CN104878745A - 带双螺旋钻杆的成桩装置与成桩方法 - Google Patents

Abstract

一种带双螺旋钻杆的成桩装置，包括穿入钢护管中的带上旋转动力头的鉆杆，该鉆杆是由相互连接的上螺纹杆、圆管状杆以及螺纹钻头组成；该螺纹钻头是由带楔形接合子的鉆尖与下钻杆组成，该下钻杆外周焊接一粗螺纹短管，鉆尖上部连接一悬挂杆，圆管状杆内壁焊接有导向体，悬挂杆可以穿过该导向体上下滑移，本发明优点是可实现各种不同土性地层的地质条件的无泥浆施工灌注桩，且无桩孔沉渣，不需要水下浇筑砼，而且承载力值较高，桩体质量可靠，其次是可采用多组旋转接管，适用于长桩与超长桩的建筑桩基施工。

Description

带双螺旋钻杆的成桩装置与成桩方法

技术领域

本发明涉及一种土木建筑工程的桩基础，尤其是涉及一种采用旋拧螺栓沉拔的方法生成桩孔、并在该桩孔内压灌砼后插筋成桩的带双螺旋钻杆的成桩装置与成桩方法；它适用于各种不同土性地层的地质条件又具有无泥浆施工的桩基础，尤其是适用于长桩与超长桩的桩基础。

背景技术

现有的桩基施工是采用全桩长钢管护壁干取土灌注柱成桩装置施工的无泥浆施工技术；如中国实用新型专利号ZL200820122183.4《钢管护壁干取土灌注桩成桩装置》，它包括桩孔中沉入钢模管，土体进入钢模管内，该钢模管中配置有可移动取土器取出土体，钢筋骨架与混凝土灌注入该钢模管中，并震动拔出模管成桩，取土器包含有二个半圆筒并由多组搭扣连接的接长杆成一整体的取土圆筒装置，它的外径小于钢模管的内径，取土器设置为流动土取土器与一般土取土器，取土器底部设置进气阀门并直通顶部，钢模管设置有接长装置；本实用新型优点是可提高桩的质量与工效，同时又可避免浪费大量的水资源并可消除泥浆排放污染。

然而它的不足之处是实施过程须用多次调換装备，如沉入护壁钢管、用筒式专用取土装置取出进入护壁钢管内的土体、在取净土体的护壁钢管内置入钢筋笌笼与灌入砼、振动拔出护壁钢管成桩，在成桩过程上述装备多次需要更换，工效较低；又在施工程序中是先有护壁钢管的桩孔，当地层中有承压水的土层，承压水即进入护壁钢管的桩孔，在桩孔内隨承压水进入的泥土沉淀的沉渣是主要影响桩承载力值主要因素，同时还须用水下砼施工工艺浇灌桩体砼。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种可适用于各种不同土性地层的地质条件又具有较高承载力与施工效率的带双螺旋钻杆的成桩装置与成桩方法；

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种带双螺旋钻杆的成桩装置，它包括穿入钢护管中的带上旋转动力头的鉆杆，其特征在于：该鉆杆是由相互连接的上螺纹杆、圆管状杆以及螺纹钻头组成；该螺纹钻头是由带楔形接合子的鉆尖与下钻杆组成，该下钻杆外周焊接一粗螺纹短管；所述钻杆连接上旋转动力头，所述钢护管连接下旋转动力头；

所述上螺纹杆是采用薄钢板制作的螺纹叶状钻杆，螺旋取土，施工时可达到避免挤土，相当于长螺旋桩，属于取土桩的施工方法；

所述粗螺纹短管优选设置为正向梯形螺纹，梯形螺纹的特性是具有较大承载力值，该梯形螺纹高约50毫米、梯形螺纹上部厚度约20毫米、梯形螺纹底部端厚度约40毫米。

所述鉆尖上部连接一悬挂杆；所述下管的内壁焊接有上下二个导向体，所述悬挂杆可以穿过该导向体上下滑移。

为了避免压入所述桩孔内砼过多的溢出桩口而浪费，当施工超长桩，桩机的高度不足，所述鉆杆须接长施工，所述下管连接一砼导管。

一种带双螺旋钻杆的成桩装置与成桩方法，包括穿入钢护管中的鉆杆，该鉆杆是由上螺纹杆、圆管钻杆以及螺纹钻头组成；该螺纹钻头是由带接合子的鉆尖与下钻杆组成，该下钻杆外周焊接粗螺纹短管；所述鉆尖上部连接一悬挂杆；所述圆管钻杆的内壁焊接有上下二个导向体，所述悬挂杆可以穿过该导向体上下滑移；其特征在于：所述成桩方法是：

第一步，桩机就位；所述钻杆穿入所述钢护管，所述钻尖处于该钢护管的中心，对准设计桩位，校正垂直；上旋转动力头连接所述钻杆，下旋转动力头连接所述钢护管，同时开动上、下旋转动力头，上旋转动力头顺时针方向旋转，下旋转动力头逆时针方向旋转，开始加压旋拧沉入土层；

第二步，所述上旋转动力头连接所述钻杆沿顺时针方向旋压沉入土层，下旋转动力头连接所述钢护管逆时针方向旋压沉入土层，当该钢护管沉至软土层以下2米时终止下沉，即关闭所述下旋转动力头的动力，所述上旋转动力头连接钻杆穿越所述钢护管继续顺时针方向向下旋压沉入土层；

第三步，所述上旋转动力头连接所述钻杆顺时针方向旋压沉入土层至设计高程，进入要求的持力层深度终止；

第四步，所述钻头进入要求的持力层的深度，起动泵送砼的压灌砼后，即少量逆时针方向上拔，使所述鉆尖脱离所述下钻杆后，再转为顺时针方向上拔，泵送砼由鉆尖的脱离口进入桩孔內，所述上螺纹杆的螺叶带出所述钢护管內的土体，该钢护管內的土体全部取出，继续顺时针方向上拔钻头挤密桩周土，压灌砼连续进入桩孔內；

第五步，所述钻头拔出钢护管的上口，桩孔内压灌砼填满桩孔，根据***砼的长度选择工形型钢，并由起重机将该工形型钢吊起***所述钢护管的上口，振动沉入桩孔砼內，直到达到要求的深度。

第六步，拔出所述钢护管，即完成型钢砼的灌注桩。

与现有技术相比，本发明的优点在于：钻杆的上段为长螺旋鉆杆，下段为短螺旋接圆管状杆，在桩位旋拧沉入土层，钢护管跟进沉入土层，钢护管穿越的软土层即可，当顺时針旋拧上拔的同时，压灌砼进入桩孔的底部，继续顺时針旋拧压灌上拔，桩孔内砼跟随上升，上段长螺旋鉆杆上的螺叶上的土体，随钻杆上拔将钢护管內的土体随之带出，成为钢管护壁的干取土施工，实现软土层无挤土施工；当地层的下部为较硬土层，挤土施工有挤密桩周土的正效应，钻杆的下段为短螺旋接接圆管状杆，对桩周土有挤密的正效应，当鉆杆拔出土层，桩孔滿灌砼，是一气呵成，在成桩过程不需要多次更换装备，工效可提高两倍以上；又因是无桩孔施工，不存在桩孔沉渣影响桩承载力值，使桩的质量稳定可靠。

附图说明

图1为本发明钻杆结构示意图；

图2为本发明螺纹鉆头示意图；

图3为本发明螺纹鉆头的鉆尖与下钻杆脱离状态示意图；

图4为本发明成桩程序示意图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图4所示，本实施例具体地采用如下结构：它包括穿入钢护管15中的带上旋转动力头的鉆杆，该鉆杆是由相互连接的上螺纹杆16、圆管状杆2以及螺纹钻头20组成；该螺纹钻头是由带楔形接合子的鉆尖11与下钻杆12组成，该下钻杆外周焊接一粗螺纹短管3；所述钻杆30连接上旋转动力头，所述钢护管15连接下旋转动力头。

本发明是采用螺旋沉拔无泥浆施工的压灌砼后插筋灌注桩的创新技术；根据地质条件其各层土层的地质剖面可划分为上、下二区；该上区为软土区，须采用取土施工，则采用钢护管15穿越软土区以下两米，隔离挤土影响；所述下区为硬土区，须采用挤土施工，可以挤密桩周土以提高桩的承载力值；则采用带上旋转动力头的鉆杆30：该鉆杆是由相互连接的上螺纹杆16、圆管状杆2以及螺纹钻头20组成；

上螺纹杆16是采用薄钢板制作的螺纹叶状钻杆，螺旋取土，施工时可达到避免挤土，相当于长螺旋桩，属于取土桩，如图1所示；

螺纹钻头20是由带齿形结合子的鉆尖11与下钻杆12组成；图2示出鉆尖与下钻杆的齿形结合子处于结合状态，当顺时针旋转时，处于结合状态的下钻杆12带动鉆尖11旋拧进入土层；而逆时针旋转时，即下钻杆12与鉆尖11的齿形结合子向上滑移脱离；如图3所示；

鉆尖11上部连接一悬挂杆4；

下钻杆12的外周焊接一粗螺纹短管3；下钻杆12的内壁焊接有上下二个导向体5，悬挂杆4可以穿过该导向体5上下滑移，即与悬挂杆相连的鉆尖11可以通过导向体5下滑呈悬挂状态，如图3示出；

采用上螺纹杆16下部连接螺纹短管3，该螺纹短管相当于短螺旋桩，属于挤土桩。

所述粗螺纹短管3的粗螺纹设置为梯形螺纹，该梯形螺纹高约50毫米、梯形螺纹上部厚度约20毫米、梯形螺纹底部端厚度约40毫米。

综上所述，本发明将属于取土型的长螺旋桩与属于挤土桩的短螺旋桩结合一体，实现桩穿越软硬不同的土层时均能各自发挥软土取土与硬土挤土的综合效果。

本发明首先按地质显示的土性划分软土区与硬土区，确定钢护管15的管径与管长，当选用二台桩机流水联动施工方案时，用常规压桩机起吊钢护管15到设计桩位，校正垂直，并将钢护管15压入土层至软土区以下2米，土体进入钢护管15内，将常规压桩机离开桩孔至下一桩位；

然后，长螺旋桩机吊起带上旋转动力头的鉆杆30***桩位的所述钢护管15中心，校正垂直，顺时针旋转时，圆管状杆2带动螺纹钻头20旋拧进入土层，直至到达设计深度，起动泵压砼；再少量逆时针旋转上拔，使得鉆尖11与下钻杆12组脱离；再转为顺时针旋转上拔，泵压砼由脱离口进入桩孔，当继续顺时针旋转上拔时，上螺纹杆16的螺叶带出钢护管15内的土体，这与长螺旋桩施工相同的取土与弃土；与上螺纹杆16下段连接的鉆头20，在顺时针旋转上拔过程，鉆头20向桩周壁挤压，鉆尖11呈悬挂在鉆杆12的底部，压灌砼由脱离口不断地进入桩孔內，直至将鉆尖11拔出钢护管15的上口，桩孔內满灌砼。

常规压桩机到桩位，当***桩孔砼中的深度≤20米时，桩机吊着钢筋笼***钢护管15的上口，采用焊接加強箍筋的钢筋笼，用送筋杆振动将钢筋笼***砼送至标高，当***桩砼中的长度＞20米，须用H形型钢14振动***砼至标高，如图4示出；拔出钢护管15并吊着进入下一桩位，即成灌注桩。

当鉆杆30为整杆施工时，圆管状杆2的管内焊接Φ140毫米的砼导管8，如图2所示，避免压入桩孔内砼22过多的溢出桩口而浪费，当施工超长桩，桩机的高度不足，鉆杆30须接长施工，Φ140毫米的砼导管8与圆管状杆2互为砼导管，采用接管排空上管砼为最小量的措施。

本发明第一个实施例的成桩程序如下：

①桩机就位；钻杆30穿入钢护管15，钻尖1在钢护管15的中心，对准设计桩位，校正垂直，上旋转动力头连接钻杆30，下旋转动力头连接钢护管15，同时开动上、下旋转动力头，上旋转动力头顺时针方向旋转，下旋转动力头逆时针方向旋转，开始加压旋拧沉入土层；

②当上旋转动力头连接钻杆30顺时针方向旋压沉入土层，下旋转动力头连接的钢护管15逆时针方向旋压沉入土层，当钢护管15沉至软土层以下2米时终止下沉，即关闭下旋转动力头的动力，上旋转动力头连接钻杆30穿越钢护管15继续顺时针方向向下旋压沉入土层；

③上旋转动力头连接钻杆30顺时针方向旋压沉入土层至设计高程，进入要求的持力层深度终止；

④钻头20进入要求的持力层的深度，起动泵送砼的压灌砼后，即少量逆时针方向上拔，使鉆尖11脱离钻头20后，再转为顺时针方向上拔，泵送砼22由鉆尖11的脱离口进入桩孔內，螺纹钻杆16的螺叶带出钢护管15內的土体，钢护管15內的土体全部取出，上段桩类似长螺旋桩施工，继续顺时针方向上拔钻头20挤密桩周土，压灌砼22连续进入桩孔內，下段桩类似短螺旋桩施工；

⑤钻头20拔出钢护管15的上口，桩孔内压灌砼22填满桩孔，根据***砼的长度选择钢筋笼13或者是工形型钢，本实施例因长度＞20米，选择工形型钢14起重机吊***钢护管15的上口，振动沉入桩孔砼22內，直到达到要求的深度。

⑥拔出钢护管15，即完成型钢砼的灌注桩。

Claims (5)

1.一种带双螺旋钻杆的成桩装置，它包括穿入钢护管(15)中的带上旋转动力头的鉆杆，其特征在于：该鉆杆(30)是由相互连接的上螺纹杆(16)、圆管状杆(2)以及螺纹钻头(20)组成；该螺纹钻头是由带楔形接合子的鉆尖(11)与下钻杆(12)组成，该下钻杆外周焊接一粗螺纹短管(3)所述钻杆(30)连接上旋转动力头，所述钢护管(15)连接下旋转动力头。

2.根据权利要求1所述带双螺旋钻杆的成桩装置，其特征在于：所述粗螺纹短管(3)设置为单向梯形螺纹，该梯形螺纹高约50毫米、梯形螺纹上部厚度约20毫米、梯形螺纹底部端厚度约40毫米。

3.根据权利要求1所述带双螺旋钻杆的成桩装置，其特征在于：所述鉆尖(11)上部连接一悬挂杆(4)；所述圆管状杆(2)的内壁焊接有上下二个导向体(5)，所述悬挂杆可以穿过该导向体上下滑移。

4.根据权利要求3所述带双螺旋钻杆的成桩装置，其特征在于：所述圆管状杆(2)的管内连接一砼导管(8)。

5.一种带双螺旋钻杆成桩装置的成桩方法，包括穿入钢护管(15)中的鉆杆(30)，该鉆杆是由上螺纹杆(16)、圆管状杆(2)以及螺纹钻头(20)组成；该螺纹钻头是由带接合子的鉆尖(11)与下钻杆(12)组成，该下钻杆(12)外周焊接粗螺纹短管(3)；所述鉆尖(11)上部连接一悬挂杆(4)；所述下管(2)的内壁焊接有上下二个导向体(5)，所述悬挂杆(4)可以穿过该导向体上下滑移；其特征在于：所述成桩方法是：

第一步，桩机就位；所述钻杆(30)穿入所述钢护管，所述钻尖(11)处于该钢护管的中心，对准设计桩位，校正垂直；上旋转动力头连接所述钻杆，下旋转动力头连接所述钢护管(15)，同时开动上、下旋转动力头，上旋转动力头顺时针方向旋转，下旋转动力头逆时针方向旋转，开始加压旋拧沉入土层；

第二步，所述上旋转动力头连接所述钻杆(30)沿顺时针方向旋压沉入土层，下旋转动力头连接所述钢护管(15)逆时针方向旋压沉入土层，当该钢护管沉至软土层以下2米时终止下沉，即关闭所述下旋转动力头的动力，所述上旋转动力头连接钻杆(30)穿越所述钢护管(15)继续顺时针方向向下旋压沉入土层；

第三步，所述上旋转动力头连接所述钻杆顺时针方向旋压沉入土层至设计高程，进入要求的持力层深度终止；

第四步，所述钻头(20)进入要求的持力层的深度，起动泵送砼的压灌砼后，即少量逆时针方向上拔，使所述鉆尖脱离所述下钻杆(12)后，再转为顺时针方向上拔，泵送砼由鉆尖(11)的脱离口进入桩孔內，所述上螺纹杆(16)的螺叶带出所述钢护管(15)內的土体，该钢护管內的土体全部取出，上段桩类似长螺旋桩施工，继续顺时针方向上拔钻头(20)挤密桩周土，压灌砼连续进入桩孔內；

第五步，所述钻头(20)拔出钢护管(15)的上口，桩孔内压灌砼填满桩孔，根据***砼的长度选择钢筋笼或者是工形型钢，本实施例因长度＞20米，选择工形型钢，起重机吊***所述钢护管的上口，振动沉入桩孔砼內，直到达到要求的深度。

第六步，拔出所述钢护管，即完成型钢砼的灌注桩。