CN220927868U - 一种用于大型深基坑的螺旋钢桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于大型深基坑的螺旋钢桩，其包括锥形钻头，桩身和连接件，所述的锥形钻头与桩身的下端连接，桩身的上端通过连接件与基坑腰梁连接，所述的锥形钻头上设置中心厚边缘薄的非等厚螺旋叶片。本实用新型锥形钻头叶片厚度采用渐变式，既保留了对复杂土层的掘进能力，同时减小了对桩间土体的扰动，减小了施工过程中基坑风险发生的概率。

Description

一种用于大型深基坑的螺旋钢桩

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的技术领域，特别涉及一种用于大型深基坑的螺旋钢桩。

背景技术

在大型深基坑的开挖过程中，为防止基坑边坡发生过大变形，常采用钢管桩进行斜向支撑。

基坑常采用斜撑作为维护体系，斜撑轴力来自于基坑底部土体与斜撑的摩擦力以及端部反力。由于斜撑施工时必须按照一定斜率，常规直桩设备与之匹配度不高，施工中荷载不均匀等因素都可能导致斜撑的长度无法打入足够深度。支撑轴力不足使得基坑位移过大，不能满足安全设计要求。

为了克服以上缺点，螺旋钢桩在基坑支护中逐渐推广。而常规螺旋钢桩的钻头叶片为等厚设计，且厚度设计通常较大，故会对土层产生较大的扰动，不利于基坑稳定；同时，常规钻头的前端采用十字样式，这也增加了施工过程中对土体的扰动。例如中国专利CN202022806122.3公开的一种新型螺旋钢管桩。

在软弱土层中，桩基础难以发挥支撑作用，因此常与软弱土层注浆技术联合使用。然而一般注浆加固区所需注浆量较大且为矩形加固区域，该区域与螺旋钢桩有效作用面积重叠量较小，容易造成较大的浪费。

以此针对上述情况，有必要从钻进方式、施工方法和资源节约的角度，寻找一种新的支护结构对上述问题进行解决。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本实用新型旨在提供一种新型锥形螺旋支撑结构，主要用于提升深基坑的承载能力，同时降低对土体扰动并降低造价。

本申请的目的是通过如下技术方案来完成的：

一种用于大型深基坑的螺旋钢桩，其包括锥形钻头，桩身和连接件，所述的锥形钻头与桩身的下端连接，桩身的上端通过连接件与基坑腰梁连接，所述的锥形钻头上设置中心厚边缘薄的非等厚螺旋叶片。

优选地，所述的连接件预埋在基坑腰梁内，其端部设有连接套筒，连接套筒上间隔设置钻孔，所述的桩身上端与连接套筒通过螺栓插入钻孔连接。

优选地，所述的桩身由若干钢管桩连接组成，钢管桩的其中一端设有焊接管套，焊接管套上设有螺孔，所述的相邻钢管桩之间以及钢管桩与锥形钻头之间通过焊接管套和螺栓连接固定。通过不同数量的钢管桩连接用于增加螺旋钢桩的总长度，以满足不同基坑工程需要。

优选地，所述的非等厚螺旋叶片采用低碳钢，非等厚螺旋叶片的直径为150mm～900mm。

优选地，所述的非等厚螺旋叶片焊接在锥形钻头的中心钢轴上，非等厚螺旋叶片由下至上直径逐渐增大，非等厚螺旋叶片采用低碳钢以降低施工过程的磨损。此外，利用渐变式厚度的设计思想，降低叶片厚度对基坑底部土层的影响并适当提高钻进效率。当叶片外边缘较薄时，切削土体时可减少土体扰动，而靠近中心钢轴侧叶片厚度较大可保证结构的稳定性。

优选地，所述的锥形钻头采用高强低碳钢，可保证钻头进入指定底层深度，锥形钻头的直径为200mm～500mm，锥形钻头确定坐标、高程以及角度后利用螺旋桩机旋转压入基坑底部。

优选地，所述的锥形钻头前端开设注浆孔，以满足软土土层中承载力需要。注浆过程中通过控制旋转速度、注浆压力以及注浆量等参数，形成全封闭注浆楔体，该加固区域与螺旋钢桩在土体中的有效作用位置一致，从而提高注浆利用率，进而降低整体注浆量。

优选地，所述的钢管桩为圆形空心钢管，钢管桩的壁厚为4mm～20mm。

本申请与现有技术相比，至少具有以下明显优点和效果：

1、本实用新型锥形钻头叶片厚度采用渐变式，既保留了对复杂土层的掘进能力，同时减小了对桩间土体的扰动，减小了施工过程中基坑风险发生的概率。

2、本实用新型锥形钻头前端采用螺旋渐进式，摒弃常规钻头的十字形加固方式，同样降低了对土体的扰动。

3、实用新型适用于软土区域基坑加固，当基地软弱土不能充当持力层时，通过锥形钻头前端注浆孔喷射浆液来提高承载力。在注浆过程中通过控制旋转速度、注浆压力以及注浆量等参数形成椎形加固区域，该加固区域与螺旋钢桩在土体中的有效作用位置一致，相较于传统注浆加固，有效减少了注浆量。该结构的承载力来源并非传统桩土间的摩擦力，而是将支撑压力通过螺旋钢桩传递给注浆体，然后利用椎形曲面压密周围土体，形成楔形挤压力。

4、本实用新型总体经济性好，螺旋钢桩施工效率高且施工后直接形成承载力，节省了很多成本，同时注浆量较少且桩身可以回收再利用都提高了经济性。

5、本实用新型对环境影响小，螺旋钢桩施工过程中，无需降水和钻孔挖方且噪音较小，减小了对环境的影响。

6、本实用新型适用性广，螺旋钢桩适用软土、风化基岩等各种地质土层，桩身采用拼接施工，对施工场地作业空间要求较低。

附图说明

图1为本实用新型在基坑中的应用示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型中连接件与腰梁及桩身连接方式示意图；

图4为锥形钻头结构示意图；

图5非等厚叶片细节图。

本申请中的部件列表：1、锥形钻头；2、桩身；3、连接件；4、基坑腰梁；5、连接套筒；6、非等厚螺旋叶片；7、钢管桩；8、焊接管套；9、注浆孔；10、注浆楔体；11、中心钢轴。

具体实施方式

结合附图和以下说明描述了本申请的特定实施例以教导本领域技术人员如何制造和使用本申请的最佳模式。为了教导申请原理，已简化或省略了一下常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施例的变形落在本申请的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式结合以形成本申请的多个变型。本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。由此，本申请并不局限于下述特定实施例，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例公开了一种用于大型深基坑的螺旋钢桩，桩头斜向钻入基坑底部，桩顶与基坑腰梁相连，适用于大型深基坑支护，防止基坑边坡发生过大变形。该结构刚度较大，在基坑开挖前预先打设，有利于基坑开挖的施工组织，进而节约成本，螺旋钢桩位于基坑内部，避免了施工红线的限制。其具体包括锥形钻头1，桩身2和连接件3，所述的连接件3预埋在基坑腰梁4内，其端部设有连接套筒5，连接套筒5上间对称设置6个钻孔，所述的桩身2上端与连接套筒5通过螺栓插入钻孔连接，所述的锥形钻头1与桩身2的下端连接，所述的锥形钻头1上设置中心厚边缘薄的非等厚螺旋叶片6。

在申请的实施例中，所述的桩身2三段钢管桩7连接组成，钢管桩为圆形空心钢管，钢管桩的壁厚为20mm。所述钢管桩7的其中一端设有焊接管套8，焊接管套8上设有螺孔，所述的相邻钢管桩7之间以及钢管桩7与锥形钻头1之间通过焊接管套8和螺栓连接固定。具体的，焊接管套8与锥形钻头1顶部以及钢管桩7顶部的外径吻合，锥形钻头1顶部及钢管桩7顶部伸入焊接管套8内并通过螺栓连接。通过不同数量的钢管桩7连接用于增加螺旋钢桩的总长度，以满足不同基坑工程需要。

所述的锥形钻头1采用高强低碳钢，可保证钻头进入指定底层深度，锥形钻头1的直径为200mm～500mm，锥形钻头1确定坐标、高程以及角度后利用螺旋桩机旋转压入基坑底部。另外，在锥形钻头1前端开设注浆孔9，以满足软土土层中承载力需要。注浆过程中通过控制旋转速度、注浆压力以及注浆量等参数，形成全封闭注浆楔体10，该加固区域与螺旋钢桩在土体中的有效作用位置一致，从而提高注浆利用率，进而降低整体注浆量。

在本申请的实施例中，所述的非等厚螺旋叶片6采用低碳钢，所述的非等厚螺旋叶片6焊接在锥形钻头1的中心钢轴11上，非等厚螺旋叶片6由下至上直径逐渐增大，直径为150mm～900mm，非等厚螺旋叶片6采用低碳钢以降低施工过程的磨损。此外，利用渐变式厚度的设计思想，降低叶片厚度对基坑底部土层的影响并适当提高钻进效率。当叶片外边缘较薄时，切削土体时可减少土体扰动，而靠近中心钢轴侧叶片厚度较大可保证结构的稳定性。

实施例2

工程项目背景：宁波市某地铁车站基坑宽20.5～24.3m，长约185m。标准段基坑深约22.4m。该区域地层属于典型的软土地区，广泛分布厚层状软土，但经勘察报告可知该区域存在广泛持力层。

步骤一：施工前期准备。拼接式螺旋钢桩施工前，进行场地平整并为机械进场修建临时道路。然后，根据设计的施工图和坐标网点确定桩位和高程，偏差不得大于50mm。

步骤二，旋入锥形钻头。螺旋桩机就位，将非等厚螺旋叶片的锥形钻头安装至桩机机械臂上的扭矩电动马达钻头，并对准桩位，用角尺测量好角度。利用扭矩电动马达的自控系统，严格控制旋转速度和钻杆下降速度，要求旋转一次，非等厚螺旋叶片下降一个螺距。将带非等厚螺旋叶片的锥形钻头旋至顶部离地面以上0.5～1m时停止。旋入过程中随时注意地层变化，对施工扭矩、旋入深度等参数进行详细记录。

步骤三，桩身拼接。预留锥形钻头顶部与钢管桩通过焊接套筒相连并利用贯穿螺栓紧固。启动桩机继续向下钻进，不断重复接入钢管桩并继续旋入直至该拼接式螺旋钢桩长度达到设计桩长。要求每旋入2m用角尺复核控制角度。此外，最后一节钢管桩应根据连接件与钢管桩之间的距离确定长度，钢管桩伸入连接套筒内并通过螺栓连接。

步骤四，移动挖机至下一支撑点继续重复上述步骤。待基坑维护结构拆除时可通过切割钻头的方式对桩身连接段进行回收，重复利用。

上述实施例，一般适用于承载力较好的土体，即通过桩的端承力、桩周的摩擦力以及锥形钻头与土体的相互作用力可满足支撑的要求。当基坑位于软弱土层时，土体承载力较差，上述作用力不能满足基坑的支撑要求，此时需对软弱土层进行定位注浆，以提高土体承载力。

实施例3

工程项目背景：上海市浦东新区某工程，基坑开挖约50122m²，一般区域挖深6.65m，坑底下为第(3)层灰色淤泥质粉质黏土层及第(4)层淤泥质黏土。采用的围护形式为：SMW工法+1道锥形螺旋注浆钢管(φ377mm×10mm)支撑(角部为φ609mm×16mm钢管)。坑内设置26m长φ377mm×10mm钢管，与水平面夹角45°，钢管间距3.6m，端部9m为注浆体，端部位于第(5)1层黏土层。

步骤一：同实施例2，场地平整、测量放线、确定桩位并焊接连接件。

步骤二：采用螺旋桩机将锥形钻头旋至预定深度。

步骤三：通过锥形钻头前端注浆孔喷射浆液来提高软弱土层的承载力。注浆钢管桩采用Φ377*10mm的钢管，应清除油污、锈斑，严格按设计尺寸下料，每根钢管的下料长度误差不应大于50mm；注浆钢管桩自下而上分段注浆，注浆钢管桩底端27.0～17.0m范围布置出浆孔，梅花形布置，注浆孔直径6～8mm，注浆孔内设备橡皮塞并使用泡沫胶封孔。

步骤四：每间隔6根前撑式注浆钢管桩进行内力监测，连续喷浆以保障加固区质量均匀，每根注浆钢管桩离桩顶1.5m～2.0m处设置个内力监测点。根据实际施工情况及时调整钢管桩离喷射压力以及锥形钻头的旋入速度。

实施例3的施工案例与实施例2相比，主要区别为增加了注浆加固这一施工步骤，其余施工并未有本质上的差异。将配置好的浆液通过注浆钢管桩注入，随着锥形螺旋钻头的开挖，控制注浆压力逐级减弱，使形成的注浆体为上大下小的空间体，待浆液凝固后开始起到支撑的效果。

本发明的有益效果是，适用范围较广，对软土区域的深基坑开挖具有良好的加固效果。提高支撑强度的同时节省了注浆材料的损耗，具有良好的经济性和加固效果。

由于本领域技术人员能够很容易想到，利用申请的构思和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，其包括锥形钻头，桩身和连接件，所述的锥形钻头与桩身的下端连接，桩身的上端通过连接件与基坑腰梁连接，所述的锥形钻头上设置中心厚边缘薄的非等厚螺旋叶片。

2.根据权利要求1所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的连接件预埋在基坑腰梁内，其端部设有连接套筒，连接套筒上间隔设置钻孔，所述的桩身上端与连接套筒通过螺栓插入钻孔连接。

3.根据权利要求1所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的桩身由若干钢管桩连接组成，钢管桩的其中一端设有焊接管套，焊接管套上设有螺孔，所述的相邻钢管桩之间以及钢管桩与锥形钻头之间通过焊接管套和螺栓连接固定。

4.根据权利要求1所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的非等厚螺旋叶片采用低碳钢，非等厚螺旋叶片的直径为150mm～900mm。

5.根据权利要求1所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的非等厚螺旋叶片焊接在锥形钻头的中心钢轴上，非等厚螺旋叶片由下至上直径逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的锥形钻头采用高强低碳钢，锥形钻头的直径为200mm～500mm。

7.根据权利要求1所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的锥形钻头前端开设注浆孔。

8.根据权利要求3所述的用于大型深基坑的螺旋钢桩，其特征在于，所述的钢管桩为圆形空心钢管，钢管桩的壁厚为4mm～20mm。