一种带有扩径导向灌浆装置的螺旋自钻式钢桩的制作方法

本实用新型专利涉及地基处理领域，具体涉及一种带有扩径导向灌浆装置的螺旋自钻式钢桩。

背景技术：

螺旋自钻式钢桩具有适应性广，施工快捷高效，环境影响小，总体经济性好，良好耐久性和抗震性，在国家大力倡导环境保护的号召下，螺旋自钻式钢桩具有广阔发展前景。螺旋自钻式钢桩对地基加固后，当受到竖向荷载时，由于中心钢轴侧面积较小，提供总的侧摩阻力比重也较小，在桩长较短时，通常不考虑螺旋自钻式钢桩侧阻对轴向承载力贡献。竖向荷载主要依靠螺旋叶片来承担，基本可认定该桩为端承桩。如若需要增加其轴向承载力，只有通过加大螺旋叶片直径、增加叶片个数和增加桩长等方式来实现。然而螺旋叶片直径加大范围有限，叶片直径过大在承载过程中易造成叶片弯曲变形而且增大直径对承载力提高不显著。增加叶片或桩长后对钢桩施工的扭矩设备也提出比较高的要求，有时在空间有限情况下，该施工设备可能操作困难，影响施工进度。此外，在当螺旋自钻式钢桩加固较厚软弱地基后，螺旋自钻式钢桩长细比过大，易产生压屈失稳。因此，急需提出一种经济可行且快捷高效的装置方法来提高螺旋自钻式钢桩的轴向承载力和稳定性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可带来较高轴向和横向承载力、增加稳定性的带有扩径导向灌浆装置的螺旋自钻式钢桩，以期望解决上述问题。

为了实现上述目的，本申请一方面采用的技术方案是一种带有扩径导向灌浆装置的螺旋自钻式钢桩，包括中心轴上带有螺旋叶片的螺旋桩，上述螺旋自钻式钢桩还包括由至少一段加长节组成的加长杆，上述螺旋桩的上端与加长杆的下端连接，其中加长杆中至少有一段加长节上设置有扩径导向碟；其中，上述扩径导向碟呈漏斗状，开口向上，底部与加长杆杆壁密封连接。

当螺旋自钻式钢桩旋进土层时，通过设置上述扩径导向碟，灌浆操作与打桩操作同步进行，即打桩时因扩径导向碟的设置，使扩径导向碟旋转向下压缩土层，在土层与加长杆之间形成位于加长杆外圆的空腔，灌浆后浆液沿加长杆向下流动进入该空腔，直至浆液抵达扩径导向碟，养护后使凝固的浆液与使螺旋自钻式钢桩形成更加牢靠的复合加固体，通过桩侧灌浆，提高桩的竖向极限承载力，临界压屈荷载和横向承载力，比增加叶片个数、叶片直径和增加桩长方法来提高承载力更加经济和适用，以使地基更加稳固。

进一步的是，上述扩径导向碟的直径：加长节直径＝(1.4～2.2)：1。

在设置扩径导向碟的直径时，申请人发现直径不能太大，如果偏大，扩径导向碟旋进土体后留下的空腔直径较大，这样空腔易产生塌孔现象，对后续浇灌形成连续有效的加固体不利，甚至无法形成有效加固体。当然，如果太小，空腔直径偏小，形成的加固体的加固作用会十分有限，加固效果不理想。所以在将扩径导向碟的直径：加长节直径＝(1.4～2.2)：1，扩径导向碟经过土层留下的空腔即可以使周边土体不易塌孔，保证加固体的连续性，也使灌浆后形成的加固体拥有较高的稳固效果。

上述扩径导向碟的最大直径≤螺旋叶片最大直径，以方便打桩操作，防止扩径导向碟过大干涉螺旋自钻式钢桩向下旋进。

进一步的是，在加长节靠近螺旋桩的一端，上述扩径导向碟位于加长节的(1/4)～(1/3)处，将扩径导向碟设置在该位置上形成的加固体加固效果较优。

进一步的是，上述扩径导向碟包括锥型的下部和筒状的上部，下部的上端与上部的下端密封连接；上述下部内侧壁与加长杆的杆壁之间的夹角为25～45°。

进一步的是，螺旋自钻式钢桩还包括套筒，用于套装在螺旋桩与加长杆的连接处；或者，上述套筒用于套装在加长节之间连接处，以提高连接处的强度，连接可采用螺栓连接。

进一步的是，上述螺旋桩或加长节的中心轴为圆轴，该中心轴的直径≥80mm；或者，上述螺旋桩或加长节的中心轴为方轴，该中心轴横截面的边长≥80mm。

进一步的是，上述加长杆上设置有至少两个扩径导向碟，用于针对土层较弱，侧壁容易塌孔的情况。

进一步的是，上述螺旋桩上至少有两个螺旋叶片，相邻螺旋叶片之间的距离：螺旋叶片最大直径＝(3～2):1。

进一步的是，所述螺旋桩为可拼接的多段结构，方便螺旋桩的拆装和加长。

作为本申请的另一个方面，本申请还提供了带有扩径导向灌浆装置的螺旋自钻式钢桩建造方法，包括以下操作：

首先，安装螺旋桩到指定高程并连接带有扩径导向碟的加长杆；开挖桩顶附近地面形成一个大于扩径导向碟的土坑，土坑侧壁壁设置护筒；配置所需水泥浆液，充分搅拌均匀，持续搅拌时间≥3min；

然后，施工设备重新就位安装带有扩径导向碟的加长杆，其中，当扩径导向碟开始进入土层时，不间断向护筒内倒入搅拌完成后水泥浆液，扩径导向碟用于对水泥浆液最深抵达位置进行定位；

最后，当螺旋自钻式钢桩钻入到指定高程时，施工设备停止工作，同时停止往护筒内添加水泥浆液，采用护筒内的水泥浆液密封桩头。

本方法简单可行，灌浆过程中，灌浆过程与打桩过程同步进行且采用无压力灌浆，不会额外增加施工时间成本和无需施工机械；灌浆完成之后，护筒内的浆体可以直接做成密封桩头的平台，无需另外加工桩头，节省施工时间成本。

进一步的是，开挖土坑时，底部铺上一层防水材料，用于防止水泥浆液从地面向下渗透。

灌浆后的螺旋自钻式钢桩与为未灌浆螺旋自钻式钢桩相比，取的有益效果：

1.增加钢桩侧向摩擦力，由原来的端承桩变为摩擦端承桩；

2.对于在软土地基中的桩，增加其压屈稳定性效果更加明显；

3.在腐蚀等级较高土层中，桩侧灌浆保护能提高减小钢桩腐蚀速度，延长螺旋自钻式钢桩的使用寿命；

4.在相同荷载作用下，沉降更小，对于沉降比较敏感的结构物尤为重要；

5.抗弯刚度增加，具有更高的横向承载力；

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1为用于说明实施方式中的实施例一的螺旋自钻式钢桩与加固体的示意图；

图2为用于说明实施方式中的扩径导向碟的俯视截面示意图；

图3为用于说明实施方式中的实施例一的螺旋自钻式钢桩示意图；

图4为用于说明实施方式中的实施例二的螺旋自钻式钢桩与加固体的示意图；

图中标记为：100-螺旋桩、101-螺旋叶片、200-加长杆、201-加长节、220-扩径导向碟、221-扩径导向碟的上部、222-扩径导向碟的下部、300-套筒、400-护筒、500-灌浆加固体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1-4，实施例一：一种带有扩径导向灌浆装置的螺旋自钻式钢桩，包括中心轴上带有螺旋叶片101的螺旋桩100，上述螺旋自钻式钢桩还包括由一段加长节201组成的加长杆200，上述螺旋桩100的上端与加长杆200的下端连接，其中加长杆200中至少有一段加长节201上设置有扩径导向碟220；其中，上述扩径导向碟220呈漏斗状，开口向上，底部与加长杆200杆壁密封连接。上述扩径导向碟220的直径：加长节201直径＝(1.4～2.2)：1。这里的扩径导向碟220的直径可综合考虑桩周土体强度、渗透性、地下水情况进行设置。

在设置扩径导向碟220的直径时，如果偏大，扩径导向碟220旋进土体后留下的空腔直径较大，这样空腔易产生塌孔现象，对后续浇灌形成连续有效的加固体500不利，甚至无法形成有效加固体500。

当然，如果太小，空腔直径偏小，形成的加固体500的加固作用会十分有限，加固后效果不理想。所以在将扩径导向碟220的直径：加长节201直径＝(1.4～2.2)：1，扩径导向碟220经过土层留下的空腔即可以使周边土体不易塌孔，保证加固体500的连续性，也使灌浆后形成的加固体500拥有较高的稳固效果。

当螺旋桩100螺旋叶片101数量为不小于2个时，螺旋叶片101的间距应为相邻螺旋叶片101平均值的2-3倍，以充分发挥各个以螺旋的承载力。中心轴直径为60～270mm，中心钢轴可以选用方形或者圆形无缝钢管，同时可以根据需要选用实心方轴或者圆轴；优选的，在采用方轴时，优选的为实心轴。上述螺旋桩100或加长节201的中心轴为圆轴时，该中心轴的直径≥80mm；或者，上述螺旋桩100或加长节201的中心轴为方轴时，该中心轴横截面的边长≥80mm。在中心轴采用圆轴时优选的采用圆形钢管，在采用方轴时，优选的为实心轴，螺旋桩100的中心轴为方轴时，螺旋桩100由于表面积小，具有更长的使用寿命，更能穿透比较密实土层，方轴的轴向刚度更大，变形更小。

螺旋叶片101直径范围为150mm～400mm。螺旋叶片101的厚度为6～12mm；螺距为50～100mm。螺旋叶片101直径大小至少为200mm以上。

其中扩径导向碟220的直径应根据下面螺旋叶片101的最大直径进行设置，不超过最大的叶片直径，以方便打桩操作，防止扩径导向碟220过多干涉螺旋自钻式钢桩向下伸入。扩径导向碟220的采用焊接与加长节201的中心轴进行连接。

上述扩径导向碟220包括锥型的下部222和筒状的上部221，下部222的上端与上部221的下端密封连接；上述下部222内侧壁与加长杆200的杆壁之间的夹角为25～45°，优选的采用30°。拼接螺旋桩100与加长杆200之间、加长节201之间的连接螺栓为不小于m8.8级高强螺栓，直径为22mm～36mm，螺栓长度应为120mm～210mm，螺栓的螺杆长度根据钢轴尺寸具体配置。

在加长节201靠近螺旋桩100的一端，上述扩径导向碟220位于加长节201的(1/4)～(1/3)处，将扩径导向碟220设置在该位置上形成的加固体500加固效果较优。

螺旋自钻式钢桩还包括套筒300，用于套装在螺旋桩100的连接部与加长杆200的连接处；以提高连接处的强度，连接可以采用螺栓连接。

一种螺旋自钻式钢桩加固方法，包括以下操作：

首先，在确定好桩位点，施工机具就位，调整好方位和角度，安装第一根带若干螺旋叶片101的螺旋桩100，当安装到指定高程，采用高强螺栓通过螺栓孔5连接带有扩径导向碟220的加长杆200，同时开挖桩顶附近地面，形成一个大于扩径导向碟220的土坑，若地面土层的渗透系数较大，底部铺上一层防水材料，防止浆液向下渗透，土坑侧壁壁设置一个护筒400，同时需要根据地质情况、气候等相关因素配置水泥浆液，注意浆液应充分搅拌均匀，充分搅拌持续时间≥3min；

其中，配置所需水泥浆液，选择浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为0.45～0.65，对于非饱和土水灰比宜为0.7～0.9(松散碎石土、砂砾宜为0.5～0.6)；低水灰比浆液宜掺入减水剂；

然后，施工设备重新就位安装带有扩径导向碟220的加长杆200，其中，当扩径导向碟220开始进入土层时，不间断向护筒400内倒入搅拌完成后水泥浆液，扩径导向碟220用于对水泥浆液最深抵达位置进行定位；

最后，当螺旋自钻式钢桩钻入到指定高程时，施工设备停止工作，同时停止往护筒400内添加水泥浆液，采用护筒400内的水泥浆液密封桩头。

灌浆过程中，灌浆过程与打桩过程同步进行且采用无压力灌浆，不会额外增加施工时间成本和无需施工机械且灌浆完成之后，护筒400内的浆体可以直接做成密封桩头的平台，无需另外加工桩头，节省施工时间成本。通过桩侧灌浆提高桩的竖向极限承载力，比增加叶片个数和叶片大小方法增加承载力更加经济和适用；灌浆加固体500用作钢桩外侧的保护层，减小钢轴的腐蚀速度，延长钢桩的使用寿命；增加钢桩的截面惯性矩，尤其是钢轴的设计长度过长时，能增大钢桩发生压屈失稳的临界荷载。

实施例二：与实施例一不同的是，上述加长杆200包括两节加长节201，每段加长节201上分别设置一个扩径导向碟220，用于针对土层较弱，侧壁容易塌孔的情况，根据具体情况灌浆时，将一段加长节201的扩径导向碟220进入土层时即连续的进行灌浆操作，该段加长节201伸入土层后，另一段加长节201继续进入土层，同时灌浆不间断，使加固体500在位于下方的扩径导向碟220与位于上方的扩径导向碟220之间连接部分不间断、保持连续。

加长节201之间连接处套装有套筒300，套筒300与两段加长节201连接。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。