CN115125938B - 一种内置预制管桩的复合桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内置预制管桩的复合桩施工方法。所述内置预制管桩的复合桩是：包括复合桩底段和复合桩身段；所述复合桩身段包括预制管桩和预制管桩外围包裹的浆桩；所述复合桩底段是混凝土与土的混合凝固体；所述浆桩是水泥浆或砂浆的凝固体；预制管桩的下端植入复合桩底段内的深度小于复合桩底段高度。通过本发明的复合桩施工方法，复合桩桩底端复合加固强度高、成本低、成桩质量可控性强、施工操作简单、工效率高、桩承载能力好。
Description
技术领域
本发明属于建筑基础桩施工领域，具体的涉及一种内置预制管桩的复合桩的施工方法。
背景技术
在建筑桩基础中，以预制管桩为芯桩的复合桩占有较大的市场份额，其优势是通过增加复合桩桩身表面积来达到提高桩的承载能力，有效的缩短预制管桩的桩长，降低因预制管桩桩端间接口强度低造成的施工质量缺欠。但在工程应用中，也存在缺点：1)由于预制管桩的外表面与周围加固土间结合不牢，复合桩受力破坏界面发生在预制管桩的外表面，导致预制管桩被压穿，达不到设计承载力要求；2)复合桩外围桩为水泥土搅拌桩、或粉喷桩，在原始桩周土加固过程中，施工效率低，受地质条件及人工因素影响大，加固质量不稳定，不利于承载力的提高。
发明内容
针对现有复合桩存在的问题，本发明提出一种内置预制管桩的复合桩施工方法。复合桩桩底端复合加固强度高、成本低、成桩质量可控性强、施工操作简单、工效率高、桩承载能力好。
本发明采用的技术方案是：一种内置预制管桩的复合桩施工方法，所述内置预制管桩的复合桩结构是：包括复合桩底段和复合桩身段；所述复合桩身段包括预制管桩和预制管桩外围包裹的浆桩；所述复合桩底段是混凝土与土的混合凝固体；所述浆桩是水泥浆或砂浆的凝固体；预制管桩的下端植入复合桩底段内的深度小于复合桩底段高度；施工方法包括如下步骤：
1)带有扩径臂的螺旋挤土钻头依次连接钻杆、转换变径和桩机动力头，桩机就位，螺旋挤土钻头上的扩径臂处于完全收回状态，螺旋挤土钻头上的钻尖门处于关闭状态，螺旋挤土钻头的钻尖对准桩位；
2)复合桩底段形成：
2.1)启动桩机动力头，带动螺旋挤土钻头向下做挤土钻进，至复合桩底段顶端时，通过液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂完全旋出，旋转的扩径臂作扩径挤压切削，切削下来的部分土随扩径臂和钻头的螺旋叶片由下而上传输走，钻进直至复合桩底段标深止，形成桩孔外被残留土体包围的扩大径腔体，保持钻头继续旋转；
2.2)启动混凝土泵，向钻杆及螺旋挤土钻头内腔通道输送一定量的混凝土，再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动打开钻尖门，向桩孔内灌入混凝土，灌注的混凝土在旋转上升的钻头和扩径臂的作用下与扩大径腔体内的残留土混合，提钻上升至复合桩底段顶端时，启动液压控制系统关闭钻尖门，桩机动力头再次带动螺旋挤土钻头向下做挤土旋进，复挤密混凝土钻进、挤压搅拌，至复合桩底段标深止，保持钻头继续旋转；
2.3)再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动打开钻尖门，再向桩孔内灌入混凝土，混凝土在旋转上升的钻头和扩径臂的作用下灌注复挤密形成的桩孔腔并与步骤2.2)形成的混合物再次混合，同时旋转上升的扩径臂再次挤压搅拌扩大径腔体内的混合物，提钻、灌注至复合桩底段顶端，形成由混凝土与土混合的复合桩底段，保持钻头继续旋转；
3)复合桩身段的形成：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段顶端；
3.2)向已注满水泥浆或砂浆的桩孔内，将预制管桩植入灌注好的桩孔内，保持预制管桩垂直度且与桩孔同中心，至满足预制管桩的下端植入复合桩底段内的深度且满足桩顶标高止，形成由预制管桩和预制管桩外围包裹的浆桩构成的复合桩身段。
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，所述内置预制管桩的复合桩：包括至少一段扩大径桩段，扩大径桩段设置在复合桩身段上，扩大径桩段与浆桩固结成一体；施工方法包括如下步骤：步骤3.1)如下：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至扩大径桩段底端时，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂部分或全部旋出，保持钻头快速旋转、慢速提升的关系，旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成扩径孔腔，水泥浆或砂浆将桩孔及扩径孔腔一同灌注至扩大径桩段顶端，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，形成与浆桩灌注成一体的扩大径桩段，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段顶端止。
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，所述内置预制管桩的复合桩：所述复合桩身段包括螺纹牙浆桩，所述螺纹牙浆桩(240)设置在浆桩外缘并与浆桩制成一体结构；施工方法包括如下步骤：步骤3.1)如下：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至螺纹牙浆桩底端时，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂部分旋出，保持钻具旋转速度与提升速度为一个螺距关系，部分旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成螺旋沟槽，水泥浆或砂浆将桩孔及沟槽一同灌注至螺纹牙浆桩顶端，形成与浆桩灌注成一体的螺纹牙浆桩，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段顶端止。
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，设预制管桩的最大外径为d，浆桩的外径为D1，复合桩底段的高度为H，预制管桩的下端植入复合桩底段内的深度为h，则有：20mm≤D1﹣d≤300mm，d≤h＜0.5H，3d≤H。
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，所述预制管桩为等径的预制混凝土管桩、竹节状预制混凝土管桩或预制钢桩。根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，所述带有扩径臂的螺旋挤土钻头的结构是：接头和芯管的上端同轴心地固定成一体，螺旋叶片螺旋缠绕固定在接头和芯管的外表面，螺旋叶片的下端设有切削齿，芯管的下端设有钻尖，钻尖上设有钻尖门，芯管内腔为贯通的通道，钻尖一端通过销与设置在芯管下端外侧一字排开的两组钻尖耳板座中的一组内档铰接，钻尖绕销旋转；钻尖通过轴Ⅰ与油缸Ⅰ的活塞杆端铰接，油缸Ⅰ的上端通过轴Ⅱ与固定在芯管上的油缸座Ⅰ铰接；扩径臂座设置在钻头中下部的螺旋叶片处，对应位置的芯管外表面长度方向上设有凹槽；扩径臂顶部呈圆形状，在圆形的一侧设有齿轮牙，扩径臂通过轴Ⅲ铰接在扩径臂座内档里，齿轮牙与设置在芯管凹槽内的齿条成啮合副，齿条的上端与设置在芯管凹槽内的油缸Ⅱ活塞杆固定连接，油缸Ⅱ的上端通过轴Ⅳ与固定在芯管外壁的油缸座Ⅱ铰接。根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，设有护板Ⅰ，护板Ⅰ设置在油缸Ⅱ和齿条的外侧，与芯管固定，将油缸Ⅱ和齿条封闭在芯管的凹槽里。根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，设有护板Ⅱ，护板Ⅱ设置在油缸Ⅰ上部的外面，周边与芯管及螺旋叶片固定，将油缸Ⅰ的上部封闭。根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于：
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，钻尖带动钻尖门绕销旋转，钻尖门打开最大角为β，β≤40°。
进一步的，上述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，灌注的混凝土为细石混凝土或细骨料混凝土，坍落度为200～260mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的施工方法，复合桩底段的芯部为混凝土、扩大径腔体为经钻头的扩径臂多次挤压搅拌的混凝土与土的混合物，凝固结合强度高，底部无虚土，桩底面积大。植入的预制管桩先挤压水泥浆或砂浆，并有部分桩长进入复合桩底段里一定深度，进一步挤密混凝土与土的混合物，挤扩复合桩底段的岩土孔腔壁，预制管桩与复合桩底段互为包含部分，结合牢固。剩余部分的预制管桩通过水泥浆或砂浆与桩周土结合，水泥浆或砂浆渗入桩周土的能力强，植入的预制管桩进一步挤压水泥浆或砂浆，加大水泥浆或砂浆渗入桩周土的深度，桩周土孔壁设置螺旋沟槽或扩大径孔腔段，凝固后的水泥浆或砂浆与桩周土结合更好，且凝固后的水泥浆或砂浆与预制桩表面结合强度高，所成复合桩的整体承载能力得到提高。
2、本发明提供的施工方法，复合桩底段的土是经过扩径钻进排出一部分，再经过提钻压灌扩径搅拌、复挤密钻进扩径搅拌、再提钻压灌扩径搅拌三次排放，再逐渐降低扩大径腔内土的含量，逐渐增大扩大径腔内混凝土的含量，并且灌注的混凝土为细石混凝土或细骨料混凝土，坍落度大，扩大径腔内的混凝土与土经过多次正反螺旋交叉的挤压搅拌，所成的混凝土与土的混合物较均匀、充满扩大径内腔，混合物的强度高；也解决了桩底扩径排土难及虚土排不尽的难题，节能减排效果好；复合桩底段的芯部为灌注的混凝土，强度更高，预制桩底端作用在复合桩底段的芯部上；复合桩底段的外径是由钻头旋出的扩径臂形成的，尺寸可靠、稳定，有利于成桩质量的稳定性。
3、本发明提供的施工方法，预制管桩植入复合桩底段的深度不大于复合桩底段的长度的一半，且预制桩底端作用在混凝土上，杜绝了预制管桩压穿复合桩底段现象的发生，确保了复合桩整体承载能力的提高，同时，由于预制管桩底部植入复合桩底段内一定深度，预制管桩顶无需辅助限位支撑，也确保了预制管桩的垂直度要求。
4、本发明提供的施工方法，螺旋挤土成孔，水泥浆或砂浆周土得到挤压密实，残土排放少，有利于所成桩承载能力的提高。
5、本发明提供的施工方法，施工过程中，通过钻具内腔先灌注混凝土，再灌注水泥浆或砂浆，灌注的水泥浆或砂浆能冲洗钻具内腔壁，杜绝因钻具内腔壁长期滞留混凝土而导致通道堵塞问题。
6、本发明提供的施工方法，复挤密钻进时，螺旋挤土钻头具有挤土成孔功能，螺旋挤土钻头的钻尖门由油缸控制，能可靠关闭混凝土通道口，在复挤密混凝土钻进时，限制受挤压的混凝土流回钻具内腔里，有利于提高桩底复合扩大径段混凝土的含量；在提钻灌注时，螺旋挤土钻头的钻尖门由油缸控制打开，避免了灌注堵管现象的发生。
7、本发明提供的施工方法，施工时，可通过立柱带有两副导轨、各配置一台振动(或锤击)和一台旋转动力头的一套桩机来完成，也可用两套单独的桩机组合完成，成桩施工灵活性强，能充分利用现有施工设施。
8、本发明提供的施工方法，施工成桩工效高，桩质量好，桩承载能力高且稳定。
附图说明
图1是一种带有扩径臂的螺旋挤土钻头的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是带有扩径臂的螺旋挤土钻头的扩径臂和钻尖门打开状态示意图。
图4是图1中A-A剖视图。
图5是本发明实施例1内置预制管桩的复合桩的结构示意图。
图6是本发明实施例2内置预制管桩的复合桩的结构示意图.
图7是本发明实施例3内置预制管桩的复合桩的结构示意图。
图8是本发明实施例4内置预制管桩的复合桩的结构示意图。
图9是本发明内置预制管桩的复合桩施工方法示意图。
具体实施方式
实施例1
(一)一种带有扩径臂的螺旋挤土钻头
如图1-如4所示，一种带有扩径臂的螺旋挤土钻头的结构是：
接头(1)和芯管(3)的上端同轴心地固定成一体。
螺旋叶片(2)螺旋缠绕固定在接头(1)和芯管(3)的外表面，螺旋叶片(2)的下端设有切削齿(4)。
芯管(3)的下端设有钻尖(5)，钻尖(5)上设有钻尖门(5-1)，芯管(3)内腔为贯通的通道，钻尖(5)一端通过销(6)与设置在芯管(3)下端外侧一字排开的两组钻尖耳板座(7)中的一组内档铰接，钻尖(5)绕销(6)旋转。作为优选，在本实施例中，钻尖(5)带动钻尖门(5-1)绕销(6)旋转，钻尖门(5-1)打开最大角为β，β≤40°。
钻尖(5)通过轴Ⅰ(20)与油缸Ⅰ(19)的活塞杆端铰接，油缸Ⅰ(19)的上端通过轴Ⅱ(16)与固定在芯管(3)上的油缸座Ⅰ(17)铰接。作为优选，在本实施例中，设有护板Ⅱ(18)，护板Ⅱ(18)设置在油缸Ⅰ(19)上部的外面，周边与芯管(3)及螺旋叶片(2)固定，将油缸Ⅰ(19)的上部封闭。
扩径臂座(13)设置在钻头中下部的螺旋叶片(2)处，对应位置的芯管(3)外表面长度方向上设有凹槽(3-1)；扩径臂(8)顶部呈圆形状，在圆形的一侧设有齿轮牙(8-1)，扩径臂(8)通过轴Ⅲ(9)铰接在扩径臂座(13)内档里，齿轮牙(8-1)与设置在芯管凹槽(3-1)内的齿条(10)成啮合副，齿条(10)的上端与设置在芯管(3)凹槽(3-1)内的油缸Ⅱ(11)活塞杆固定连接，油缸Ⅱ(11)的上端通过轴Ⅳ(12)与固定在芯管外壁的油缸座Ⅱ(14)铰接。作为优选，在本实施例中，设有护板Ⅰ(15)，护板Ⅰ(15)设置在油缸Ⅱ(11)和齿条(10)的外侧，与芯管(3)固定，将油缸Ⅱ(11)和齿条(10)封闭在芯管(3)的凹槽(3-1)里。
扩径臂(8)的工作原理：油缸Ⅱ(11)无杆腔供油，活塞杆伸出推动齿条(10)下移，齿条(10)通过齿轮副带动扩径臂(8)底端绕轴Ⅲ(9)旋出，完全旋出的扩径臂(8)跟随旋转的钻头实现挤土扩径、挤压搅拌功能，配合混凝土的压灌，完成桩底复合扩大径段的施工；扩径臂(8)的底端部分旋出，跟随旋转钻头的提升，部分旋出的扩径臂(8)底端挤压柱体桩孔壁，旋出螺旋沟槽或扩大径孔腔，配合水泥浆或砂浆的灌注，形成水泥浆或砂浆的螺牙或扩大径桩段，有利于提高成复合桩侧摩阻。油缸Ⅱ(11)有杆腔供油，活塞杆拉动齿条(10)上移，通过齿轮副带动扩径臂(8)绕轴Ⅲ(9)旋转，使扩径臂(8)底端至近芯管(3)外壁，完成扩径臂收回。
钻头出口关闭和打开的工作原理：油缸Ⅰ(19)无杆腔供油，活塞杆伸出，通过轴Ⅰ(20)推动钻尖(5)带动钻尖门(5-1)绕销(6)旋转，关闭钻头底端出口；油缸Ⅰ(19)有杆腔供油，活塞杆收回，通过轴Ⅰ(20)拉动钻尖(5)带动钻尖门(5-1)绕销(6)旋转，打开钻头底端出口。
(二)内置预制管桩的复合桩
如图5所示，一种内置预制管桩的复合桩的结构：包括复合桩底段(100)和复合桩身段(200)。
所述复合桩底段(100)是混凝土与土的混合物凝固成为的一整体。
所述复合桩身段(200)包括预制管桩(210)和预制管桩(210)外围包裹的浆桩(220)。所述浆桩(220)是水泥浆或砂浆的凝固体。所述预制管桩(210)为等径的预制混凝土管桩(211)、竹节状预制混凝土管桩(212)或预制钢桩(213)。作为示例，本实施例中，预制管桩(210)为等径的预制混凝土管桩(211)。
预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度小于复合桩底段(100)高度。作为优选，在本实施例中，设预制管桩(210)的最大外径为d，浆桩(220)的外径为D1，复合桩底段(100)的高度为H，预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度为h，则有：20mm≤D1﹣d≤300mm，d≤h＜0.5H，3d≤H。
(三)施工方法，如图9，包括如下步骤：
1、带有扩径臂的螺旋挤土钻头依次连接钻杆、转换变径和桩机动力头，桩机就位，螺旋挤土钻头上的扩径臂处于完全收回状态，螺旋挤土钻头上的钻尖门处于关闭状态，螺旋挤土钻头的钻尖对准桩位。
具体操作时：螺旋挤土钻头(30)通过钻杆(31)、转换变径(32)与桩机动力头(33)的输出法兰连接成一体，螺旋挤土钻头(30)上的油缸通过钻杆上的油缸用油管(34)、转换变径(32)、液压控制系统与桩机操作室控制阀相连接，通过混凝土输送管(35)将混凝土泵(36)与桩机动力头上的输送三通管(37)的混凝土进口连通，通过浆输送管(38)将水泥浆泵或砂浆泵(39)与桩机动力头上的输送三通管(37)的浆进口连通。桩机就位，螺旋挤土钻头的扩径臂(8)处于完全收回状态，钻头上的钻尖门(5-1)关闭，钻头钻尖对准桩位。
2、复合桩底段(100)形成：
2.1)启动桩机动力头，带动螺旋挤土钻头向下做挤土钻进，至复合桩底段(100)顶端时，通过液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂完全旋出，旋转的扩径臂作扩径挤压切削，切削下来的部分土随扩径臂和钻头的螺旋叶片由下而上传输走，钻进直至复合桩底段(100)标深止，形成桩孔外被松散的残留土体包围的扩大径腔体，保持钻具继续旋转。
具体操作时：启动桩机动力头(33)钻进方向旋转，螺旋挤土钻头在桩机动力头(33)、钻杆(31)及钻头(30)重力的作用下做挤土钻进，至复合桩底段(100)顶高时，液压控制系统通过油缸Ⅱ(11)驱动钻头扩径臂(8)完全旋出，旋转的扩径臂(8)作扩径挤压切削，挤土扩径钻进过程中，扩大径腔内的土有部分被钻头、钻杆的螺旋叶片由下而上传输走，剩余的土较松散地残留在扩大径的空间里，钻进直至复合桩底段(100)标深止，形成中部为桩孔且被松散状残留的土体环形包围的桩底扩大径腔体，保持钻具继续旋转。
2.2)启动混凝土泵，向钻杆及螺旋挤土钻头内腔通道输送一定量的混凝土，再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动打开钻尖门，向桩孔内灌入混凝土，灌注的混凝土在旋转上升的钻头和扩径臂的作用下与扩大径腔体内的残留土混合，提钻上升至复合桩底段(100)顶端时，启动液压控制系统关闭钻尖门，桩机动力头再次带动螺旋挤土钻头向下做挤土旋进，复挤密混凝土钻进、挤压搅拌，至复合桩底段(100)标深止，保持钻头继续旋转。本实施例优选，灌注的混凝土为细石混凝土或细骨料混凝土，坍落度为200～260mm。
具体操作时：启动混凝土泵(36)，通过混凝土输送管(35)、输送三通管(37)、动力头主轴中心孔、转换变径内腔孔及钻杆内腔孔向钻头芯管(3)内腔贯通的通道内输送一定量的混凝土，再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动油缸Ⅰ(19)使钻尖门(5-1)绕销(6)旋转打开钻头底端出口，混凝土灌入挤土钻进形成的桩孔里，并有部分混凝土跟随钻头扩径臂的旋转压入扩大径孔腔里，扩径臂跟随旋转钻头的慢慢提升和混凝土的灌注，扩大径孔腔内残留的土体又有部分在旋转扩径臂及底部混凝土的作用下沿钻头、钻杆的螺旋叶片由下而上传送走，提钻、扩径臂扩径、灌注、排土至复合桩底段(100)顶高止，停止提钻。启动液压控制系统驱动油缸Ⅰ(19)带动钻尖门(5-1)绕销(6)旋转将出口关闭，阻断钻头内腔与桩孔内腔贯通，灌注到桩孔内的混凝土完全被封闭在孔腔里，再向下释放旋转的钻头做挤压混凝土的钻进，同时旋出的扩径臂挤压、搅拌扩大径腔内的混凝土与土，孔中部腔里的混凝土受到钻进的钻头挤压，大部分进入扩径臂旋转形成的沟槽腔里，增加扩大径腔内混凝土的含量，还有部分挤扩扩大径腔内径壁，同时扩大径腔内的混凝土与土的混合物在旋转扩径臂的作用下，也有少部分被挤入钻头的螺旋叶片间，并逐渐向上传输走，进一步降低扩大径腔内的土含量，复挤密混凝土钻进、扩径臂扩径、受挤压混凝土充填，扩径臂搅拌、继续降低扩大径腔内土的含量至复合桩底段(100)标深止，钻头原地继续旋转1～2分钟，孔底端的土体得到充分的挤压及搅拌。
2.3)再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动打开钻尖门，再向桩孔内灌入混凝土，混凝土在旋转上升的钻头和扩径臂的作用下灌注复挤密形成的桩孔腔并与步骤2.2)形成的混合物再次混合，同时旋转上升的扩径臂再次挤压搅拌扩大径腔体内的混合物，提钻、灌注至复合桩底段(100)顶端，形成由混凝土与土混合的复合桩底段(100)，保持钻头继续旋转。
具体操作时：再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动油缸Ⅰ(19)带动钻尖门(5-1)绕销(6)旋转打开混凝土出口，混凝土灌入复挤密混凝土钻进形成的桩孔里，并有部分混凝土跟随钻头扩径臂的旋转压入扩大径孔腔里，扩径臂再次挤压、搅拌扩大径腔内的混凝土与土混合，同时还有部分混凝土与土的混合物在旋转的扩径臂及新灌注的混凝土作用下，由钻头螺旋叶片由下而上传输走，再次降低扩大径腔内土的含量，提钻、扩径臂扩径、灌注、扩径臂搅拌、继续降低扩大径腔内土的含量至复合桩底段(100)顶高止，此时，钻头芯管(3)内腔的混凝土全部灌注到桩孔内或存有少许，形成复挤密桩孔腔内为混凝土、扩大径腔体内为混凝土与土混合的复合桩底段(100)。
3、复合桩身段(200)的形成：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段(200)顶端。
具体操作时：启动液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵(39)，通过浆输送管(38)、输送三通管(37)、动力头主轴中心孔、转换变径内腔孔及钻杆、钻头内腔孔向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，在继续提升旋转钻具并连续灌注水泥浆或砂浆的整个过程中，扩径臂处于全部收回状态，提钻灌注水泥浆或砂浆直至复合桩身段(200)标高止，停止浆灌注和钻具旋转，移动或转动桩机，使钻具移开桩孔位。
3.2)向已注满水泥浆或砂浆的桩孔内，用静压或锤击或振动设备，将预制管桩(210)植入灌注好的桩孔内，保持预制管桩(210)垂直度且与桩孔同中心，至满足预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度且满足桩顶标高止，形成由预制管桩(210)和预制管桩(210)外围包裹的浆桩(220)构成的复合桩身段(200)。
具体操作时，利用静压或锤击或振动设备，将等径的预制混凝土管桩(211)植入灌注好的桩孔内，并保持预制管桩垂直度且与桩孔同中心，满足预制管桩植入复合桩底段(100)的深度和桩顶标高要求。设复合桩底段(100)长度为H，预制管桩外径为d，预制管桩植入复合桩底段(100)的深度为h，满足d≤h≤0.5H，完成一根复合桩的施工。
实施例2
(一)一种带有扩径臂的螺旋挤土钻头
同实施例1。
(二)内置预制管桩的复合桩
如图6所示，一种内置预制管桩的复合桩的结构：包括复合桩底段(100)和复合桩身段(200)。
所述复合桩底段(100)是混凝土与土的混合物凝固成为的一整体。
所述复合桩身段(200)包括预制管桩(210)、预制管桩(210)外围包裹的浆桩(220)和至少一段扩大径桩段(230)。
所述浆桩(220)和扩大径桩段(230)是水泥浆或砂浆的凝固体。
预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度小于复合桩底段(100)长度。作为优选，在本实施例中，设预制管桩(210)的最大外径为d，浆桩(220)的外径为D1，复合桩底段(100)的长度为H，预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度为h，则有：20mm≤D1﹣d≤300mm，d≤h＜0.5H，3d≤H。
所述预制管桩(210)为等径的预制混凝土管桩(211)、竹节状预制混凝土管桩(212)或预制钢桩(213)。作为示例，本实施例中，预制管桩(210)为等径的预制混凝土管桩(211)。
所述扩大径桩段(230)设置在复合桩身段(200)上，扩大径桩段(230)与浆桩(220)固结成一体。
(三)施工方法，如图9，包括如下步骤：
1、同实施例1。
2、复合桩底段(100)形成：同实施例1
3、复合桩身段(200)的形成：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至扩大径桩段(230)底端时，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂部分或全部旋出，保持钻头快速旋转、慢速提升的关系，旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成扩径孔腔，水泥浆或砂浆将桩孔及扩径孔腔一同灌注至扩大径桩段(230)顶端止，再启动液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，形成与浆桩(220)成一体的扩大径桩段(230)，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段(200)顶端。
具体操作时：启动液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵(39)，通过浆输送管(38)、输送三通管(37)、动力头主轴中心孔、转换变径内腔孔及钻杆、钻头内腔孔向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，在继续提升旋转钻头并连续灌注水泥浆或砂浆的整个过程中，扩径臂处于全部收回状态，至扩大径桩段(230)底端时，启动液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)部分或全部旋出，保持钻头快速旋转、慢速提升的关系，旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成扩径孔腔，水泥浆或砂浆将桩孔及扩径孔腔一同灌注至扩大径桩段(230)顶端，液压控制系统再次驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)全部收回，继续提升旋转钻具并连续灌注水泥浆或砂浆，至设计的第二个扩大径桩段(230)底端时，重复上述步骤，完成第二个扩大径桩段(230)，最终形成与浆桩(220)灌注成一体的扩大径桩段(230)，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段(200)顶端，停止浆灌注和钻头旋转，移动或转动桩机，使钻具移开桩孔位。
3.2)同实施例1。
实施例3
(一)一种带有扩径臂的螺旋挤土钻头
同实施例1。
(二)内置预制管桩的复合桩
如图7所示，一种内置预制管桩的复合桩的结构：包括复合桩底段(100)和复合桩身段(200)。
所述复合桩底段(100)是混凝土与土的混合物凝固成为的一整体。
所述复合桩身段(200)包括预制管桩(210)、预制管桩(210)外围包裹的浆桩(220)和螺纹牙浆桩(240)。
所述浆桩(220)和螺纹牙浆桩(240)是水泥浆或砂浆的凝固体。
预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度小于复合桩底段(100)长度。作为优选，在本实施例中，设预制管桩(210)的最大外径为d，浆桩(220)的外径为D1，复合桩底段(100)的长度为H，预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度为h，则有：20mm≤D1﹣d≤300mm，d≤h＜0.5H，3d≤H。
所述预制管桩(210)为等径的预制混凝土管桩(211)、竹节状预制混凝土管桩(212)或预制钢桩(213)。作为示例，本实施例中，预制管桩(210)为竹节状预制混凝土管桩(212)。
所述螺纹牙浆桩(240)设置在浆桩(220)外缘并与浆桩(220)制成一体结构。
(三)施工方法，如图9，包括如下步骤：
1、同实施例1。
2、复合桩底段(100)形成：同实施例1
3、复合桩身段(200)的形成：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂部分收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，保持钻具旋转速度与提升速度为一个螺距关系，部分旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成螺旋沟槽，水泥浆或砂浆将桩孔及沟槽一同灌注至复合桩身(200)顶端止，形成与浆桩(220)灌注成一体的螺纹牙浆桩(240)。
具体操作时：复合桩底段(100)形成后，启动液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)部分收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵(39)，通过浆输送管(38)、输送三通管(37)、动力头主轴中心孔、转换变径内腔孔及钻杆、钻头内腔孔向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，在继续提升旋转钻具并连续灌注水泥浆或砂浆的整个过程中，扩径臂处于部分收回状态，保持钻头旋转速度与提升速度为一个螺距关系，部分旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成螺旋沟槽，水泥浆或砂浆将桩孔及沟槽一同灌注至至复合桩身段(200)顶端，形成与浆桩(220)灌注成一体的螺纹牙浆桩(240)，停止浆灌注和钻具旋转，移动或转动桩机，使钻具移开桩孔位。
3.2)同实施例1。
实施例4
(一)一种带有扩径臂的螺旋挤土钻头
同实施例1。
(二)内置预制管桩的复合桩
如图8所示，一种内置预制管桩的复合桩的结构：包括复合桩底段(100)和复合桩身段(200)。
所述复合桩底段(100)是混凝土与土的混合物凝固成为的一整体。
所述复合桩身段(200)包括预制管桩(210)、预制管桩(210)外围包裹的浆桩(220)、扩大径桩段(230)和螺纹牙浆桩(240)。
所述浆桩(220)、扩大径桩段(230)和螺纹牙浆桩(240)是水泥浆或砂浆的凝固体。
预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度小于复合桩底段(100)长度。作为优选，在本实施例中，设预制管桩(210)的最大外径为d，浆桩(220)的外径为D1，复合桩底段(100)的长度为H，预制管桩(210)的下端植入复合桩底段(100)内的深度为h，则有：20mm≤D1﹣d≤300mm，d≤h＜0.5H，3d≤H。
所述预制管桩(210)为等径的预制混凝土管桩(211)、竹节状预制混凝土管桩(212)或预制钢桩(213)。作为示例，本实施例中，预制管桩(210)为预制钢桩(213)。
所述扩大径桩(230)设置在复合桩身段(200)上，扩大径桩段(230)与浆桩(220)固结成一体。
所述螺纹牙浆桩(240)设置在浆桩(220)外缘并与浆桩(220)制成一体结构。
(三)施工方法，包括如下步骤：
1、同实施例1。
2、复合桩底段(100)形成：同实施例1
3、复合桩身段(200)的形成：
3.1)液压控制系统驱动扩径臂部分收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，保持钻具旋转速度与提升速度为一个螺距关系，部分旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成螺旋沟槽，水泥浆或砂浆将桩孔及沟槽一同灌注至螺纹牙浆桩(240)顶端，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，形成与浆桩(220)灌注成一体的螺纹牙浆桩(240)，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至扩大径桩段(230)底端时，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂部分或全部旋出，保持钻头快速旋转、慢速提升的关系，旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成扩径孔腔，水泥浆或砂浆将桩孔及扩径孔腔一同灌注至扩大径桩段(230)顶端，再启动液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，形成与浆桩(220)灌注成一体的扩大径桩段(230)，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段(200)顶端。
具体操作时：复合桩底段(100)形成后，启动液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)部分收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵(39)，通过浆输送管(38)、输送三通管(37)、动力头主轴中心孔、转换变径内腔孔及钻杆、钻头内腔孔向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，在继续提升旋转钻具并连续灌注水泥浆或砂浆的整个过程中，扩径臂处于部分收回状态，保持钻具旋转速度与提升速度为一个螺距关系，部分旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成螺旋沟槽，水泥浆或砂浆将桩孔及沟槽一同灌注至螺纹牙浆桩(240)顶端，形成与浆桩(220)灌注成一体的螺纹牙浆桩(240)，液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)全部收回，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至扩大径桩段(230)底端时，启动液压控制系统驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)部分或全部旋出，保持钻头快速旋转、慢速提升的关系，旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成扩径孔腔，水泥浆或砂浆将桩孔及扩径孔腔一同灌注至扩大径桩段(230)顶端，液压控制系统再次驱动油缸Ⅱ(11)带动扩径臂(8)全部收回，继续提升旋转钻具并连续灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段(200)顶端，停止浆灌注和钻头旋转，移动或转动桩机，使钻具移开桩孔位。
3.2)同实施例1。
Claims (8)
1.一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，所述内置预制管桩的复合桩结构是：包括复合桩底段（100）和复合桩身段（200）；所述复合桩身段（200）包括预制管桩（210）和预制管桩（210）外围包裹的浆桩（220）；所述复合桩底段（100）是混凝土与土的混合凝固体；所述浆桩（220）是水泥浆或砂浆的凝固体；预制管桩（210）的下端植入复合桩底段（100）内的深度小于复合桩底段（100）高度；设预制管桩（210）的最大外径为d，浆桩（220）的外径为D1，复合桩底段（100）的高度为H，预制管桩（210）的下端植入复合桩底段（100）内的深度为h，则有：20mm≤D1﹣d≤300mm，d≤h＜0.5H，3d≤H，施工方法包括如下步骤：
1）带有扩径臂的螺旋挤土钻头依次连接钻杆、转换变径和桩机动力头，桩机就位，螺旋挤土钻头上的扩径臂处于完全收回状态，螺旋挤土钻头上的钻尖门处于关闭状态，螺旋挤土钻头的钻尖对准桩位；
所述带有扩径臂的螺旋挤土钻头的结构是：接头（1）和芯管（3）的上端同轴心地固定成一体，螺旋叶片（2）螺旋缠绕固定在接头（1）和芯管（3）的外表面，螺旋叶片（2）的下端设有切削齿（4），芯管（3）的下端设有钻尖（5），钻尖（5）上设有钻尖门（5-1），芯管（3）内腔为贯通的通道，钻尖（5）一端通过销（6）与设置在芯管（3）下端外侧一字排开的两组钻尖耳板座（7）中的一组内档铰接，钻尖（5）绕销（6）旋转；钻尖（5）通过轴Ⅰ（20）与油缸Ⅰ（19）的活塞杆端铰接，油缸Ⅰ（19）的上端通过轴Ⅱ（16）与固定在芯管（3）上的油缸座Ⅰ（17）铰接；扩径臂座（13）设置在钻头中下部的螺旋叶片（2）处，对应位置的芯管（3）外表面长度方向上设有凹槽（3-1）；扩径臂（8）顶部呈圆形状，在圆形的一侧设有齿轮牙（8-1），扩径臂（8）通过轴Ⅲ（9）铰接在扩径臂座（13）内档里，齿轮牙（8-1）与设置在芯管凹槽（3-1）内的齿条（10）成啮合副，齿条（10）的上端与设置在芯管（3）凹槽（3-1）内的油缸Ⅱ（11）活塞杆固定连接，油缸Ⅱ（11）的上端通过轴Ⅳ（12）与固定在芯管外壁的油缸座Ⅱ（14）铰接；
2）复合桩底段（100）形成：
2.1）启动桩机动力头，带动螺旋挤土钻头向下做挤土钻进，至复合桩底段（100）顶端时，通过液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂完全旋出，旋转的扩径臂作扩径挤压切削，切削下来的部分土随扩径臂和钻头的螺旋叶片由下而上传输走，钻进直至复合桩底段（100）标深止，形成桩孔外被残留土体包围的扩大径腔体，保持钻头继续旋转；
2.2）启动混凝土泵，向钻杆及螺旋挤土钻头内腔通道输送一定量的混凝土，再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动打开钻尖门，向桩孔内灌入混凝土，灌注的混凝土在旋转上升的钻头和扩径臂的作用下与扩大径腔体内的残留土混合，提钻上升至复合桩底段（100）顶端时，启动液压控制系统关闭钻尖门，桩机动力头再次带动螺旋挤土钻头向下做挤土旋进，复挤密混凝土钻进、挤压搅拌，至复合桩底段（100）标深止，保持钻头继续旋转；
2.3）再慢慢提升旋转的钻头，同时通过液压控制系统驱动打开钻尖门，再向桩孔内灌入混凝土，混凝土在旋转上升的钻头和扩径臂的作用下灌注复挤密形成的桩孔腔并与步骤2.2）形成的混合物再次混合，同时旋转上升的扩径臂再次挤压搅拌扩大径腔体内的混合物，提钻、灌注至复合桩底段（100）顶端，形成由混凝土与土混合的复合桩底段（100），保持钻头继续旋转；
3）复合桩身段（200）的形成：
3.1）液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段（200）顶端；
3.2）向已注满水泥浆或砂浆的桩孔内，将预制管桩（210）植入灌注好的桩孔内，保持预制管桩（210）垂直度且与桩孔同中心，至满足预制管桩（210）的下端植入复合桩底段（100）内的深度且满足桩顶标高止，形成由预制管桩（210）和预制管桩（210）外围包裹的浆桩（220）构成的复合桩身段（200）。
2.根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，所述内置预制管桩的复合桩：包括至少一段扩大径桩段（230），扩大径桩段（230）设置在复合桩身段（200）上，扩大径桩段（230）与浆桩（220）固结成一体；施工方法包括如下步骤：步骤3.1）如下：
3.1）液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至扩大径桩段（230）底端时，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂部分或全部旋出，保持钻头快速旋转、慢速提升的关系，旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成扩径孔腔，水泥浆或砂浆将桩孔及扩径孔腔一同灌注至扩大径桩段（230）顶端，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，形成与浆桩（220）灌注成一体的扩大径桩段（230），继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段（200）顶端止。
3.根据权利要求1或2所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，所述内置预制管桩的复合桩：所述复合桩身段（200）包括螺纹牙浆桩（240），所述螺纹牙浆桩（240）设置在浆桩（220）外缘并与浆桩（220）制成一体结构；施工方法包括如下步骤：步骤3.1）如下：
3.1）液压控制系统驱动扩径臂全部收回，同时启动水泥浆泵或砂浆泵，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至螺纹牙浆桩（240）底端时，液压控制系统驱动螺旋挤土钻头的扩径臂部分旋出，保持钻具旋转速度与提升速度为一个螺距关系，部分旋出的扩径臂挤压桩孔壁形成螺旋沟槽，水泥浆或砂浆将桩孔及沟槽一同灌注至螺纹牙浆桩（240）顶端，形成与浆桩（220）灌注成一体的螺纹牙浆桩（240），液压控制系统驱动螺旋挤土钻头扩径臂全部收回，继续慢慢提升旋转的钻头，向桩孔内灌注水泥浆或砂浆，至复合桩身段（200）顶端止。
4.根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，所述预制管桩（210）为等径的预制混凝土管桩（211）、竹节状预制混凝土管桩（212）或预制钢桩（213）。
5.根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，设有护板Ⅰ（15），护板Ⅰ（15）设置在油缸Ⅱ（11）和齿条（10）的外侧，与芯管（3）固定，将油缸Ⅱ（11）和齿条（10）封闭在芯管（3）的凹槽（3-1）里。
6.根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于，设有护板Ⅱ（18），护板Ⅱ（18）设置在油缸Ⅰ（19）上部的外面，周边与芯管（3）及螺旋叶片（2）固定，将油缸Ⅰ（19）的上部封闭。
7.根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于：钻尖（5）带动钻尖门（5-1）绕销（6）旋转，钻尖门（5-1）打开最大角为β，β≤40º。
8.根据权利要求1所述的一种内置预制管桩的复合桩施工方法，其特征在于：灌注的混凝土为细石混凝土或细骨料混凝土，坍落度为200～260mm。
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