CN113373909B - 一种自动适应土层的灌桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动适应土层的灌桩方法，属于土木工程技术领域。本灌桩方法包括如下步骤：A、打孔，在桩杆进给的过程中，同步向桩孔孔壁进行水洗，使孔壁易流动泥沙被剥离；冲水的压力总体上遵循如下规则：越靠近桩孔底部，冲水压力越大；B、抽水，在打孔完成后将桩孔内存留的泥水混合物抽离；C、下钢筋笼；D、灌入混凝土，待混凝土固化即完成灌注桩的施工。本发明具有工期短、效率高等优点。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种自动适应土层的灌桩方法。
背景技术
灌注桩施工的基本步骤为：打孔、清孔、下钢筋笼、灌注混凝土，其中，清孔的目的是为了清洗孔壁、孔底存留的易流动泥土和沙土，避免在灌注凝土后形成的构件中产生沙土的夹层，从而影响桩体的强度。现有的一般做法为：在打孔完成后，反复向孔内冲入清水，对孔底部和孔壁进行清洗，使易流动泥沙混入水中，形成污水，然后抽出污水，反复炒作多次以清理桩孔内至孔壁和孔底只留下较为坚硬的岩土，这种做法不仅延长了工期，而且在桩孔穿越复杂的多层地质结构时施工难度较大，部分情况下需要沉管护孔。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种自动适应土层的灌桩方法，本发明所要解决的技术问题是如何提高灌注桩的强度、缩短施工周期。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，本灌桩方法包括如下步骤：A、打孔，在桩杆进给的过程中，同步向桩孔孔壁进行水洗，使孔壁易流动泥沙被剥离；冲水的压力总体上遵循如下规则：越靠近桩孔底部，冲水压力越大；B、抽水，在打孔完成后将桩孔内存留的泥水混合物抽离；C、下钢筋笼；D、灌入混凝土，待混凝土固化即完成灌注桩的施工。
进一步的，通过一免清孔的灌桩打孔装置进行打孔，所述灌桩打孔装置包括桩杆和钻头，所述桩杆内具有一贯通桩杆上下两端的进水通道，所述钻头内具有一受压腔，所述桩杆的下端与钻头的上端之间通过花键连接；所述桩杆和钻头上的花键的键槽均与桩杆的轴线之间成3°至10°的倾角，使钻头相对桩杆下移后能够在能够形成连通受压腔与外界之间的喷水通道，所述桩杆与钻头之间具有与喷水通道相通的喷水口。
进一步的，所述喷水口的出水方向与桩杆的轴线之间呈80°至100°之间的倾角。
进一步的，所述桩杆的下端与钻头之间连接有位于受压腔内的拉紧弹簧。
进一步的，所述桩杆的外壁具有退土螺旋片。
进一步的，所述钻头外具有若干刀头。
进一步的，所述进水通道的上端连接一软管，所述软管连接一增压水泵，所述进水通道内的水压可通过增压水泵进行调节。
进一步的，作为步骤A的细化，在桩杆到达指定深度后，使桩杆在维持喷水的前提下拔出桩杆，对桩孔孔壁进行二次清洗，然后再次将桩杆下沉至桩孔底部，在下沉桩杆的过程中可继续保持喷水；二次喷水和下沉桩杆时的喷水压力应较打孔时小。
进一步的，作为步骤B的细化，待钻头下沉至桩孔底部后，解除对桩杆的下压力，使桩杆高速旋转，停止喷水，利用退土螺旋片将桩孔内的泥水混合物排出。
进一步的，所述刀头位于受压腔外侧。
本方案的主要目的是通过打孔过程中的即进行高压水洗孔壁的方式，替代传统打孔之后进行的洗孔步骤，这种方式具有如下优点：
暂且将钻头打出的桩孔为基础桩孔，基础桩孔是通过钻头和钻杆螺旋、在施加下压力的情况下完成的，由于桩杆下行过程中持续的对孔壁进行高压水洗，使孔壁易流动泥土和沙土被剥离，而不能被剥离的石块、坚硬土体则被保留，从而使桩孔孔壁不存在“软土”，在灌入混凝土后，混凝土能够进入被水洗后的孔壁凹陷处，进入孔壁凹陷处的混凝土和没有被水洗剥离的“硬质岩土”一起，形成基础桩孔外围的硬质护孔外层，能够自动适应土层结构，清除不利于桩体强度的易流动泥土，对桩体的强度、尤其是抗剪切强度有极大的提升。
被水洗形成的、位于基础桩孔外围的孔壁凹陷部位，形成了基础桩孔的“扩径结构”，在控制喷水压力的情况下，可以形成直径由上至下逐渐增大的桩孔，进而形成直径由上至下逐渐增大的灌注桩结构，这对桩体的强度有极大的加强，在同等抗剪强度下，通过本方法制作的灌注桩的长度可适当缩短，提高了效率、缩短了施工周期。
由于本身就免除了繁琐的清孔步骤，使施工周期缩短，而且，本方法还可以利用打桩装置进行“抽水”，减少了灌桩施工设备的种类，提高了整体效益。
控制进入进水通道内的水压，可使钻头在受到较大水压后相对桩杆下移，水压冲击钻头不仅可以适时的供水，而且能够根据土体情况主动调节水压，具体如下：当钻头下方的土体硬度较大以至于钻头下行受阻时，受压腔在受到同等水压作用时与桩杆中间的拉伸距离较小，喷水通道的流通截面较小，此时的喷水压力较大，水流量较小，而在钻头下行受阻时，说明孔壁岩土较硬，需要更大水压才可能会剥离易流通的石块或沙砾，反之，当钻头下行顺畅时，钻头与桩杆中间的压力较小，在水压作用下，喷水通道的流通截面较大，喷水压力较小，喷水量较大，这是因为该区域的孔壁岩土相对松软，如果水压太大的话会使孔壁“扩径”过度。
同时，对钻头施加的水压还能够增大钻头下行的压力和冲击频率，也能过对钻头进行有效缓冲，更能够通过受压腔对钻头进行冷却。
附图说明
图1是本灌桩打孔装置在未喷水时的结构示意图。
图2是本灌桩打孔装置在喷水状态下的结构示意图。
图3是图1中局部A的放大图。
图4是图2中局部B的放大图。
图5是通过灌桩打孔装置形成的桩孔的结构示意图。
图中，1、桩杆；2、钻头；3、进水通道；4、受压腔；5、喷水通道；6、喷水口；7、拉紧弹簧；8、退土螺旋片；9、刀头。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本灌桩方法包括如下步骤：A、打孔，在桩杆1进给的过程中，同步向桩孔孔壁进行水洗，使孔壁易流动泥沙被剥离；冲水的压力总体上遵循如下规则：越靠近桩孔底部，冲水压力越大；B、抽水，在打孔完成后将桩孔内存留的泥水混合物抽离；C、下钢筋笼；D、灌入混凝土，待混凝土固化即完成灌注桩的施工。
以上施工方法可通过一免清孔的灌桩打孔装置进行打孔，如图1、图2、图3和图4所示，灌桩打孔装置包括桩杆1和钻头2，桩杆1内具有一贯通桩杆1上下两端的进水通道3，钻头2内具有一受压腔4，桩杆1的下端与钻头2的上端之间通过花键连接；桩杆1和钻头2上的花键的键槽均与桩杆1的轴线之间成3°至10°的倾角，使钻头2相对桩杆1下移后能够在能够形成连通受压腔4与外界之间的喷水通道5，桩杆1与钻头2之间具有与喷水通道5相通的喷水口6。
喷水口6的出水方向与桩杆1的轴线之间呈80°至100°之间的倾角。
桩杆1的下端与钻头2之间连接有位于受压腔4内的拉紧弹簧7。
桩杆1的外壁具有退土螺旋片8。
钻头2外具有若干刀头9。
进水通道3的上端连接一软管，软管连接一增压水泵，进水通道3内的水压可通过增压水泵进行调节。
作为步骤A的细化，在桩杆1到达指定深度后，使桩杆1在维持喷水的前提下拔出桩杆1，对桩孔孔壁进行二次清洗，然后再次将桩杆1下沉至桩孔底部，在下沉桩杆1的过程中可继续保持喷水，二次喷水和下沉桩杆时的喷水压力应较打孔时小。
作为步骤B的细化，待钻头2下沉至桩孔底部后，解除对桩杆1的下压力，使桩杆1高速旋转，停止喷水，利用退土螺旋片8将桩孔内的泥水混合物排出。
如果泥水较稀，需要通过在桩杆外套设护管的方式将桩孔内的水排出，也就是在桩杆外逃一护管，将护管的上端固定在地面上，通过桩杆的旋转将泥水混合物抽出，相比传统的抽水装置，这种抽水方式可将沙砾、小石块等岩土排出。
打孔时，喷水的时机可根据实际情况而定，并不是刚开始打孔即需要喷水，喷水压力和岩土取样研究后设定，对于松软土质的打孔和穿越地下水层的打孔不能直接使用本方法。
刀头9位于受压腔4外侧。确保全部刀头9均可受到较好的水冷。
本方案的主要目的是通过打孔过程中的即进行高压水洗孔壁的方式，替代传统打孔之后进行的洗孔步骤，这种方式具有如下优点：
暂且将钻头2打出的桩孔为基础桩孔，基础桩孔是通过钻头2和钻杆螺旋、在施加下压力的情况下完成的，由于桩杆1下行过程中持续的对孔壁进行高压水洗，使孔壁易流动泥土和沙土被剥离，而不能被剥离的石块、坚硬土体则被保留，从而使桩孔孔壁不存在“软土”，如图5所示，在灌入混凝土后，混凝土能够进入被水洗后的孔壁凹陷处，进入孔壁凹陷处的混凝土和没有被水洗剥离的“硬质岩土”一起，形成基础桩孔外围的硬质护孔外层，能够自动适应土层结构，清除不利于桩体强度的易流动泥土，对桩体的强度、尤其是抗剪切强度有极大的提升。
被水洗形成的、位于基础桩孔外围的孔壁凹陷部位，形成了基础桩孔的“扩径结构”，在控制喷水压力的情况下，可以形成直径由上至下逐渐增大的桩孔，进而形成直径由上至下逐渐增大的灌注桩结构，这对桩体的强度有极大的加强，在同等抗剪强度下，通过本方法制作的灌注桩的长度可适当缩短，提高了效率、缩短了施工周期。
由于本身就免除了繁琐的清孔步骤，使施工周期缩短，而且，本方法还可以利用打桩装置进行“抽水”，减少了灌桩施工设备的种类，提高了整体效益。
控制进入进水通道3内的水压，可使钻头2在受到较大水压后相对桩杆1下移，水压冲击钻头2不仅可以适时的供水，而且能够根据土体情况主动调节水压，具体如下：当钻头2下方的土体硬度较大以至于钻头2下行受阻时，受压腔4在受到同等水压作用时与桩杆1中间的拉伸距离较小，喷水通道5的流通截面较小，此时的喷水压力较大，水流量较小，而在钻头2下行受阻时，说明孔壁岩土较硬，需要更大水压才可能会剥离易流通的石块或沙砾，反之，当钻头2下行顺畅时，钻头2与桩杆1中间的压力较小，在水压作用下，喷水通道5的流通截面较大，喷水压力较小，喷水量较大，这是因为该区域的孔壁岩土相对松软，如果水压太大的话会使孔壁“扩径”过度。
同时，对钻头2施加的水压还能够增大钻头2下行的压力和冲击频率，也能过对钻头2进行有效缓冲，更能够通过受压腔4对钻头2进行冷却。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，本灌桩方法包括如下步骤：A、打孔，在桩杆(1)进给的过程中，同步向桩孔孔壁进行水洗，使孔壁易流动泥沙被剥离；冲水的压力总体上遵循如下规则：越靠近桩孔底部，冲水压力越大；B、抽水，在打孔完成后将桩孔内存留的泥水混合物抽离；C、下钢筋笼；D、灌入混凝土，待混凝土固化即完成灌注桩的施工；
通过一免清孔的灌桩打孔装置进行打孔，所述灌桩打孔装置包括桩杆(1)和钻头(2)，所述桩杆(1)内具有一贯通桩杆(1)上下两端的进水通道(3)，所述钻头(2)内具有一受压腔(4)，所述桩杆(1)的下端与钻头(2)的上端之间通过花键连接；所述桩杆(1)和钻头(2)上的花键的键槽均与桩杆(1)的轴线之间成3°至10°的倾角，使钻头(2)相对桩杆(1)下移后能够在能够形成连通受压腔(4)与外界之间的喷水通道(5)，所述桩杆(1)与钻头(2)之间具有与喷水通道(5)相通的喷水口(6)。
2.根据权利要求1所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，所述喷水口(6)的出水方向与桩杆(1)的轴线之间呈80°至100°之间的倾角。
3.根据权利要求1所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，所述桩杆(1)的下端与钻头(2)之间连接有位于受压腔(4)内的拉紧弹簧(7)。
4.根据权利要求1所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，所述桩杆(1)的外壁具有退土螺旋片(8)。
5.根据权利要求1所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，所述钻头(2)外具有若干刀头(9)。
6.根据权利要求1所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，所述进水通道(3)的上端连接一软管，所述软管连接一增压水泵，所述进水通道(3)内的水压可通过增压水泵进行调节。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，作为步骤A的细化，在桩杆(1)到达指定深度后，使桩杆(1)在维持喷水的前提下拔出桩杆(1)，对桩孔孔壁进行二次清洗，然后再次将桩杆(1)下沉至桩孔底部，在下沉桩杆(1)的过程中可继续保持喷水，二次喷水和下沉桩杆时的喷水压力应较打孔时小。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，作为步骤B的细化，待钻头(2)下沉至桩孔底部后，解除对桩杆(1)的下压力，使桩杆(1)高速旋转，停止喷水，利用退土螺旋片(8)将桩孔内的泥水混合物排出。
9.根据权利要求5所述一种自动适应土层的灌桩方法，其特征在于，所述刀头(9)位于受压腔(4)外侧。
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