一种建筑地基的施工装置及其施工方法.pdf

本发明提供一种建筑地基的成桩装置，并通过该装置提供一种施工方法，能够一次完成成孔、扩径和压灌混凝土施工，在利用原土的同时增大桩身直径，提高工效节约成本。施工装置包括钻杆和钻头，其特征在于钻杆下端连接扩径体，扩径体的下端连接钻头，钻头设有螺旋叶片，钻杆内有中空管道，中空管道与出料口连通。施工方法的步骤为：1）将钻杆对准桩位；2）旋转钻杆使钻头和扩径体同步旋转钻进，将土体挤压到桩孔中的同时增加桩孔直径，遇到较硬土层时施加反压力；3）持续步骤2）的操作直至设计深度；4）选择两种方法之一进行桩底混凝土灌注；5）持续步骤4）操作形成混凝土桩体；6）在混凝土桩体中反插钢筋笼或在桩顶表面铺设垫层。

1.  一种建筑地基的施工装置，包括有钻杆和钻头，其特征是：钻杆下端连接有直径较大的扩径体，扩径体的下端连接钻头，钻头外壁设有螺旋叶片，钻杆的内部为中空管道可输送混凝土，中空管道的下端与设置于钻头的底部的出料口相连通。

2.  根据权利要求1所述的建筑地基的施工装置，其特征是：扩径体的直径大于外套管的直径且大于螺旋钻头的最大直径，扩径体的形状包括圆球形或者近圆球型或者圆柱型。

3.  根据权利要求1所述的混凝土桩的施工装置，其特征是：为加强钻杆强度，在钻杆外可加设外套管，外套管的直径大于钻杆直径小于扩径体直径，外套管下端与扩径体连接。

4.  一种建筑地基的施工方法，该方法采用上述权利要求1－3所述的建筑地基的施工装置，包括下述步骤：
1）将带有扩径体和钻头的钻杆，垂直对准桩位；
2）旋转钻杆，使钻头和扩径体同步旋转向下钻进，钻头切削土体形成桩孔，扩径体将切削出的土体挤压到桩孔壁中，同时挤扩土体增加桩孔直径，当遇到较硬土层时，旋转钻杆的同时对钻杆施加反压力；
3）持续进行上述步骤2）的操作直至设计深度，完成挤土钻进并扩径成孔的施工；
4）根据地质条件和荷载要求，选择下列方法之一进行桩底混凝土灌注施工：
方法A：向钻杆的内部通道中加压泵送混凝土，同时向上提升钻杆；
方法B：向钻杆的内部通道中加压泵送混凝土，同时向上提升钻杆一定高度后，向下旋转并反压钻杆至桩孔底部，使扩径体和螺旋叶片对桩孔底部的混凝土和虚土进行压制搅拌，该步骤可重复多次进行；
5）持续进行上述步骤4）的泵送混凝土和上提钻杆的操作，直至桩顶标高，在地基中形成混凝土桩体；
6）根据建筑物的基础形式，在混凝土桩体中反插钢筋笼或者在混凝土桩顶表面铺设垫层。

5.  根据权利要求3和权利要求4所述的建筑地基的施工方法，其特征在于上述步骤1）中，当钻杆外部加设外套管时，将旋转钻杆和向上提升钻杆和对钻杆施加反压力的动作，改为旋转外套管和向上提升外套管和对外套管施加反压力。

6.  根据权利要求4所述的建筑地基的施工方法，其特征在于上述步骤2）中，上述扩径体将切削出的土体挤压到桩孔壁中，同时挤扩土体增加桩孔直径，是指钻头和扩径体同时向下钻进时，由于扩径体的直径大于钻头的直径，钻头切削出的土体向上挤出时逐渐被挤压到桩孔壁中，同时扩径体向外和向下不断地挤扩土体，扩大了钻头钻进时形成的桩孔直径。

7.  根据权利要求4所述的建筑地基的施工方法，其特征在于上述步骤2）中，上述对钻杆施加反压力，是指将钢丝绳穿过反压滑轮并分别连接卷扬机和钻杆上端，通过卷扬机收紧钢丝绳实现反压钻杆向下沉入。

8.   根据权利要求4所述的建筑地基的施工方法，其特征在于上述步骤4）中，上述向钻杆的内部通道中加压泵送的混凝土，可以用水泥或者碎石或者砂或者粉煤灰或者粗细骨料中的一种或几种拌合的混合料来替代。

9.  根据权利要求4所述的建筑地基的施工方法，其特征在于上述步骤4）中，上述向上提升钻杆，是通过旋转钻杆或者静拔或者二者结合的方式实现的。

10.  根据权利要求4所述的建筑地基的施工方法，其特征在于上述步骤6）中，上述根据建筑物的基础形式，在混凝土桩体中反插钢筋笼或者在混凝土桩顶表面铺设垫层，是指建筑物的基础形式是桩基时，选择在混凝土桩体中反插钢筋笼，建筑物的基础形式是复合地基时，选择在混凝土桩顶表面铺设垫层，垫层的材料包括砂石或者混凝土或者钢筋混凝土。

一种建筑地基的施工装置及其施工方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，尤其涉及桩的施工。
背景技术
我国目前的地基处理方法中，用螺旋引孔或者钻孔的方法进行成孔并制作混凝土桩是常用的处理方法，其优点是在软土地基中的成孔速度较快，但其缺点是，在螺旋引孔的过程中，桩孔中的土体被排出到地表外，即没有很好的利用原土，还需要另外的人工和机械将排出的土清理外运，由此造成工效降低、成本增高。同时，螺旋引孔或者钻孔等方法成孔时，当遇到直径较大的桩型，必须要更换相对应的钻具，并且对施工设备的强度、电机功率等要求很高，并且用电量和损坏率都显著增加，因此施工成本较高，工期较长。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而提出的，目的在于提供一种建筑地基的成桩装置，并且通过该成桩装置提供一种施工方法，能够快速的一次完成桩身成孔、桩孔扩径和压灌混凝土的施工，不仅充分利用原土增加桩侧摩阻力，同时增加桩身直径，实现工效的提高和成本的节约。
为了实现上述目的，本发明的建筑地基的施工装置，包括有钻杆和钻头，其特征在于，钻杆下端连接有直径较大的扩径体，扩径体的下端连接钻头，钻头外壁设有螺旋叶片，钻杆的内部为中空管道可输送混凝土，中空管道的下端与设置于钻头的底部的出料口相连通。
最好，在上述的建筑地基的施工装置中，上述扩径体的直径大于外套管的直径且大于螺旋钻头的最大直径，扩径体的形状包括圆球形或者近圆球型或者圆柱型。
最好，在上述的建筑地基的施工装置中，为加强钻杆强度，在钻杆外可加设外套管，外套管的直径大于钻杆直径小于扩径体直径，外套管下端与扩径体连接。
为了实现上述目的，本发明还包括一种建筑地基的施工方法，该方法采用上述混凝土桩的施工设备，其步骤包括：
1）将带有扩径体和钻头的钻杆，垂直对准桩位；
2）旋转钻杆，使钻头和扩径体同步旋转向下钻进，钻头切削土体形成桩孔，扩径体将切削出的土体挤压到桩孔壁中，同时挤扩土体增加桩孔直径，当遇到较硬土层时，旋转钻杆的同时对钻杆施加反压力；
3）持续进行上述步骤2）的操作直至设计深度，完成挤土钻进并扩径成孔的施工；
4）根据地质条件和荷载要求，选择下列方法之一进行桩底混凝土灌注施工：
方法A：向钻杆的内部通道中加压泵送混凝土，同时向上提升钻杆；
方法B：向钻杆的内部通道中加压泵送混凝土，同时向上提升钻杆一定高度后，向下旋转并反压钻杆至桩孔底部，使扩径体和螺旋叶片对桩孔底部的混凝土和虚土进行压制搅拌，该步骤可重复多次进行；
5）持续进行上述步骤4）的泵送混凝土和上提钻杆的操作，直至桩顶标高，在地基中形成混凝土桩体；
6）根据建筑物的基础形式，在混凝土桩体中反插钢筋笼或者在混凝土桩顶表面铺设垫层。
最好，在上述的建筑地基的施工装置及其施工方法中，上述步骤1）中，当钻杆外部加设外套管时，将旋转钻杆和向上提升钻杆和对钻杆施加反压力的动作，改为旋转外套管和向上提升外套管和对外套管施加反压力。
最好，在上述的建筑地基的施工方法中，上述步骤2）中，上述扩径体将切削出的土体挤压到桩孔壁中，同时挤扩土体增加桩孔直径，是指钻头和扩径体同时向下钻进时，由于扩径体的直径大于钻头的直径，钻头切削出的土体向上挤出时逐渐被挤压到桩孔壁中，同时扩径体向外和向下不断地挤扩土体，扩大了钻头钻进时形成的桩孔直径。
最好，在上述的建筑地基的施工方法中，上述步骤2）中，上述对钻杆施加反压力，是指将钢丝绳穿过反压滑轮并分别连接卷扬机和钻杆上端，通过卷扬机收紧钢丝绳实现反压钻杆向下沉入。
最好，在上述的建筑地基的施工方法中，上述步骤4）中，上述向钻杆的内部通道中加压泵送的混凝土，可以用水泥或者碎石或者砂或者粉煤灰或者粗细骨料中的一种或几种拌合的混合料来替代。
最好，在上述的建筑地基的施工方法中，上述步骤4）中，上述向上提升钻杆，是通过旋转钻杆或者静拔或者二者结合的方式实现的。
最好，在上述的建筑地基的施工方法中，上述步骤6）中，上述根据建筑物的基础形式，在混凝土桩体中反插钢筋笼或者在混凝土桩顶表面铺设垫层，是指建筑物的基础形式是桩基时，选择在混凝土桩体中反插钢筋笼，建筑物的基础形式是复合地基时，选择在混凝土桩顶表面铺设垫层，垫层的材料包括砂石或者混凝土或者钢筋混凝土。
上述建筑地基的施工装置及其施工方法的特点和优势在于：
①通过小直径钻头钻进，然后通过扩径体挤扩被切削土体和桩孔土体，相比直接进行大直径的桩身成孔施工，速度和工效均有显著提升，即使在砂土层、卵石层等较硬的土层中，也能够快速高效的完成施工。②整个施工过程中不排土、不取土，通过扩径体的作用将桩孔中的原土全部挤压到孔中，即避免了清土外运的工序，又显著提高桩身的侧摩阻力和桩间土承载力。③一次性完成钻进成孔、桩孔扩径和压灌混凝土等多道工序，具有结构简单、连续作业、工效较高的特点；④无须其它施工设备和施工方法，仅通过扩径体的作用，一次性完成螺旋钻进成孔和扩大桩身直径作业，简单迅速高效。⑤通过扩径体和螺旋叶片的下压旋转，对桩孔底部的混凝土和虚土进行压制搅拌，有效解决桩底虚土影响承载力的普遍问题。
附图说明
图1是本发明的施工装置的一个实施例的示意图；
图2是本发明的施工装置的另一个实施例的示意图；
图1和2中，1为钻杆，2为钻头，3为扩径体，4为出料口，5为外套管。
图3是本发明的建筑地基的施工方法的一个实施例的工序图；
图4是本发明的建筑地基的施工方法的另一个实施例的工序图；
图3和4中，1为钻杆，2为钻头，3为扩径体，4为出料口，6为混凝土，7为钢筋笼，8为垫层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的施工装置的一个实施例的示意图，如图1所示，施工装置包括有钻杆1和钻头2，钻杆1下端连接有直径较大的扩径体3，扩径体3的下端连接钻头2，钻头2外壁设有螺旋叶片，钻杆1的内部为中空管道可输送混凝土，中空管道的下端与设置于钻头2的底部的出料口4相连通。
图2是本发明的施工装置的另一个实施例的示意图，如图2所示，施工装置包括有钻杆1和钻头2，钻杆1下端连接有直径较大的扩径体3，扩径体3的下端连接钻头2，钻头2外壁设有螺旋叶片，钻杆1的内部为中空管道可输送混凝土，中空管道的下端与设置于钻头2的底部的出料口4相连通，钻杆1的外部还设有直径较大的外套管5，外套管5的直径大于钻杆1直径小于扩径体3直径，外套管5下端与扩径体3连接。
图3是本发明的建筑地基的施工方法的一个实施例的示意图，首先，如图3中a所示，将带有扩径体3和钻头2的钻杆1，垂直对准桩位；然后，如图3中b所示，旋转钻杆1，使钻头2和扩径体3同步旋转向下钻进，钻头2切削土体形成桩孔，扩径体3将切削出的土体挤压到桩孔中，同时挤扩土体增加桩孔直径，当遇到较硬土层时，旋转钻杆1的同时对钻杆1施加反压力；然后，如图3中c所示，持续进行旋转钻进的操作直至设计深度，完成挤土钻进并扩径成孔的施工；然后，如图3中d所示，向钻杆1的内部通道中加压泵送混凝土6，混凝土6从钻头2下端的出料口4排出，同时向上提升钻杆1；然后，如图3中e所示，向下旋转并反压钻杆1至桩孔底部，使扩径体和螺旋叶片对桩孔底部的混凝土和虚土进行压制搅拌，该步骤可重复进行1至5次；然后，如图3中f所示，反复进行上述泵送混凝土6和上提钻杆1的操作，直至桩顶标高，在地基中形成混凝土桩体；最后，如图3中g所示，在混凝土桩体中反插钢筋笼7。
图4是本发明的建筑地基的施工方法的一个实施例的示意图，首先，如图4中a所示，将带有扩径体3和钻头2的钻杆1，垂直对准桩位；然后，如图4中b所示，旋转钻杆1，使钻头2和扩径体3同步旋转向下钻进，钻头2切削土体形成桩孔，扩径体3将切削出的土体挤压到桩孔中，同时挤扩土体增加桩孔直径，当遇到较硬土层时，旋转钻杆1的同时对钻杆1施加反压力；然后，如图4中c所示，持续进行旋转钻进的操作直至设计深度，完成挤土钻进并扩径成孔的施工；然后，如图4中d所示，向钻杆1的内部通道中加压泵送混凝土6，混凝土6从钻头2下端的出料口4排出，同时向上提升钻杆1；然后，如图4中e所示，反复进行上述泵送混凝土6和上提钻杆1的操作，直至桩顶标高，在地基中形成混凝土桩体；最后，如图4中f所示，在混凝土桩顶表面铺设砂石垫层8。