专利名称：一种空心桩的植桩方法及实施该方法的螺旋钻的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑施工领域，涉及到建筑桩基现场施工植桩方法以及实施该方法的 螺旋钻，该方法能有效解决挤土效应、硬土质、噪音、环境污染等问题。
背景技术：
目前在施工现场，植桩方式主要是锤击和静压。锤击植桩、静压法植桩都要考虑地 基土质的条件来选用成品桩的型号。传统的施工过程中(包括沉管和拔管)由于桩机的激振，使桩点的土体产生振动， 并以土体为介质向周边传播，从而激发周边建筑物的震动。当震动超过一定的限度时，就会 对周围环境产生不利影响，危及周围建筑物及地下管道设施等的稳定与安全，干扰居民的 正常工作和生活，并可能引发出一些矛盾，对工程造价和进度造成不利影响。在静力压桩时，桩身被迅速贯入土中，桩周土体同时被挤压，当桩尖直接对土体的 冲击力大大超过土体极限强度时，桩周土体中原先平衡的力系即发生破坏，导致土中总应 力增加后的新平衡，而该总应力几乎全部转化为孔隙水压力，形成超静孔隙水压力，根据现 场实际测试结果，此超静孔隙水压力值可达上层覆土重的2 4倍，土体在此压力作用下， 产生垂直向上的隆起位移和水平方向的挤土位移，超静孔隙水压力导致的土体位移与水平 距离成反比，与垂直深度成正比。由于饱和粘土中的渗透系数很小，超静孔隙水压力消散很 慢，有时长达数月。在超静孔隙水压力影响范围内的邻近建筑、构筑物及地下管线，由于基 础土体的垂直隆起和侧向挤土的位移变形而导致损坏，且距离愈近，危害愈大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种空心桩的植桩方法及实施该方法的螺旋钻， 以减少或避免前面所提到的问题。本发明的一种空心桩的植桩方法，该空心桩沿其长度方向具有一个中心通孔，该 方法包括如下步骤将所述空心桩吊装于植桩位置并垂直悬置于地面上；将具有扩孔钻头的螺旋钻由上至下穿入所述空心桩的中心通孔并抵达地面开始 钻孔取土，此时扩孔钻头处于合拢状态；当所述扩孔钻头伸入地面之下之后，在进行取土操作的同时展开所述扩孔钻头， 所述扩孔钻头展开后钻孔的直径大于所述空心桩的垂直外轮廓；随着钻孔取土不断深入，钻取的土随着螺旋钻输送上去，将所述空心桩逐渐植入 钻孔内，直至所述空心桩达到设定深度为止。优选地，当所述空心桩达到设定深度之后，通过所述螺旋钻的中空钻杆在所述钻 孔底部喷射修筑扩大头。优选地，所述扩大头修筑完成后，通过所述螺旋钻的中空钻杆向所述钻孔以及所 述空心桩的中心通孔中喷射水泥浆，直至水泥浆达到设定的高度为止，之后提升螺旋钻。
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优选地，在所述螺旋钻提升的过程中向空心桩的中心通孔中注水。优选地，在所述空心桩的植桩过程中进一步包括多根空心桩的接桩步骤。上述的空心桩优选经过升降温表面养护，具体方法如下将本发明的表面处理剂 涂覆于内凹处，静置16-18小时(优选17小时)，升温速度为15 35°C /h (优选25°C /h)， 恒温期温度范围为85 95°C (优选90°C )，恒温时间13 15小时(优选14小时)，降温 速度为10 30°C /h (优选20°C /h)；其中，所述的表面处理剂干重组分按重量份优选的配比为纤维素醚0. 005份，甲基羟 乙基纤维素醚0. 01份，海藻酸钠15份，十二烷基苯磺酸5份，磺基丁二酸3份，石墨7份， 填充料滑石粉100份，按混合后的重量份加水1 2倍混合搅拌均勻。涂覆厚度应该以能够完全盖住表面为基本要求，涂覆的厚度不超过1厘米，优选 的厚度为0. 1-0.3厘米。来源是商业采购，工业品级即可达到本发明的要求，上述的组分均 来自于商业购买获得。上述螺旋钻包括一个中空的钻杆以及设置于所述钻杆端部的一个可展开和合拢 的扩孔钻头。上述扩孔钻头包括一个固定连接于所述钻杆末端的固定连接体，一个可活动的活 动连接体，一个油缸，多个弯臂，多个直臂以及一个与所述油缸固定连接的钻头；其中，所述 直臂的一端连接所述固定连接体，所述直臂的中部通过所述弯臂连接所述活动连接体；所 述活动连接体套在所述油缸的外侧并可以由所述油缸带动其上下移动。上述钻头为中空结构，围绕所述钻头均勻分布有多个喷射孔。上述油缸包括一个缸体和一个伸缩体，所述缸体和所述伸缩体中间具有一个中空 的通孔，所述活动连接体套在所述伸缩体上，并与所述伸缩体固定连接；其中，所述油缸外部设置有一个油缸保护罩，所述油缸保护罩具有一个凹形的空 间，其中心具有一个导流孔，所述导流孔的内壁可伸入所述油缸的通孔中，所述油缸保护罩 与所述油缸的缸体固定连接，所述油缸保护罩外侧具有凸缘，所述凸缘与所述固定连接体 固定连接。详细描述如下为解决上述技术问题，本发明提出了一种空心桩的植桩方法，该空心桩沿其长度 方向具有一个中心通孔，该方法包括如下步骤将所述空心桩吊装于植桩位置并垂直悬置于地面上；将具有扩孔钻头的螺旋钻由上至下穿入所述空心桩的中心通孔并抵达地面开始 钻孔取土，此时扩孔钻头处于合拢状态；当所述扩孔钻头伸入地面之下之后，在进行取土操作的同时展开所述扩孔钻头， 所述扩孔钻头展开后钻孔的直径大于所述空心桩的垂直外轮廓；随着钻孔取土不断深入，钻取的土随着螺旋钻输送上去，将所述空心桩逐渐植入 钻孔内，直至所述空心桩达到设定深度为止。优选地，当所述空心桩达到设定深度之后，通过所述螺旋钻的中空钻杆在所述钻 孔底部喷射修筑扩大头。优选地，所述扩大头修筑完成后，通过所述螺旋钻的中空钻杆向所述钻孔以及所 述空心桩的中心通孔中喷射水泥浆，直至水泥浆达到设定的高度为止，之后提升螺旋钻。
优选地，在所述螺旋钻提升的过程中向空心桩的中心通孔中注水。优选地，在所述空心桩的植桩过程中进一步包括多根空心桩的接桩步骤。本发明还提供了一种实施该植桩方法的螺旋钻，所述螺旋钻包括一个中空的钻杆 以及设置于所述钻杆端部的一个可展开和合拢的扩孔钻头。优选地，所述扩孔钻头包括一个固定连接于所述钻杆末端的固定连接体，一个可 活动的活动连接体，一个油缸，多个弯臂，多个直臂以及一个与所述油缸固定连接的钻头； 其中，所述直臂的一端连接所述固定连接体，所述直臂的中部通过所述弯臂连接所述活动 连接体；所述活动连接体套在所述油缸的外侧并可以由所述油缸带动其上下移动。优选地，所述钻头为中空结构，围绕所述钻头均勻分布有多个喷射孔。优选地，所述油缸包括一个缸体和一个伸缩体，所述缸体和所述伸缩体中间具有 一个中空的通孔，所述活动连接体套在所述伸缩体上，并与所述伸缩体固定连接。优选地，所述油缸外部设置有一个油缸保护罩，所述油缸保护罩具有一个凹形的 空间，其中心具有一个导流孔，所述导流孔的内壁可伸入所述油缸的通孔中，所述油缸保护 罩与所述油缸的缸体固定连接，所述油缸保护罩外侧具有凸缘，所述凸缘与所述固定连接 体固定连接。采用本发明的螺旋钻孔取土植桩方法施工能解决植桩过程中挤土和硬土质地基 植桩困难问题，加快工程进度，确保桩身质量，最大限度地减少施工对周围环境的不利影 响。本发明的植桩方法施工简便，操作容易，且将排挤土桩改善为低排挤土桩，减少超 空隙水压力上升和土体隆起及位移，从而排除了植桩时对邻近建筑物、马路、构筑物等不良 影响，旋挖钻可以减少扩孔系数，适应于土层和软岩，解决了穿越硬夹土层等的特定条件下 的施工难度，同时压注的浆形成的外保护层可以增强成品桩的抗剪力、抗冲击力、高耐久 性，摩擦系数等性能，使用成品桩生产中的废浆，不产生泥水的二次污染。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种空心桩的植桩方法的实施示 意图；图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的螺旋钻的分解透视图；图3显示的是图2中的扩孔钻头的分解透视图；图4显示的是图2所示螺旋钻收拢状态下的使用图；图5显示的是图2所示螺旋钻展开状态下的使用图；图6显示的是图2所示油缸保护罩的剖视图；图7显示的是图2所示钻头的剖视图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。其中，相同的部件采用相同的标号。图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种空心桩的植桩方法的实施示
6意图，如图所示，根据本发明的植桩方法主要针对空心桩来实施，其中，该空心桩1沿其长 度方向具有一个中心通孔11，图中所示空心桩1为空心方桩，当然，本领域技术人员应当理 解，该空心桩1还可以是一种管桩，或者可以是任意一种截面形式的空心桩，例如异形空心 桩等。本发明的植桩方法包括如下步骤放样定桩位，在平整压密的施工现场准确定好桩位并放桩位点，做好标志。将空心 桩1吊装于植桩位置并垂直悬置于地面上。将具有扩孔钻头21的螺旋钻2由上至下穿入空心桩1的中心通孔11并抵达地面 开始钻孔取土，此时扩孔钻头处于合拢状态。此处用到的具有扩孔钻头21的螺旋钻2可以 是任何一种可用于扩孔操作的螺旋钻。当扩孔钻头21伸入地面之下之后，在进行取土操作的同时展开扩孔钻头21，如图 1所示，此时，扩孔钻头21展开后钻孔3的直径大于空心桩1的垂直外轮廓。随着钻孔取土不断深入，钻取的土随着螺旋钻2输送上去，将空心桩2逐渐植入钻 孔3内，直至空心桩2达到设定深度为止，即钻孔取土与植桩步骤同时进行。在本发明的另一个具体实施例中，可以在第一根空心桩2施工后，吊入第二根空 心桩，将二者接起来以获得所需长度的空心桩。另外，当钻到设计的深度后停止，收缩扩孔钻头21，测量孔深、孔径，确认桩尖达设 计标高。桩尖端到达支持层的规定深度后，还可以进一步进行扩大头的修筑。例如，可以通 过螺旋钻2的中空钻杆在钻孔3底部喷射修筑扩大头。当然，本领域技术人员应当理解，也 可以在钻孔之后将螺旋钻2取出，然后利用其它工具修筑扩大头。在一个具体实施例中，可 以从螺旋钻的双向喷嘴喷射出高压水，进行支持层的挖掘，螺旋钻的转动切换到低速，使根 部固定液(水泥浆)从两个方向高压喷射，同时缓慢地提升螺旋钻，修筑扩大头。接着在空 心桩的中空部位也喷射水泥浆，到规定的高度为止，提升螺旋钻，桩尖端部位的球根修筑的 作业结束。通过桩尖端部位喷射的固定浆硬化，使桩体与扩大头连成一体，从而获得更大的 支持力。进一步地，还可以通过桩端压力注浆技术注入调配好的泥浆，使其与剩余的土料 混合，直至规定高度。压力注浆可以使浆包围在成品桩的中空部位及外表面，边注浆边反复 搅拌，待水泥浆逐渐凝固硬化，以提高桩的承载力以及抗冲击抗腐蚀的能力。泥浆也可以采 用生产成品桩过程中的废浆，不但解决了废浆污染的问题还能节约部分成本。为避免地下水在压力作用下进入中心通孔造成球状支撑端结构的破坏，边往中心 通孔内径注水，边提升螺旋钻，施工结束。为避免土体中的地下水在压力作用下进入还未完全硬化的水泥浆中同时上升到 中心通孔中，这个过程在水压力作用下会造成球状支撑端结构的破坏，因此在中心通孔中 注水以保持压力平衡。另外，在钻孔取土过程中应确保钻孔垂直度，使孔身倾斜度在允许范 围内，接桩时要保证上下桩在同一轴线上，接头连接必须严格按照操作要求执行，在植桩时 确保压桩力和桩端进入持力层深度均符合设计要求。本发明还提供了一种用于实施上述植桩方法的螺旋钻，如图2所示，其显示的是 根据本发明的一个具体实施例的螺旋钻2的分解透视图，该螺旋钻2包括一个中空的钻杆 22以及设置于钻杆22端部的一个可展开和合拢的扩孔钻头21。
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图3显示的是扩孔钻头21的放大分解透视图，如图所示，扩孔钻头21包括一个通 过螺栓(图中未示出)固定连接于钻杆22末端的固定连接体211，一个可活动的活动连接 体213，一个油缸212，多个弯臂214以及多个直臂215以及一个与所述油缸212通过螺栓 (图中未示出)固定连接的钻头216 ；其中，弯臂214的数目为直臂215的数目的两倍；所述 直臂215的一端连接所述固定连接体211，所述直臂215的中部通过所述弯臂214连接所述 活动连接体213 ；所述活动连接体213套在所述油缸212的外侧并可以由所述油缸212带 动其上下移动。具体来说，图3中所示包括三个围绕钻头216均勻分布的直臂215，每个直臂215 对应有两个与其中部连接的弯臂214。钻头216对应于直臂215所在的位置具有三个缺口 2161，用于当直臂215收拢的时候缩入缺口 2161中(如图4所示)，以尽量减小扩孔钻头 21的大小。直臂215上设置有多个向内侧伸出的齿爪2151，用于当直臂215展开的时候提 高对土层的切削力。钻头216用于挖掘，主要工作为破石，钻头为合金制成。钻头216为中空结构，围 绕钻头216均勻分布有多个喷射孔2162，用于在修筑扩大头的过程中喷射出高压水，进行 支持层的挖掘。油缸212为穿心式千斤顶，结构与一般油缸相同，包括一个缸体2121和一个伸缩 体2122，缸体2121和伸缩体2122中间具有一个中空的通孔2123。活动连接体213套在油 缸212的伸缩体2122上，并与伸缩体2122固定连接，在一个具体实施例中，活动连接体213 与伸缩体2122焊接在一起。缸体2121设置在固定连接体211的上部，被固定连接体211密封于钻杆22的内 部。伸缩体2122穿过固定连接体211中部的通孔2111并可在通孔2111中伸缩移动。为保护油缸212在钻杆22中不与水泥等接触，在油缸212外部还可以设置一个油 缸保护罩217，参见图6剖视图。油缸保护罩217具有一个凹形的空间，其中心具有一个导 流孔2171，导流孔2171的内壁2172可伸入油缸212的通孔2123中，以保护油缸212的可 活动部分，使其不接触水泥浆。油缸保护罩217罩在油缸212上之后，可以通过焊接等方式 使油缸保护罩217与油缸212的缸体2121固定连接。油缸保护罩217外侧具有凸缘2173， 凸缘周边具有连接孔2174，用于通过螺栓与固定连接体211固定连接。油缸保护罩217外 壁上还设置油管孔2175。控制油缸212的油管(图中未示出)穿过钻杆22的中空部分之 后穿过油管孔2175与油缸212相连，以通过油管控制油缸212的伸缩。钻杆22的中空部 分中还设置有固定所述油管的卡扣。使用的时候，如图4所示，油缸212的伸缩体2122缩回，带动活动连接体213向上 运动，使得直臂215通过弯臂214收拢到缺口 2161中。当需要直臂215展开的时候，油缸 212的伸缩体2122伸出，带动活动连接体213向下运动，从而通过弯臂214带动直臂215展开。在挖掘过程中，通过中空的钻杆22、油缸保护罩217的导流孔2171、油缸212的通 孔2123以及中空的钻头216，可以向钻孔3内注入水泥浆、喷射高压水等。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合， 均应属于本发明保护的范围。
权利要求
一种空心桩的植桩方法，该空心桩沿其长度方向具有一个中心通孔，该方法包括如下步骤将所述空心桩吊装于植桩位置并垂直悬置于地面上；将具有扩孔钻头的螺旋钻由上至下穿入所述空心桩的中心通孔并抵达地面开始钻孔取土，此时扩孔钻头处于合拢状态；当所述扩孔钻头伸入地面之下之后，在进行取土操作的同时展开所述扩孔钻头，所述扩孔钻头展开后钻孔的直径大于所述空心桩的垂直外轮廓；随着钻孔取土不断深入，钻取的土随着螺旋钻输送上去，将所述空心桩逐渐植入钻孔内，直至所述空心桩达到设定深度为止。
2.根据权利要求1所述的植桩方法，其特征在于，当所述空心桩达到设定深度之后，通 过所述螺旋钻的中空钻杆在所述钻孔底部喷射修筑扩大头。
3.根据权利要求2所述的植桩方法，其特征在于，所述扩大头修筑完成后，通过所述螺 旋钻的中空钻杆向所述钻孔以及所述空心桩的中心通孔中喷射水泥浆，直至水泥浆达到设 定的高度为止，之后提升螺旋钻。
4.根据权利要求3所述的植桩方法，其特征在于，在所述螺旋钻提升的过程中向空心 桩的中心通孔中注水。
5.根据权利要求1-4之一所述的植桩方法，其特征在于，在所述空心桩的植桩过程中 进一步包括多根空心桩的接桩步骤。
6.根据权利要求5所述的植桩方法，其特征在于，所述的空心桩优选经过升降温表面 养护，具体方法如下将本发明的表面处理剂涂覆于内凹处，静置16-18小时(优选17小 时)，升温速度为15 35°C /h (优选25°C /h)，恒温期温度范围为85 95°C (优选90°C )， 恒温时间13 15小时(优选14小时)，降温速度为10 30°C /h (优选20°C /h)；其中，所述的表面处理剂干重组分按重量份优选的配比为纤维素醚0. 005份，甲基羟乙基 纤维素醚0. 01份，海藻酸钠15份，十二烷基苯磺酸5份，磺基丁二酸3份，石墨7份，填充 料滑石粉100份，按混合后的重量份加水1 2倍混合搅拌均勻。涂覆厚度应该以能够完全盖住表面为基本要求，涂覆的厚度不超过1厘米，优选的厚 度为0. 1-0.3厘米。来源是商业采购，工业品级即可达到本发明的要求，上述的组分均来自 于商业购买获得。
7.一种实施权利要求1-5之一所述的植桩方法的螺旋钻，其特征在于，所述螺旋钻包 括一个中空的钻杆以及设置于所述钻杆端部的一个可展开和合拢的扩孔钻头。
8.根据权利要求6所述的螺旋钻，其特征在于，所述扩孔钻头包括一个固定连接于所 述钻杆末端的固定连接体，一个可活动的活动连接体，一个油缸，多个弯臂，多个直臂以及 一个与所述油缸固定连接的钻头；其中，所述直臂的一端连接所述固定连接体，所述直臂的 中部通过所述弯臂连接所述活动连接体；所述活动连接体套在所述油缸的外侧并可以由所 述油缸带动其上下移动。
9.根据权利要求7所述的螺旋钻，其特征在于，所述钻头为中空结构，围绕所述钻头均 勻分布有多个喷射孔。
10.根据权利要求7所述的螺旋钻，其特征在于，所述油缸包括一个缸体和一个伸缩 体，所述缸体和所述伸缩体中间具有一个中空的通孔，所述活动连接体套在所述伸缩体上，并与所述伸缩体固定连接；其中，所述油缸外部设置有一个油缸保护罩，所述油缸保护罩具有一个凹形的空间，其 中心具有一个导流孔，所述导流孔的内壁可伸入所述油缸的通孔中，所述油缸保护罩与所 述油缸的缸体固定连接，所述油缸保护罩外侧具有凸缘，所述凸缘与所述固定连接体固定 连接。
全文摘要
一种空心桩的植桩方法，如下步骤将空心桩吊装于植桩位置并垂直悬置于地面上；将具有扩孔钻头的螺旋钻由上至下穿入所述空心桩的中心通孔并抵达地面开始钻孔取土；当扩孔钻头伸入地面之下之后，在进行取土操作的同时展开扩孔钻头；随着钻孔取土不断深入，钻取的土随着螺旋钻输送上去，将所述空心桩逐渐植入钻孔内，直至所述空心桩达到设定深度为止。本发明还提供了一种实施该植桩方法的螺旋钻。采用本发明的螺旋钻孔取土植桩方法施工能解决植桩过程中挤土和硬土质地基植桩困难问题，加快工程进度，确保桩身质量，最大限度地减少施工对周围环境的不利影响。
文档编号E21B3/00GK101974905SQ20101051514
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者张后禅, 朱建舟 申请人:上海中技桩业股份有限公司