本发明涉及桩基工程领域中压灌桩施工用半挤土钻，以及使用压灌桩施工用半挤土钻进行基桩成桩施工方法。
背景技术：
在桩基工程中，按成桩的类型分，可分为排土桩和挤土桩两大类。排土桩如长螺旋灌注桩、旋挖灌注桩等，它们的共同特点是桩孔的形成是通过专用机具将桩孔内岩土排放到地表面，然后灌注混凝土、置入钢筋笼而成桩。施工中会有大量的虚土需外运，有时伴随泥浆护壁作业。成桩后干性排土桩桩端有虚土，影响桩的承载力；利用泥浆作护壁的排土桩孔壁具有泥皮，影响桩的侧摩阻力，相应的提高了成桩费用。挤土桩是通过专用的螺旋挤土桩机挤压岩土成桩孔，再通过泵压灌混凝土，置钢筋笼成桩。挤土桩成孔过程中桩侧土体受到挤压以及加密作用，改善了原有岩土的力学性质，使基桩承载力大幅度的增加；同时施工过程中不需要排土，具有施工效率高，成本低等优点。
挤土桩的施工过程其实就是一个挤土过程，挤土桩在贯入的过程中使桩四周的土体发生了复杂的变化。挤土桩沉入地下时，桩身将置换等体积的土体，在遇到坚硬土层时，由于挤土量太大导致难以穿透而影响成桩深度或者导致地表隆起变形。为了解决上述问题，中冶建筑研究总院在cn201410040434.4中提出了一种半挤土钻，其中在钻身设置截面积小于钻头截面积的非封闭挤扩体，在成孔过程中部分土体被非封闭挤扩体挤压入桩孔侧壁，部分土体通过非封闭挤扩体被螺旋杆柱输送到地表。通过该发明的技术方案能够在遇到坚硬土层时，降低部分挤土量，减小挤土负效应；然而，上述技术方案对于软弱土层钻孔时也会将部分土体输送到地表，导致桩侧土体没有有效加密，影响基桩承载力。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种改进的半挤土钻及其基桩成桩施工方法，其能够针对不同土层的情况，进行完全挤土或者半挤土，从提高基桩的承载力。
本发明提供一种压灌桩施工用半挤土钻，包括：转杆，其为中空结构，内设灌浆通道；螺旋锥体挤土钻头，其包括锥体芯管以及设置于锥体芯管外的螺旋锥体叶片，所述锥体芯管底部设置所述灌浆通道的出料口；变径挤压部，其设置于螺旋锥体挤土钻头上方，其截面从低到高逐渐变大后再逐渐变小，所述变径挤压部的最大外径等于或者小于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径；所述变径挤压部包括多个，不同变径挤压部的最大外径不同；所述变径挤压部为可拆卸结构，在钻孔时仅有一个变径挤压部设置于转杆上，在钻孔过程中根据土层状况，能够选择不同最大外径的变径挤压部进行施工。
进一步的，所述钻头位置设置应力传感器，根据应力传感器的检测值确定转头所处土层状况。
进一步的，当钻孔土层为硬质土层时，选择最大外径为小直径的变径挤压部安装于所述转杆上；当钻孔土层为松软土层时，选择最大外径为大直径的的变径挤压部安装于所述转杆上。
可选的，所述变径挤压部水平截面为环形，其内环设置有内螺纹，所述转杆设置对应的外螺纹，通过所述螺纹能够将变径挤压部与所述转杆固定或者拆卸。
可选的，所述转杆设置有固定所述变径挤压部的凹槽，所述变径挤压部为包括两个半圆环部件，半圆环部件上设置固定孔，可以通过固定孔将所述两个半圆环部件固定于所述凹槽。
进一步的，通过螺栓连接将所述两个半圆环部件固定于所述凹槽。
进一步的，所述变径挤压部的最大外径处设置环绕其外径的凹槽，所述中空囊套套设在所述凹槽内。
进一步的，所述变径挤压部上方设置等径圆柱螺旋部。
进一步的，所述螺旋锥体挤土钻头边缘设置切削齿。
进一步的，本发明提供一种基桩成桩施工方法，其上述半挤土钻，包括如下步骤：（1）平整场地、测放桩位，将半适应挤土钻设置于桩机的动力头下方；（2）将半适应挤土钻对准桩位，在桩机的动力头带动下，旋转钻进成孔到设计深度；钻孔过程中，当钻头所处土层为松软土层时，选择最大外径为大直径的变径挤压部安装于所述转杆上；当钻头所处土层为硬质土层时，提升转杆出钻孔，拆卸最大外径为大直径的变径挤压部，选择安装最大外径为小直径的变径挤压部安装于所述转杆上；（3）通过钻杆的灌浆通道向内向桩孔中泵送混凝土，同时向上提升钻杆直到桩顶设计标高；（4）在灌注成的桩体中设置钢筋笼；（5）在桩顶表面铺设垫层。
根据权利要求8所述的螺旋挤土压灌桩施工的半挤土钻，其特征在于：所述步骤（2）中，根据应力传感器的检测值确定转头所处土层状况。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。
本发明实施例的压灌桩施工用半挤土钻，用于螺旋挤土压灌桩施工，包括：转杆，螺旋锥体挤土钻头，多个变径挤压部以及等径圆柱螺旋部。转杆与螺旋锥体挤土钻头，变径挤压部以及等径圆柱螺旋部固定连接，螺旋锥体挤土钻头，变径挤压部以及等径圆柱螺旋部可以套设与转杆。转杆顶端固定连接有与动力头连接用的法兰盘，转杆内部为中空结构，内设灌浆通道。
螺旋锥体挤土钻头，其位于半挤土钻底部，包括锥体芯管以及设置于锥体芯管外的螺旋锥体叶片，锥体芯管底部设置所述灌浆通道的出料口。可以在螺旋锥体挤土钻头边缘设置切削齿，用于提高钻具头的钻进能力。
多个变径挤压部，不同变径挤压部的最大外径不同，最大的变径挤压部的最大外径等于所述螺旋锥体挤土钻头的最大外径，其余变径挤压部的最大外径依次减小。变径挤压部为可拆卸结构，能够固定于螺旋锥体挤土钻头上方的转杆上，其水截面面积从低到高逐渐变大后再逐渐变小。可选的，变径挤压部水平截面为环形，其内环设置有内螺纹，所述转杆设置对应的外螺纹，通过所述螺纹能够将变径挤压部与所述转杆固定或者拆卸。作为另一种连接方法，螺旋锥体挤土钻头上方的转杆上设置有固定变径挤压部的凹槽，变径挤压部为包括两个半圆环部件，半圆环部件上设置固定孔，可以通过固定孔使用螺栓连接将两个半圆环部件固定于转杆的凹槽。
螺旋锥体挤土钻头的钻头位置设置应力传感器，根据应力传感器的检测值确定转头所处土层状况。可以设置不同的检测阈值，对应于不同最大外径的变径挤压部。钻孔土层为硬质土层时，选择最大外径为小直径的变径挤压部安装于所述转杆上；当钻孔土层为松软土层时，选择最大外径为大直径的的变径挤压部安装于所述转杆上。从而可以根据土层的硬度进行不同程度的挤土，提高桩基的承载力同时减小挤土负效应。
本发明实施例的基桩成桩施工方法，其使用上述压灌桩施工用半挤土钻，包括如下步骤：（1）平整场地、测放桩位，将半适应挤土钻设置于桩机的动力头下方；（2）将半适应挤土钻对准桩位，在桩机的动力头带动下，旋转钻进成孔到设计深度；钻孔过程中，当钻头所处土层为松软土层时，选择最大外径为大直径的变径挤压部安装于所述转杆上；当钻头所处土层为硬质土层时，提升转杆出钻孔，拆卸最大外径为大直径的变径挤压部，选择安装最大外径为小直径的变径挤压部安装于所述转杆上；（3）通过钻杆的灌浆通道向内向桩孔中泵送混凝土，同时向上提升钻杆直到桩顶设计标高；（4）在灌注成的桩体中设置钢筋笼；（5）在桩顶表面铺设垫层。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述公开内容之后，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，在不脱离本发明原理前提下，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。