一种多头小直径长螺旋钻机及其在现浇大直径管桩施工中的应用.pdf

本发明公开了一种多头小直径长螺旋钻机，包括主机、卷扬机、螺旋钻杆组、定位架、动力装置以及后台混凝土处理系统，卷扬机位于底盘之上，2～6根螺旋钻杆对称固定在定位架顶部形成环形，一次钻进时2～6根螺旋钻杆同时工作，定位架与动力装置旋转相连，可在每次施工结束后旋转角度。长螺旋钻首尾环形相连形成现浇大直径管桩，现浇大直径管桩内外壁为波浪纹状，大大增加桩土接触面面积，可提高其侧摩阻力；现浇大直径管桩可以克服由于桩厚度增加带来的挤土效应增加、施工困难等问题，现场施工挤土对周围环境影响相对较小，不存在截桩等问题，且节约造价成本；且施工工艺清晰，施工速度快，成桩效果好，承载力高，造价低。

1.  一种多头小直径长螺旋钻机，包括主机、卷扬机、螺旋钻杆组、定位架、动力装置以及后台混凝土处理系统，其特征在于，所述主机和卷扬机依次位于底盘之上；所述螺旋钻杆组包括2～6根螺旋钻杆，每根螺旋钻杆由芯管和螺旋叶片构成，内部为空腔，所述螺旋钻杆顶部设置排气阀，底部设置活瓣阀门，2～6根螺旋钻杆对称或呈环形均匀固定在定位架顶部，当一次钻进时所有螺旋钻杆同时工作；所述定位架与动力装置旋转相连，所述定位架在每次施工结束后旋转角度，所述卷扬机通过动力装置与所述螺旋钻杆组相连；所述后台混凝土处理系统通过输浆软管与设置在螺旋钻杆组顶部的注浆口相连。

2.  根据权利要求1所述的多头小直径长螺旋钻机，其特征在于，所述的长螺旋钻杆直径与芯管内径的比为300～500：125～140，长度与设计的现浇大直径管桩的长度一致。

3.  根据权利要求1所述的多头小直径长螺旋钻机，其特征在于，所述的输送软管的直径为120～130mm。

4.  权利要求1～3任一项所述的多头小直径长螺旋钻机在现浇大直径管桩施工中的应用。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)施工放样：根据所需现浇大直径管桩的尺寸确定长螺旋钻杆的尺寸，同时确定现浇大直径管桩中心位置以及每次钻进时长螺旋钻杆组的位置，即确定钻孔点的位置；
(2)长螺旋钻机就位：将长螺旋钻机移到指定位置，并使长螺旋钻杆组的环形中心对好管桩设计的中心位置，每个长螺旋钻杆对好各钻孔点；
(3)钻进成孔：关闭每个长螺旋钻杆底部活瓣阀门，开启长螺旋钻机，将所述长螺旋钻杆组垂直下沉至设计深度，并做好钻进深度记录，此时部分土体被带出、部分土体被挤密；
(4)混凝土灌注：钻孔至设计深度后，空转20～30s，停止钻进，将钻头提升12～15cm，活瓣阀门自动打开，通过输送软管对长螺旋钻孔的芯管内开始泵送混凝土；待长螺旋钻杆芯管内充满混凝土填料时，开始提钻；
(5)多头环形长螺旋钻杆移位：将钻头提升至地面上，形成一组长螺旋钻孔桩，长螺旋钻机主机位置不动，转动整个定位架，长螺旋钻杆组即转动一定角 度到下一钻孔点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次重复步骤(3)和(4)进行施工；
(6)重复(3)、(4)和(5)步骤，直至所形成的长螺旋钻孔桩前后封闭，完成现浇大直径管桩的施工。

6.  根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(4)中，提钻速度为1.5～2.0m/min。

7.  根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(6)中，所述长螺旋钻杆组每次旋转的角度相同。

一种多头小直径长螺旋钻机及其在现浇大直径管桩施工中的应用
技术领域
本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种多头小直径长螺旋钻机及其在现浇大直径管桩施工中的应用。
背景技术
长螺旋钻机桩基具有施工速度快、成孔穿透能力强等技术优势。本发明之前，中国发明专利(专利号：ZL200610085598.4)，公开了一种多头小直径长螺旋钻进成墙机的成墙方法；该发明采用龙门桩架上并排设置两根或三根螺旋钻杆，下端设置钻头，顶部与定位架连接，定位架与龙门桩架滑动连接，定位架内部设置旋转动力装置，螺旋钻杆与旋转动力装置连接，螺旋钻杆中间是空的，与混凝土输送管相连，底盘下有导轨。该技术方案有效解决了深部防渗墙连接问题，且提高了施工效率；然而该工艺仅适合于施工线形防渗墙。
预应力管桩是把钢筋混凝土通过离心制作成预制桩，具有强度高、长度规格及质量易控制等技术优点，可以加快施工进度、缩短工期等效益；然而预应力管桩有造价高、挤土沉桩时对环境影响大、不易截桩等缺点。因此，现浇大直径管桩由于其自身的优势，在岩土工程地基处理中得到一定的应用。传统的现浇大直径管桩，施工中管桩壁厚较小时不易放置钢筋笼，管桩壁厚较厚时则导致沉管施工难度增大、挤土效应增大等技术问题；因此，非常有必要结合长螺旋钻机桩基的技术优点，开发新型现浇大直径管桩的技术方法和施工工艺。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服上述缺陷，解决现浇大直径管桩中壁厚较大时沉管施工难度大、挤土效应显著等技术问题，提出一种多头小直径长螺旋钻机及其在现浇大直径管桩施工中的应用。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种多头小直径长螺旋钻机，包括主机、卷扬机、螺旋钻杆组、定位架、动力装置以及后台混凝土处理系统，所述主机和卷扬机依次位于底盘之上；所述螺旋钻杆组包括2～6根螺旋钻杆，每根螺旋钻杆由芯管和螺旋叶片构成，内部为空腔，所述螺旋钻杆顶部设置排气阀，底部设置活瓣阀门，2～6根螺旋钻杆对称或呈环形均匀固定在定位架顶部，当一次钻进时所有螺旋钻杆同时工作；所述定位架与动力装置旋转相连，所述定位架在每次施工结束后旋转角度，所述卷扬机通过动力装置与所述螺旋钻杆组相连；所述后台混凝土处理系统通过输浆软管与设置在螺旋钻杆组顶部的注浆口相 连。在钻具切割土体之前，阀门闭合防止土、砂或水进入钻杆芯管内，泵送混凝土时打开阀门。
优选地，长螺旋钻杆直径与芯管内径的比为300～500∶125～140，长度与设计的现浇大直径管桩的长度一致。
优选地，所述的长螺旋钻杆根数为4根。
所述的输送软管的直径为120～130mm。
本发明进一步提出了上述多头小直径长螺旋钻机在现浇大直径管桩施工中的应用。
在应用的过程中，具体地包括如下步骤：
(1)施工放样：根据所需现浇大直径管桩的尺寸确定长螺旋钻杆的尺寸，同时确定现浇大直径管桩中心位置以及每次钻进时长螺旋钻杆组的位置，即确定钻孔点的位置；
(2)长螺旋钻机就位：将长螺旋钻机移到指定位置，并使长螺旋钻杆组的环形中心对好管桩设计的中心位置，每个长螺旋钻杆对好各钻孔点；
(3)钻进成孔：关闭每个长螺旋钻杆底部活瓣阀门，开启长螺旋钻机，将所述长螺旋钻杆组垂直下沉至设计深度，并做好钻进深度记录，此时部分土体被带出、部分土体被挤密；
(4)混凝土灌注：钻孔至设计深度后，空转20～30s，停止钻进，将钻头提升12～15cm，活瓣阀门自动打开，通过输送软管对长螺旋钻孔的芯管内开始泵送混凝土；待长螺旋钻杆芯管内充满混凝土填料时，开始提钻；
(5)多头环形长螺旋钻杆移位：将钻头提升至地面上，形成一组长螺旋钻孔桩，长螺旋钻机主机位置不动，转动整个定位架，长螺旋钻杆组即转动一定角度到下一钻孔点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次重复步骤(3)和(4)进行施工；
(6)重复(3)、(4)和(5)步骤，直至所形成的长螺旋钻孔桩前后封闭，完成现浇大直径管桩的施工。
优选地，在步骤(4)中，提钻速度为1.5～2.0m/min。
优选地，步骤(6)中，通过合理设置每次旋转的角度，使所述长螺旋钻杆组每次旋转的角度相同，从而形成波浪纹均匀的现浇大直径管桩。
利用本发明的多头小直径长螺旋钻机制作的现浇大直径管桩，其尺寸可以根据实际需要进行设定，其桩身由各单个螺旋钻孔桩前后环形相连形成，桩身横截面内外壁为波浪纹状，其中长螺旋钻杆的直径决定了现浇大直径管桩的最大壁厚；而波纹状现浇大直径管桩壁厚的最小值是相邻两根长螺旋钻杆重叠部位形成的厚度。
一般常用的现浇大直径管桩的直径范围为1200～2000mm，桩身长度为15～30m，其平均壁厚为250～450mm，因此，可以将长螺旋钻杆组的环形直径设计成1200～2000mm，长螺旋钻杆的直径为450mm左右，长度15～30m，然后通过上述方法制备现浇大直径管桩。
本发明的优点和效果在于：与水泥土搅拌桩技术相比，长螺旋钻能够充分让混凝土材料均匀分布，保证成桩形状，且灌注的混凝土填料比水泥土强度更高。长螺旋钻首尾环形相连形成现浇大直径管桩，现浇大直径管桩内外壁为波浪纹状，大大增加桩-土接触面面积，可提高其侧摩阻力。现浇大直径管桩可以克服由于桩厚度增加带来的挤土效应增加、施工困难等问题，现场施工挤土对周围环境影响相对较小，不存在截桩等问题，且节约造价成本；同时，本发明施工工艺清晰，施工速度快，成桩效果好，承载力高，造价低。
附图说明
图1为本发明的多头小直径长螺旋钻机示意图；
图2为本发明的多轴钻杆排列、叶片交错侧面图及A-A截面俯视图；
图3为本发明基于多头小直径长螺旋钻机施工形成的现浇大直径管桩横截面示意图；
其中：1为主机，2为底座，3为卷扬机，4为注浆口，5为动力装置，6为长螺旋钻杆，7为芯管，8为活瓣阀门，9为排气阀，10为输送软管，11为定位架，12为叶片，13为后台混凝土处理系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1、2和3所示，卷扬机3、主机1位于底盘2之上，长螺旋钻杆6固定在定位架11顶部，定位架11与动力装置5旋转相连，该定位架可在每次施工结束后定位架11旋转角度。长螺旋钻杆6为中空结构，由芯管7和螺旋叶片12构成，长螺旋钻杆6的顶部设置排气阀9，底部设置活瓣阀门8，在钻具切割土体之前，活瓣阀门8闭合防止土、砂或水进入螺旋钻杆芯管7内，泵送混凝土时 打开活瓣阀门8。多轴钻杆排列、叶片交错侧面图及A-A截面俯视图如图2所示。卷扬机3通过动力装置5与长螺旋钻杆6相连，后台混凝土处理系统13通过输浆软管10与注浆口4相连，且螺旋钻杆6对称分布，每次施工形成对称混凝土搅拌单桩。
本实施例采用的多头小直径长螺旋钻机的长螺旋钻单桩直径为400mm，芯管内径为130mm，长度为20m。四根长螺旋钻杆6组合成环形形状。
实施时，先施工放样，确定现浇大直径管桩中心位置和每次钻进时2～6(本实施例为四根)长螺旋钻杆6的位置；一次钻进时四根长螺旋钻杆6同时工作；环形形状的组合长螺旋钻杆6，长螺旋钻杆6固定在定位架11顶部。长螺旋钻机就位，将长螺旋钻机移到指定位置，并使组合长螺旋钻杆6的环形中心对好管桩设计中心位置，各长螺旋钻杆6对好各钻孔点。关闭长螺旋钻杆6底部活瓣活瓣阀门8，开启长螺旋钻机，将环形组合长螺旋钻杆6垂直下沉至设计深度，并做好钻进深度记录；部分土体被带出、部分土体被挤密。钻孔至设计深度后，空转30s，停止钻进，将钻头提升15cm，活瓣阀门8自动打开，通过直径为125mm的输送软管10对长螺旋钻孔的芯管7内开始泵送混凝土；待长螺旋钻杆6芯管7内充满混凝土填料时，开始提钻，提钻速度为2.0m/min。将钻头提升至地面上，桩机主机位置不动，转动整个定位架11，环形长螺旋钻杆6即转动15°到下一钻孔点，且对称中心点即现浇大直径管桩中心位置不变，再次重复上述步骤进行施工，并保持每次旋转角度一致，直至所形成的长螺旋钻孔桩前后封闭，完成现浇大直径管桩的施工(如图3中A到B到C所示)。利用上述方法制备的现浇大直径管桩的直径为1500mm，其平均壁厚为施例为320mm，桩身长度为20m，桩身由各单个螺旋钻孔桩前后环形相连形成，桩身横截面内外壁为波浪纹状。
上述实施例仅是对本发明的方法的一种示例性的实施方式，本领域技术人员根据实际需要可以做适当改变，所做的改变均应落入本发明的保护范围。