大直径全断面挤扩灌注桩设备及施工工艺的制作方法

1.本发明涉及基础工程施工领域，尤其涉及大直径全断面挤扩灌注桩设备及施工工艺。


背景技术：

2.灌注桩按成孔对土的影响程度可分为大量挤土桩（如沉管灌注桩、螺旋挤土灌注桩）、少量挤土桩（如挤扩支盘灌注桩）和非挤土桩（如人工挖孔、钻孔、冲孔抓掘成孔）。
3.非挤土成孔的旋挖钻成孔混凝土灌注桩施工工艺在基础工程中已广泛应用，但在填土、黏土粉土、黄土等可压缩岩层地层中，特别是地下水埋深较浅时，容易出现塌孔、缩颈和断桩等质量问题。护壁泥浆是现有的防塌孔的技术手段，但对土壤有较大污染。
4.螺旋挤土灌注桩利用螺旋挤土成孔技术，无需出土，无需泥浆护壁，在圆周方向上挤土扩孔，真正避免了塌孔、缩颈等钻孔灌注桩的质量通病，增大了地基承载力。挤土灌注桩工艺的钻头类似螺钉，向下旋转挤进土体，钻孔竖向全长的土体都要挤压到钻孔以外的土体内，因此属于大量挤土工艺。由于螺旋挤土桩关键技术（螺旋挤土）是在360度（圆周）方向上受力，需要很大的扭矩，受现有设备的限制，不适用于直径大于800毫米的混凝土灌注桩。钻孔直径大于800毫米时，螺旋挤土设备的扭矩达不到（挤土时根本转不动）。即便扭矩达到，设备在巨大的扭矩作用下也非常容易损坏。实际上，钻孔直径接近800毫米时，巨大的扭矩作用也已经导致设备容易卡死（即转不动）。这种现状导致了现有的大量挤土灌注桩工艺无法应用于大直径钻孔施工。
5.少量挤土桩（如挤扩支盘灌注桩）适用于大直径灌注桩钻孔施工，现有技术中是先用旋挖钻头旋挖，旋挖后再进行局部（指竖向方向上局部断面而非竖向全长全断面）挤土扩孔作业（简称挤扩）。由于是局部挤土，且旋挖提升至孔外的土无须挤压，因此属于少量挤土工艺。这种施工方式，不但需要另外增加动力设备，而且在旋挖作业与挤扩作业之间的时间差较大，因此需要对已旋挖的钻孔部分进行泥浆护壁，防止塌孔，使用泥浆护壁增加了工序，降低了施工效率，提高了施工成本，并且还带来污染。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种大直径全断面挤扩灌注桩设备，大幅降低挤扩作业时需要的扭矩，为大直径灌注桩孔的旋挖和挤扩一体作业提供基础条件。
7.为实现上述目的，本发明的大直径全断面挤扩灌注桩设备包括旋挖钻机，旋挖钻机具有钻杆，钻杆的底端连接有旋挖钻头，旋挖钻头上方的钻杆上安装有挤扩钻头，挤扩钻头具有壳体，壳体整体呈上大下小的圆台形，挤扩钻头的壳体通过第一转动配合结构与钻杆转动配合；挤扩钻头的壳体侧壁沿周向均匀设有若干挤扩竖孔，挤扩竖孔由挤扩钻头的壳体侧壁顶部向下延伸至壳体侧壁底端；壳体内设有与若干挤扩竖孔相对应的挤扩机构，挤扩机构通过第二转动配合结构
与钻杆转动配合；挤扩机构包括与若干挤扩竖孔一一对应的若干呈长条形的挤土板，挤土板与圆台形壳体的母线的倾斜角度相同；挤土板在钻杆的带动下周期性地伸出挤扩竖孔并周期性地收入壳体内部，挤土板伸出挤扩竖孔时挤压土体扩孔；挤扩机构通过离合机构与钻杆相连接，离合机构与挤扩机构在结构上相匹配，使得挤扩机构与钻杆传动时，挤土板位于挤扩竖孔内并带动壳体旋转，挤土板伸出挤扩竖孔时挤扩机构与钻杆脱离传动；挤扩机构与钻杆单次传动过程中，挤土板带动壳体旋转的角度与挤土板在壳体周向方向上占据的圆心角α的角度相同。
8.所述第一转动配合结构是：壳体顶端具有顶板，壳体下部设有高于壳体底端的底板；顶板向下支撑于上支撑轴承的外圈，上支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上；底板向下支撑于下支撑轴承的外圈，下支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上；所述第二转动配合结构是：挤扩机构顶部连接有上连接筒，上连接筒与第一支撑轴承的外圈固定连接，第一支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上，挤扩机构和第一支撑轴承均低于顶板；挤扩机构底部连接有下连接筒，下连接筒与第二支撑轴承的外圈固定连接，第二支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上，挤扩机构的底端和第二支撑轴承均低于底板并高于壳体底端；底板与挤扩竖孔一一对应设有若干供挤扩机构径向伸缩的缺口，所述缺口与挤扩竖孔相通。
9.所述挤扩竖孔沿壳体侧壁周向均匀分布设有四个；所述挤扩机构还包括与挤土板顶部相连接的上挤扩装置和与挤土板底部相连接的下挤扩装置；上挤扩装置和下挤扩装置分别与挤土板一一对应设有四套；钻杆上固定连接有四顶凸轮，四顶凸轮为轴对称结构同时也为中心对称结构；四顶凸轮具有四个顶点且四个顶点在四顶凸轮的周向方向上均匀分布，依次为a顶点、b顶点、c顶点和d顶点；四顶凸轮中心为o点，ao=co，bo=do，且ao＞bo；将a顶点和c顶部称为长顶点，将b顶点和d顶点称为短顶点；长顶点和短顶点在周向方向上交替均匀分布；四顶凸轮上下间隔设有两个；上挤扩装置和下挤扩装置结构相同，各上挤扩装置对应一个四顶凸轮，各下挤扩装置对应一个四顶凸轮；将上挤扩装置和下挤扩装置统称为挤扩装置，以钻杆的径向方向为径向方向，挤扩装置的其结构是：包括横杆，横杆的径向外端与挤土板相连接；横杆滑动穿过吊环且其径向外端部滑动支撑于吊环上；将上连接筒和下连接筒统一称为连接筒，横杆的径向内端穿过连接筒并与四顶凸轮活动顶压配合；将第一支撑轴承和第二支撑轴承统一称为挤扩支撑轴承；将上连接筒和下连接筒统称为竖连接筒，挤扩支撑轴承的外圈的径向外端向上连接有所述竖连接筒，横杆的内端部穿过竖连接筒并滑动支撑于竖连接筒上；四顶凸轮位于竖连接筒内；在四顶凸轮的旋转中，横杆与长顶点相接触时位于其伸出极限位置，横杆与短顶点相接触时位于其收回极限位置；横杆在其行程范围内均保持滑动支撑于吊环以及活动压接在竖连接筒上的状态；横杆的底部向下设有卡块，卡块与竖连接筒之间连接有拉簧；
上挤扩装置的吊环向上与顶板固定连接，下挤扩装置的吊环向上与底板固定连接；拉簧在工作中通过卡块和横杆对挤土板施加向心回收的拉力，当四顶凸轮旋转到长顶点与横杆相接时，相应的横杆被向外推至伸出的极限位置，此时相应的挤土板径向伸出壳体；当四根横杆的径向内端同时位于四顶凸轮相邻两个顶点之间的中点位置时，四个挤土板均位于相应的挤扩竖孔内且各挤土板的外表面均与壳体外表面相平齐；当四顶凸轮旋转到短顶点与横杆相接时，相应的横杆被向内拉至回收的极限位置，此时相应的挤土板位于壳体内部。
10.旋挖钻头的顶部固定连接有齿圈，将齿圈中相邻的齿之间的间隙称为传动间隙；传动间隙与卡块相适配；下挤扩装置的卡块随横杆作径向伸缩运动时通过传动间隙，卡块通过传动间隙时与齿圈处于传动状态并在齿圈的带动下随齿圈一同旋转；卡块沿径向向外或向内通过传动间隙的同时挤土板同步向外或向内通过挤扩竖孔，此时挤土板与壳体处于传动状态，卡块通过横杆和挤土板带动壳体同步旋转；卡块离开传动间隙后与齿圈脱离传动状态。
11.本发明还公开了采用上述大直径全断面挤扩灌注桩设备进行的施工工艺，适用于混凝土灌注桩的钻孔施工，按以下步骤进行：第一步骤是测量定位；根据设计桩位进行测量放线，安装护筒，旋挖钻机就位；第二步骤是钻头安装；通过试验确定特定地质条件下的孔壁径向压缩量为m厘米；根据m值和预定的钻孔孔径x匹配确定挤扩钻头的结构参数；旋挖钻头的直径大于等于挤扩钻头的壳体的底部直径，旋挖钻头的直径小于挤扩钻头的壳体的顶部直径；旋挖钻机就位后将旋挖钻头、挤扩钻头和钻杆拼装在一起，沉入护筒内；第三步骤是旋挖挤扩成孔；启动钻机，钻杆驱动旋挖钻头进行挖土作业，四顶凸轮在钻杆的带动下不停旋转，四顶凸轮和拉簧共同驱动横杆在水平方向上往复运动，卡块随横杆一同作往复运动；在往复运动中，卡块未经过传动间隙时，挤扩钻头处于旋转间歇的状态，卡块经过传动间隙时挤扩钻头处于旋转状态；挤扩装置的四根横杆的径向内端同时位于四顶凸轮的四个顶点或者同时位于相邻两个顶点之间的位置；当四根横杆的径向内端同时位于四顶凸轮相邻两个顶点之间的中点位置时，四个挤土板均位于相应的挤扩竖孔内；将呈180度分布的挤土板称为一对挤土板，四个挤土板形成两对挤土板；随着四顶凸轮的旋转，当一对挤土板由内向外通过挤扩竖孔时，另一对挤土板由外向内同时通过挤扩竖孔；当一对挤土板由内向外通过挤扩竖孔后，该对挤土板挤压钻孔的孔壁进行挤土扩孔；随着钻杆的旋转，挤扩钻头不停地交替做挤扩和转动的动作，挤扩钻头的壳体与钻孔的孔壁之间形成周向角度之和越来越大的间隙，直到挤扩钻头的壳体与钻孔的孔壁之间形成环形间隙，此时在钻杆下压作用以及挤扩钻头和旋挖钻头的自重作用下，挤扩钻头随旋挖钻头下落至钻孔的孔壁承托住挤扩钻头；
在第三步骤的进行当中，当旋挖钻头装满土料时，操作钻机进行提钻出料作业，卸料后重新进行第三步骤；持续执行第三步骤，直到钻孔至设计深度；第四步骤是清水护壁；将水管的出水口一端送至钻孔的孔底，进行灌水护壁；第五步骤是在钻孔中下钢筋笼，灌筑混凝土，完成全部工序。
12.孔壁径向压缩量为m厘米，挤土板径向伸出挤扩钻头的壳体的长度为n厘米，n为实数，n为m的三分之一至七分之一。
13.本发明具有如下的优点：以往螺旋挤土需要的扭矩大，是因为挤土设备是在360度（圆周）方向上同时旋转挤土，不仅挤土面积大，而且旋转时对土体的剪切力也大幅增加了对扭矩的需求。
14.本发明是在两条180度的线上受力，同一时间在圆周方向上大部分不受力，只在180度分布的的两个局部位置进行挤土，单一时刻挤土的面积相比以往极大缩小，且挤土时不旋转（挤土板伸出挤扩竖孔从而土体进行挤扩时挤扩机构与钻杆脱离传动），没有对土体的剪切力，因此所需扭矩大幅降低，对设备材料的强度要求也大幅下降。
15.现有少量挤土桩（如挤扩支盘灌注桩）在同一位置将径向挤压量一次性完成，容易使土体受到剪切破坏，完成后易发生较大的应力回弹，造成塌孔。
16.以往挤扩支盘灌注桩的挤扩钻头为可径向伸缩的结构，在收缩状态下伸入孔内；伸入孔内后，径向张开，在圆周方向上依次挤土。
17.本发明将挤扩钻头的壳体设计为上大下小的圆台形，为将径向挤压量分多次完成（n为m的三分之一至七分之一）提供基础，每次挤压几分之一的量，每次挤压后由于在挤扩钻头的壳体与土体之间形成环形间隙，因此挤扩钻对会自动下落；由于壳体是上大下小的圆台形，因此还会自动被土体撑住。对同一位置多次挤土（以完成总的径向挤压量）的过程中，后次挤压时会消除前次挤压后的应力回弹，径向挤压量全部完成后的应力回弹程度大幅减轻，土体不会在应力回弹作用下受到剪切破坏，避免因此发生塌孔。
18.采用本发明施工大直径（直径800毫米以上）钻孔时，由于旋挖作业和挤扩作业同步进行，不再需要使用泥浆护壁，减少了工序，提高了施工效率，降低了施工成本，避免了泥浆护壁造成的污染，绿色环保。
19.本发明由于挤扩时所需扭矩大幅降低，因此可以与旋挖钻头共用钻杆，不需要额外提供动力。
20.通过齿圈和卡块形成的有序配合的离合结构，本发明在旋挖钻头连续旋转的同时，实现了挤扩钻头规律性间歇旋转，为在圆周方向上分角度进行多次挤土动作、并且挤土时挤土板不旋转提供基础条件。由于挤土板径向挤土时齿圈和卡块脱离传动配合，因而挤土时挤土板不旋转，大幅降低挤土时所需的扭矩。
21.挤土板带动壳体旋转的角度与挤土板在壳体周向方向上占据的圆心角的角度相同，使得挤土板每次随钻杆转动后，都来到之前挤土板位置的相邻位置，经过连续作业，使得挤土板挤压土体扩孔的位置逐渐覆盖整个钻孔的圆周面。
22.第一转动配合结构使得壳体相对钻杆可以旋转。第二转动配合结构使用挤扩机构可以相对钻杆可以旋转。
23.180度成对设置挤土板和挤扩竖孔能够实现受力平衡，180度挤压土体时，两侧挤土板挤压土体时来自土体的反作用力可以相互抵消；当然也可以设计成六个或其他偶数个，但数量越多，结构越复杂（越复杂成本越高），每次挤土的总面积增加后挤土所需要的扭矩也必然增大，综合考虑优选设置四个挤扩竖孔和四个挤土板。
24.采用本发明的挤扩装置，依靠拉簧和四顶凸轮的共同作用定位各横杆的具体位置。四顶凸轮为轴对称结构同时也为中心对称结构，保证了呈180度分布的两个横杆及挤土板的径向运动状态始终一致。以呈180度分布的两个挤土板为一对挤土板，四个挤土板形成两对挤土板。长顶点和短顶点在周向方向上交替均匀分布，使得同一时间只有一对挤土板向相反方向伸出壳体进行挤土，使得两对挤土板交替伸出壳体进行压土，并交替收回壳体内部。压土时，呈180度分布的两个挤土板同时伸出，来自土体的反作用力通过横杆和四顶凸轮相互抵消，结构受力性更好。
25.本发明中挤土板不仅有挤土作用，同时兼具带动壳体旋转的传动作用；卡块不仅有安装拉簧、使横杆向心收缩的作用，同时兼具在齿圈的带动下旋转的传动作用。上述传动结构决定了卡块通过传动间隙时，挤扩钻头在旋挖钻头的带动下旋转，卡块离开传动间隙时，挤扩钻头不旋转，形成旋挖钻头在钻杆的带动下持续旋转、挤扩钻头间隙旋转的工作状况。挤扩钻头的旋转间歇期间就是挤土板挤土扩孔的时间。
26.将挤扩钻头的壳体设计成上大下小的圆台形，形成扩孔前与扩孔后的孔径渐变段，挤土板挤压土体扩孔的位置逐渐覆盖整个钻孔的圆周面后，在挤土板与壳体平齐时（挤土板位于挤扩竖孔内），壳体与孔径渐变段形成间隙，此时旋挖钻头及挤扩钻头靠自重整体下落，由于渐变段的孔径上大下小，至间隙消失时下落停止，继续进行下一阶段挤扩工作。
27.挤土板径向挤压土体时要求不旋转，只有通过旋转，四个挤土板才能逐渐在周向上完成对钻孔周向侧壁360度无死角的挤压扩孔；挤扩钻头间歇旋转适应了以上两点要求，为将一次性进行360度挤土的现有操作转化为本发明的一次只挤压一小部分孔壁的操作，为大幅减小挤土时钻杆的扭矩提供基础。
28.上述传动作用只要根据传动目的调节好挤土板、壳体的挤扩竖孔、横杆、卡块以及齿圈的结构配合关系即可实现，不需要设置新的结构，因而整体结构更加紧凑，成本更低且更便于维护。
附图说明
29.图1是本发明的结构示意图；图2是挤扩钻头和旋挖钻头相配合的截面结构示意图；图3是图2中横杆处的水平截面图；图4是四顶凸轮的结构示意图；图5是底板的俯视结构示意图。
具体实施方式
30.如图1至图5所示，本发明的大直径全断面挤扩灌注桩设备包括旋挖钻机1，旋挖钻机1用于施工灌注桩孔2。
31.旋挖钻机1具有钻杆3，钻杆3的底端连接有旋挖钻头4，旋挖钻头4上方的钻杆3上
安装有挤扩钻头5，挤扩钻头5与旋挖钻头4上下相邻。挤扩钻头5具有壳体6，壳体6整体呈上大下小的圆台形，挤扩钻头5底部直径小于等于旋挖钻头4的直径，旋挖钻头4顶部直径大于旋挖钻头4的直径；挤扩钻头5的壳体6由钢板制成并通过第一转动配合结构与钻杆3转动配合；挤扩钻头5的壳体6侧壁沿周向均匀设有四个挤扩竖孔7，挤扩竖孔7由挤扩钻头5的壳体6侧壁顶部向下延伸至壳体6侧壁底端；壳体6内设有与四个挤扩竖孔7相对应的挤扩机构，挤扩机构通过第二转动配合结构与钻杆3转动配合；挤扩机构包括与四个挤扩竖孔7一一对应的四个呈长条形的挤土板8，挤土板8与圆台形壳体6的母线的倾斜角度相同；挤土板8在钻杆3的带动下周期性地伸出挤扩竖孔7并周期性地收入壳体6内部，挤土板8伸出挤扩竖孔7时挤压土体扩孔；挤扩机构通过离合机构与钻杆3相连接，离合机构与挤扩机构在结构上相匹配，使得挤扩机构与钻杆3传动时，挤土板8位于挤扩竖孔7内并带动壳体6旋转，挤土板8伸出挤扩竖孔7时挤扩机构与钻杆脱离传动；挤扩机构与钻杆3单次传动过程中，挤土板8带动壳体6旋转的角度与挤土板8在壳体6周向方向上占据的圆心角α的角度相同；挤土板8带动壳体6旋转的角度与挤土板8在壳体6周向方向上占据的圆心角的角度相同，使得挤土板8每次随钻杆3转动后，都来到之前挤土板8位置的相邻位置，经过连续作业，使得挤土板8挤压土体扩孔的位置逐渐覆盖整个钻孔的圆周面。下面介绍四顶凸轮的结构后，会具体分析各挤土板8的挤土过程（两对交替进行）。
32.所述第一转动配合结构是：壳体6顶端具有顶板9，壳体6下部设有高于壳体6底端的底板10；顶板9向下支撑于上支撑轴承11的外圈，上支撑轴承11的内圈固定连接在钻杆3上；底板10向下支撑于下支撑轴承12的外圈，下支撑轴承12的内圈固定连接在钻杆3上；所述第二转动配合结构是：挤扩机构顶部连接有上连接筒13，上连接筒13与第一支撑轴承14的外圈固定连接，第一支撑轴承14的内圈固定连接在钻杆3上，挤扩机构和第一支撑轴承14均低于顶板9；挤扩机构底部连接有下连接筒15，下连接筒15与第二支撑轴承16的外圈固定连接，第二支撑轴承16的内圈固定连接在钻杆3上，挤扩机构的底端和第二支撑轴承16均低于底板10并高于壳体6底端；底板10上与挤扩竖孔7一一对应设有四个供挤扩机构径向伸缩的缺口17，所述缺口17与挤扩竖孔7相通。本发明中，各支撑轴承优选采用推力轴承，也可以由轴套代替支撑轴承。钻杆穿过底板10上的中心孔18。缺口17在底板上，使得挤扩机构的底端可以低于底板，并与旋挖钻头之间设置间隔传动的传动配合结构；同时由于挤扩机构和第一支撑轴承14均低于顶板9，因此顶板9上不需要设置缺口，防止顶板设有缺口导致漏土；底板由于上有顶板遮挡，周向有壳体侧壁以扩挤土板围护，下有旋挖钻头，因而此处缺口并不会导致土体进入壳体内部；微量土进入壳体也并不会对正常工作造成影响。
33.第一转动配合结构使得壳体6相对钻杆3可以旋转。第二转动配合结构使用挤扩机构可以相对钻杆3可以旋转。
34.所述挤扩竖孔7沿壳体6侧壁周向均匀分布设有四个，这由四顶凸轮的设计决定，且180度成对设置能够实现受力平衡，180度挤压土体时，两侧挤土板8挤压土体时来自土体的反作用力可以相互抵消；当然也可以设计成六个或其他偶数个，但数量越多，结构越复杂（越复杂成本越高），每次挤土的总面积增加后挤土所需要的扭矩也必然增大，综合考虑优选设置四个挤扩竖孔7和四个挤土板8；所述挤扩机构还包括与挤土板8顶部相连接的上挤扩装置和与挤土板8底部相连接的下挤扩装置；上挤扩装置和下挤扩装置分别与挤土板8一一对应设有四套；钻杆3上固定连接有四顶凸轮19，四顶凸轮19为轴对称结构同时也为中心对称结构；四顶凸轮19具有四个顶点且四个顶点在四顶凸轮19的周向方向上均匀分布，依次为a顶点、b顶点、c顶点和d顶点；四顶凸轮中心为o点，ao=co，bo=do，即呈180度分布的两个顶点与四顶凸轮中心的距离相同，且ao＞bo；将a顶点和c顶部称为长顶点，将b顶点和d顶点称为短顶点；长顶点和短顶点在周向方向上交替均匀分布；四顶凸轮19上下间隔设有两个；上挤扩装置和下挤扩装置结构相同，各上挤扩装置对应一个四顶凸轮19，各下挤扩装置对应一个四顶凸轮19；将上挤扩装置和下挤扩装置统称为挤扩装置，以钻杆3的径向方向为径向方向，挤扩装置的其结构是：包括横杆20，横杆20的径向外端与挤土板8相连接；横杆20滑动穿过吊环21且其径向外端部滑动支撑于吊环21上；将上连接筒13和下连接筒15统一称为连接筒，横杆20的径向内端穿过连接筒并与四顶凸轮19活动顶压配合；将第一支撑轴承14和第二支撑轴承16统一称为挤扩支撑轴承；将上连接筒13和下连接筒15统称为竖连接筒22；挤扩支撑轴承的外圈的径向外端向上连接有所述竖连接筒22，横杆20的内端部穿过竖连接筒22并滑动支撑于竖连接筒22上；四顶凸轮19位于竖连接筒22内；在四顶凸轮19的旋转中，横杆20与长顶点相接触时位于其伸出极限位置，横杆20与短顶点相接触时位于其收回极限位置；横杆20在其行程范围内均保持滑动支撑于吊环21以及活动压接在竖连接筒22上的状态；横杆20的底部向下固定连接有卡块23，卡块23与竖连接筒22之间连接有拉簧24；上挤扩装置的吊环21向上与顶板9固定连接，下挤扩装置的吊环21向上与底板10固定连接；拉簧24在工作中通过卡块23和横杆20对挤土板8施加向心回收的拉力，使横杆20的径向内端始终与四顶凸轮19相接；当四顶凸轮19旋转到长顶点与横杆20相接时，相应的横杆20被向外推至伸出的极限位置，此时相应的挤土板8径向伸出壳体6；当四顶凸轮19旋转到短顶点与横杆20相接时，相应的横杆20被向内拉至回收的极限位置，此时相应的挤土板8位于壳体6内部。
35.各上挤扩装置共同一个竖连接筒22，各下挤扩装置共同一个竖连接筒22。
36.采用本发明的挤扩装置，依靠拉簧和四顶凸轮19的共同作用定位各横杆20的具体位置。四顶凸轮19为轴对称结构同时也为中心对称结构，保证了呈180度分布的两个横杆20及挤土板8的径向运动状态始终一致。以呈180度分布的两个挤土板8为一对挤土板8，四个挤土板8形成两对挤土板8。长顶点和短顶点在周向方向上交替均匀分布，使得同一时间只
有一对挤土板8向相反方向伸出壳体6进行挤土，使得两对挤土板8交替伸出壳体6进行压土，并交替收回壳体6内部。压土时，呈180度分布的两个挤土板8同时伸出，来自土体的反作用力通过横杆20和四顶凸轮19相互抵消，结构受力性更好。
37.旋挖钻头4的顶部固定连接有齿圈25，将齿圈25中相邻的齿之间的间隙称为传动间隙；传动间隙与卡块23相适配；下挤扩装置的卡块23随横杆20作径向伸缩运动时通过传动间隙，卡块23通过传动间隙时与齿圈25处于传动状态并在齿圈25的带动下随齿圈25一同旋转；下挤扩装置的卡块23沿径向向外或向内通过传动间隙的同时挤土板8同步向外或向内通过挤扩竖孔7，此时挤土板8与壳体6处于传动状态，下挤扩装置的卡块23通过横杆20和挤土板8带动壳体6同步旋转；下挤扩装置的卡块23离开传动间隙后与齿圈25脱离传动状态。
38.本发明中挤土板8不仅有挤土作用，同时兼具带动壳体6旋转的传动作用；卡块23不仅有安装拉簧24、使横杆20向心收缩的作用，同时兼具在齿圈25的带动下旋转的传动作用。上述传动结构决定了卡块23通过传动间隙时，挤扩钻头5在旋挖钻头4的带动下旋转，卡块23离开传动间隙时，挤扩钻头5不旋转，形成旋挖钻头4在钻杆3的带动下持续旋转、挤扩钻头5间隙旋转的工作状况。挤扩钻头5的旋转间歇期间就是挤土板8挤土扩孔的时间。
39.挤土板8径向挤压土体时要求不旋转，只有通过旋转，四个挤土板8才能逐渐在周向上完成对钻孔周向侧壁360度无死角的挤压扩孔；挤扩钻头5间歇旋转适应了以上两点要求，为将一次性进行360度挤土的现有操作转化为本发明的一次只挤压一小部分孔壁的操作，为大幅减小挤土时钻杆3的扭矩提供基础。
40.上述传动作用只要根据传动目的调节好挤土板8、壳体6的挤扩竖孔7、横杆20、卡块23以及齿圈25的结构配合关系即可实现，不需要设置新的结构，因而整体结构更加紧凑，成本更低且更便于维护。上述传动作用与齿圈25旋转的速度没有关系。
41.本发明还公开了采用上述大直径全断面挤扩灌注桩设备进行的施工工艺，适用于填土、黏土、粉土、黄土等可压缩岩层或含有地下水地层中的混凝土灌注桩的钻孔施工，按以下步骤进行：第一步骤是测量定位；根据设计桩位进行测量放线，安装护筒，旋挖钻机1就位；第二步骤是钻头安装；通过试验（即在钻孔后试验压土）确定特定地质条件下的孔壁径向压缩量为m厘米；根据m值和预定的钻孔孔径x（单位为厘米）匹配确定挤扩钻头5的结构参数；包括挤扩钻头5壳体6的顶部直径ds以及底部直径dx，m、x、ds和dx的单位均为厘米且均为正实数。挤扩钻头5壳体6的顶部直径ds等于预定的钻孔孔径x，挤扩钻头5壳体6的底部直径dx＝x-2m；旋挖钻头4的直径大于等于挤扩钻头5的壳体6的底部直径，旋挖钻头4的直径小于挤扩钻头5的壳体6的顶部直径；旋挖钻机1就位后将旋挖钻头4、挤扩钻头5和钻杆3拼装在一起，沉入护筒内；第三步骤是旋挖挤扩成孔；启动钻机，钻杆3驱动旋挖钻头4进行挖土作业，四顶凸轮19在钻杆3的带动下不停旋转，四顶凸轮19和拉簧24共同驱动横杆20在水平方向上往复运动，卡块23随横杆20一同
作往复运动；在往复运动中，卡块23未经过传动间隙时，挤扩钻头5处于旋转间歇（暂停）的状态，卡块23经过传动间隙时挤扩钻头5处于旋转状态；挤扩装置的四根横杆20的径向内端同时位于四顶凸轮19的四个顶点或者同时位于相邻两个顶点之间的位置；当四根横杆20的径向内端同时位于四顶凸轮19相邻两个顶点之间的中点26位置时，四个挤土板8均位于相应的挤扩竖孔7内且各挤土板8的外表面均与壳体6外表面相平齐；将呈180度分布的挤土板8称为一对挤土板8，四个挤土板8形成两对挤土板8；随着四顶凸轮19的旋转，当一对挤土板8由内向外通过挤扩竖孔7时，另一对挤土板8由外向内同时通过挤扩竖孔7（此时各横杆20均与各自相应的中点26相接触）；当一对挤土板8由内向外通过挤扩竖孔7后，该对挤土板8挤压钻孔的孔壁进行挤土扩孔；随着钻杆3的旋转，挤扩钻头5不停地交替做（旋转间歇时）挤扩和转动的动作，挤扩钻头5的壳体6与钻孔的孔壁之间形成周向角度之和越来越大的间隙，直到挤扩钻头5的壳体6与钻孔的孔壁之间形成环形间隙，此时在钻杆3下压作用以及挤扩钻头5和旋挖钻头4的自重作用下，挤扩钻头5随旋挖钻头4下落至钻孔的孔壁承托住挤扩钻头5；在第三步骤的进行当中，当旋挖钻头4的料斗装满土料时，操作钻机进行提钻出料作业，卸料后重新进行第三步骤；持续执行第三步骤，直到钻孔至设计深度；第四步骤是清水护壁；将水管的出水口一端送至钻孔的孔底，进行灌水护壁；第五步骤是在钻孔中下钢筋笼，灌筑混凝土，完成全部工序。
42.第五步骤中按现行施工规范进行钢筋笼和混凝土灌注施工即可，具体不赘述。
43.孔壁径向压缩量为m厘米，挤土板8径向伸出挤扩钻头5的壳体6的长度为n厘米，n为实数，n为m的三分之一至七分之一，优选值为五分之一。
44.n为m的三分之一至七分之一，有两方面的好处。一方面，每次挤土板8对钻孔孔壁的土体压缩量相比n=m时大幅减小，从而相比n=m大幅降低四顶凸轮19在单次挤压时的做功大小，降低扭矩，降低对材料强度的要求，降低对钻机功率的要求。另一方面，每次挤扩钻头5在完成一圈扩孔后向下落的距离相比n=m时大幅减小，进而大幅降低下落时对设备的冲击力。
45.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。