CN114134887B - 一种预制复合桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种预制复合桩的施工方法，包括如下步骤：首先，预先设计自钻钢螺纹桩头和若干预制桩；然后使用改进的动力设备按照设定的角度使自钻钢螺纹桩头带着预制桩边旋进边注浆进入土体，并最终由钢制螺旋叶片形成桩端的刚性扩大头。本发明由自钻钢螺纹桩头的钢制螺旋叶片作为预制桩的刚性扩大头使用，而非使用注浆料形成扩大头，真正增强了预制桩端部的承载力，且承载力稳定并计算简单准确，同时，自钻钢螺纹桩头使用润滑注浆浆料，边喷浆边旋进，减少了旋进的阻力，这样可以大幅度增加预制桩进入土体的深度以及增大预制桩直径；此外，通过对现有钻机的改进，使得预制复合桩可以0‑45°的角度插入土体内，增大了本预制复合桩的使用范围。

Description

一种预制复合桩的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其是涉及一种预制复合桩的施工方法。

背景技术

灌注桩是一种就位成孔，灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩。常用的有钻孔灌注桩，其是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，为了增加端部的承载力，通常会通过液压扩头将孔径扩大，然后放入钢筋笼，再灌注混凝土；其工艺复杂，造价高，施工效率低，其端部的扩大头的强度低且无法保证扩大头的尺寸，使得无法准备计算桩的承载力。

而预制桩的施工工艺简单，预先由工厂生产，质量可控，相较于灌注桩造价更低，但由于无法形成有效的刚性扩大头，使得预制桩在持力层位置提供的承载力有限，无法充分发挥预制桩桩身强度高的优点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种预制复合桩的施工方法。

本发明的主要内容包括：

一种预制复合桩的施工方法，包括如下步骤：

S1.根据设计承载力要求，设计并制造预制复合桩，所述预制复合桩包括自钻钢螺纹桩头以及若干预制桩，其中，所述自钻钢螺纹桩头包括钻头以及自钻桩体，所述自钻桩体外设置有若干钢制螺旋叶片和若干注浆口；若干所述预制桩的长度相同或者不同，且所述钢制螺旋叶片的外径大于所述预制桩的外径；

S2.根据测定的土质情况，对若干预制桩进行排序，将第一节预制桩与所述自钻钢螺纹桩头组装后安装与动力设备；所述动力设备包括旋拧机构和注浆机构；

S3.所述旋拧机构根据设定的角度带动第一节预制桩和所述自钻钢螺纹桩头在定位点处开始旋转，同时，通过所述注浆机构将润滑注浆浆料通过所述注浆口喷出；其中，所述润滑注浆浆料包括水、水泥、膨润土以及添加剂；

S4.当第一节预制桩下降到设定深度后，按序接入下一个预制桩，动力设备带动预制桩与自钻钢螺纹桩头组成的组合体继续旋进；

S5.依次按序接入剩余的预制桩，继续旋进，直到设定深度。

优选的，S5之后还包括扩大头加强步骤，所述扩大头加强步骤包括当到达设定深度后通过所述注浆机构将扩大头浆料通过所述注浆口喷出，其中，所述扩大头浆料为包括促凝剂的水泥浆。

优选的，所述钢制螺旋叶片包括依次连接的若干叶片单元，每个所述叶片单元包括单元上叶片和单元下叶片，所述单元上叶片的上表面为凹弧面，所述单元下叶片的下表面设置有若干根加强筋；且所述单元上叶片的上端与所述自钻桩体的轴线的夹角为β，所述单元下叶片的下端与所述自钻桩体的轴线的夹角为α，其中，α小于β且，α∈[5°，75°], β∈[5°，75°]。

优选的，所述单元上叶片和所述单元下叶片的厚度为6~100mm，且所述单元下叶片的厚度大于所述单元上叶片的厚度，所述自钻桩体的高度为0.2m~40m，其直径为0.2m-2.5m。

优选的，若干所述预制桩的外侧设置有至少一片加强叶片；所述加强叶片的位置和尺寸根据测定的土质情况设置。

优选的，所述旋拧机构包括角度调节组件和旋转动力组件，所述角度调节组件包括支架平台和桅杆，所述支架平台上设置有牵引模块和支撑模块，所述牵引模块包括第一牵引卷、第二牵引卷、卷绕在所述第一牵引卷和所述第二牵引卷上的牵引绳以及设置在所述桅杆上端的牵引轮；所述支撑模块包括一端转动连接在所述桅杆上的支撑杆，所述支撑杆的另一端滑动设置在所述支架平台上；所述旋转动力组件设置在所述桅杆上端，所述旋转动力组件用于驱动所述预制复合桩旋转。

优选的，所述支架平台上设有直线滑轨，所述支撑杆的另一端设置有配置在所述直线滑轨上的滑块；或者所述支架平台上设置有直线齿条，所述支撑杆的另一端设置有配置在所述直线齿条上的齿轮；

所述旋转动力组件包括液压马达和液压动力头，所述液压马达驱动安装在所述液压动力头上的预制复合桩旋转。

优选的，所述注浆机构在旋转下降过程中的钻进速度为1r/min~20r/min，注浆压力为0.2MPa~60MPa。

优选的，若干所述预制桩包括实心的预制桩体以及布设在所述预制桩体内的注浆管，所述预制桩为预应力钢筋混凝土的方桩、异型桩或者竹节桩；

或者所述预制桩为空心桩，且所述预制桩的壁厚大于6cm，所述预制桩为预应力钢筋混凝土管桩、空心方桩。

优选的，当所述预制桩为空心桩时，其内还布设有钻杆，所述钻杆与所述自钻钢螺纹桩头可拆卸连接，用于为所述自钻钢螺纹桩头提供旋进动力。

相较于现有技术，本发明提出的一种预制复合桩的施工方法的有益效果在于：

（1）通过自钻钢螺纹桩头将预制桩旋进至设定的标高，并在到达标高后，由自钻钢螺纹桩头的钢制螺旋叶片作为预制桩的刚性扩大头使用，而非使用注浆料形成扩大头，真正增强了预制桩端部的承载力；大幅度提高预制桩的承载力，同时承载力稳定并计算简单准确；

（2）自钻钢螺纹桩头使用松土浆料，边喷浆边旋进，减少了旋进的阻力；这样可以增加预制桩进入土体的深度以及增大预制桩直径；

（3）根据预先测定的土质情况，对预制桩的长度、尺寸以及是否在桩节间增设加强叶片，在需要的预制桩上安装加强叶片，在一定程度上增强了本预制复合桩的抗拔力；

（4）通过对现有钻机的改进，使得预制复合桩可以0-45°的角度插入土体内，增大了本预制复合桩的使用范围。

附图说明

图1为本发明旋拧机构的结构示意图；

图2为本发明自钻钢螺纹桩头的结构示意图；

图3为利用现有挖掘机改造的设备结构示意图；

附图标记：

1-支架平台；11-第一牵引卷；12-第二牵引卷；13-牵引轮；14-牵引绳；2-桅杆；20-液压动力头；21-第一驱动齿轮；22-第二驱动齿轮；3-支撑杆；30-滑块；40-自钻钢螺旋桩头；400-钻头；410-自钻桩体；411-单元上叶片；412-单元下叶片；413-加强筋；420-注浆口；41-预制桩;5-钻杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。

请参照图1至图2，本发明提出了一种预制复合桩的施工方法，包括如下步骤：

首先，预先探测待施工处的土质情况，并根据设计承载力的要求，设计并制造预制复合桩，所述预制复合桩包括自钻钢螺纹桩头40以及若干预制桩41，其中，所述自钻钢螺纹桩头40包括钻头400以及自钻桩体410，所述自钻桩体410外设置有若干钢制螺旋叶片和若干注浆口420，优选的，在所述钻头400上也可以开设注浆口420，以更进一步增强旋钻的效果；所述钢制螺旋叶片包括依次连接的若干叶片单元，每个所述叶片单元包括单元上叶片411和单元下叶片412，鉴于钻进功能和强度的综合考虑，将所述单元上叶片411的上表面设计为凹弧面，同时在所述单元下叶片412的下表面设置有若干根加强筋413；且所述单元上叶片411的上端与所述自钻桩体410的轴线的夹角为β，所述单元下叶片412的下端与所述自钻桩体410的轴线的夹角为α，其中，α小于β且，α∈[5°，75°], β∈[5°，75°]。

更进一步地，所述单元上叶片411和所述单元下叶片412的厚度为6~50mm，且所述单元下叶片412的厚度大于所述单元上叶片411的厚度；此外，所述自钻桩体410的高度为0.2m~20m，其直径为0.2m-2.5m，所述钢制螺旋叶片的外径也需要保证在0.2m-3m，即保证自钻桩体和钢制螺旋叶片的直径的尺寸保持一致性，目的为协调旋进难度和承载力。上述参数可以根据钻进深度和土质的情况进行调整，如当钻进深度大时，可以采用大质量和体积的自钻钢螺纹桩头，同样可以带动更多的预制桩更好的钻进，或者对于土质柔软，对抗拔力要求大的情况下，也可以根据承载力的要求，通过增大自钻钢螺纹桩头的自钻桩体或者其叶片单元的尺寸或者结构来满足。

而本申请所使用的预制桩可以为实心的预制桩，其包括预制桩体以及布设在所述预制桩体内的注浆管，该实心的所述预制桩为预应力钢筋混凝土的方桩、异型桩或者竹节桩；在其他实施例中，所述预制桩也可以为空心桩，且所述预制桩的壁厚大于6cm，在其管内也可以预先布设注浆管以连通所述自钻钢螺纹桩头，优选的，所述预制桩为预应力钢筋混凝土管桩、空心方桩。

而当所述预制桩为空心桩时，还可以在其管内布设钻杆5，使得所述钻杆5与所述自钻钢螺纹桩头实现可拆卸连接，在旋进过程中，尤其是遇到土质较厚较硬时，通过所述钻杆5为所述自钻钢螺纹桩头提供额外的旋进动力，而当到达设定高度后，还可以在钻杆5上预先布设一可开闭的喷嘴，在拔出钻杆5时，实现对空心桩的管内注浆填充，进一步提高了施工效率。

而为了对满足本发明旋进过程中对扭矩的需要，在不增加对设备要求的情况下，对现有的钻机也进行了改进，得到了本发明的动力设备。

对于深度较浅的预制复合桩的施工，结合本发明的施工方案，可以仅对现有的挖掘机进行简单的改进即可实施，如将挖掘机的挖斗替换为一种助力臂，然后通过液压动力头为复合预制桩提供旋进动力即可（如图3所示）。

而为了适用于不同的挖掘深度需要，本发明同时对现有的动力设备进行了更进一步地改进。本发明使用的动力设备包括旋拧机构和注浆机构，其中，注浆机构可以采用现有的设计，向预先埋设在预制桩41中的注浆管内注入一定压强的浆料即可，即在若干所述预制桩41包括实心的预制桩体以及布设在所述预制桩体内的注浆管即可实现；而所述旋拧机构是用于为自钻钢螺纹桩头提供旋转动力的机构，现有的相似的机构往往设计复杂，在一定程度上增加了施工的成本，本发明的旋拧机构的结构简单，结合本发明的施工工艺，能够满足本发明的施工需求。

具体地，所述旋拧机构包括角度调节组件和旋转动力组件，所述角度调节组件包括支架平台1和桅杆2，所述桅杆2的下端转动设置在所述支架平台1的一侧，用于根据施工需要调节桅杆2的角度，从而调节预制复合桩的插入土体内的角度，扩大了预制复合桩的使用范围，既可提供垂直支撑，还能够提供斜向支护；所述支架平台1上设置有牵引模块和支撑模块，所述牵引模块包括第一牵引卷11、第二牵引卷12、卷绕在所述第一牵引卷11和所述第二牵引卷12上的牵引绳14以及设置在所述桅杆2上端的牵引轮13，通过拉动所述桅杆2的一端，使其倾斜；所述支撑模块包括一端转动连接在所述桅杆2上的支撑杆3，所述支撑杆3的另一端滑动设置在所述支架平台1上；在其中一个实施例中，所述第一牵引卷11将牵引绳14的一端卷绕，以对所述桅杆2的上端施力，使得所述桅杆2绕其下端的旋转轴转动而发生倾斜，同时由于所述支撑杆为所述桅杆2提供一定的支撑力，保证了角度调节的稳定性。

而为了保证角度调节的可控性，在所述支架平台1上设有直线滑轨，所述支撑杆3的另一端设置有配置在所述直线滑轨上的滑块30；或者所述支架平台1上设置有直线齿条，所述支撑杆的另一端设置有配置在所述直线齿条上的齿轮；使得在所述桅杆2倾斜时，所述支撑杆3的另一端在所述支架平台1上相对滑动，通过简单的设计，如设定相应的限位机构即可准确固定滑动的距离，从而保证倾斜角度的准确性和可控性。

在其他实施例中，为了更进一步保证桅杆2倾斜的稳定性，降低对动力设备整体强度的要求，在所述支架平台1一端还设置有第一驱动齿轮21，所述桅杆2的下端设置有与所述第一驱动齿轮21啮合的第二驱动齿轮22，其中所述第一驱动齿轮21与驱动电机连接，在所述牵引模块工作的过程中，所述第一驱动齿轮21和所述第二驱动齿轮22同步运动，从而保证了桅杆2倾斜的准确度和稳定性，降低了对动力设备整体强度的要求。

而本动力设备中使用的旋转动力组件采用现有的设计即可，其作用为带动预制复合桩转动，所述旋转动力组件设置在所述桅杆2上端，所述旋转动力组件用于驱动所述预制复合桩旋转。在其中一个实施例中，所述旋转动力组件包括液压马达和液压动力头20，所述液压马达驱动安装在所述液压动力头20上的预制复合桩旋转。

在开始钻进之前，还需要根据测定的土质情况，对若干预制桩进行排序，其中，若干所述预制桩的长度相同或者不同，避免将两个预制桩的连接处设置在不同土质的过渡层处，使得在过渡层处设置有整体的预制桩，保证在土质情况不稳定的过渡层处稳定性；此外，在土质情况好的位置处的预制桩的外壁设置加强刀片，所述加强刀片采用强度高的钢材质，使其向轴向延伸出去，起到抗拔的作用。

随后，将第一节预制桩与所述自钻钢螺纹桩头组装后安装在动力设备上；启动所述动力设备，按照施工要求，在定位点处，调整桅杆的角度，调节完成后，开始旋进，待所述自钻钢螺纹桩头进入土体内后，启动所述注浆机构开始注浆，所述注浆机构将松土浆料通过所述注浆口喷出；其中，所述松土浆料包括水、水泥、膨润土以及添加剂，其中，所述添加剂可以是各种可以润滑以及固化土体的各种有机和无机材料。所述注浆机构在旋转下降过程中的钻进速度为0.5r/min~20r/min，注浆压力为0.2MPa~60MPa，所述注浆机构的注浆压强为0.2~100MPa，浆液扩散半径为0.5~2.8m，从而能够提供注浆压力在0.2至60MPa的注浆浆料，能够满足大多数土质的破土需要；可以根据土质情况预先设定，也可以根据实际情况随时调整，所述松土浆料不仅可以用作润滑剂，还能够起到一定的破土的作用，降低所述自钻钢螺纹桩头的钻进难度，后期还可以起到固土的作用。

随着不断的旋紧，当第一节预制桩下降到设定深度后，如当第一节预制桩的上端与地表齐平或者接近齐平时，按序接入下一个预制桩，动力设备带动该组合体继续旋进；然后重复接入剩余的预制桩，直到设定深度，此时，依靠所述自钻钢螺纹桩头的钢制螺旋叶片扎入至土体内用作扩大头使用，而非使用现有的浆料形成扩大头，真正保证了扩大头的强度，提高了预制复合桩的整体抗拔力。

此外，为了进一步增加扩大头的强度，在到达设定深度后，还可以包括扩大头加强步骤，所述扩大头加强步骤包括当到达设定深度后通过所述注浆机构将扩大头浆料通过所述注浆口喷出，其中，所述扩大头浆料为包括促凝剂的水泥浆。而在计算复合预制桩的承载力时，可以仅考虑钢制螺旋叶片带来的承载力，因为钢制螺旋叶片的尺寸稳定，强度高，而现有的浆料形成的扩大头，其尺寸不可控，同时其扩大头为水泥和土体的混合物，强度低抗剪强度很低，不太适合作为承载力计算使用，也使得其承载力的计算也不精确。

预制复合桩由于其刚性扩大头的作用，大幅度提高桩的竖向承载力同时也大幅度提高桩的抗拔承载力，这样桩的使用桩材料可以大幅度减少，具有极大的经济效益。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.根据设计承载力要求，设计并制造预制复合桩，所述预制复合桩包括自钻钢螺纹桩头以及若干预制桩，其中，所述自钻钢螺纹桩头包括钻头以及自钻桩体，所述自钻桩体外设置有若干钢制螺旋叶片和若干注浆口；若干所述预制桩的长度相同或者不同，且所述钢制螺旋叶片的外径大于所述预制桩的外径，由自钻钢螺纹桩头的钢制螺旋叶片作为预制桩的刚性扩大头使用；

S2.根据测定的土质情况，对若干预制桩进行排序，将第一节预制桩与所述自钻钢螺纹桩头组装后安装于动力设备；所述动力设备包括旋拧机构和注浆机构；

S3.所述旋拧机构根据设定的角度带动第一节预制桩和所述自钻钢螺纹桩头在定位点处开始旋转，同时，通过所述注浆机构将润滑注浆浆料通过所述注浆口喷出；其中，所述润滑注浆浆料包括水、水泥、膨润土以及添加剂；

S4.当第一节预制桩下降到设定深度后，按序接入下一个预制桩，动力设备带动预制桩与自钻钢螺纹桩头组成的组合体继续旋进；

S5.依次按序接入剩余的预制桩，继续旋进，直到设定深度；

所述旋拧机构包括角度调节组件和旋转动力组件，所述角度调节组件包括支架平台和桅杆，所述桅杆的下端转动设置在所述支架平台的一侧；所述支架平台上设置有牵引模块和支撑模块，所述牵引模块包括第一牵引卷、第二牵引卷、卷绕在所述第一牵引卷和所述第二牵引卷上的牵引绳以及设置在所述桅杆上端的牵引轮；所述支撑模块包括一端转动连接在所述桅杆上的支撑杆，所述支撑杆的另一端滑动设置在所述支架平台上；所述旋转动力组件设置在所述桅杆上端，所述旋转动力组件用于驱动所述预制复合桩旋转；

所述支架平台上设有直线滑轨，所述支撑杆的另一端设置有配置在所述直线滑轨上的滑块；或者所述支架平台上设置有直线齿条，所述支撑杆的另一端设置有配置在所述直线齿条上的齿轮；所述旋转动力组件包括液压马达和液压动力头，所述液压马达驱动安装在所述液压动力头上的预制复合桩旋转；

所述支架平台一端还设置有第一驱动齿轮，所述桅杆的下端设置有与所述第一驱动齿轮啮合的第二驱动齿轮，所述第一驱动齿轮与驱动电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，S5之后还包括扩大头加强步骤，所述扩大头加强步骤包括当到达设定深度后通过所述注浆机构将扩大头浆料通过所述注浆口喷出，其中，所述扩大头浆料为包括促凝剂的水泥浆。

3.根据权利要求1所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，所述钢制螺旋叶片包括依次连接的若干叶片单元，每个所述叶片单元包括单元上叶片和单元下叶片，所述单元上叶片的上表面为凹弧面，所述单元下叶片的下表面设置有若干根加强筋；且所述单元上叶片的上端与所述自钻桩体的轴线的夹角为β，所述单元下叶片的下端与所述自钻桩体的轴线的夹角为α，其中，α小于β且，α∈[5°，75°],β∈[5°，75°]。

4.根据权利要求3所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，所述单元上叶片和所述单元下叶片的厚度为6~100mm，且所述单元下叶片的厚度大于所述单元上叶片的厚度，所述自钻桩体的高度为0.2m~40m，其直径为0.2m-2.5m。

5.根据权利要求1所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，若干所述预制桩的外侧设置有至少一片加强叶片；所述加强叶片的位置和尺寸根据测定的土质情况设置。

6.根据权利要求1所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，所述注浆机构在旋转下降过程中的钻进速度为1r/min~20r/min，注浆压力为0.2MPa~60MPa，浆液扩散半径为0.5~2.8m。

7.根据权利要求1所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，若干所述预制桩包括实心的预制桩体以及布设在所述预制桩体内的注浆管，所述预制桩为预应力钢筋混凝土的方桩、异型桩或者竹节桩；

或者所述预制桩为空心桩，所述预制桩的壁厚大于6cm，且所述预制桩为预应力钢筋混凝土管桩、空心方桩。

8.根据权利要求7所述的一种预制复合桩的施工方法，其特征在于，当所述预制桩为空心桩时，其内还布设有钻杆，所述钻杆与所述自钻钢螺纹桩头可拆卸连接，用于为所述自钻钢螺纹桩头提供旋进动力。

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