压嵌异形灌注桩施工工艺及其设备 【技术领域】
本发明涉及一种灌注桩施工技术， 尤其是一种压嵌异形灌注桩施工工艺及其设备。 背景技术
在地基基础工程中， 灌注桩是应用比较广泛的一种桩基形式， 它具有无噪声、 无振 动等特点， 且对环境影响较小， 并可形成大直径、 超长桩等桩体， 以上这些优势使得灌注桩 在工程中发展前景被普遍看好。
现阶段比较普遍采用的成桩技术包括泥浆护壁成孔灌注桩、 旋挖成孔灌注桩、 冲 击成孔灌注桩、 长螺旋钻孔压浆灌注桩及后压浆施工技术等。 该类型的桩体为圆形桩体， 其 承载力主要由桩侧摩阻力和桩端阻力提供， 导致混凝土用量大、 施工成本高。 当对于桩基水 平承载力、 抗拔承载力有特殊要求时， 具有相当的局限性。 发明内容 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足， 提供一种施工快捷、 造价低廉、 施工 质量易控的压嵌异形灌注桩施工工艺及其设备。
为实现上述目的， 本发明采用下述技术方案 ：
一种压嵌异形灌注桩施工工艺， 包括以下步骤 ：
1) 首先打桩机就位， 安装振动锤、 成孔导杆及桩头 ；
2) 利用振动锤上下运动把桩头压入土层中， 在压入过程中浇注混凝土， 使得混凝 土顶面持续保持根据施工要求预先设定标高不变 ；
3) 当桩头到达施工要求预设深度后， 开启扭转泵箱， 转动成孔导杆和桩头， 使之匀 速旋转 120 度角 ； 在旋转过程中从成孔导杆上部的高压注浆口注入浆液， 浆液通过成孔导 杆内从其下部的喷浆口中喷出， 在桩底形成圆锥体的扩大头部 ；
4) 喷浆完成后向上提升成孔导杆及桩头， 在提升过程中， 桩头上的桩头压片以绞 固螺栓为圆心向内向下旋转并呈向下悬垂状态， 以减小在提升过程中对孔内混凝土的扰 动； 最后完全把桩头从孔内提出 ；
5) 完成 1 棵桩的施工， 然后移动打桩机重复上述步骤， 进行另外 1 棵桩施工， 直至 全部桩完成。
一种压嵌异形灌注桩施工工艺， 包括以下步骤 ：
1) 首先打桩机就位， 安装振动锤、 成孔导杆及桩头 ；
2) 利用振动锤上下运动把桩头压入土层中， 在压入过程中浇注混凝土， 使得混凝 土顶面持续保持根据施工要求预先设定标高不变 ；
3) 当桩头到达施工要求预设深度后， 开启扭转泵箱， 转动成孔导杆和桩头， 使之匀 速旋转 120 度角 ； 在旋转过程中从成孔导杆上部的高压注浆口注入浆液， 浆液通过成孔导 杆内从其下部的喷浆口中喷出， 在桩底形成圆锥体的扩大头部 ；
4) 喷浆完成后向上提升成孔导杆及桩头， 在提升过程中， 桩头上的桩头压片以绞 固螺栓为圆心向内向下旋转并呈向下悬垂状态， 以减小在提升过程中对孔内混凝土的扰 动； 最后完全把桩头从孔内提出 ；
5) 把钢筋笼及压钢筋笼导杆吊起 ； 压钢筋笼导杆上端位于振动锤底面， 下端插入 钢筋笼底部 ； 钢筋笼横截面形状与成孔截面形状相同 ； 利用振动锤和压钢筋笼导杆把钢筋 笼送至孔内施工要求预先设定的深度， 然后拔出压钢筋笼导杆 ；
6) 完成 1 棵桩的施工， 然后移动打桩机重复上述步骤， 进行另外 1 棵桩施工， 直至 全部桩完成。
一种压嵌异形灌注桩施工设备， 包括打桩机， 打桩机上连接有振动锤， 振动锤下部 设有成孔导杆， 所述成孔导杆下端连接有桩头， 成孔导杆上部设有高压注浆口， 下部设有与 上部高压注浆口相通的喷浆口， 成孔导杆与设置于打桩机侧面底部的扭转泵箱相连。
一种压嵌异形灌注桩施工设备， 包括打桩机， 打桩机上连接有振动锤， 振动锤下部 设有成孔导杆或压钢筋笼导杆， 所述成孔导杆下端连接有桩头， 成孔导杆上部设有高压注 浆口， 下部设有与上部高压注浆口相通的喷浆口， 成孔导杆与设置于打桩机侧面底部的扭 转泵箱相连 ； 所述压钢筋笼导杆插入钢筋笼内。
所述成孔导杆为中空管， 其下端为圆形。
所述桩头截面为变截面， 该桩头包括均匀分布固定连接在成孔导杆下部侧面上的 若干竖直设置的固定叶片， 每个固定叶片上均通过绞固螺栓连接有桩头压片， 桩头压片上 焊接有增扭叶片。
所述桩头压片的横截面形状为倒三角形。
所述压钢筋笼导杆底端形状与钢筋笼形状匹配。
本发明施工工艺还可以采用静压方式替代通过振动锤的振动方式通过导杆把桩 头压入地层中预先设定深度。
本发明的桩体截面根据工程设计功能要求可采用 “一字型” 、 “Y 型” 、 “X 型” 或多分 支等各类变截面， 并采用相应的变截面桩头， 桩头的长度和宽度根据设计功能要求的不同 而改变。利用振动或静压方式通过导杆把桩头压入地层中预先设定深度， 在压入过程中边 压边向孔内浇灌混凝土， 保持混凝土面在设定高度。 当桩头压入预定深度后停止下压， 通过 导杆旋转桩头一定角度， 在旋转时同时利用转头侧面喷头喷射高压水泥浆液， 使得桩底形 成完整的圆盘性扩底桩头。随后通过导杆把桩头提出， 在桩头提升过程中其各分支向下收 缩并呈向下悬垂状态， 避免影响孔内的混凝土。
在桩头压入过程中， 桩顶部四周在土侧压力的作用下桩体产生缩径， 利用调整混 凝土的配比和相应的限制设备， 控制缩径比例， 并充分利用缩径所产生的倒三角桩体提高 桩体的抗拔承载能力。
当成孔完成后， 根据设计功能的具体要求， 可直接利用该素混凝土桩体作为复合 地基进行使用。 当需要作为钢筋混凝土桩使用时， 根据桩体截面形状， 按照设计功能要求制 作相应的钢筋笼形状， 利用振动或静压方式通过导杆把钢筋笼压入到桩体中， 形成钢筋混 凝土灌注桩。
本发明由于采用变截面的设计理念， 扩大了桩土比表面积， 提高了桩侧摩阻力 ； 在 桩端采用扩底技术， 极大地提高了桩基的抗压、 抗拔承载能力 ； 在施工过程中未采用泥浆护壁技术， 从而提高了桩身成桩质量 ； 通过人为控制桩身上部缩孔技术， 在降低材料使用量的 同时提高桩体抗拔承载力， 并充分发挥桩身上部土层的潜力。
本发明适应各类对桩基抗压、 抗拔、 抗弯等特殊技术要求的地基基础工程， 具有施 工快捷、 造价低廉、 施工质量易控等特点。
本发明中各部件功能如下 ：
1、 打桩机 ： 包括打桩动力系统、 卷扬机、 龙门架等， 为振动锤提供动力和支撑。
2、 振动锤 ： 通过上下振动， 通过成孔导杆将桩头压入土层中， 或通过压钢筋笼导杆 将钢筋笼压入桩体中。
3、 成孔导杆 ： 将振动锤的动力传递到桩头， 将桩头压入土层中或旋转桩头 ； 利用 其中空腔管将从高压注浆口中注入的混凝土浆液传递到喷浆口中 ； 下端为圆形， 以减少贯 入土层时的阻力。
4、 桩头 ： 主要包括桩头压片、 增扭叶片、 固定叶片、 绞固螺栓等， 其主要作用为成 孔、 扩底。
5、 桩头压片 ： 通过绞固螺栓与固定压片连接， 通过焊接与增扭叶片连接。 横截面形 状为倒三角形， 在压入时减少阻力， 在旋转时把土层挤入到桩底， 增加桩端土的密实度。 6、 喷浆口 ： 在桩头压片旋转时喷射高压混凝土浆液。当桩头压片旋转 120 度后在 桩底形成扩大桩体， 增强桩体的抗压、 抗拔承载能力。
7、 增扭叶片 ： 与桩头压片焊接。在桩头压片旋转时增强其扭固强度， 具有保护作 用。
8、 固定叶片 ： 与成孔导杆焊接。通过绞固螺栓与桩头压片连接。当桩头压片向下 成孔时限制其向上活动， 当桩头压片旋转时通过增扭叶片提供扭固力。当成孔导杆向上提 拔桩头压片时通过绞固螺栓提供上拔力。
9、 绞固螺栓 ： 连接桩头压片和固定叶片。
10、 压钢筋笼导杆 ： 利用振动锤将钢筋笼压入桩体中。 其底端形状可与钢筋笼形状 匹配。
11、 钢筋笼 ： 加强桩体的强度。
12、 高压注浆口 ： 利用高压注浆泵将高压混凝土浆液从此注入。
13、 扭转泵箱 ： 通过成孔导杆旋转桩头。在压入桩头过程中保护成孔导杆， 并使之 垂直运动。
本发明充分利用桩体变截面的设计理念， 扩大了桩土比表面积， 提高了桩侧摩阻 力和桩端阻力。在施工过程中不采用泥浆护壁， 确保了桩身施工质量。其主要特点如下 ：
1、 节省材料， 提高桩侧摩阻力。 由于采用变截面桩体， 同等材料用量的情况下扩大 了桩土比表面积， 提高了桩侧摩阻力， 由于采用挤压方式成孔， 使得桩侧土密实度提高， 提 高的桩侧土的工程性质， 相应提高了桩侧的摩阻力。
2、 提高桩顶端水平承载力。现阶段比较普遍采用的成桩技术形成的桩头为圆形， 桩端水平力较小。 采用变截面桩体， 桩顶端与桩侧土层接触面积增大， 充分发挥桩顶端土的 水平向侧限作用， 显著提高了桩顶端的水平承载能力。
3、 提高桩的竖向抗压承载力。 由于桩底采用扩底技术， 增大了桩底端的受力面积， 显著提高的桩的竖向抗压承载力。
4、 提高桩的抗拔承载力。采用本技术成桩以后， 桩顶部四周在土侧压力的作用下 桩体产生局部缩径， 形成倒三角桩体， 提高桩体的抗拔承载能力， 桩底扩底技术同时也增强 了桩的抗拔承载力。
5、 成桩质量高。 本技术没有利用泥浆护壁成孔， 且采用后插钢筋笼方式， 避免了成 桩过程中塌孔、 断桩、 桩底沉渣等由于采用泥浆护壁产生的不良影响， 确保了成桩质量。也 消除了泥浆护壁产生的泥皮效应， 充分发挥了桩侧土的侧阻力， 提高了桩长范围内桩侧摩 阻力。
6、 适用范围广。 采用本技术形成的桩体截面形状灵活， 全面提高了桩基的抗压、 抗 拔、 抗弯等参数， 能满足各类特殊技术要求的地基基础工程， 适用范围十分广泛。
7、 在地基处理领域适宜性强。根据不同设计功能要求， 在不采用钢筋笼的情况下 形成素混凝土桩， 可作为复合地基使用。 对于复杂条件下地基处理提供了较好的技术方案， 具有施工快捷、 造价低廉、 施工质量易控等特点。 附图说明
图 1 是本发明结构示意图 ；图 2 是成孔导杆及桩头俯视结构示意图 ；
图 3 是成孔导杆及桩头正视图 ；
图 4 是振动锤、 压钢筋笼导杆和钢筋笼结构示意图 ；
其中 1. 打桩机， 2. 振动锤， 3. 成孔导杆， 4. 桩头， 5. 桩头压片， 6. 喷浆口， 7. 增扭 叶片， 8. 固定叶片， 9. 绞固螺栓， 10. 压钢筋笼导杆， 11. 钢筋笼， 12. 高压注浆口， 13. 扭转 泵箱。 具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例 1 ：
一种压嵌异形灌注桩施工工艺， 包括以下步骤 ：
1) 首先打桩机 1 就位， 安装振动锤 2、 成孔导杆 3 及桩头 4 ；
2) 利用振动锤 2 上下运动把桩头 4 压入土层中， 在压入过程中浇注混凝土， 使得混 凝土顶面持续保持根据施工要求预先设定标高不变 ；
3) 当桩头 4 到达施工要求预设深度后， 开启扭转泵箱 13， 转动成孔导杆 3 和桩头 4， 使之匀速旋转 120 度角 ； 在旋转过程中从成孔导杆 3 上部的高压注浆口 12 注入浆液， 浆 液通过成孔导杆 3 内从其下部的喷浆口 6 中喷出， 在桩底形成圆锥体的扩大头部 ；
4) 喷浆完成后向上提升成孔导杆 3 及桩头 4， 在提升过程中， 桩头 4 上的桩头压片 5 以绞固螺栓 9 为圆心向内向下旋转， 减小在提升过程中对孔内混凝土的扰动 ； 最后完全把 桩头 4 从孔内提出 ；
5) 完成 1 棵桩的施工， 然后移动打桩机重复上述步骤， 进行另外 1 棵桩施工， 直至 全部桩完成。
该施工工艺还可以采用静压方式通过导杆把桩头压入地层中预先设定深度。
如图 1-3 所示， 一种压嵌异形灌注桩施工设备， 包括打桩机 1， 打桩机 1 上连接有振动锤 2， 振动锤 2 下部设有成孔导杆 3， 所述成孔导杆 3 下端连接有桩头 4， 成孔导杆 3 上部 设有高压注浆口 12， 下部设有与上部高压注浆口 12 相通的喷浆口 6， 成孔导杆 3 与设置于 打桩机 1 侧面底部的扭转泵箱 13 相连。
所述成孔导杆 3 为中空管， 其下端为圆形。
所述桩头截面为变截面， 该桩头 4 包括均匀固定连接在成孔导杆下部侧面上的三 个竖直设置的固定叶片 8， 每个固定叶片 8 上均通过绞固螺栓 9 连接有桩头压片 5， 桩头压 片 5 上焊接有增扭叶片 7。
所述桩头压片 5 的横截面形状为倒三角形。
本发明的桩体截面根据工程设计功能要求可采用 “一字型” 、 “Y 型” 、 “X 型” 或多分 支等各类变截面， 并采用相应的变截面桩头，
实施例 2 ：
一种压嵌异形灌注桩施工工艺， 包括以下步骤 ：
1) 首先打桩机 1 就位， 安装振动锤 2、 成孔导杆 3 及桩头 4 ；
2) 利用振动锤 2 上下运动把桩头 4 压入土层中， 在压入过程中浇注混凝土， 使得混 凝土顶面持续保持根据施工要求预先设定标高不变 ； 3) 当桩头 4 到达施工要求预设深度后， 开启扭转泵箱 13， 转动成孔导杆 3 和桩头 4， 使之匀速旋转 120 度角 ； 在旋转过程中从成孔导杆 3 上部的高压注浆口 12 注入浆液， 浆 液通过成孔导杆 3 内从其下部的喷浆口 6 中喷出， 在桩底形成圆锥体的扩大头部 ；
4) 喷浆完成后向上提升成孔导杆 3 及桩头 4， 在提升过程中， 桩头 4 上的桩头压片 5 以绞固螺栓 9 为圆心向内向下旋转并呈向下悬垂状态， 以减小在提升过程中对孔内混凝 土的扰动 ； 最后完全把桩头 4 从孔内提出 ；
5) 把钢筋笼 11 及压钢筋笼导杆 10 吊起 ； 压钢筋笼导杆 10 上端位于振动锤 2 底 面， 下端插入钢筋笼 11 底部 ； 钢筋笼 11 横截面形状与成孔截面形状相同 ； 利用振动锤 2 和 压钢筋笼导杆 10 把钢筋笼 11 送至孔内施工要求预先设定的深度， 然后拔出压钢筋笼导杆 10 ；
6) 完成 1 棵桩的施工， 然后移动打桩机 1 重复上述步骤， 进行另外 1 棵桩施工， 直 至全部桩完成。
该施工工艺还可以采用静压方式替代通过振动锤的振动方式通过导杆把桩头压 入地层中预先设定深度。
一种压嵌异形灌注桩施工设备， 包括打桩机 1， 打桩机 1 上连接有振动锤 2， 振动锤 2 下部设有成孔导杆 3 或压钢筋笼导杆 10， 所述成孔导杆 3 下端连接有桩头 4， 成孔导杆 3 上部设有高压注浆口 12， 下部设有与上部高压注浆口 12 相通的喷浆口 6， 成孔导杆 3 与设 置于打桩机侧面底部的扭转泵箱 13 相连 ； 所述压钢筋笼导杆 10 插入钢筋笼 11 内。
所述成孔导杆 3 为中空管， 其下端为圆形。
所述桩头截面为变截面， 该桩头 7 包括均匀分布固定连接在成孔导杆 3 下部侧面 上的三个竖直设置的固定叶片 8， 每个固定叶片 8 上均通过绞固螺栓 9 连接有桩头压片 5， 桩头压片 5 上焊接有增扭叶片 7。
所述桩头压片 5 的横截面形状为倒三角形。
所述压钢筋笼导杆 10 底端形状与钢筋笼 11 形状匹配。
本发明的桩体截面根据工程设计功能要求可采用 “一字型” 、 “Y 型” 、 “X 型” 或多分 支等各类变截面， 并采用相应的变截面桩头。