CN116397640A - 一种圆桩扩径加固的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆桩扩径加固的施工方法，步骤如下：(1)将扩径桩机安装在施工面上；(2)驱动螺旋钻头转动，对圆桩周围的土体进行切割，同步启动驱动装置，带动挖掘部绕第一轴线进行往复转动，使相邻螺旋钻头所形成的钻孔相互搭接，形成环形桩孔；在对土体进行切割的同时，将水经进液管注入到被切割下来的土方中，形成素土泥浆，素土泥浆排出环形桩孔；(3)当螺旋钻头的钻尖向下到达第一设定位置时，停止对土体的切割，并将切割部向上提升；经进液管将可凝固材料浇注到环形桩孔内，形成素桩，素桩与圆桩形成复合桩体。本申请所形成的复合桩能够适应于不宜大规模使用预制圆桩的施工区域，能够提前进行建筑结构的施工，以缩短施工周期。

Description

一种圆桩扩径加固的施工方法

技术领域

本发明涉及一种圆桩扩径加固的施工方法。

背景技术

包括空心管桩、实心管桩和实心圆桩等混凝土预制圆桩广泛应用于建筑物的基础桩，由于质量好，施工方便，预制圆桩被广泛使用，但是由于预制圆桩在下沉时会产生挤土现象，严重时会对施工区域周围已有的建筑物造成影响，且由于加工工艺的限制，预制圆桩的直径主要控制在0.3-1米之间。

在一些施工区域，由于场地要求或周围环境要求，无法大量使用预制圆桩，只能与部分现浇桩或钢板桩形成复合桩，但是钢板桩的桩端持力较小，在一些软土区域的使用效果较差，无法作为基础桩，即使采用现浇桩，这些现浇桩也是作为独立桩体，且预制桩与现浇桩进行混合施工，施工难度较大，导致施工效率较低。

另外，有时需要对已完成圆桩施工的区域重新进行补桩，以弥补勘探缺陷或设计缺陷，或者为了适应建筑物设计的修改，但是补桩只能在偏离原承重点的区域进行，需要对承台进行相应的扩大，并导致需要对相应区域进行调整。

因此，对现有的已完成下沉的圆桩进行扩径加固，提高其承载力就成为必要。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了一种圆桩扩径加固的施工方法，该圆桩为已下沉在地下的圆桩，且该圆桩沿竖直方向延伸，该施工方法采用扩径桩机进行，该扩径桩机包括一底座、一切割部和一驱动部，该底座具有一工作台，该工作台具有一沿水平方向延伸的上表面，在工作台上开设有穿轴孔；

该切割部包括沿竖直方向延伸的空心轴、固定安装在该空心轴的下端的环形体和安装在该环形体的下端的至少四个螺旋钻具，该空心轴和环形体同轴设置，且空心轴和环形体的中轴线与第一轴线共线，空心轴的第一内腔和环形体的第二内腔共同形成为一个沿竖直方向延伸的过桩孔；该第一轴线沿竖直方向延伸；工作台经穿轴孔自由地套设在空心轴上；

每一螺旋钻具均包括连接在一起的螺旋钻头和驱动该螺旋钻头进行转动的马达，对应于每一马达，在环形体的内部均设置有一马达室，该马达安装在所对应的马达室内，螺旋钻头位于在环形体的下侧；

螺旋钻头环绕第一轴线均匀间隔设置，沿竖直方向观察，所有的螺旋钻头位于一虚拟环形面内，空心轴的外径和环形体的外径均不大于虚拟环形面的外径，空心轴的内径和环形体的内径均不小于虚拟环形面的内径；

驱动部包括一摆动轮和安装在工作台上的驱动机构，该摆动轮活动地支撑在工作台的上表面，摆动轮连接在驱动机构上，该驱动机构能够驱动该摆动轮以第一轴线为中轴线进行往复转动；

摆动轮套设在空心轴上，摆动轮和空心轴经凹槽和凸齿卡持在一起，且空心轴能够相对于摆动轮沿竖直方向往复移动；当摆动轮进行往复转动时，能够经空心轴带动切割部同步进行往复转动；当切割部进行往复转动时，能够使相邻螺旋钻头所形成的钻孔相互搭接；

在环形体上固定安装有沿竖直方向延伸的进液管和排浆管，该进液管和排浆管均自由地穿过摆动轮和穿轴孔后固定连接到环形体上；进液管的出液口和排浆管的进浆口均向下贯穿该环形体的下端面，且出液口和进浆口均向下不超过螺旋钻头的钻尖；

该施工方法包括如下步骤：

(1)将扩径桩机安装在施工面上，并使第一轴线与该圆桩的中轴线共线，圆桩的外径≤虚拟环形面的内径；

(2)启动马达，驱动螺旋钻头转动，对圆桩周围的土体进行切割，同步启动驱动装置，带动挖掘部绕第一轴线进行往复转动，使相邻螺旋钻头所形成的钻孔相互搭接，形成环形桩孔；

在对土体进行切割的同时，将水经进液管注入到被切割下来的土方中，形成素土泥浆，素土泥浆经排浆管排出环形桩孔；当素土泥浆无法顺利地排出环形桩孔时，需要在排浆管的顶部连接泥浆泵，利用泥浆泵协助将素土泥浆排出环形桩孔；

(3)当螺旋钻头的钻尖向下到达第一设定位置时，停止对土体的切割，并将切割部向上提升；在切割部向上提升的同时，经进液管将可凝固材料浇注到环形桩孔内；持续向上提升切割部，直到螺旋钻头向上到达圆桩的顶部，形成素桩，该素桩与圆桩形成复合桩体。可凝固材料优选为水泥土、水泥砂浆或细石混凝土。优选出液口和进浆口位于环形体的下端面与螺旋钻头上的螺旋刀片的上端之间。其中的水泥土由水泥、土和水搅拌均匀后制成，无需再添加其他材料，即可用于浇注素桩。圆桩为空心管桩、实心管桩和实心圆桩等混凝土预制圆桩。

本申请中，在钻设环形桩孔时，利用切割部的自重或者在空心轴的顶部施加额外载荷的状态下，使螺旋钻头在圆桩的周围形成环形桩孔。在施工过程，所产生的噪声较小，对周围环境无影响。施工过程中，由于环形体的封闭作用，使得环形体下部的环形桩孔形成一个相对密封的容腔，在水压的推动下，被切割下来的土方采用素土泥浆的形式被排出环形桩孔，在浇注可凝固材料时，可凝固材料是由环形桩孔的底部向上逐步进行浇注，使得环形桩孔内的素土泥浆能够继续向外排出，仅有少量的素土泥浆被混合到可凝固材料中，不影响素桩的整体结构性能，无需搅拌。由于环形桩孔内的土方绝大部分以素土泥浆的形式被排出环形桩孔，因此本申请中的素桩是以可凝固材料为主，所形成的素桩中，可凝固材料所占比例≥95wt％。

由于本申请中，形成素桩的材料以可凝固材料为主，因此无需对环形桩孔内的可凝固材料进行上下多次搅拌，也无需利用螺旋钻头对可凝固材料进行搅拌，当然，在切割部向上提升的过程中，也可以使螺旋钻头保持转动，对可凝固材料进行搅拌，以使素土泥浆能够更加均匀地分散在可凝固材料中，但在实际操作中发现，使螺旋钻头保持转动，素桩的强度并未提升，主要是素土泥浆所占比例较低所致。

在将可凝固材料浇注到环形桩孔内后，可凝固材料能够渗透过环形桩孔与圆桩之间的土层，并包裹在圆桩上，在固化后形成为呈环形的素桩，素桩与圆桩形成为复合桩体，新的复合桩体较已有的圆桩具有更高的承载力。

上述已下沉在地下的圆桩，可以为原始设计圆桩，但是由于地质勘探或设计缺陷，或者为了适应建筑物设计的修改，需要增加基础桩，采用本申请，则能够在保留已有圆桩位置和数量的情况下，对已有圆桩进行扩径加固，提高圆桩的承载力，无需增加圆桩的数量和布置区域，能够有效地减少已完成建筑设计的修改量。

上述已下沉在地下的圆桩，还可以为施工区域的挤土效应严重，无法大规模使用预制圆桩，只能部分使用预制圆桩，采用本申请，则能够最大限度地使用预制圆桩，并在圆桩外周形成素桩，以形成复合桩。采用复合桩，不但保证了桩体的强度，还由于素桩扩大了桩体与土体的接触面积，提高了桩体的桩侧摩擦阻力，从而保证了桩体的承载力，并降低了采用大直径基础桩时所产生的挤土效应。利用本申请所形成的复合桩能够适应于不宜大规模使用预制圆桩的施工区域。采用预制圆桩与现浇桩的结合方法，利用预制桩所提供的强度，无需使素桩达到养护周期，则可进行上部建筑结构的施工，在初期的施工中，预制圆桩能够承受建筑结构所产生的载荷，随着施工的进行，由于素桩的凝固周期要远短于建筑结构的施工周期，因此无需担心在施工周期，桩体无法提供足够的承载力。因此利用本申请，能够提前进行建筑结构的施工，以缩短施工周期。

进一步，该第一设定位置为圆桩的底端面向上0.3-1.5米处。该设计能够避免对圆桩的桩端持力层产生扰动，保证桩端持力层对圆桩的承载力。

进一步，圆桩的外径与虚拟环形面的内径之差为3-20mm。使圆桩的外径小于虚拟环形面的内径。内径之差太小，螺旋钻头的螺旋刀片易于触碰到圆桩，损坏螺旋钻头，内径之差太大，可凝固材料渗透过环形桩孔与圆桩之间的土层量减少，素桩与圆桩的粘结强度不足。

进一步，当切割部进行往复转动时，相邻螺旋钻头所形成的钻孔的搭接率为20-100％。搭接率是指相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔之间的搭接长度与钻孔直径的比例，例如，钻孔直径为500mm，相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔之间的搭接长度为200mm时，则搭接率为200/500＝40％。当搭接率为100％时，环形桩孔的内外壁呈光滑状，当搭接率小于100％时，环形桩孔的内外壁均具有大量的凹槽，使得所形成的素桩的内外壁具有相应的凹槽，能够提高素桩的摩擦力，增强筒桩的承载力。

具体地，该摆动轮的内周面上设置有内花键，该空心轴的外周面上设置有与该内花键相啮合的外花键。空心轴和摆动轮上的键槽均形成为凹槽，空心轴和摆动轮上的键齿均形成为凸齿。摆动轮和空心轴采用相啮合的花键结构，能够保证两者的平稳啮合，以及能够传递较大的扭矩，避免键齿在较大的扭矩下遭到破坏，保证了两者之间的稳定连接，并延长了设备的使用寿命。

具体地，该驱动机构包括安装在工作台的上表面的2-5台驱动器，每台驱动器均包括一液压缸，对应于每一液压缸，在摆动轮上均固定设置有一沿径向向外延伸的径向杆，所有的径向杆环绕第一轴线均匀设置；沿摆动轮的周向方向，每一液压缸均位于其所对应的径向杆的周向方向的同一侧；

对应于每一径向杆，在工作台的上表面均固定安装有一滑槽件，滑槽件位于摆动轮的径向外侧，在每一滑槽件上均开设有一弧形槽，该弧形槽由滑槽件朝向摆动轮的一侧沿径向朝远离摆动轮的方向凹陷而形成，所有滑槽件上的弧形槽均位于同一虚拟环形槽内，该虚拟环形槽的中轴线与第一轴线重合；径向杆的径向外端活动地伸入到所对应的滑槽件上的弧形槽内；

对应于每台液压缸，在工作台的上表面均固定安装有导轨，该液压缸滑动地安装在所对应的导轨上，液压缸的活塞杆沿水平方向延伸且垂直于所安装的导轨，液压缸的活塞杆铰接在所对应的径向杆上。

该设计使得摆动轮经径向杆活动地支撑在弧形槽内。在本申请中，活塞杆优选铰接在径向杆的径向外端，以提供更大的扭矩。

该设计中，采用液压缸提供驱动力，不但能够保证驱动力的稳定，还能够根据需要灵活地调整活塞杆的伸出长度，以调整切割部的转动角度，以调整相邻螺旋钻头所形成钻孔的搭接长度。利用工作台作为液压缸的安装座，能够使得切割部与驱动机构在径向上保持稳定，且无需在地面制作液压缸的安装座，在转移扩径桩机时，能够使得整个扩径桩机快速移动并定位，以提高作业效率，从而提高施工效率。

具体地，该环形体包括套设在一起的内筒和外筒，该外筒位于内筒的外侧，内筒和外筒之间具有距离，在内筒和外筒之间形成一环形空间，顶板密封地安装在内筒和外筒的顶部；底板密封地、且可拆卸地安装在内筒和外筒的底部，顶板和底板均呈环形；内筒、外筒、顶板和底板所圈围的空间形成为容纳腔；该容纳腔形成为马达室，马达固定安装在该容纳腔内，马达的驱动轴沿竖直方向向下密封地伸出底板后安装有所述螺旋钻头。内筒和外筒同轴设置。

该设计中，容纳腔形成安装马达的马达室，由于容纳腔是一个体积较大的内腔，具有较大的操作空间，能够方便对马达进行安装、调试以及更换，同时可以在底板上预设多组马达安装位置，根据需要安装不同组合形式的马达组，以调整螺旋钻头的型号、数量和距离。

进一步，在空心轴的下端设置有一沿径向向外突出的突出部，该突出部与空心轴的外周面之间形成一朝向上方的台阶面，摆动轮能够可分离地支撑在该台阶面上。该设计能够便于扩径桩机的移动。由于摆动轮能够可分离地支撑在该台阶面上，当扩径桩机完成一个环形桩孔的钻设后，向上提升空心轴，能够使摆动轮支撑在台阶面上，并经摆动轮将底座同步向上提升，从而使整个扩径桩机离开地面，转移到下一个施工位置。当切割部向地下移动，对土体进行切割时，摆动轮在高度上的位置保持不变，使得摆动轮离开台阶面。

进一步，该驱动部还包括一连接环，该连接环位于摆动轮的上侧，且连接环固定安装在空心轴的顶端，进液管和排浆管固定连接在该连接环上。

利用连接环，使得进液管和排浆管至少能够在连接环与环形体之间保持沿竖直方向延伸，不会产生倾斜现象。当扩径桩机在工作时，连接环始终保持在摆动轮的上侧，能够有效地避免进液管和排浆管在没有约束时，撞击到环形桩孔的周壁上，影响环形桩孔的稳定性。

进一步，虚拟环形面的外径较环形体的外径大20-60mm，虚拟环形面的内径较环形体的内径小20-60mm；空心轴的外径≤环形体的外径，空心轴的内径≥环形体的外径。该设计能避免环形体和空心轴两者的内周面以及外周面触碰到环形桩孔的侧壁，影响环形桩孔的稳定性，同时能够使得环形体以下的环形桩孔形成一个相对密封的腔室，使得素土泥浆能够顺利地经排浆管排出。

附图说明

图1是扩径桩机的立体图。

图2是扩径桩机的主视图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2中A-A向的视图。

图5是图2中B-B向的视图。

图6是图2中C-C向的视图。

图7是图6中D部分的放大图。

图8是图6中E部分的放大图。

图9是螺旋钻头所在虚拟环形面与切割部之间的位置关系图。

图10是圆桩扩径加固的施工流程示意图。

具体实施方式

以下首先对扩径桩机的结构进行说明，请参阅图1-图8，其包括一底座10、一驱动部20和一切割部40。该底座10包括支撑腿11和固定安装在支撑腿顶部的工作台12。该工作台12的上表面121呈沿水平方向延伸的平面状。在工作台12上开设有一穿轴孔122，穿轴孔122沿竖直方向贯穿工作台12。

切割部40包括沿竖直方向延伸的空心轴41、固定安装在该空心轴的下端的环形体42和安装在该环形体42的下端的八个螺旋钻具50。该空心轴和环形体同轴设置，且空心轴和环形体的中轴线均与第一轴线91共线，空心轴的第一内腔和环形体的第二内腔共同形成为一个沿竖直方向延伸的过桩孔412。该第一轴线91沿竖直方向延伸。工作台经穿轴孔自由地套设在空心轴上。在空心轴41的顶端开设有起吊孔413。

本实施例中，该环形体42包括同轴套设在一起的内筒421和外筒422，内筒和外筒均沿竖直方向延伸，该外筒位于内筒的外侧，且内筒与外筒之间具有距离，使得在内筒与外筒之间形成一环形空间。请同时参阅图7，在内筒和外筒的顶部分别安装有第一内弧形板426和第一外弧形板424，第一内弧形板426由内筒朝外筒方向延伸，第一外弧形板424由外筒朝内筒方向延伸，顶板428呈环形，顶板的径向内端和径向外端分别采用螺栓密封地可拆卸地固定安装在第一内弧形板426和第一外弧形板424的上侧，使得顶板密封地、固定地安装在内筒和外筒的顶部，将环形空间的上部密封。

请同时参阅图8，在内筒和外筒的底部分别安装有第二内弧形板427和第二外弧形板425，第二内弧形板427由内筒朝外筒方向延伸，第二外弧形板425由外筒朝内筒方向延伸，底板429呈环形，底板的径向内端和径向外端分别采用螺栓密封地、可拆卸地安装在第二内弧形板427和第二外弧形板425的下侧，使得底板密封地可拆卸地安装在内筒和外筒的底部，将环形空间的上部密封。内筒、外筒、顶板和底板所圈围的空间形成为容纳腔423。

请参阅图7，在空心轴41的下端设置有一沿径向向外突出的突出部44，突出部为一焊接在空心轴下端的空心筒，该空心筒沿竖直方向延伸，空心筒的下端焊接在顶板上。空心筒的内径大于空心轴的内径，外径大于空心轴的外径、但小于环形体的外径，空心筒与空心轴的外周面之间形成一台阶面43，台阶面43由空心轴的外周面沿径向向外延伸、且朝向上方。

每一螺旋钻具50均包括连接在一起的螺旋钻头52和驱动该螺旋钻头进行转动的马达51。对应于每一马达，在环形体内均设置有一马达室，具体本实施例中，容纳腔同时形成为马达室，马达固定安装在容纳腔内，对应于每个马达，在底板上均开设有一马达轴孔，马达51的输出轴511经马达轴孔穿出底板429后连接到螺旋钻头52的钻杆521上，在钻杆521的外周面上焊接有螺旋刀片522，钻杆52的钻尖523朝向下方。

填料法兰512套设在输出轴511上、并密封地安装在底板上，在填料法兰与输出轴之间安装有密封圈513，以密封填料法兰与输出轴之间的缝隙。

可以理解，在另一实施例中，环形体可以采用实心结构，然后对应于每个马达，均在环形体内设置一个马达室。

请同时参阅图9，八个螺旋钻头52环绕该第一轴线91均匀间隔设置，为显示清楚，在图9中，第一轴线91采用一个小圆圈表示。沿竖直方向观察，所有的螺旋钻头位于一虚拟环形面420内，空心轴的外径和环形体的外径均不大于虚拟环形面的外径，空心轴的内径和环形体的内径均不小于虚拟环形面的内径。

具体在本实施例中，虚拟环形面420的内径DA为605mm，虚拟环形面420的外径DB为1245mm，环形体42的内径DC为640mm，环形体的外径DD为1220mm。空心轴的内周面与环形体的内周面共面，环形体的外周面向外超出空心轴的外周面。图9中，标记101表示虚拟环形面420的内侧边缘，标记102表示虚拟环形面420的外侧边缘，标记4201表示环形体42的内周面，标记4202表示环形体42的外周面。

可以理解，在其他实施例中，空心轴的外周面和环形体的外周面还可以均与虚拟环形面的外侧边缘位于同一圆形面上，空心轴的内周面和环形体的内周面还可以均与虚拟环形面的内侧边缘位于另一圆形面上。

该驱动部20包括摆动轮21、连接环22和驱动机构，摆动轮21和连接环22沿竖直方向间隔设置，摆动轮和连接环均呈圆环状，该摆动轮套设在空心轴上，连接环22位于摆动轮的上侧且焊接在空心轴的顶端。

在连接环22上固定连接有五根沿竖直方向延伸的管道，五根管道均为钢管，五根管道包括一根进液管241、一根排浆管242和三根护套管23。连接环22焊接在五根管道上，对应于五根管道，在摆动轮开设有五个穿管孔212，五根管道分别自由地穿过一个穿管孔。

进液管具有一进液口和一出液口，排浆管具有一进浆口和一出浆口，进液管241和排浆管242均沿竖直方向贯穿环形体、并密封地伸出底板429，使得出液口和进浆口均向下伸出底板。本实施例中，出液口与进浆口均位于底板与螺旋刀片之间，进液口和出浆口向上伸出连接环。三根护套管的上管口均向上伸出连接环，三根护套管的下管口均伸入到容纳腔中。电缆分别经三根护套管23进入到容纳腔中，然后连接到各马达上。

在摆动轮21对称的两侧分别设置有一根径向杆32，径向杆固定连接在摆动轮的外周面上，径向杆沿摆动轮的径向向外延伸。即径向杆绕第一轴线均匀设置。

驱动机构包括安装在工作台的上表面的两台驱动器30，每台驱动器对应于一根径向杆32。两台驱动器的结构相同，每台驱动器30均包括一液压缸35。即对应于每根径向杆，均设置有一液压缸。可以理解，在其他实施例中，当径向杆的数量为3、4或5根时，驱动器相应的数量为3、4或5台。

对应于每台液压缸，在工作台的上表面均固定安装有相互平行的两条T型导轨356，液压缸35具有一缸筒351和安装在缸筒轴向方向两端的前端板354和后端板355，液压缸35水平放置，在前端板354和后端板355的下端均安装有一滑动件357，该滑动件具有能够卡持在T型导轨上的凹槽，两个滑动件经该凹槽分别滑动地卡持在一根T型导轨上，使得液压缸能够沿T型导轨的长度方向进行滑动。液压缸的活塞杆沿水平方向延伸且垂直于所安装的T型导轨。

对应于每一径向杆32，每一驱动器还包括一滑槽件34，滑槽件固定安装在工作台的上表面上，且滑槽件位于摆动轮21的径向外侧，在每一滑槽件上均开设有一弧形槽341，该弧形槽341由滑槽件34朝向摆动轮21的一侧沿径向朝远离摆动轮的方向凹陷而形成。弧形槽341具有一沿径向向外突出的圆弧底，径向杆32的径向外端形成为半球型的端部321，该端部321活动地伸入到所对应的滑槽件的弧形槽内。所有滑槽件上的弧形槽均位于同一虚拟环形槽内，该虚拟环形槽的中轴线与第一轴线重合。摆动轮经径向杆活动地支撑在弧形槽内，使得摆动轮经滑槽件活动地支撑在工作台的上表面。可以理解，在另一实施例中，该端部还可以呈球形。

液压缸位于所对应的径向杆的一侧，在径向杆朝向所对应的液压缸的一侧的外端固定安装一铰接杆33，该铰接杆33经销轴铰接在液压缸的活塞杆353上，为显示清楚，在附图中未显示该销轴，仅显示了用于插设销轴的销轴孔331。即活塞杆353经铰接杆33和径向杆32间接铰接在摆动轮21上。沿摆动轮的周向方向，液压缸均位于其所对应的径向杆的周向方向的同一侧。

在本实施中，该摆动轮的内周面上设置有内花键211，该空心轴的外周面上设置有与该内花键211相啮合的外花键411，内花键和外花键上的键齿及键槽均沿竖直方向延伸，使得空心轴能够相对于摆动轮沿竖直方向往复移动。

内花键和外花键上的键齿均形成为凸齿，键槽均形成为供凸齿伸入的凹槽。即摆动轮的内周面上设置有凸齿，空心轴的外周面上设置有用于该凸齿伸入的凹槽。当然也可以理解为在摆动轮的内周面上设置有凹槽，空心轴的外周面上设置有用于伸入到该凹槽内的凸齿。

在活塞杆的带动下，该摆动轮以第一轴线为中轴线进行往复转动，并经空心轴带动整个切割部同步进行往复转动，同时使得液压缸沿T型导轨往复移动。

可以理解，在其他实施例中，无需采用花键形式的摆动轮和空心轴，仅仅需要在空心轴的局部外周面上设置凹槽或凸齿，并在摆动轮的内周面的相应区域内设置相适应的凸齿或凹槽，使得空心轴在摆动轮的带动下，能够进行相应的往复转动即可。

本实施例中共设置了八个螺旋钻头，八个螺旋钻头的结构相同，八个螺旋钻头的钻尖523均位于一个直径为925mm的圆上，每个螺旋钻头的直径均为320mm，当切割部进行往复转动时，往复转动的角度为45°，使得相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔能够相互重合，以形成一个完整的圆环形桩孔。即本实施例中，相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔之间的搭接率为100％。可以理解，在其他实施例中，调整切割部往复转动的角度，还能够使相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔之间的搭接率为20％、30％、40％、50％、80％，当然也可以为20-100％之间其他的比例。搭接率是指相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔之间的搭接长度与钻孔直径的比例，例如本实施例中的钻孔直径为320mm，当相邻两个螺旋钻头所形成的钻孔完全重合，即搭接长度为320mm，搭接率为320/320＝100％。

以下对圆桩扩径加固的施工方法进行说明，本实施例中，圆桩为混凝土管桩90，且该混凝土管桩已下沉在地下，该混凝土管桩沿竖直方向延伸，混凝土管桩的外径为600mm，虚拟环形面420的内径DA为605mm，圆桩的外径与虚拟环形面的内径之差为5mm。

请参阅图10，该施工方法包括如下步骤：

(1)请参阅图10中的步骤(a)，将扩径桩机经底座安装在施工面500上，，并使第一轴线与该混凝土管桩90的中轴线共线，过桩孔正对该混凝土管桩。

(2)请参阅图10中的步骤(b)和步骤(c)，启动马达，驱动螺旋钻头转动，对混凝土管桩周围的土体进行切割，同步启动驱动装置，带动挖掘部绕第一轴线进行往复转动，使相邻螺旋钻头所形成的钻孔相互搭接，形成环形桩孔80。

在对土体进行切割的同时，将水经进液管注入到被切割下来的土方中，螺旋钻头在对土体进行切割的同时，并使切割下来的土方形成为素土泥浆，由于环形体的封闭作用，使得环形体下方的环形桩孔形成一个相对封闭的容腔，在水压的推动下，素土泥浆经排浆管排出环形桩孔。本实施例中，环形桩孔的深度为18米，水压为0.7MPa。当素土泥浆无法顺利地排出环形桩孔时，需要在排浆管的顶部连接泥浆泵，利用泥浆泵协助将素土泥浆排出环形桩孔。

(3)请参阅图10中的步骤(d)和步骤(e)，当螺旋钻头的钻尖向下到达第一设定位置时，停止对土体的切割，并将切割部向上提升；在切割部向上提升的同时，经进液管将水泥土81浇注到环形桩孔内；持续向上提升切割部，直到螺旋钻头向上到达混凝土管桩90的顶部，形成水泥土桩93，该水泥土筒桩93与混凝土管桩90形成复合桩体100。由于水泥土桩93单纯由水泥土形成，未配置钢筋笼或预应力钢筋等增强体，称为素桩。

在向上提升切割部时，保持螺旋钻头的转动以及切割部的往复转动，对进入到环形桩孔内的水泥土进行搅拌，以使少量的素土泥浆能够均匀地进入到水泥土。当然在另一实施例中，在向上提升切割部时，可以仅使螺旋钻头转动或切割部进行往复转动，或者使螺旋钻头和切割部均停止转动。

本实施例中，第一设定位置为混凝土管桩90的底端面向上1.0米处。可以理解，在其他实施例中，第一设定位置还可以为混凝土管桩的底端面向上0.3米、0.5米、0.8米、1.2米或1.5米处。

可以理解，在其他实施例中，圆桩还可以为混凝土实心圆桩或混凝土实心管桩。

本实施例中，可凝固材料采用采用水泥土，可以理解，在其他实施例中，可凝固材料还可以采用水泥砂浆或细石混凝土等材料。

Claims (10)

1.一种圆桩扩径加固的施工方法，其特征在于，该圆桩为已下沉在地下的圆桩，且该圆桩沿竖直方向延伸，该施工方法采用扩径桩机进行，该扩径桩机包括一底座、一切割部和一驱动部，该底座具有一工作台，该工作台具有一沿水平方向延伸的上表面，在工作台上开设有穿轴孔；

该切割部包括沿竖直方向延伸的空心轴、固定安装在该空心轴的下端的环形体和安装在该环形体的下端的至少四个螺旋钻具，该空心轴和环形体同轴设置，且空心轴和环形体的中轴线与第一轴线共线，空心轴的第一内腔和环形体的第二内腔共同形成为一个沿竖直方向延伸的过桩孔；该第一轴线沿竖直方向延伸；工作台经穿轴孔自由地套设在空心轴上；

每一螺旋钻具均包括连接在一起的螺旋钻头和驱动该螺旋钻头进行转动的马达，对应于每一马达，在环形体的内部均设置有一马达室，该马达安装在所对应的马达室内，螺旋钻头位于在环形体的下侧；

螺旋钻头环绕第一轴线均匀间隔设置，沿竖直方向观察，所有的螺旋钻头位于一虚拟环形面内，空心轴的外径和环形体的外径均不大于虚拟环形面的外径，空心轴的内径和环形体的内径均不小于虚拟环形面的内径；

驱动部包括一摆动轮和安装在工作台上的驱动机构，该摆动轮活动地支撑在工作台的上表面，摆动轮连接在驱动机构上，该驱动机构能够驱动该摆动轮以第一轴线为中轴线进行往复转动；

摆动轮套设在空心轴上，摆动轮和空心轴经凹槽和凸齿卡持在一起，且空心轴能够相对于摆动轮沿竖直方向往复移动；当摆动轮进行往复转动时，能够经空心轴带动切割部同步进行往复转动；当切割部进行往复转动时，能够使相邻螺旋钻头所形成的钻孔相互搭接；

在环形体上固定安装有沿竖直方向延伸的进液管和排浆管，该进液管和排浆管均自由地穿过摆动轮和穿轴孔后固定连接到环形体上；进液管的出液口和排浆管的进浆口均向下贯穿该环形体的下端面，且出液口和进浆口均向下不超过螺旋钻头的钻尖；

该施工方法包括如下步骤：

(1)将扩径桩机安装在施工面上，并使第一轴线与该圆桩的中轴线共线，圆桩的外径≤虚拟环形面的内径；

(2)启动马达，驱动螺旋钻头转动，对圆桩周围的土体进行切割，同步启动驱动装置，带动挖掘部绕第一轴线进行往复转动，使相邻螺旋钻头所形成的钻孔相互搭接，形成环形桩孔；

在对土体进行切割的同时，将水经进液管注入到被切割下来的土方中，形成素土泥浆，素土泥浆经排浆管排出环形桩孔；

(3)当螺旋钻头的钻尖向下到达第一设定位置时，停止对土体的切割，并将切割部向上提升；在切割部向上提升的同时，经进液管将可凝固材料浇注到环形桩孔内；持续向上提升切割部，直到螺旋钻头向上到达圆桩的顶部，形成素桩，该素桩与圆桩形成复合桩体。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，该第一设定位置为圆桩的底端面向上0.3-1.5米处。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，圆桩的外径与虚拟环形面的内径之差为3-20mm。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，当切割部进行往复转动时，相邻螺旋钻头所形成的钻孔的搭接率为20-100％。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，该摆动轮的内周面上设置有内花键，该空心轴的外周面上设置有与该内花键相啮合的外花键。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，该驱动机构包括安装在工作台的上表面的2-5台驱动器，每台驱动器均包括一液压缸，对应于每一液压缸，在摆动轮上均固定设置有一沿径向向外延伸的径向杆，所有的径向杆环绕第一轴线均匀设置；沿摆动轮的周向方向，每一液压缸均位于其所对应的径向杆的周向方向的同一侧；

对应于每一径向杆，在工作台的上表面均固定安装有一滑槽件，滑槽件位于摆动轮的径向外侧，在每一滑槽件上均开设有一弧形槽，该弧形槽由滑槽件朝向摆动轮的一侧沿径向朝远离摆动轮的方向凹陷而形成，所有滑槽件上的弧形槽均位于同一虚拟环形槽内，该虚拟环形槽的中轴线与第一轴线重合；径向杆的径向外端活动地伸入到所对应的滑槽件上的弧形槽内；

对应于每台液压缸，在工作台的上表面均固定安装有导轨，该液压缸滑动地安装在所对应的导轨上，液压缸的活塞杆沿水平方向延伸且垂直于所安装的导轨，液压缸的活塞杆铰接在所对应的径向杆上。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，该环形体包括套设在一起的内筒和外筒，该外筒位于内筒的外侧，内筒和外筒之间具有距离，在内筒和外筒之间形成一环形空间，顶板密封地安装在内筒和外筒的顶部；底板密封地、且可拆卸地安装在内筒和外筒的底部，顶板和底板均呈环形；内筒、外筒、顶板和底板所圈围的空间形成为容纳腔；

该容纳腔形成为马达室，马达固定安装在该容纳腔内，马达的驱动轴沿竖直方向向下密封地伸出底板后安装有所述螺旋钻头。

8.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在空心轴的下端设置有一沿径向向外突出的突出部，该突出部与空心轴的外周面之间形成一朝向上方的台阶面，摆动轮能够可分离地支撑在该台阶面上。

9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，该驱动部还包括一连接环，该连接环位于摆动轮的上侧，且连接环固定安装在空心轴的顶端，进液管和排浆管固定连接在该连接环上。

10.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，虚拟环形面的外径较环形体的外径大20-60mm，虚拟环形面的内径较环形体的内径小20-60mm；空心轴的外径≤环形体的外径，空心轴的内径≥环形体的外径。

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