专利名称：非圆形钻孔灌注桩成桩法的制作方法
一、圆形桩与梅花形桩的比较目前所有砼钻孔灌注桩都是圆柱形的。对于摩擦桩或以摩擦力为主的摩擦一端承桩来说，提高单桩承载力只能加长桩长，加大桩径。桩长是由持力层埋深决定的；加大桩径时，桩的侧表面积随桩径的一次方增大，与此同时桩的体积却随桩径的二次方增大。显然，加大桩径所得到的摩阻力与投入的材料用量相比，是很不合算的。如果我们能钻出非圆形的譬如多瓣梅花形的孔，并能保持这个孔不塌直到制桩完成，我们就能在增大单桩承载力的同时节约大量材料，这种梅花形(或其它非圆形的)灌注桩我们采用以S.P.为其标志。
我们试将常用的直径800mm的圆桩与一个侧表面积和它相近的梅花形S.P.相比较
可知相同的桩长，Ф800圆桩侧表面积仅是S.P.的89％，体积(即砼用量)却是S.P.的2.4倍。不仅如此，S.P.采用高压注浆渗透，侧摩擦力与端承力都大得多。典型的S.P.桩断面形状如
图1。二、S.P.钻机结构原理S.P.钻机可安装于任何一种足够高的(按桩长)有滑道的桩架。钻孔时靠卷扬机控制钻孔进给速度和提钻速度。参见图2。图2中1.钻头，2.下护筒，3.钻杆，4.中护筒，5.减速机及齿轮箱，6.电机，7.高压软管，8.电缆，9.电源(发电机或配电箱)10.高压泥浆泵，11.制浆机，12.移动式钻架。
简化结构如图3。图3中1.电机，2.减速器，3.导流器(参见图4)，4.齿轮箱，5.中心齿轮，6.边齿轮，7.边钻杆(右旋)，8.中心钻杆(左旋)，9.中护筒(参见图6)，10.底护筒，11.边钻头，12.中心钻头1.电机通过行星减速器(或液压马达)驱动中心钻杆齿轮，带动3个周边钻杆齿轮，所有齿轮的齿数、模数都相同，因此中心钻杆(螺纹左旋)与周边钻杆(螺纹右旋)的转速相同而转向相反，所有钻杆的螺距都是相同的。
各钻杆直径可以有不同组合供选择如Ф400-nФ300，Ф500-nФ375，Ф600-nФ450等，其中n＝2，3，4。(n＝2时，钻杆成长排形排列，中心钻杆与外钻杆可等直径)当选用Ф400—3Ф300组合时，配电机功率110KW，转速980转/分，钻杆转速28转/分，选用35m高桩架，可钻30m深的钻孔。
2.每个周边钻杆上装导流器(见图4)，联结注浆高压软管，供向孔底压浆。周边钻头下装可拆卸球阀(见图5)下钻时钢球自动压紧排浆口，提钻注浆时钢球下落自动打开，需要高压旋喷时，拆下球阀换上专用喷嘴(喷口直径3.5～4mm)。图4所示导流器中1.入口接头，2.调整压环，3.空心轴，4.密封圈，5.球轴承，6.止推轴承，7.上盖，8.齿轮轴，9.齿轮箱。图5所示钻头中1.钻头钻齿，2.硬质合金刀头，3.球阀。
3.必需使中心钻杆长于周边钻杆300mm左右，这可以防止周边钻杆向四周钻偏。(中护筒与底护筒的滚筒只规正地面上钻杆轴线位置，参见图6。图6中1为护筒，2为滚筒，3为导向卡瓦)4.每对相邻咬合的长螺旋钻杆，其螺距相同(尽管螺径有别)螺纹旋向相反，钻进时转向也相反，因此钻杆间的土粒运动的方向是同一方向，能顺利地排出孔口。参见图7。三、成桩工序如图8所示，顺序依次为(1)下钻，(2)压浆、提钻，(图中c为压浆高压渗透作用形成扩底端部，d为压入的水泥浆)(3)下钢筋笼，(4)投石料，(5)补浆(图中a为补浆管)，(6)振捣(图中b为振捣器)。经过以上工序完成的S.P.，桩身强度可达23～30MPa，单桩承载力是一般灌注桩的4倍以上。不会产生断桩、缩颈现象。四、S.P.的突出优点1.成桩速度快。
保持了长螺旋钻连续作业的优点，钻孔速度远远高于泥浆护壁的各种钻机。成桩与成孔一次完成，大大缩短制桩周期。2.承载力高。
用梅花形(或其他非圆形)的桩体形状，增大了桩侧表面积，同时采用高压(5～70MPa)注浆的办法，加大了桩侧摩擦力和桩底的端承力。承载力比一般灌注桩提高4倍以上，而且不用在泥浆下灌注砼，所以不会发生断桩、缩颈现象。3.S.P.法的钢筋笼长度可以任意选择。
在水泥浆中可以直插孔底，(美国1960年专利US-2920455，螺旋钻孔灌浆成桩只能在桩的上部放短钢筋笼)，因而S.P.不仅可以做基础桩，还可以作抗弯护坡桩，抗拔桩、锚固桩。长排形S.P.(参见图9)可以比圆形桩更合理地配筋，封水效果也好。图9中1.为钢筋砼挡土桩(S.P.Ф500-2Ф500)，2.为无钢筋素砼定喷止水桩(Ф400)。图9为S.P.应用的又一例。4.S.P.钻机可以有多种用途。
在湿陷性黄土地区可用正钻钻孔(如加粗钻杆钢管、减少螺旋叶片宽度，则大部分土被挤压仅小部分土钻出)，反转压入灰土或石灰粉，做成“灰土挤密桩”以消除黄土湿陷性。
在可能地震液化的砂层中，钻到预定深度后，反转并同时注入固砂水泥浆或其它浆液，使其成为水泥砂浆桩，防止砂层液化。这个方法比深基注浆可靠，因为它可以控制水泥浆的用量及拌入砂层的位置，不会让水泥浆等固砂浆液集中压入软弱土层而达不到预期效果。
权利要求
1.本发明采用了构思独特的专用钻机设计将长螺旋钻杆按不同形状要求组合成梅花形、长排形、角形等，由专用齿轮箱同时驱动，相邻啮合的钻杆转动方向及螺纹旋向均相反，但转速、螺距都相同。这种专用钻机安置于打桩桩架即可钻出梅花形及其它各种非圆形孔。
2.本发明的第二个特点是钻孔、成桩一次完成。为此采用的方法是钻至预定深度后向孔底高压注入水泥浆，此水泥浆向孔底及四周土层渗透护壁，直至浆液面达到易塌孔位置以上，提钻后下钢筋笼投入骨料成桩。为防止水泥浆液流失，可插入补浆管多次补浆。注浆压力根据需要在5～70MPa间选择调整。如要用高压渗透土层或旋喷方法制成扩底桩则选择高压。(旋喷时将钻头下部球形阀换成旋喷喷嘴)。桩上部经过振捣使其砼强度不低于20MPa(一般20～25MPa)水泥浆水灰比为0.5～0.55。
3.权利1中所述专用钻机还可用于基坑支护的排桩施工(此时采用钻杆长排形排列的齿轮箱)。也可用于地基加固在黄土层中以正钻钻孔出土，至预定深度后反转压入石灰和土混合物提钻，制成灰土挤密桩消除黄土湿陷性。处理液化砂层时，可在反转的同时注入水泥浆和其他固砂浆液，制成“砂浆桩”，砂浆桩固砂比单纯的深层注浆可靠。用作地基加固时选用粗钢管窄叶片的钻杆。
全文摘要
本发明为采用专用钻具钻出梅花形或其他非圆形孔一次完成钻孔成桩的砼灌注桩成桩法。在不塌孔的土层中，直接钻孔下钢筋笼灌砼成桩；在容易塌孔的土层中，专用钻具钻到预定深度后，经钻杆内芯管向孔底高压压注水泥浆，浆面高于易塌孔位置提钻，投放钢筋笼、骨料，制成梅花形或其它非圆形砼灌注桩(采用标志S.P.)。参见附图A、B。S.P.法钻孔制成的梅花形砼灌注桩成桩块，用料省，单桩承载力高于一般灌注桩4～5倍。专用钻机还可完成护坡排桩、消除黄土湿陷性的挤密桩、固砂防液化的砂浆桩等多种施工。
文档编号E02D5/34GK1126264SQ94112980
公开日1996年7月10日 申请日期1994年12月26日 优先权日1994年12月26日
发明者石寅生 申请人:石寅生