CN117822554A - 一种控制挤土的复合桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制挤土的复合桩施工方法，包括如下步骤：S1：在需施工复合桩的桩基土体上埋设孔口护筒；S2：土体原位多层互剪搅拌装置就位后并启动，随着内钻杆和外钻杆带动搅拌钻头剪切扰动桩孔内的土体，同时通过搅拌钻头喷射固化材料，部分搅拌后的固化土随着外钻杆上的螺旋叶片旋转以及搅拌钻头下部的挤压从桩孔中被上提或被上挤入至护筒中；S3：在搅拌钻头钻进到达指定桩孔深度后，此时内钻杆和外钻杆保持旋转并提升；S4：利用刚性桩植桩设备将刚性桩同心植入到施工完成的搅拌桩中；S5、转移护筒，对桩头部位多余的固化土进行清理，复合桩施工完成；本发明具有有效控制复合桩施工时挤土效应的效果，可以减少其对周边环境的影响。

Description

一种控制挤土的复合桩施工方法

技术领域

本发明属于桩基工程施工技术领域，尤其涉及一种控制挤土的复合桩施工方法。

背景技术

作为桩基工程施工领域中的一种主要技术，植桩工法，已于上世纪70年代起广泛应用于工程建筑领域，包括土木工程、建筑工程、铁路工程、公路工程、水利工程、市政工程及港口工程等领域。植桩工法是采用钻孔法、中掘法、高压旋喷法、搅拌法等方法对土体进行预处理后植入预制桩体而形成一种复合桩技术，该工法能发挥更大的承载力，同时也进一步扩大了预制桩的应用空间：预制桩遇到硬地层无法植入，预处理后的土层让植桩难度大幅下降。上述的土体预处理方法中，尤以搅拌法最具经济性，其利用在原位土体注入固化剂后混合搅拌形成搅拌桩，后在搅拌桩中植入预制桩体，经过一段龄期，搅拌后的土体固化成形并具有一定强度，与植入的预制桩共同形成承载体。此工艺的施工工程过程中，无取土弃土，无排渣排浆，是一种非常绿色环保的工艺，但是对于一些对场地变形比较敏感的工程，由于搅拌桩施工过程中对原状土进行了扰动，其体积会增大，其次钻杆的插入以及注入大量的固化材料进入土体，最后，刚性桩的植入，每一步都导致此工艺的常规施工方法存在一定的挤土危害。如地铁周边工程、位于软土地区的工程、地处离已建建筑物较近的工程，挤土会造成对周边已建建筑物的破坏，甚至会在施工过程中对附近刚施工不久的桩基形成挤压破坏，造成桩基偏斜，影响项目质量和安全。而且现有的搅拌装置在土体搅拌过程中，需要下放与上提反复多次搅拌，施工效率较为低下，同时，搅拌桩施工过程中有部分土体被挤出桩位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种控制挤土的复合桩施工方法，可以在施工过程中根据内桩和芯桩的尺寸比例以及土层的性质，合理控制挤土量，在达到复合桩的较高力学性能的前提下降低负面效果。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种控制挤土的复合桩施工方法包括如下步骤：

S1：在需施工复合桩的桩基土体上打设或者埋设孔口护筒，护筒的高度高出土体面0.5m～2m，护筒的直径略大于桩基直径；

S2：土体原位多层互剪搅拌装置就位后并启动，土体原位多层互剪搅拌装置上的搅拌钻头沿着所述护筒中心向桩基土体下放，并随着土体原位多层互剪搅拌装置上的内钻杆和外钻杆带动搅拌钻头剪切扰动桩孔内的土体，同时通过搅拌钻头喷射固化材料，由于外钻杆上的螺旋叶片外径小于搅拌钻头的外径，此时，部分搅拌后的固化土随着外钻杆上的螺旋叶片旋转以及搅拌钻头下部的挤压从桩孔中被上提或被上挤入至所述护筒中，即为原位搅拌及固化桩孔内的土体；

S3：在搅拌钻头钻进到达指定桩孔深度后，即为土体原位多层互剪搅拌装置的单次下放，此时土体原位多层互剪搅拌装置上的内钻杆和外钻杆保持旋转并提升，护筒中的部分固化土由于搅拌钻头的上提，会重新进入到桩孔的桩头部位直到搅拌钻头离开孔口，即为土体原位多层互剪搅拌装置的单次上提；

S4：利用刚性桩植桩设备将刚性桩同心植入到施工完成的搅拌桩中，桩周固化土并保证桩顶标高满足设计要求，形成复合桩体；

S5、转移护筒，对桩头部位多余的固化土进行清理，使搅拌桩和刚性桩的桩头平齐且完整，复合桩施工完成。

本发明的有益效果为：通过内外钻杆的传动，带动搅拌钻头致使深部土体被有效剪切扰动，为固化剂撒布形成均匀的搅拌桩提供了有利条件，无需下放与上提反复多次搅拌，施工效率大大提升；在钻头下钻搅拌的过程中，通过螺旋叶片连续旋转，将孔内靠近中心的固化土持续上提，可将因土体松动体积膨胀、压注固化材料、沉入钻杆挤压等造成的孔内土压力过高的部位有效泄压，有效控制了对周边土体的挤压变形；另外，由于施工搅拌桩阶段的压力释放，对于刚性桩的沉入对土体的挤压也会显著减轻，同时沉桩的难度也大大减小。

作为优选，所述土体原位多层互剪搅拌装置包括双向输出动力头、内钻杆、外钻杆和搅拌钻头，所述内钻杆与所述双向输出动力头的其中一个动力头相连接，所述外钻杆与所述双向输出动力头的另一个动力头相连接，且所述内钻杆位于所述外钻杆内，所述内钻杆与所述外钻杆之间呈反向转动，所述外钻杆的外周向壁设有螺旋叶片，且所述螺旋叶片的外径小于所述搅拌钻头的外径；所述搅拌钻头包括钻头内杆和钻头外杆，所述钻头内杆与所述内钻杆相连接固定，所述钻头外杆与所述外钻杆相连接固定，所述钻头外杆上设有至少两个搅拌框，且所述搅拌框和所述钻头内杆上均设有至少一层搅拌翼；通过在外钻杆上设置螺旋叶片，在搅拌装置钻进过程中，将孔内靠近中心的固化土持续上提，可将因土体松动体积膨胀、压注固化材料、沉入钻杆挤压等造成的孔内土压力过高的部位有效泄压，有效控制了对周边土体的挤压变形，大大消除挤土的危害；同时，通过在钻头内外杆均设有搅拌翼并发生相向剪切运动，致使深部土体被有效剪切扰动，为固化剂撒布形成均匀的搅拌桩提供了有利条件。

作为优选，所述螺旋叶片沿所述外钻杆的底端至上端螺旋布置，且所述螺旋叶片通过焊接方式固定在所述外钻杆的外周向壁上；螺旋叶片在通过外钻杆转动时，通过上述结构的设置，使得螺旋叶片在向上提土的连续性更好，施工效率也更为高效。

作为优选，所述螺旋叶片沿所述外钻杆的外周向壁的螺旋方向与所述外钻杆在施工钻进过程中的转动方向呈相反；这样的结构设置，使得螺旋叶片随外钻杆下钻转动时，呈向上提土效果。

作为优选，所述螺旋叶片的外径为所述钻头外杆上所设的所述搅拌框所围成的外径的1/5至2/5；这样通过搅拌框剪切扰动之后的土体只有少部分通过螺旋叶片向上提土，在提高土体原位搅拌的同时，还便于后续的刚性桩的沉桩。

作为优选，所述搅拌框上的搅拌翼与所述钻头内杆上的搅拌翼呈相对交错分布；这样对土体的剪切扰动效率更高，搅拌之后的土体也更为均匀，为固化剂撒布形成均匀的搅拌桩提供了有利条件。

作为优选，所述搅拌钻头还包括钻尖和切削翼，所述钻尖连接固定在所述钻头外杆的下端上，所述切削翼至少设有两个，并沿所述钻尖的轴芯呈对称分布固定在所述钻尖的外周向壁上；当遇到岩层或穿透硬土层时，通过上述结构的设置，能顺利的将搅拌钻头进行钻进。

附图说明

图1是本发明的土体原位多层互剪搅拌装置整体结构示意图。

图2是本发明的钻杆与搅拌钻头之间的结构示意图。

图3是本发明的复合桩施工方法流程示意图。

附图中的标号分别为：1、双向输出动力头；2、钻杆；201、内钻杆；202、外钻杆；203、螺旋叶片；3、搅拌钻头；301、钻头外杆；302、钻头内杆；303、搅拌翼；304、搅拌框；305、钻尖；306、切削翼；4、护筒；5、刚性桩。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图3所示，本发明的施工方法包括如下步骤：

S1：在需施工复合桩的桩基土体上打设或者埋设孔口护筒4，护筒4的高度高出土体面0.5m～2m，护筒4的直径略大于桩基直径；为图3中的a步骤；

S2：土体原位多层互剪搅拌装置就位后并启动，土体原位多层互剪搅拌装置上的搅拌钻头3沿着护筒4中心向桩基土体下放，并随着土体原位多层互剪搅拌装置上的内钻杆201和外钻杆202带动搅拌钻头3剪切扰动桩孔内的土体，同时通过搅拌钻头3喷射固化材料，由于外钻杆202上的螺旋叶片203外径小于搅拌钻头3的外径，此时，部分搅拌后的固化土随着外钻杆202上的螺旋叶片203旋转以及搅拌钻头3下部的挤压从桩孔中被上提或被上挤入至护筒4中，即为原位搅拌及固化桩孔内的土体；为图3中的b步骤；

S3：在搅拌钻头3钻进到达指定桩孔深度后，即为土体原位多层互剪搅拌装置的单次下放，此时土体原位多层互剪搅拌装置上的内钻杆201和外钻杆202保持旋转并提升，护筒4中的部分固化土由于搅拌钻头3的上提，会重新进入到桩孔的桩头部位直到搅拌钻头3离开孔口，即为土体原位多层互剪搅拌装置的单次上提；为图3中的c～e步骤；

S4：利用刚性桩植桩设备将刚性桩5同心植入到施工完成的搅拌桩中，桩周固化土并保证桩顶标高满足设计要求，形成复合桩体；为图3中的f、g步骤；

S5、转移护筒4，对桩头部位多余的固化土进行清理，使搅拌桩和刚性桩5的桩头平齐且完整，复合桩施工完成，为图3中的h、i步骤。

S2、S3步骤中，现有的对桩孔施工为：通过搅拌装置对桩孔内的土体全部取出至外，然后通过水泥土搅拌好之后再灌入至桩孔内，不能实现原位搅拌及固化桩孔内的搅拌土体，施工的工序非常复杂，而且施工成本也非常高，效率也较为低下。现有复合桩施工的搅拌装置均没有使用双向搅拌钻头，导致对桩孔内的土体搅拌均需要多次的下放与上提，施工效率非常的低下，而且多次的下放与上提对土体的挤压效应会大大增加。

上述施工过程中护筒的设置，既能对孔口位置土体的变形起到抑制作用，同时可将上提的土体控制在桩头以上桩中心半径范围以内，当钻头提出后，部分土会重新回到桩头部位，可保证桩头完整。

如附图1、2所示，土体原位多层互剪搅拌装置包括双向输出动力头1、内钻杆201、外钻杆202和搅拌钻头3，内钻杆201与双向输出动力头1的其中一个动力头相连接，外钻杆202与双向输出动力头的另一个动力头相连接，且内钻杆201位于外钻杆202内，内钻杆201与外钻杆202之间呈反向转动，外钻杆202的外周向壁设有螺旋叶片203，且螺旋叶片203的外径小于搅拌钻头3的外径；搅拌钻头3包括钻头内杆302和钻头外杆301，钻头内杆302与内钻杆201相连接固定，钻头外杆301与外钻杆202相连接固定，钻头外杆301上设有至少两个搅拌框304，且搅拌框304和钻头内杆302上均设有至少一层搅拌翼303。上述中所涉及的内钻杆201与双向输出动力头1的其中一个动力头相连接，外钻杆202与双向输出动力头的另一个动力头相连接，且内钻杆201位于外钻杆202内，内钻杆201与外钻杆202之间呈反向转动，具体的工作原理可参照公开号CN116378022A，一种可变径的多层双向互剪搅拌钻机及施工方法，如具体实施方式里面的第【0039】、【0043】段。

螺旋叶片203沿外钻杆202的底端至上端螺旋布置，即沿外钻杆202全长分布并跟随外钻杆202连续旋转，将孔内靠近中心的固化土持续上提，可将因土体松动体积膨胀、压注固化材料、沉入钻杆挤压等造成的孔内土压力过高的部位有效泄压，有效控制了对周边土体的挤压变形；且螺旋叶片203通过焊接方式固定在外钻杆202的外周向壁上。

螺旋叶片203沿外钻杆202的外周向壁的螺旋方向与外钻杆202在施工钻进过程中的转动方向呈相反；例如外钻杆202在施工过程中为顺时针转动，那么此时的螺旋叶片203沿外钻杆202的螺旋方向为逆时针，呈向上提土效果。

螺旋叶片203的外径为钻头外杆301上所设的搅拌框304所围成的外径的1/5至2/5；可以通过搅拌钻头3将需要沉桩的孔进行成孔，并通过螺旋叶片203将部分搅拌之后的土体提出至外，大部分土体还是在搅拌孔内，不但能在施工搅拌桩阶段的压力释放，而且对于刚性桩的沉入对土体的挤压也会显著减轻，同时沉桩的难度也大大减小。

搅拌框304上的搅拌翼303与钻头内杆302上的搅拌翼303呈相对交错分布；这样使得搅拌翼303跟随钻头内杆302或钻头外杆301旋转且互不干涉。根据土体的土质情况及施工的工况，搅拌翼303一般设有两至三层，这样使得搅拌更为高效，搅拌之后的土体也更为均匀化。

搅拌钻头3还包括钻尖305和切削翼306，钻尖305连接固定在钻头外杆301的下端上，切削翼306至少设有两个，并沿钻尖305的轴芯呈对称分布固定在钻尖305的外周向壁上。

实施例一：

本实施例为施工插芯复合桩群桩基础，搅拌桩直径D＝1000mm，刚性桩的直径d＝700mm，桩芯与桩芯之间的间距为L＝2.8m。孔口护筒的长度为3m，埋入与出露的长度均为1.5m。施工场地开阔，施工机械为：一台搅拌桩机、一台液压静力压桩机。

具体的，如图1所示，本实施例采用的有效控制挤土的复合桩施工机械，包含土体原位搅拌设备和刚性桩植入设备；土体原位搅拌设备包含：双向输出动力头1、钻杆2、搅拌钻头3；钻杆2包含内钻杆201和外钻杆202，外钻杆上全长安装有螺旋叶片203，螺旋叶片的宽度为5cm；搅拌钻头3包含钻头内杆302和钻头外杆301，二者相向转动，钻头外杆301上分布着一层框型结构搅拌翼303，共3个，两两呈120°夹角，钻头内杆302上同样分布着一层直板状搅拌翼303，呈上下分布，钻头外杆301的搅拌翼303与钻头内杆302的搅拌翼303相互交错，转动时互不干扰。搅拌钻头3的末端设有喷浆口。本实施例中的刚性桩植入设备为液压静力压桩机，其采用液压油缸抱压的方式对芯桩进行轴向加压。

整个复合桩的实施过程，采用两种不同机器流水施工的方式完成复合桩。具体如下：

1)打设或者埋设孔口护筒4，护筒4的高度高出地面1.5m，护筒的直径为1100m；

2)搅拌桩机就位后，启动内外钻杆旋转，并喷射固化材料，确定固化材料输送通畅后下钻，部分搅拌后的土固化土随着钻杆螺旋叶片旋转以及下部的挤压从桩孔中被上提或被上挤入进护筒中。钻进到达指定深度后，内外钻杆保持旋转并提升，护筒4中的部分固化土由于钻具的上提，会重新进入到桩头部位直到钻头离开孔口。

3)搅拌桩机移位，液压静力压桩机就位，并复测搅拌桩中心位置，吊送并加压将刚性桩同心植入到施工完成的搅拌桩中，桩周固化土并保证桩顶标高满足设计要求，形成复合桩体。

4)转移孔口护筒4，对桩头部位多余的固化土进行清理，使搅拌桩和刚性桩5的桩头平齐且完整；

5)移除钢护筒，复合桩施工完成。

实施例二：

本实施例为施工插芯复合桩群桩基础，搅拌桩直径D＝1000mm，刚性桩的直径d＝700mm，桩芯与桩芯之间的间距为L＝2.8m。孔口护筒的长度为3m，埋入与出露的长度均为1.5m。施工场地狭窄，施工机械为：一台桩架施工底盘，搅拌桩施工钻具系统与刚性桩植入设备分别悬挂在桩架桅杆侧面轨道上，刚性桩植入设备为液压打桩锤。

整个复合桩的实施过程，采用基于相同底盘一体机流水施工的方式完成复合桩。具体如下：

1)打设或者埋设孔口护筒4，护筒4的高度高出地面1.5m，护筒的直径为1100m；

2)一体桩机就位后，使搅拌钻具系统对准设计桩中心位置，启动搅拌钻具系统，使内外钻杆旋转，并喷射固化材料，确定固化材料输送通畅后下钻，部分搅拌后的土固化土随着钻杆螺旋叶片旋转以及下部的挤压从桩孔中被上提或被上挤入进护筒中。钻进到达指定深度后，内外杆保持旋转并提升，护筒4中的部分固化土由于钻具的上提，会重新进入到桩头部位直到钻头离开孔口。

3)一体桩机位置微调，使液压打桩锤的位置对准搅拌桩中心位置，吊送并锤击加压将刚性桩同心植入到施工完成的搅拌桩中，桩周固化土并保证桩顶标高满足设计要求，形成复合桩体。

4)转移孔口护筒4，对桩头部位多余的固化土进行清理，使搅拌桩和刚性桩5的桩头平齐且完整；

5)移除钢护筒，复合桩施工完成。

本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：该复合桩施工方法包括如下步骤：

S1：在需施工复合桩的桩基土体上打设或者埋设孔口护筒(4)，护筒(4)的高度高出土体面0.5m～2m，护筒(4)的直径略大于桩基直径；

S2：土体原位多层互剪搅拌装置就位后并启动，土体原位多层互剪搅拌装置上的搅拌钻头(3)沿着所述护筒(4)中心向桩基土体下放，并随着土体原位多层互剪搅拌装置上的内钻杆(201)和外钻杆(202)带动搅拌钻头(3)剪切扰动桩孔内的土体，同时通过搅拌钻头(3)喷射固化材料，由于外钻杆(202)上的螺旋叶片(203)外径小于搅拌钻头(3)的外径，此时，部分搅拌后的固化土随着外钻杆(202)上的螺旋叶片(203)旋转以及搅拌钻头(3)下部的挤压从桩孔中被上提或被上挤入至所述护筒(4)中，即为原位搅拌及固化桩孔内的土体；

S3：在搅拌钻头(3)钻进到达指定桩孔深度后，即为土体原位多层互剪搅拌装置的单次下放，此时土体原位多层互剪搅拌装置上的内钻杆(201)和外钻杆(202)保持旋转并提升，护筒(4)中的部分固化土由于搅拌钻头(3)的上提，会重新进入到桩孔的桩头部位直到搅拌钻头(3)离开孔口，即为土体原位多层互剪搅拌装置的单次上提；

S4：利用刚性桩植桩设备将刚性桩(5)同心植入到施工完成的搅拌桩中，桩周固化土并保证桩顶标高满足设计要求，形成复合桩体；

S5、转移护筒(4)，对桩头部位多余的固化土进行清理，使搅拌桩和刚性桩(5)的桩头平齐且完整，复合桩施工完成。

2.根据权利要求1所述的控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：所述土体原位多层互剪搅拌装置包括双向输出动力头(1)、内钻杆(201)、外钻杆(202)和搅拌钻头(3)，所述内钻杆(201)与所述双向输出动力头(1)的其中一个动力头相连接，所述外钻杆(202)与所述双向输出动力头的另一个动力头相连接，且所述内钻杆(201)位于所述外钻杆(202)内，所述内钻杆(201)与所述外钻杆(202)之间呈反向转动，所述外钻杆(202)的外周向壁设有螺旋叶片(203)，且所述螺旋叶片(203)的外径小于所述搅拌钻头(3)的外径；所述搅拌钻头(3)包括钻头内杆(302)和钻头外杆(301)，所述钻头内杆(302)与所述内钻杆(201)相连接固定，所述钻头外杆(301)与所述外钻杆(202)相连接固定，所述钻头外杆(301)上设有至少两个搅拌框(304)，且所述搅拌框(304)和所述钻头内杆(302)上均设有至少一层搅拌翼(303)。

3.根据权利要求2所述的控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：所述螺旋叶片(203)沿所述外钻杆(202)的底端至上端螺旋布置，且所述螺旋叶片(203)通过焊接方式固定在所述外钻杆(202)的外周向壁上。

4.根据权利要求2所述的控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：所述螺旋叶片(203)沿所述外钻杆(202)的外周向壁的螺旋方向与所述外钻杆(202)在施工钻进过程中的转动方向呈相反。

5.根据权利要求2所述的控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：所述螺旋叶片(203)的外径为所述钻头外杆(301)上所设的所述搅拌框(304)所围成的外径的1/5至2/5。

6.根据权利要求2所述的控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：所述搅拌框(304)上的搅拌翼(303)与所述钻头内杆(302)上的搅拌翼(303)呈相对交错分布。

7.根据权利要求2所述的控制挤土的复合桩施工方法，其特征在于：所述搅拌钻头(3)还包括钻尖(305)和切削翼(306)，所述钻尖(305)连接固定在所述钻头外杆(301)的下端上，所述切削翼(306)至少设有两个，并沿所述钻尖(305)的轴芯呈对称分布固定在所述钻尖(305)的外周向壁上。