组合式螺杆桩施工方法与流程

本发明涉及钻洞方法技术领域，具体而言，涉及一种组合式螺杆桩施工方法。

背景技术：

现有技术中的螺杆桩机集挤密成孔、刻纹、浇筑混凝土成桩的功能于一身，工作过程如下：桩机组装就位后，先下钻的螺纹段入土，下钻速度和钻进速度同步，不出土；继续下钻，上部的直杆段入土，下部螺杆旋出的土方被直杆旋转挤密，直至桩尖设计标高位置。此时，下部螺纹段旋转刻纹嵌在土里，上部直杆通过不断挤密，不断旋转，把桩的上部挤密为桩设计直径的实体桩身段；旋转下钻到位后，机械开始反转提升，并开始泵送混凝土，形成混凝土螺杆桩。

这种螺杆桩的施工方式存在以下缺点：

(1)由于它是通过钻杆水平旋转挤密成孔，因而钻进阻力大，钻杆扭矩要求20万牛顿米以上，因而动力头必须两台75KW或90KW电机；

(2)其机械主塔要承受如此大的扭矩，因而必须设计的更粗更厚，设备重量重，价格昂贵，机械本身售价300万/台；

(3)设备总重量达160吨以上，进场不便，进场一次，运输要5台大型17.5米长车辆，超载情况严重；

(4)组装需要30吨以上大型吊车作业；对表层地基要求较高，因重量较大，对表层地壳承载力要求较高，对于水网地区或表层淤泥质土方承载力稍差的地区无法施工，即使施工，支架倒塌的安全风险大大增加；

(5)进尺速度慢，因为螺杆桩机设计是通过水平旋转强行挤密，扭矩较大，速度不能快，否则电机功率无法承受，会烧坏电机，钻杆正常转速每分钟4转，一天施工最大完成工作量330米左右；

(6)施工成本较大，因为设备投资较大，而施工钻速慢，施工能力每天只能完成330米左右，而组装一次、运输一次需要5台17米长卡车，成本相对较高，因而目前市场要价至少55～120元/米，单价较贵。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种组合式螺杆桩施工方法，以解决现有技术中螺杆桩施工效率低成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种组合式螺杆桩施工方法，包括步骤S10和步骤S20，其中，步骤S10：在指定位置通过振动沉管桩机驱动钢管打预先孔，预先孔的深度与螺杆桩的设计深度相同；步骤S20：长螺旋钻孔机驱动螺杆在预先孔的基础上钻进和刻纹。

进一步地，步骤S10包括步骤S11至步骤S14，其中，步骤S11：将振动沉管桩机运至指定位置；步骤S12：调整钢管的垂直度；步骤S13：启动振动沉管桩机的振动锤进行打孔；步骤S14：预先孔至螺杆桩设计深度时将钢管取出。

进一步地，在步骤S10和步骤S20中，钢管包括上部段和下部段，上部段与振动沉管桩机连接，螺杆包括直杆段和螺纹段，直杆段与长螺旋钻孔机连接，直杆段的直径等于螺杆桩的直径，直杆段的直径大于上部段的直径，上部段的直径大于螺纹段的直径，螺纹段的直径大于下部段的直径。

进一步地，步骤S20包括步骤S21至步骤S24，其中，步骤S21：将长螺旋钻孔机运至指定位置；步骤S22：调整螺杆对准预先孔；步骤S23：启动长螺旋钻孔机的转扬机，将螺纹段放入预先孔中；步骤S24：启动长螺旋钻孔机驱动螺杆进行钻进和刻纹。

进一步地，在步骤S24之后还包括步骤S30：长螺旋钻孔机反转提升螺杆并同步进行混凝土的浇灌形成螺杆桩。

进一步地，螺杆底部桩尖的阀门包括夹板和门栓，夹板对称设置有两块且中间预留有混凝土通过的通道，门栓设置于通道内，门栓的一端与转轴活动连接，门栓上靠近夹板的两面上对称设置有圆形凹槽，夹板上对应圆形凹槽开设有安装孔，安装孔内从远离圆形凹槽的一侧向圆形凹槽延伸依次安装有螺丝、弹簧和弹珠，螺丝与安装孔螺纹连接，弹簧两端分别与螺丝和弹珠固定连接，在进行钻进时，弹珠在弹簧的作用下嵌入圆形凹槽中，在进行混凝土浇灌时，门栓在混凝土的作用下发生转动使通道打开。

进一步地，圆形凹槽的直径与弹珠的直径相同。

进一步地，在进行钻进时，弹珠的小于三分之一的球面嵌入圆形凹槽中。

应用本发明的技术方案，在进行螺杆桩施工时，先通过振动沉管桩机打深度与螺杆桩的设计深度相同的预先孔，再通过长螺旋钻孔机驱动螺杆在预先孔的基础上钻进和刻纹，振动沉管桩机是通过振动锤在竖直方向震动实现打孔，打孔速度快效率高，而长螺旋钻孔机在预先孔的基础上再进行打孔时，下方阻碍螺杆运动的土层大大减少，需要进行挤密刻纹的土层也大大减少，因而需要克服的阻碍力大大降低，对螺杆的扭矩要求也大大降低，从而对电机的要求也大大降低，对长螺旋钻孔机的要求大大降低，使得设备费用得到较大降低，同时使得电机能够提高转速，进而提高工作效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的组合式螺杆桩施工方法的工艺流程图；

图2示出了图1中步骤S10的振动沉管桩机和钢管的结构示意图；

图3示出了图1中步骤S20的长螺旋钻孔机30和螺杆的结构示意图；

图4示出了阀门的夹板的结构示意图；

图5示出了阀门的门栓的结构示意图；

图6示出了阀门的结构体示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、振动沉管桩机；20、钢管；21、上部段；22、下部段；30、长螺旋钻孔机；40、螺杆；41、直杆段；42、螺纹段；50、夹板；51、螺丝；52、弹簧；53、弹珠；60、门栓；61、圆形凹槽；70、转轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为解决现有技术中螺杆桩施工效率低成本高的问题，本发明提供了一种组合式螺杆桩施工方法。

如图1至图3所示，组合式螺杆桩施工方法包括步骤S10至步骤S20，其中步骤S10：在指定位置通过振动沉管桩机10驱动钢管20打预先孔，预先孔的深度与螺杆桩的设计深度相同；步骤S20：长螺旋钻孔机30驱动螺杆40在预先孔的基础上钻进和刻纹。

在进行螺杆桩施工时，先通过振动沉管桩机10打深度与螺杆桩的设计深度相同的预先孔，再通过长螺旋钻孔机30驱动螺杆在预先孔的基础上钻进和刻纹，振动沉管桩机20是通过振动锤在竖直方向震动实现打孔，打孔速度快效率高，而长螺旋钻孔机30在预先孔的基础上再进行打孔时，下方阻碍螺杆运动的土层大大减少，需要进行挤密刻纹的土层也大大减少，因而需要克服的阻碍力大大降低，对螺杆40的扭矩要求也大大降低，从而对电机的要求也大大降低，对长螺旋钻孔机30的要求大大降低，使得设备费用得到较大降低，同时使得电机能够提高转速，进而提高工作效率。

具体地，步骤S10包括步骤S11至步骤S14，其中步骤S11：将振动沉管桩机10运至指定位置；步骤S12：调整钢管20的垂直度；步骤S13：启动振动沉管桩机10的振动锤进行打孔；步骤S14：预先孔至螺杆桩设计深度时将钢管20取出。通过步骤S11至步骤S14完成预先孔，为后续加工做准备。

如图2和图3所示，在步骤S10和步骤S20中，钢管20包括上部段21和下部段22，上部段21与振动沉管桩机10连接，螺杆40包括直杆段41和螺纹段42，直杆段41与长螺旋钻孔机30连接，直杆段41的直径等于螺杆桩的直径，直杆段41的直径大于上部段21的直径，上部段21的直径大于螺纹段42的直径，螺纹段42的直径大于下部段22的直径。由于直杆段41的直径等于螺杆桩的直径，直杆段41的直径大于上部段21的直径，上部段21的直径大于螺纹段42的直径，螺纹段42的直径大于下部段22的直径，因而在步骤S10中打出的预先孔的直径小于螺杆桩的直径，从而为步骤S20中挤密和刻纹预留一定的土层余量，而上部段21的直径大于螺纹段42的直径又使得预先孔上部的直径大于螺纹段42的直径，因而螺纹段42在进入预先孔时无需开启钻进功能，节约能源，同时能够减少钻进距离，提高效率。

优选地，螺杆桩的直径为500毫米时，上部段21的直径为426毫米，下部段22的直径为350毫米。

需要注意的是，上部段21和下部段22在进行焊接时必须保证同轴度，不能有偏差。

具体地，步骤S20包括步骤S21至步骤S24，其中步骤S21：将长螺旋钻孔机30运至指定位置；步骤S22：调整螺杆40对准预先孔；步骤S23：启动长螺旋钻孔机30的转扬机，将螺纹段42放入预先孔中；步骤S24：启动长螺旋钻孔机30驱动螺杆40进行钻进和刻纹。通过步骤S21至步骤S24，从而完成整个螺杆桩孔的钻进和刻纹。

试验验证，通过本发明的施工方法进行施工，具有成桩效果相同、但施工速度加快3倍以上、施工难度明显减低、效率高、对设备要求简单等特点，30米深的螺杆桩约30～70根，每天成孔1000～2000米。特别是施工过程中，需要的设备要求由原来具备扭矩20万牛顿米减低到4～6万牛顿米螺杆40刻纹成型，对设备扭矩需求明显减小，极大地利用了市场现有数量庞大的长螺旋钻孔机30(CFG)进行施工。同时，挤密成孔由水平方向旋转挤密改为振动锤垂直用力强行挤密，使得挤密作用力更加合理，对付尖硬土层，施工难度极大降低，使得原来一些地质地层坚硬、螺杆桩机难以施工的螺杆桩得以实施，从而推动螺杆桩成型必须用具有专利的特大型设备的施工简化为中等设备的施工，成本大大降低。

如图1所示，在步骤S24之后还包括步骤S30：长螺旋钻孔机30反转提升螺杆40并同步进行混凝土的浇灌形成螺杆桩。在长螺旋钻孔机30反转提升螺杆40进行翻转提升的同时，螺杆40底部桩尖的阀门打开，混凝土进入到洞中并随着螺杆40的提升而逐渐形成螺杆桩。从而完成螺杆桩的浇灌。

需要注意的是，长螺旋钻孔机30反转提升螺杆40的速度必须与长螺旋钻孔机30驱动螺杆40钻进的速度相同，从而防止钻进时形成的纹路被破坏。本发明中采用激光照排编码技术，通过激光传感器安装在长螺旋钻孔机30的转扬机的带齿滑轮上，从而准确地记录钻进时的速度，以便在提升时螺杆40按照钻进刻纹时的速度和轨迹反向提升，从而保证钻进时的通道不会被破坏。

具体地，如图4至图6所示，螺杆40的阀门包夹板50和门栓60，夹板50对称设置有两块且中间预留有混凝土通过的通道，门栓60设置于通道内，门栓60的一端与转轴70活动连接，门栓60上靠近夹板50的两面上对称设置有圆形凹槽61，夹板50上对应圆形凹槽61开设有安装孔，安装孔内从远离圆形凹槽61的一侧向圆形凹槽61延伸依次安装有螺丝51、弹簧52和弹珠53，螺丝51与安装孔螺纹连接，弹簧52两端分别与螺丝51和弹珠53固定连接，在进行钻进时，弹珠53在弹簧52的作用下嵌入圆形凹槽61中，在进行混凝土浇灌时，门栓60在混凝土的作用下发生转动使通道打开。

由于在步骤S10中打有预先孔，因而螺杆40在进行钻进时螺杆40的底部桩尖是一个孔洞，不会有土层支撑，阀门容易自动下垂打开，会导致上壤进入阀门内部堵塞阀门通道，使得混凝土无法浇灌。本发明对原有的螺杆40底部桩尖的阀门进行了改进，钻进时，在弹簧52的作用力下，弹珠53顶在门栓60的圆形凹槽61中，保证门栓60不会自动下滑，从而使得阀门内部的通道被关闭，防止土壤进入到阀门内部而堵塞阀门。在进行提升过程中，在混凝土的作用下，弹簧52的力不足以夹紧门栓60，门栓60发生转动将通道打开，进行混凝土的浇灌。

需要注意的是，当完成一个螺杆桩的浇灌后，需要动手将门栓60放回阀门关闭时的位置，以备下一根螺杆桩施工使用。

优选地，圆形凹槽61的直径与弹珠53的直径相同，在进行钻进时，弹珠53的小于三分之一的球面嵌入圆形凹槽61中。由于圆形凹槽61的直径与弹珠53的直径相同，因而保证阀门关闭时，弹珠53与圆形凹槽61之间不存在缝隙，防止土壤进入阀门内部。而弹珠53的小于三分之一的球面嵌入圆形凹槽61中则防止阀门关闭时门栓60被弹珠53限定得过牢而难以打开。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)利用市场上常用设备，将螺杆桩挤密成孔的方式作较大改变，本发明是使用一台施工工艺早已成熟的振动沉管桩机10先振动挤密成孔(上下震荡)，后再用市场上常用的长螺旋钻孔机30进行刻纹和浇筑混凝土成桩，从而使得成桩主设备扭矩大大减小，由20万牛顿米降为4～6万牛顿米，因而30米长的螺杆桩设备投资由300万降为70万元；

(2)振动沉管桩机10先挤密成孔，对于坚硬的地层，振动锤头动力达78吨，还可以带加压绳，把设备机身60％以上的重量加在钢管20上，解决螺杆桩机硬土不能加压下钻的缺点；

(3)振动沉管桩机10钻孔速度快，每天成孔1000～2000米，可以保证两台长螺旋钻孔机30配套施工螺杆桩，组合施工效率高；

(4)长螺旋钻孔机30机身重量约40吨，投入小，电机2*55KW或2*45KW，30米长的桩机设备费用也仅仅70万，全部电力消耗135KW，节约能源，降低成本；

(5)振动沉管桩机10振动成孔，单价6元/米，长螺旋钻孔机30施工单价成本7元/米，合计13元/米，为业主可以节省大量成本资金。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。