一種擠擴鉆孔灌注樁成孔方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及建筑領域的一種基礎灌注樁 成孔方法 ，特別涉及一種采用一次或兩次擠擴成孔方式成孔的大直徑鋼筋混凝土灌注樁。本發(fā)明提供了一種擠擴鉆孔灌注樁的成孔工法，本發(fā)明采用一次或兩次擠擴成孔方式的大直徑鋼筋混凝土灌注樁。本發(fā)明具有擠擴鉆孔灌注樁在成孔過程不排土或少量排土，可減少對施工環(huán)境的影響范圍，降低施工排污的成本等優(yōu)點；本發(fā)明通過地層土體的擠密，使樁體受力更趨合理，可增大灌注樁的摩擦力從而大幅提高承載力。
【專利說明】一種擠擴鉆孔灌注粧成孔方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑領域的一種基礎灌注樁成孔方法，特別涉及一種采用一次或兩次擠擴成孔方式成孔的大直徑O Φ600 mm)鋼筋混凝土灌注樁。

【背景技術】
[0002]常規(guī)的鉆孔混凝土灌注樁已在我國的各類工業(yè)與民用建筑領域廣泛的應用，其成孔多為回轉正、反循環(huán)鉆進成孔、沖擊成孔、旋挖鉆進取土等方法。這些方法的共同特點是:成孔過程需要進行樁孔排土而成樁，其排土方式主要為泥漿排土，泥漿對施工環(huán)境的影響是比較大的，而泥漿的排放、運輸與棄置會造成較大的施工成本，尤其是城市中心的工程項目。
[0003]針對灌注樁成孔排土問題，發(fā)明一種擠擴型成孔，在過程中不排土或少排土，能大幅提高承載力并且環(huán)保的灌注樁為市場所需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對【背景技術】的不足，本發(fā)明提供了一種擠擴鉆孔灌注樁的成孔工法，本發(fā)明采用一次或兩次擠擴成孔方式的大直徑鋼筋混凝土灌注樁。擠擴鉆孔灌注樁在成孔過程不排土或少量排土，可減少對施工環(huán)境的影響范圍，降低施工排污的成本；通過地層土體的擠密，樁體受力更趨合理，可增大灌注樁的摩擦力從而大幅提高承載力。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:
一種擠擴鉆孔灌注樁成孔方法，包括:啟動動力頭旋轉，帶動擠擴鉆桿(4)與擠擴鉆具
[5]向下進行初次擠密鉆進的步驟；改變動力頭旋轉的方向，逆向旋轉并開始提升擠擴鉆桿⑷與擠擴鉆具(5)上升的步驟；其特征在于:所述的擠擴鉆具(5)上升過程中，擠擴刀頭(6)逐漸張開，擠擴刀頭(6)的側面以拋物線負角的形式進行二次旋轉擠壓土體。
[0006]優(yōu)選的，它還包括將設備安裝完成的工程鉆機(I)就位對中，鉆機的液壓支腿伸出，調(diào)整擠擴鉆桿(4)處于左右鉛垂位置并固定支腿的步驟。
[0007]優(yōu)選的，所述的擠擴鉆具(5)上安裝有擠擴刀頭出)，擠擴鉆具(5)的下端設有螺旋狀的鉆具螺紋(7)，在反向旋轉力和提升力的雙重作用下，使得擠擴鉆具(5)中的擠擴刀頭(6)呈對開張開。
[0008]優(yōu)選的，所述的擠擴鉆具(5)包括擠擴體、上端板(12)、中間板(16)、下端板(19)、鉆頭主體(13)、穿銷(14)，擠擴體包括外襯板(22)、導向楔鐵(23)、內(nèi)襯板(24)、導向滑鍵
(25)、下擴孔刀頭(17)、上擴孔刀頭(15);上擴孔刀頭(15)和下擴孔刀頭(17)是呈對稱徑向對開的，共同組成擠擴刀頭(6)，上端板(12)與中間板(16)之間、中間板(16)與下端板(19)之間通過內(nèi)襯板(24)和外襯板(22)均呈對稱形式電焊連接，焊接固定在鉆頭主體(13 )上的導向滑鍵(25 )，在內(nèi)襯板(24 )上的滑鍵槽內(nèi)滑動；導向楔鐵(23 )固定在鉆頭主體(13 )上，上擴孔刀頭(15 )通過穿銷(14 )固定在擠擴體的上端板(12 )與中間板(16 )之間，下擴孔刀頭(17)通過穿銷(14)固定在擠擴體的中間板(16)與下端板(19)之間。
[0009]優(yōu)選的，所述的下擴孔刀頭(17)和上擴孔刀頭(15)可以以穿銷(14)為中心偏轉。
[0010]優(yōu)選的，上擴孔刀頭(15)和下擴孔刀頭(17)的外側與鉆具擠擴體的外徑等圓，內(nèi)側是呈漸開線形的曲線。
[0011]優(yōu)選的，上擴孔刀頭(15)的上部設有倒角與曲線圓弧過度。
[0012]優(yōu)選的，它還包括預先施打若干個豎向的排水孔8的步驟，即在灌注樁樁位四周，預先施打若干個豎向的排水孔，排水孔中安裝塑料排水板或充填中砂，使擠擴成孔過程中地層中富集的水分被擠壓延排水孔溢出。
[0013]優(yōu)選的，它包括兩次成孔的方式，第一次成孔包括以下步驟:用旋挖、長螺旋或洛陽鏟取土鉆機(9)就位對中、調(diào)平；采用取土鉆具(10)取土鉆進；利用取土工藝使樁心的部分土體排出至地面孔口 ；完成第一次取土成孔后，隨即更換履帶或液壓步履行走方式的對工程鉆機I重新就位對中，對工程鉆機I的液壓支腿伸出，調(diào)整擠擴鉆桿4處于左右鉛垂位置并固定支腿；對準原樁位通過擠擴鉆具(5)，采用權利要求1、2或3所述的成孔方法對第一次所成的孔進行二次擠密成孔。
[0014]優(yōu)選的，所述的灌注樁成孔為擠密柱狀或擠密螺紋狀。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:對于地層擠土效應影響范圍較小的地區(qū)，采用專用的大扭矩機械擠擴設備和專用的擠擴鉆具，選擇一次性旋轉擠密土體的方式成孔。預先施打若干個豎向的排水孔，排水孔中安裝塑料排水板或充填中砂，使擠擴成孔過程中地層中富集的水分被擠壓延排水孔溢出，以釋放擠擴成孔中的擠土負效應。擠擴成孔使土體被充分的擠密，在樁周形成密實的外殼，可有效增加孔壁的穩(wěn)定性不至坍垮，有利于后續(xù)鋼筋籠的安裝與混凝土導管的安裝，以及混凝土的灌注與成樁。由于擠擴作業(yè)成孔過程中不排土或少排土，樁周環(huán)狀的天然土體被充分地擠密，可避免或大幅減少渣土外運及泥漿的污染，達到環(huán)保和降低成本的目的，改善施工環(huán)境?？筛鶕?jù)承載力要求，可形成擠密柱狀或擠密螺紋狀灌注樁。
[0016]本發(fā)明的適用范圍:擠擴鉆孔灌注樁技術的適用范圍為除中(強)風化巖石以外的全部土地層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1a本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:鉆機就位。
[0018]圖1b本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:首次螺旋正向擠密鉆進。
[0019]圖1c本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:二次反向螺旋、提升擠密鉆進。
[0020]圖1d本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:經(jīng)二次擠密后成孔。
[0021]圖2a本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:施打排水孔，鉆機就位。
[0022]圖2b本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:首次螺旋正向擠密鉆進。
[0023]圖2c本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:二次反向螺旋、提升擠密鉆進。
[0024]圖2d本發(fā)明的一次性成孔工藝流程示意圖:經(jīng)二次擠密后成孔。
[0025]圖3a 二次性成孔時，首次成孔:長螺旋鉆機就位、調(diào)平。
[0026]圖3b 二次性成孔時，首次成孔:長螺旋正向鉆進及排土。
[0027]圖3c 二次性成孔時，首次成孔:長螺旋正向回轉、提升排土。
[0028]圖4a擠擴鉆具5結構圖。
[0029]圖4b擠擴鉆具5結構橫截剖面圖。

【具體實施方式】
[0030]附圖標記說明:1-工程鉆機、2_鉆機立柱、3_動力頭、4_擠擴鉆桿、5_擠擴鉆具、6-擠擴刀頭、7-鉆頭螺紋、8-排水孔、9-取土鉆機、10-取土鉆具、11-鉆具接頭、12-上端板、13-鉆頭主體、14-穿銷、15-上擴孔刀頭、16-中間板、17-下擴孔刀頭、18-內(nèi)襯管、19-下端板、21-開合鉆頭、22-外襯板、23-導向楔鐵、24-內(nèi)襯板、25-導向滑鍵。
[0031]以下結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
如附圖1a所示，完成擠擴鉆孔灌注樁的鉆機與配套工器具主要有:工程鉆機1，鉆機立柱2，動力頭3，擠擴鉆桿4，擠擴鉆具5，擠擴刀頭6，鉆頭螺紋7，以及擠擴鉆孔灌注樁的輔助豎向排水孔8等組成，其中擠擴鉆具5包括擠擴刀頭6和鉆頭螺紋7。
[0032]除擠擴鉆具5外，本發(fā)明所采用的其他工具皆為常用的擠擴鉆孔灌注工具，所以本發(fā)明只對擠擴鉆具5做詳細說明。
[0033]如附圖4a所示，本發(fā)明的擠擴鉆具5包括鉆具接頭11、上端板12、鉆頭主體13、穿銷14、中間板16、內(nèi)襯管18、下端板19、擠擴體、鉆頭螺紋7、開合鉆頭21，鉆頭主體13是中空的鋼管，上端焊接有鉆具接頭11，下端焊接有開合鉆頭21，鉆頭主體13外側，在擠擴體的下端與開合鉆頭21之間焊接有呈螺旋狀的鉆頭螺紋7，下端板19與擠擴體鉸合連接；中空的鉆頭主體13內(nèi)還焊接有內(nèi)襯管18，內(nèi)襯管18的兩端分別與鉆具接頭11和鉆頭主體13的下端采用電焊環(huán)形密封焊接。
[0034]如附圖4b所示，本發(fā)明的擠擴鉆具5中的擠擴體包括外襯板22、導向楔鐵23、內(nèi)襯板24、導向滑鍵25、下擴孔刀頭17、上擴孔刀頭15，上擴孔刀頭15和下擴孔刀頭17是呈對稱徑向對開的。其中下擴孔刀頭17和上擴孔刀頭15共同組成擠擴刀頭6。本發(fā)明的擠擴體是一組合焊接部件，上端板12與中間板16之間、中間板16與下端板19之間通過內(nèi)襯板24和外襯板22均呈對稱形式電焊連接，焊接固定在鉆頭主體13上的導向滑鍵25，在內(nèi)襯板24上的滑鍵槽內(nèi)滑動；導向楔鐵23固定在鉆頭主體13上，上擴孔刀頭15通過穿銷14固定在擠擴體的上端板12與中間板16之間，下擴孔刀頭17通過穿銷14固定在擠擴體的中間板16與下端板19之間。下擴孔刀頭17和上擴孔刀頭15可以以穿銷14為中心偏轉。上擴孔刀頭15和下擴孔刀頭17的外側與鉆具擠擴體的外徑等圓，內(nèi)側是呈漸開線形的曲線。上擴孔刀頭15的上部設有倒角與曲線圓弧過度。
[0035]在實際工作中，該擠擴鉆具5的工作過程為:擠擴成孔施工，鉆具正向旋轉向下鉆進，鉆具上擴孔刀頭15和下擴孔刀頭17處于閉合工況，利用鉆具前部的鉆頭螺紋17和擠擴體對樁孔進行初次成孔擠密；逆向旋轉并提升變徑擠擴螺紋鉆具，鉆具在逆向旋轉作用力和提升的雙重作用力下，鉆具的擠擴體與固定在鉆頭體上的導向楔鐵23，發(fā)生軸向位移，使下擴孔刀頭17的內(nèi)側延導向楔鐵23的傾角面滑動，推動徑向對開的下擴孔刀頭17向擠擴體外側張開一定的角度，下擴孔刀頭17在逆向回轉作用下與樁周土體產(chǎn)生的反向作用阻力，當增大的反作用力大于擴孔刀頭背面土體的擠壓強度時，擴孔刀頭在巨大的逆向旋轉作用力下，迅速的以穿銷14為圓心轉動至擴孔刀頭的設計極限位置，擴孔刀頭以漸開線形的擠擴側面，并以負角的形式擠擴樁周土體，使之達到和滿足樁設計的成孔直徑要求。當下擴孔刀頭17向擠擴體外側張開一定角度后，在巨大的逆向旋轉作用力下再帶動上擴孔刀頭15，以穿銷14為圓心轉動至擴孔刀頭的設計極限位置。
[0036]實現(xiàn)擠擴鉆孔灌注樁的鉆機與工器具主要有:大扭矩工程鉆機1，其輸出扭矩應大于200KN.m，鉆機立柱2安裝并鉸接固定在工程鉆機I上，動力頭3通過滑塊以滑動配合與鉆機立柱2連接固定，動力頭下端的輸出法蘭與擠擴鉆桿4用強力螺栓緊固連接，擠擴鉆桿4的下端與擠擴鉆具5采用法蘭、強力螺栓緊固連接，擠擴鉆具5上安裝有擠擴刀頭6，擠擴鉆具5的下端設有螺旋狀的鉆具螺紋7等組成。
[0037]實施例一:實現(xiàn)擠擴鉆孔灌注樁一次性成孔方法的工藝(見圖1a至圖1d)流程為:
①設備安裝完成的工程鉆機I就位對中，鉆機的液壓支腿伸出，調(diào)整擠擴鉆桿4處于左右鉛垂位置并固定支腿；
②啟動動力頭正向旋轉，帶動擠擴鉆桿4與擠擴鉆具5向下進行初次擠密鉆進，擠擴鉆具5前端的螺旋葉片7有助于鉆進進尺，鉆進至樁基設計孔深；
③改變動力頭旋轉的方向，逆向旋轉并開始提升動力頭3及連帶的擠擴鉆桿4與擠擴鉆具5上升，此時，擠擴鉆具5在逆向旋轉力和提升力的雙重作用下，擠擴鉆具5上呈對開的擠擴刀頭6逐漸張開，擠擴刀頭6的側面以拋物線負角的形式進行二次旋轉擠壓土體，直至將樁孔經(jīng)初次擠密后的環(huán)狀土體再次擠擴至設計樁徑；
④繼續(xù)逆向旋轉、提升擠擴，直至地面，成孔。
[0038]實施例二:實現(xiàn)擠擴鉆孔灌注樁一次性成孔方法的工藝流程(圖2a至圖2d)為: 對于地層擠土效應影響范圍較大的地區(qū)，當采用一次性擠擴成孔工藝時，在灌注樁樁位的四周一定范圍內(nèi)，可預先施打若干個豎向的排水孔8，排水孔8中安裝塑料排水板或充填中砂，使擠擴成孔過程中地層中富集的水分被擠壓延排水孔溢出，以釋放擠擴成孔中的擠土負效應。本實施例二除增加施打排水孔8工序以外，其余的實現(xiàn)擠擴鉆孔灌注樁一次性成孔方法的工藝流程與實施例一相同。
[0039]實施例三:實現(xiàn)擠擴鉆孔灌注樁二次成孔方法的工藝流程(圖3a至圖3c，第二次成孔方法與上述實施例一和二雷同，故沒有單獨畫出其圖。)
針對地層擠土效應影響范圍較大的地層，選擇兩次成孔的方式，工藝流程為:
第一次成孔用旋挖、長螺旋、洛陽鏟等取土鉆機9就位對中、調(diào)平；
采用取土鉆具10取土鉆進；
利用取土工藝使樁心的部分土體排出至地面孔口；
完成第一次取土成孔后，隨即更換履帶或液壓履行走方式的對工程鉆機I重新就位對中，鉆機的液壓支腿伸出，調(diào)整擠擴鉆桿4處于左右鉛垂位置并固定支腿；
對準原樁位通過擠擴鉆具5，采用正向旋轉，利用擠擴鉆具5進行初次擠密樁孔的作業(yè)至設計孔深；
之后隨即采用反向旋轉并提升鉆具，特殊設計的擠擴鉆具5在反向旋轉力和提升力的雙重作用下，使得擠擴鉆具中呈對開的擴孔刀頭張開，擠擴刀頭6的側面以拋物線負角的形式進行二次旋轉擠壓土體，直至將樁孔經(jīng)初次擠密后的環(huán)狀土體再次擠擴至設計樁徑。
[0040]二次旋轉擠擴土體至地面，完成擠擴鉆孔的施工。
[0041]無論采用一次或二次擠擴方法成孔，成孔過程均使樁孔土體被充分的擠密，在樁周形成密實的外殼，可有效增加孔壁的穩(wěn)定性不至坍垮的技術特征，有利于后續(xù)鋼筋籠的安裝與混凝土導管的安裝，以及混凝土的灌注與成樁。
[0042]擠擴鉆孔灌注樁由于干作業(yè)成孔過程不排土，或少部分排土，樁心或環(huán)狀土體被充分地擠密至樁周，可減少渣土外運及泥漿的污染，降低成本，改善施工環(huán)境。
[0043]擠擴鉆孔灌注樁成孔的技術特征是:根據(jù)承載力要求，可形成擠密柱狀鉆孔或螺紋狀擠密痕跡的鉆孔，加大樁側粗糙度，可大幅增大樁基承載力。
【權利要求】
1.一種擠擴鉆孔灌注樁成孔方法，包括: 啟動動力頭旋轉，帶動擠擴鉆桿(4)與擠擴鉆具(5)向下進行初次擠密鉆進的步驟； 改變動力頭旋轉的方向，逆向旋轉并開始提升擠擴鉆桿(4)與擠擴鉆具(5)上升的步驟； 其特征在于:所述的擠擴鉆具(5)上升過程中，擠擴刀頭(6)逐漸張開，擠擴刀頭(6)的側面以拋物線負角的形式進行二次旋轉擠壓土體。
2.如權利要求1所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:它還包括將設備安裝完成的工程鉆機(I)就位對中，鉆機的液壓支腿伸出，調(diào)整擠擴鉆桿(4)處于左右鉛垂位置并固定支腿的步驟。
3.如權利要求1所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:所述的擠擴鉆具(5)上安裝有擠擴刀頭出)，擠擴鉆具(5)的下端設有螺旋狀的鉆具螺紋(7)，在反向旋轉力和提升力的雙重作用下，使得擠擴鉆具(5)中的擠擴刀頭(6)呈對開張開。
4.如權利要求1、2或3所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:所述的擠擴鉆具(5)包括擠擴體、上端板(12)、中間板(16)、下端板(19)、鉆頭主體(13)、穿銷(14)，擠擴體包括外襯板(22)、導向楔鐵(23)、內(nèi)襯板(24)、導向滑鍵(25)、下擴孔刀頭(17)、上擴孔刀頭(15)；上擴孔刀頭(15)和下擴孔刀頭(17)是呈對稱徑向對開的，共同組成擠擴刀頭(6)，上端板(12)與中間板(16)之間、中間板(16)與下端板(19)之間通過內(nèi)襯板(24)和外襯板(22)均呈對稱形式電焊連接，焊接固定在鉆頭主體(13)上的導向滑鍵(25)，在內(nèi)襯板(24)上的滑鍵槽內(nèi)滑動；導向楔鐵(23)固定在鉆頭主體(13)上，上擴孔刀頭(15)通過穿銷(14)固定在擠擴體的上端板(12 )與中間板(16 )之間，下擴孔刀頭(17 )通過穿銷(14 )固定在擠擴體的中間板(16)與下端板(19)之間。
5.如權利要求4所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:所述的下擴孔刀頭(17)和上擴孔刀頭(15)可以以穿銷(14)為中心偏轉。
6.如權利要求4所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:上擴孔刀頭(15)和下擴孔刀頭(17)的外側與鉆具擠擴體的外徑等圓，內(nèi)側是呈漸開線形的曲線。
7.如權利要求4所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:上擴孔刀頭(15)的上部設有倒角與曲線圓弧過度。
8.如權利要求1、2或3所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:它還包括預先施打若干個豎向的排水孔8的步驟，即在灌注樁樁位四周，預先施打若干個豎向的排水孔，排水孔中安裝塑料排水板或充填中砂，使擠擴成孔過程中地層中富集的水分被擠壓延排水孔溢出。
9.如權利要求1、2或3所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:它包括兩次成孔的方式， 第一次成孔包括以下步驟:用旋挖、長螺旋或洛陽鏟取土鉆機(9)就位對中、調(diào)平； 采用取土鉆具(10)取土鉆進； 利用取土工藝使樁心的部分土體排出至地面孔口； 完成第一次取土成孔后，隨即更換履帶或液壓步履行走方式的對工程鉆機I重新就位對中，對工程鉆機(I)的液壓支腿伸出，調(diào)整擠擴鉆桿(4)處于左右鉛垂位置并固定支腿； 對準原樁位通過擠擴鉆具(5)，采用權利要求1、2或3所述的成孔方法對第一次所成的孔進行二次擠密成孔。
10.如權利要求1、2或3所述的灌注樁成孔方法，其特征在于:所述的灌注樁成孔為擠密柱狀或擠密螺紋狀。
【文檔編號】E21B7/00GK104389516SQ201410541846
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權日:2014年10月15日
【發(fā)明者】郭克誠, 王相民 申請人:武漢高鐵樁工科技有限公司