喷射抹压侧壁压灌混凝土的成桩机及其成桩方法 喷射抹压侧壁压灌混凝土的成桩机及其成桩方法属于建筑机械和基础工程施工方法。
普通螺旋钻机在建筑业中是广泛使用的一种钻机，这种钻机只能单纯完成钻孔工作，成桩时需将钻具提出，再灌注混凝土。因而效率低，无法处理坍孔，桩体承载能力也不高。近年来有两种钻机和两种成桩法问世，其一是中国专利ZL86100705“钻孔压浆成桩法”及其所采用的钻机，其二是申请公开的中国发明专利CN1076980所提供的“灌注混凝土螺旋钻机”和CN1075521的“钻孔灌注混凝土成桩法”。第一种钻机虽然解决了钻完孔不提钻就能向孔内喷灌水泥浆的问题，但由于灌注的不是混凝土，只能后期人工投放石料，然后补浆。因此，石料与水泥浆混合的均匀性无法控制。还因桩体本身无沙料，所以桩体自身强度不很高，在投石料时常有大量浆液溢出，既浪费水泥，又污染施工现场。第二种钻机和成桩法虽然在提钻时灌注混凝土，桩体自身强度通常有保证，但因螺旋钻下部为螺旋向上的开口空间，有时对灌注的混凝土不能施加很大压力，所以水泥浆向土壁的渗透效果就不大。还由于地质条件不同，混凝土中的水泥浆向孔壁的渗出量也不一样，致使桩体不同部位混凝土的配合比就不同，导致桩体强度不稳定，严重时钢筋笼无法插入，导致工艺失败。
本发明的目的是提供一种在多种地质条件下都能使桩体与周围土壁紧密结合，且桩体自身强度有保证，并保证钢筋笼能顺利插入的钢筋混凝土桩灌注法，为实现此施工方法本发明设计一种成孔后能以高压水泥浆喷射孔壁，在封闭状态下压灌流态混凝土，同时以抹压板反复强制地把喷出的水泥浆和部分混凝土抹压入侧壁的一次钻孔成桩的钻机。
本发明的钻机包含有钻体、水泥浆输送管、混凝土输送管、减速箱地输出齿轮、顶盖、轴承、密封圈，它还包含有抹压板、板阀、上底阀、下底阀。抹压板固定在钻体下部螺旋叶片的外缘上，抹压板为曲面板式结构，抹压板与圆柱孔的土侧壁密邻，在抹压板上至少有一处与孔壁之间有一个小的夹角。抹压板随钻体旋转上升时，可将进入夹角内的物料(土、水泥浆、混凝土)强制地抹压入土壁中。板阀设在抹压板上端单支螺旋叶片的一螺距内，板阀是与钻体螺旋叶片外缘曲率相同的弧形板。板阀有两个稳定状态，即开启和关闭。开启时板阀与孔壁平行，不影响出土。关闭时它封闭了螺旋孔道进行压灌混凝土。在混凝土输送管的下出口内设有一下底阀，下底阀由脆性材料制成。下底阀通过拉绳与设在混凝土输送管上端的一压杆相连。在下底阀上面混凝土输送管中又有一上底阀，上底阀的侧而伸出一控制旋柄。
本发明的钢筋混凝土桩灌注方法为：采用本发明的喷射抹压侧壁压灌混凝土成桩机，钻孔至预定深度，下压下底阀的压杆将下底阀拉碎，启动高压水泥浆泵和混凝土泵，同时向孔内灌注水泥浆和流态混凝土，钻机仍不停地继续旋转。通过高压水泥浆输送管的侧向喷口喷出的水泥浆冲向孔壁，混凝土从高压混凝土输送管的下出口涌向孔底，待混凝土将虚土顶过板阀后，关闭板阀，实现封闭加压灌注。抹压板与孔壁间的夹角内必充满水泥和混凝土，在钻体带动抹压板旋转上升时将水泥浆和混凝土抹压进孔侧壁。这样在孔的土壁上形成一层层以水泥浆为主，并混入一定量混凝土的护壁。因板阀关闭，混凝土泵可以对其有效地施加很大的压力，足以使混凝土密实和扩大桩径，形成与护壁紧密结合的混凝土桩。混凝土推动钻体上升，直至孔内混凝土充满，钻机被顶出地面或接近地面不坍孔的高度。这时上底阀已高出地面，此时停钻，关闭上底阀。插入钢筋笼，当混凝土已灌至设计高度时，即完成桩的全部作业。在混凝土仅灌至地面下某一不坍孔高度时，钻机再对准桩孔，打开上底阀将混凝土注满，再关闭上底阀，用振捣棒振实，为提高后灌的混凝土桩体部分强度，再插入若于直钢筋，钢筋长以能穿越后灌混凝土部分的桩长为准。重新装好下底阀，开启板阀，然后再打开上底阀，作好再钻孔的准备。
本发明的钻机作业机械化程度高，成本低，现场清洁。用本方法形成的钢筋混凝土桩与孔壁的结合力好，桩体自身强度高，而且无论用于粘土，沙土、淤泥质土、有无地下水的各类地质条件下形成的桩体本身配合比保持稳定，钢筋笼都易于插入或压入振入，无向孔外返水混浆的现象，节约原材料。
图1是本发明钻机的整体结构示意图，图2是抹压板抹压孔壁时的工作原理图，图3是实施例一中的凹口结构示意图，图4是板阀开启时结构示意图，图5是板阀关闭时的结构示意图，图6是上底阀、下底阀及其控制机构的结构示意图，图7是上底阀的俯视图。
实施例一：本实施例的钻机由钻体20、水泥浆输送管18、混凝土输送管9、减速箱的输出齿轮13、顶盖12、轴承10、密封圈11、抹压板1、板阀4、上底阀14、下底阀15组成。抹压板1为套筒式结构，并固定在钻体20下部大角度双支螺旋叶片8的外缘上，抹压板1的下端部为一带刃的环刀2。抹压板1的侧面开有两个凹形孔21和22，凹形孔21与水泥浆输送管18的侧向喷口3固定连接。板阀4设在抹压板1上端单支螺旋叶片27的一螺距内，板阀4是与钻体螺旋叶片外缘曲率相同的弧形板，在板阀4的里侧支撑着一支杆5，支杆5的另一端固定在连杆23上，连杆23穿过混凝土输送管9连接到处于钻体上端的压杆6的一端上，在板阀4中心所对应的混凝土输送管9上还固定着一弹簧7，弹簧7的外端与板阀4内侧固定连接。下底阀15设在混凝土输送管9的下出口处，下底阀15通过一拉绳24与设在混凝土输送管9上端的压杆15的一端相连。上底阀14设在下底阀15上面的混凝土输送管9中，上底阀14通过一连杆25与控制旋柄17相连。
实施例二：用实施例一的钻机钻到预定孔深，下压下底阀15的压杆16将下底阀拉碎，启动高压水泥浆泵和高压混凝土泵，同时向孔内灌注水泥浆和流态混凝土，钻机仍不停地旋转。通过高压水泥浆输送管18的侧向喷口3喷出的水泥浆冲向孔壁，混凝土从高压混凝土输送管的下口涌向孔底，待混凝土将虚土顶过板阀4后，关闭板阀4，实现封闭加压灌注混凝土。抹压板1与孔壁间的夹角内必充满水泥浆和混凝土，在钻体带动抹压板旋转上升时，将水泥浆和混凝土抹压进孔侧壁。在孔的土壁上形成一层层以水泥浆为主，并混入一定量混凝土的护壁。在孔内不断被混凝土填满后，既形成与护壁紧密结合的混凝土桩。随之钻机也被顶出地而，上底阀高出地面时停钻，关闭上底阀，振动插入钢筋笼。重新装好下底阀，开启板阀，打开上底阀，再到指定地点钻新孔。对于硬性不坍孔土质成桩时，可不启动水泥浆泵，只灌注混凝土，就可达到几乎相同的效果。