,螺旋锥体挤土叶片5的下端设有切削齿5-1;钻尖总成6设置在锥体芯管4的下端,通过销8与固定在锥体芯管4下端部的座7的下端内档联接,并可绕销8旋转,关闭或打开混凝土通道口。作为优选,在一个实施例中,钻尖总成6绕销8向下打开时的最大角度为β,β≤45°。
扩径滑块装置包括油缸耳板10、油缸总成11、联动装置和扩径滑块13。
本实施例中,联动装置包括三角板12-3和联杆Ⅲ12-4。
扩径滑块13的上端部设置在柱体芯管3的下端,扩径滑块13的上端部一侧设有耳板13-1,另一侧设有挤扩凸块13-2,挤扩凸块13-2由内向外逐渐变小,呈梯形结构;扩径滑块13的下端部设置在座7的内档里,通过轴Ⅲ14-3将扩径滑块13下端部与座7连接,扩径滑块13可绕轴Ⅲ14-3旋转,相应位置的柱体芯管3、锥体芯管4、螺旋柱体挤土叶片2上设有供扩径滑块11旋转通过的开口,挤扩凸块13-2设置在螺旋柱体挤土叶片2的螺旋线上。
油缸总成11设置在柱体芯管3的内腔,其上端通过轴Ⅴ14-5与固定在柱体芯管3壁上的油缸耳板10铰接,三角板12-3的第一个角通过轴Ⅰ14-1与油缸总成11的活塞杆端铰接在一起,三角板12-3顺时针方向的第二个角通过轴Ⅱ14-2与固定在柱体芯管3壁上的联杆耳板15铰接,三角板12-3顺时针方向的第三个角通过轴Ⅵ14-6与联杆Ⅲ12-4的一端铰接在一起,联杆Ⅲ12-4的另一端通过轴Ⅳ14-4与扩径滑块13上的耳板13-1铰接。
在一个实施例中,作为优选,螺旋柱体挤土叶片2上设有缺口。
在一个实施例中,作为优选,螺旋锥体挤土叶片5上设有缺口。
在一个实施例中,锥体芯管4外缠绕螺旋锥体挤土叶片5后,整体外缘为圆柱形或圆台形。
实施例4带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩及成桩施工方法
一、带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的结构
带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成。
所述桩身段100包括基桩段101和/或与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102。所述基桩段101是一次挤土成基桩孔后,再提升钻具并连续泵压灌混凝土所成的桩段。所述扩大径螺纹桩段是在基桩段的桩身外表面螺旋缠绕的、与桩身一体灌注的、带有梯状螺牙103凸起的桩段。
所述桩底段是一次挤土锥体桩底段201、复挤密锥体桩底段202、一次挤土柱体桩底段203或复挤密柱体桩底段204中的一种。
桩身段中至少包括一段拌合层包裹桩段104,所述拌合层包裹桩段104设在桩身段的底端和/或中部和/或顶端;所述拌合层包裹桩段104是基桩段的桩身外围被具有一定厚度的、由桩侧土与混凝土经钻头的挤扩凸块搅拌混合的混合物形成的拌合层所包裹,并与基桩段的桩身固结成一体的桩段。
当拌合层包裹桩段104设置在桩身段的底端时,其下端的桩底段为复挤密锥体桩底段202,或复挤密柱体桩底段204。
当拌合层包裹桩段104设置在桩身段的中部或顶端时,拌合层包裹桩段104与其下端的基桩段101或扩大径螺纹桩段102之间制有复挤密锥体桩段105,或复挤密柱体桩段106。
进一步的,当桩身段(100)的中部或顶端设置拌合层包裹桩段(104),拌合层包裹桩段104与其下端的基桩段101或扩大径螺纹桩段102之间为复挤密锥体桩段(105)时,相对应的桩底段(200)为一次挤土锥体桩底段(201)或复挤密锥体桩底段(202)。
进一步的,当桩身段(100)的中部或顶端设置拌合层包裹桩段(104),拌合层包裹桩段104与其下端的基桩段101或扩大径螺纹桩段102之间为复挤密柱体桩段(106)时,相对应的桩底段(200)为一次挤土柱体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)。
设基桩段101直径为d,拌合层包裹桩段104外径为D,复挤密锥体桩底段202和复挤密锥体桩段105的最大外径皆为D1,复挤密柱体桩底段204和复挤密柱体桩段106的外径皆为D2,扩大径螺纹桩段102外径为D3,螺距为T,螺牙103外侧厚度为S1,螺牙103内侧厚度为S2,螺牙103高为H,则有:d=(400~800)mm,D=(1.2~1.8)d,D>D1>d,D>D2>d,D3>d,H≤175mm,T=(0.5~0.9)D3,S1=(45~65)mm,S2=(100~200)mm。
在一个实施例中,如图13-1所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100包括基桩段101、与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102和2段带拌合层包裹桩段104。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端,其下端的桩底段为复挤密锥体桩底段202。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的顶端,其与下端的基桩段101之间制有复挤密锥体桩段105。
在一个实施例中,如图13-2所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100由基桩段101和1段带拌合层包裹桩段104构成。拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端,其下端的桩底段为复挤密锥体桩底段202。
在一个实施例中,如图13-3所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100由与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102和1段带拌合层包裹桩段104。拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端,其下端的桩底段为复挤密锥体桩底段202。
在一个实施例中,如图13-4所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100包括基桩段101、与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102和2段带拌合层包裹桩段104。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端,其下端的桩底段为复挤密锥体桩底段202。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的中部,其与下端的基桩段101之间制有复挤密锥体桩段105。
在一个实施例中,如图13-5所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100包括基桩段101、与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102和1段带拌合层包裹桩段104。桩底段200为一次挤土锥体桩底段201。拌合层包裹桩段设置在桩身段的中部,其与下端的扩大径螺纹桩段102之间制有复挤密锥体桩段105。
在一个实施例中,如图13-6所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100包括基桩段101、与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102和2段带拌合层包裹桩段104。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端,其下端的桩底段为复挤密柱体桩底段204。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的中部,其与下端的基桩段101之间制有复挤密柱体桩段106。
在一个实施例中,如图13-7所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100包括基桩段101、与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段102和2段带拌合层包裹桩段104。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的底端,其下端的桩底段为复挤密柱体桩底段204。一段拌合层包裹桩段设置在桩身段的顶端,其与下端的基桩段101之间制有复挤密柱体桩段106。
在一个实施例中,如图13-8所示,带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段100和桩底段200构成,所述桩身段100包括基桩段101和2段带拌合层包裹桩段104。桩底段200为一次挤土柱体桩底段203。两段拌合层包裹桩段均设置在桩身段的中部,拌合层包裹桩段104与其下端的基桩段101之间制有复挤密柱体桩段106。
二、带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的成桩施工方法
如图14的a-h所示,方法如下:
1、采用螺旋挤土桩机及实施例1或实施例2或实施例3的成桩用钻头及配套设备,钻头的扩径滑块装置13中的挤扩凸块13-2处于完全收回状态,桩机对准桩位;
2、启动桩机,动力头通过挤土钻杆带动钻头钻进旋转,先慢慢下钻,待孔位确定无误后再正常钻进,成孔钻头作旋转挤土钻进,直至设计孔深,原地继续旋转1~3分钟,充分挤压基桩孔底及孔壁岩土;
3、提升钻具(钻头和钻杆的总成)同时泵压灌混凝土的过程中,实现各桩段:
1)基桩段(101)及一次挤密锥体桩底段(201)或一次挤土柱体桩底段(203)
先向位于基桩孔底的钻头泵压灌混凝土至钻头内腔底,再提升钻进方向旋转的钻具,保持提钻速度与泵压灌量匹配度,提钻并压灌基桩孔底段和桩身段的基桩孔段,完成一次挤土锥体桩底段(201)或一次挤土柱体桩底段(203)、和桩身段中的基桩段(101)的灌注施工;此过程,钻头的扩径滑块装置中的挤扩凸块(13-2)处于完全收回状态;
2)扩大径螺纹桩段
在提钻灌注基桩孔时,通过液压控制系统,驱动钻头内油缸总成(11)的活塞杆伸出,通过联动装置推动扩径滑块装置中的挤扩凸块(13-2)旋出量满足扩大径螺纹桩段螺牙高度H设计值,并使钻具钻进方向旋转一转,向上提升一个规定的螺距,同时与泵压灌匹配,挤扩凸块(13-2)在基桩孔壁岩土内挤压出来的螺旋沟槽与基桩孔一同灌注混凝土,提升并灌注至扩大径螺纹桩段顶设计高度,完成扩大径螺纹桩段的灌注施工;
3)桩身段底端的拌合层包裹桩段(104)及复挤密锥体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)
基桩孔形成后,先启动混凝土输送泵压灌混凝土,保持钻具内腔存有2m高以上的混凝土,再提升钻进方向旋转钻具300mm左右高,压力混凝土打开钻头下端的混凝土通道口,压灌入基桩孔底并向上流动包裹钻头的下部,直至桩孔内混凝土的上界面高于挤扩凸块(13-2)的位置,然后通过液压控制系统驱动钻头内油缸总成(11)的活塞杆伸出,推动扩径滑块(13)中的挤扩凸块(13-2)挤压进入基桩孔壁岩土里,其深度满足设计值,提升钻进方向旋转钻头并压灌,保持挤扩凸块(13-2)不断地在桩孔壁岩土里形成螺距为(180~300)mm的正向螺旋沟槽,沟槽立即与基桩孔一同充填满混凝土,提钻并压灌至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再向下释放继续旋转的钻具,保持下钻速度低于提钻速度,钻头的下部开始作挤压基桩孔内混凝土的复挤密钻进,钻尖总成(6)在其下面压力混凝土的作用下关闭混凝土通道口,锥体芯管(4)和螺旋锥体挤土叶片(5)径向下施力给混凝土,受挤压的混凝土传力给相接触的基桩孔壁岩土,挤扩大岩土孔径,受挤压的混凝土大部分存留在被挤扩大的岩土孔腔里,同时挤扩凸块(13-2)对已形成的正向螺旋沟槽内的混凝土和沟槽间的土及拌合层高度内复挤密后扩径岩土腔内存留的混凝土进行挤压搅拌,同时挤扩凸块(13-2)在搅拌的扩径混合物层里又形成新的反向螺旋沟槽,复挤密钻进受挤压的部分混凝土立即充填满反向螺旋沟槽,复挤密钻进和挤压搅拌直至拌合层底设计深,拌合层底的桩底段(200)周围岩土内腔通过受压的混凝土得到扩大,停止下钻;然后再次提升继续旋转的钻头并压灌混凝土,保持提钻速度略大于第一次提钻速度,拌合层下端处灌注的混凝土与该处存留在挤扩大的岩土孔腔里的混凝土融为一体,形成复挤密后的扩大径混凝土桩底段〔即复挤密锥体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)〕,同时,挤扩凸块(13-2)在搅拌的扩径混合物层里再次形成新的正向螺旋沟槽,并再次对扩径混合物层进行挤压搅拌,新形成的沟槽与复挤密形成的桩孔一同灌注,提钻、压灌、挤压扩径及搅拌一同至拌合层顶设计高,启动液压控制系统,完全收回挤扩凸块(13-2),完成扩大径的混凝土与土的混合物拌合层及拌合层包裹的混凝土桩身段的施工,同时也完成拌合层包裹桩段下端复挤密锥体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)的施工;
4)桩身段中部或顶端的拌合层包裹桩段(104)及其下端复挤密锥体桩段(105)或复挤密柱体桩段(106)
施工过程与桩身段底端的拌合层包裹桩段的施工基本相同,提升钻进方向旋转的钻具并压灌混凝土至桩身段中部或顶端拌合层底设计高,直接启动液压控制系统,驱动挤扩凸块(13-2)旋出挤压进入基桩孔壁岩土里,保持提钻、压灌过程中,形成螺距为(180~300)mm的正向螺旋沟槽,并与基桩孔一同充填满混凝土,直至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再向释放钻具,作慢于提钻速度的挤压桩孔内混凝土的复挤密钻进,并对拌合层内的混凝土与土进行挤压搅拌,同时形成反向的螺旋沟槽,桩孔内复挤密钻进受压的混凝土立即将反向螺旋沟槽充填满,复挤密钻进直至拌合层底设计高,钻头的下部完成对拌合层底下端复挤密桩段处周围岩土的挤密扩大;再次提钻、压灌、挤压搅拌,并形成新的正向螺旋沟槽,压力混凝土立即将复挤密形成的桩孔及新形成的正向螺旋沟槽充填满,直至拌合层顶设计高,启动液压系统,完全收回挤扩凸块(13-2),完成桩身段中部或顶端的拌合层包裹桩段及其下端复挤密锥体桩段(105)或复挤密柱体桩段(106)的施工。
根据工程和设计要求不同,成孔施工使用的钻头不同,所形成的桩底段(200)和拌合层包裹桩段下端的复挤密桩段分为两种:使用钻头下部的螺旋锥体挤土叶片5外缘呈圆台形的,施工所成的基桩底孔为一次挤土锥体桩底孔,提钻并灌注所成的桩底段为一次挤土锥体桩底段(201),相对应的拌合层包裹桩段(104)下端为复挤密锥体桩段(105),或复挤密锥体桩底段(202);使用钻头下部的螺旋锥体挤土叶片5外缘呈圆柱形的,施工所成的基桩底孔为一次挤土柱体桩底孔,提钻并灌注所成的桩底段为一次挤土柱体桩底段(203),相对应的拌合层包裹桩段下端为复挤密柱体桩段(106),或复挤密柱体桩底段(204)。
这种混凝土灌注桩的灌注采取从桩底端开始逐段向上施工灌注的方式,满足设计的灌注各桩段的构造要求。基桩孔形成后,提钻、灌注及复挤密钻进的过程中始终保持钻头在桩孔内混凝土的有效埋深里,钻具内腔保持存有一定量的混凝土,从而保证成桩质量。
4将预制好的钢筋笼或预制件置入已灌注好的桩孔内,成桩。
Claims (13)
1.带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,由桩身段(100)和桩底段(200)构成,所述桩身段(100)包括基桩段(101)和/或与基桩段一体结构的扩大径螺纹桩段(102),所述基桩段(101)是一次挤土成基桩孔后,再提升钻具并连续泵压灌混凝土所成的桩段,所述扩大径螺纹桩段(102)是在基桩段的桩身外表面螺旋缠绕的、与桩身一体灌注的、带有梯状螺牙(103)凸起的桩段;所述桩底段(200)是一次挤土锥体桩底段(201)、复挤密锥体桩底段(202)、一次挤土柱体桩底段(203)或复挤密柱体桩底段(204)中的一种;其特征在于,桩身段(100)中至少包括一段拌合层包裹桩段(104),所述拌合层包裹桩段(104)设在桩身段的底端和/或中部和/或顶端;所述拌合层包裹桩段(104)是基桩段的桩身外围被具有一定厚度的、由桩侧土与混凝土经钻头的挤扩凸块搅拌混合的混合物形成的拌合层所包裹,并与基桩段的桩身固结成一体的桩段。
2.根据权利要求1所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,其特征在于,拌合层包裹桩段(104)设置在桩身段(100)的底端时,其下端的桩底段(200)为复挤密锥体桩底段(202),或复挤密柱体桩底段(204)。
3.根据权利要求1所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,其特征在于,拌合层包裹桩段(104)设置在桩身段(100)的中部或顶端时,拌合层包裹桩段(104)与其下端基桩段(101)或扩大径螺纹桩段(102)之间制有复挤密锥体桩段(105),或复挤密柱体桩段(106)。
4.根据权利要求3所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,其特征在于,桩身段(100)的中部或顶端设置拌合层包裹桩段(104),拌合层包裹桩段(104)与其下端基桩段(101)或扩大径螺纹桩段(102)之间为复挤密锥体桩段(105)时,相对应的桩底段(200)为一次挤土锥体桩底段(201)或复挤密锥体桩底段(202)。
5.根据权利要求3所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,其特征在于,桩身段(100)的中部或顶端设置拌合层包裹桩段(104),拌合层包裹桩段(104)与其下端基桩段(101)或扩大径螺纹桩段(102)之间为复挤密柱体桩段(106)时,相对应的桩底段(200)为一次挤土柱体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩,其特征在于,设基桩段(101)直径为d,拌合层包裹桩段(104)外径为D,复挤密锥体桩底段(202)和复挤密锥体桩段(105)的最大外径皆为D1,复挤密柱体桩底段(204)和复挤密柱体桩段(106)的外径皆为D2,扩大径螺纹桩段(102)外径为D3,螺距为T,螺牙(103)外侧厚度为S1,螺牙(103)内侧厚度为S2,螺牙(103)高为H,则有:d=(400~800)mm,D=(1.2~1.8)d,D>D1>d,D>D2>d,D3>d,H≤175mm,T=(0.5~0.9)D3,S1=(45~65)mm,S2=(100~200)mm。
7.用于权利要求1-6任意一项所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的成桩用钻头,包括接头(1)、螺旋柱体挤土叶片(2)、柱体芯管(3)、锥体芯管(4)、螺旋锥体挤土叶片(5)、钻尖总成(6)、座(7)和销(8),接头(1)、柱体芯管(3)、锥体芯管(4)依次同轴心固定成一体,内腔可供混凝土通过,螺旋柱体挤土叶片(2)螺旋缠绕在接头(1)和柱体芯管(3)的外表面,螺旋锥体挤土叶片(5)螺旋缠绕在锥体芯管(4)的外表面,螺旋锥体挤土叶片(5)上端与螺旋柱体挤土叶片(2)的下端对应相连接,下端设有切削齿(5-1);钻尖总成(6)设置在锥体芯管(4)的下端,通过销(8)与固定在锥体芯管(4)下端部的座(7)的内档联接,并绕销(8)旋转,关闭或打开混凝土通道口,其特征在于,设有扩径滑块装置,所述扩径滑块装置包括油缸耳板(10)、油缸总成(11)、联动装置和扩径滑块(13);扩径滑块(13)的上端部设置在柱体芯管(3)的下端,扩径滑块(13)的上端部一侧设有耳板(13-1),另一侧设有挤扩凸块(13-2),挤扩凸块(13-2)由内向外逐渐变小,呈梯形结构;扩径滑块(13)的下端部设置在座(7)的内档里,通过轴Ⅲ(14-3)将扩径滑块(13)与座(7)连接,扩径滑块(13)绕轴Ⅲ(14-3)旋转,对应位置的柱体芯管(3)、锥体芯管(4)、螺旋柱体挤土叶片(2)及螺旋锥体挤土叶片(5)上设有供扩径滑块(13)旋转通过的开口,挤扩凸块(13-2)设置在螺旋柱体挤土叶片(2)的螺旋线上;油缸总成(11)设置在柱体芯管(3)的内腔,其上端通过轴Ⅴ(14-5)与固定在柱体芯管(3)壁上的油缸耳板(10)铰接,油缸总成(11)的活塞杆端通过轴Ⅰ(14-1)与联动装置的一端连接,联动装置的另一端通过轴Ⅳ(14-4)与扩径滑块(13)上的耳板(13-1)铰接。
8.根据权利要求7所述的成桩用钻头,其特征在于,所述联动装置包括联杆Ⅰ(12-1)和联杆Ⅱ(12-2),通过轴Ⅰ(14-1)将联杆Ⅰ(12-1)的一端和联杆Ⅱ(12-2)的一端与油缸总成(11)的活塞杆端铰接在一起,联杆Ⅰ(12-1)的另一端通过轴Ⅱ(14-2)与固定在柱体芯管(3)壁上的联杆耳板(15)铰接,联杆Ⅱ(12-2)的另一端通过轴Ⅳ(14-4)与扩径滑块(13)上的耳板(13-1)铰接。
9.根据权利要求7所述的成桩用钻头,其特征在于,所述联动装置包括三角板(12-3)和联杆Ⅲ(12-4),三角板(12-3)的第一个角通过轴Ⅰ(14-1)与油缸总成(11)的活塞杆端铰接在一起,三角板(12-3)顺时针方向的第二个角通过轴Ⅱ(14-2)与固定在柱体芯管(3)壁上的联杆耳板(15)铰接,三角板(12-3)顺时针方向的第三个角通过轴Ⅵ(14-6)与联杆Ⅲ(12-4)的一端铰接在一起,联杆Ⅲ(12-4)的另一端通过轴Ⅳ(14-4)与扩径滑块(13)上的耳板(13-1)铰接。
10.根据权利要求7所述的成桩用钻头,其特征在于,钻尖总成(6)绕销(8)向下打开时的最大角度为β,β≤45°。
11.根据权利要求7所述的成桩用钻头,其特征在于,螺旋锥体挤土叶片(5)螺旋缠绕锥体芯管(4)后,整体外缘呈圆台形的,螺旋锥体挤土叶片(5)设置为1条或2条,设置为2条时,螺旋锥体挤土叶片(5)螺旋缠绕长度相同,或从底端开始缠绕且螺旋缠绕长度不同。
12.根据权利要求7所述的成桩用钻头,其特征在于,螺旋锥体挤土叶片(5)螺旋缠绕锥体芯管(4)后,整体外缘呈圆柱形的,螺旋锥体挤土叶片(5)设置为1条或2条,设置为2条时,螺旋锥体挤土叶片(5)从底端开始缠绕且螺旋缠绕长度不同。
13.权利要求1-6任意一项所述的带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的成桩施工方法,其特征在于,采用权利要求7-12任意一项所述的成桩用钻头,包括如下步骤:
1)采用螺旋挤土桩机及权利要求7-12任意一项所述的成桩用钻头及配套设备,成桩用钻头中扩径滑块装置中的挤扩凸块(13-2)处于完全收回状态,桩机对准桩位;
2)启动桩机,动力头通过挤土钻杆带动钻头钻进旋转,先慢慢下钻,待孔位确定无误后再正常钻进,成孔钻头作旋转挤土钻进,直至设计孔深,原地继续旋转1~3分钟,充分挤压基桩孔底及孔壁岩土;
3)提升钻具,同时泵压灌混凝土的过程中,实现各桩段:
3.1)基桩段(101)及一次挤土锥体桩底段(201)或一次挤土柱体桩底段(203)
先向位于基桩孔底的钻头泵压灌混凝土至钻头内腔底,再提升钻进方向旋转的钻具,保持提钻速度与泵压灌量匹配度,提钻并压灌基桩孔底段和桩身段的基桩孔段,完成一次挤土锥体桩底段(201)或一次挤土柱体桩底段(203)、和桩身段中的基桩段(101)的灌注施工;此过程,钻头的扩径滑块装置中的挤扩凸块(13-2)处于完全收回状态;
3.2)扩大径螺纹桩段
在提钻灌注基桩孔时,通过液压控制系统,驱动钻头内油缸总成(11)的活塞杆伸出,通过联动装置推动扩径滑块装置中的挤扩凸块(13-2)旋出量满足扩大径螺纹桩段螺牙高度H设计值,并使钻具钻进方向旋转一转,向上提升一个规定的螺距,同时与泵压灌匹配,挤扩凸块(13-2)在基桩孔壁岩土内挤压出来的螺旋沟槽与基桩孔一同灌注混凝土,提升并灌注至扩大径螺纹桩段顶设计高度,完成扩大径螺纹桩段的灌注施工;3.3)桩身段底端的拌合层包裹桩段(104)及复挤密锥体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)
基桩孔形成后,先启动混凝土输送泵压灌混凝土,保持钻具内腔存有2m高以上的混凝土,再提升钻进方向旋转钻具300mm左右高,压力混凝土打开钻头下端的混凝土通道口,压灌入基桩孔底并向上流动包裹钻头的下部,直至桩孔内混凝土的上界面高于挤扩凸块(13-2)的位置,然后通过液压控制系统驱动钻头内油缸总成(11)的活塞杆伸出,推动扩径滑块(13)中的挤扩凸块(13-2)挤压进入基桩孔壁岩土里,其深度满足设计值,提升钻进方向旋转钻头并压灌,保持挤扩凸块(13-2)不断地在桩孔壁岩土里形成螺距为(180~300)mm的正向螺旋沟槽,沟槽立即与基桩孔一同充填满混凝土,提钻并压灌至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再向下释放继续旋转的钻具,保持下钻速度低于提钻速度,钻头的下部开始作挤压基桩孔内混凝土的复挤密钻进,钻尖总成(6)在其下面压力混凝土的作用下关闭混凝土通道口,锥体芯管(4)和螺旋锥体挤土叶片(5)径向下施力给混凝土,受挤压的混凝土传力给相接触的基桩孔壁岩土,挤扩大岩土孔径,受挤压的混凝土大部分存留在被挤扩大的岩土孔腔里,同时挤扩凸块(13-2)对已形成的正向螺旋沟槽内的混凝土和沟槽间的土及拌合层高度内复挤密后扩径岩土腔内存留的混凝土进行挤压搅拌,同时挤扩凸块(13-2)在搅拌的扩径混合物层里又形成新的反向螺旋沟槽,复挤密钻进受挤压的部分混凝土立即充填满反向螺旋沟槽,复挤密钻进和挤压搅拌直至拌合层底设计深,拌合层底的桩底段(200)周围岩土内腔通过受压的混凝土得到扩大,停止下钻;然后再次提升继续旋转的钻头并压灌混凝土,保持提钻速度略大于第一次提钻速度,拌合层下端处灌注的混凝土与该处存留在挤扩大的岩土孔腔里的混凝土融为一体,形成复挤密锥体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204),同时,挤扩凸块(13-2)在搅拌的扩径混合物层里再次形成新的正向螺旋沟槽,并再次对扩径混合物层进行挤压搅拌,新形成的沟槽与复挤密形成的桩孔一同灌注,提钻、压灌、挤压扩径及搅拌一同至拌合层顶设计高,启动液压控制系统,完全收回挤扩凸块(13-2),完成扩大径的混凝土与土的混合物拌合层及拌合层包裹的混凝土桩身段的施工,同时也完成拌合层包裹桩段下端复挤密锥体桩底段(202)或复挤密柱体桩底段(204)的施工;
3.4)桩身段中部或顶端的拌合层包裹桩段(104)及其下端复挤密锥体桩段(105)或复挤密柱体桩段(106)
施工过程与桩身段底端的拌合层包裹桩段的施工基本相同,提升钻进方向旋转的钻具并压灌混凝土至桩身段中部或顶端拌合层底设计高,直接启动液压控制系统,驱动挤扩凸块(13-2)旋出挤压进入基桩孔壁岩土里,保持提钻、压灌过程中,形成螺距为(180~300)mm的正向螺旋沟槽,并与基桩孔一同充填满混凝土,直至拌合层顶设计高,停止提钻和压灌;再向释放钻具,作慢于提钻速度的挤压桩孔内混凝土的复挤密钻进,并对拌合层内的混凝土与土进行挤压搅拌,同时形成反向的螺旋沟槽,桩孔内复挤密钻进受压的混凝土立即将反向螺旋沟槽充填满,复挤密钻进直至拌合层底设计高,钻头的下部完成对拌合层底下端复挤密桩段处周围岩土的挤密扩大;再次提钻、压灌、挤压搅拌,并形成新的正向螺旋沟槽,压力混凝土立即将复挤密形成的桩孔及新形成的正向螺旋沟槽充填满,直至拌合层顶设计高,启动液压系统,完全收回挤扩凸块(13-2),完成桩身段中部或顶端的拌合层包裹桩段及其下端复挤密锥体桩段(105)或复挤密柱体桩段(106)的施工。
带拌合层包裹桩段的混凝土灌注桩的灌注采取从桩底端开始逐段向上施工灌注的方式,满足设计的灌注各桩段的构造要求。基桩孔形成后,提钻、灌注及复挤密钻进的过程中始终保持钻头在桩孔内混凝土的有效埋深里,钻具内腔保持存有一定量的混凝土,从而保证成桩质量。
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Cited By (2)
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CN114541372A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-05-27 | 刘帅 | 一种螺纹桩挤土成孔和成桩方法 |
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