一种用于钻孔灌注桩施工的新型钢套管装置的制作方法

本发明属于钻孔灌注桩施工领域，具体涉及一种用于钻孔灌注桩施工的新型钢套管装置。

背景技术：

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩施工方法主要采用泥浆护壁法，利用制备的泥浆将下钻的孔洞填满支护，避免塌孔的发生。钻孔完成后进行清孔和浇筑混凝土。泥浆护壁法施工对地层扰动较大，包括泥浆池的开挖以及泥浆护壁下钻施工，都可能会引起周边环境土体的较大位移，对邻近土工结构物造成较大的影响，甚至危及邻近土工结构物的使用安全。

通过研究发现，可以采用全套管施工工艺，具体为：首先将套管垂直打入预定桩位，再在套管内部进行取土以及混凝土浇筑等工作。在套管的保护下，内部取土与混凝土浇筑对于周边环境的影响较小，施工噪声和振动要小得多。与泥浆护壁施工方法相比，对周边环境土体影响较小是这种方法最突出的优势，也是其最大的特色。但是套管施工法存在两个主要的问题，其中一个问题是费工费时，成孔速度慢。由此可见，如何提高套管施工法的成孔效率非常值得研究，而成孔效率与套管下放速率直接相关，所以需要对套管进行改进，提高套管下放速率，加快套管施工法的成孔速度，在保证不对周围地层有较大扰动的前提下，节省钻孔灌注桩的施工时间。另一个问题在于套管法施工质量对桩的承载力影响很大，所以如何改善套管与混凝土的粘结力也是值得研究的。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种用于钻孔灌注桩施工的新型钢套管装置，具有结构简单、减少施工对周边环境扰动、施工效率高的特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于钻孔灌注桩施工的新型钢套管装置，所述装置包括多个依次套接的钢套管、至少一个注水管和多个钻头，所述注水管竖直设于钢套管的外侧壁上，多个钻头沿周向设于处在最下方的钢套管的外侧壁上，并向下延伸设置。注水管可将外界的水引到钻孔的位置，能够使土体得到足够的水分，起到充分的润滑作用，减小旋进过程中钢套管遇到的土体阻力。

所述注水管的末端接近处在最下方的套钢管的底部，一方面注水管可全部焊接在套钢管上，避免有部分的注水管悬空，易受到土体的碰撞进而发生损坏，也可使水更早地注入到土体中进行润湿，减少钻头受到的来自坚硬的土体的损害。

所述钢套管的侧壁底部设有内外泄压孔，用于排出多余的水，起到平衡水压的作用和消散钢套管旋进时土体所受的压力。

所述装置还包括设于钢套管外侧壁上的泄压孔挡板，所述泄压孔挡板设于内外泄压孔处。泄压孔挡板采用矩形钢板，内外泄压孔处附近的钢套管壁在水压力以及土体压力作用下，在钢套管旋进过程中可能发生变形，采用矩形钢板对内外泄压孔处的钢套管壁进行加固，对其刚度进行加强，有效抑制其可能发生的变形。

所述钢套管的内侧壁上沿周向设有套管内螺纹。套管内螺纹设置的目的是提高浇筑后混凝土与钢套管的粘结力，使得钢套管与混凝土更好地共同发挥承载能力。

所述装置还包括竖直设于钢套管外侧壁上的注水管保护管，所述注水管保护管邻近注水管设置，且沿旋压方向设置在注水管的前方。注水管保护管的使用有两个目的：其一是在钢套管旋进过程中，保护注水管不会由于土体的阻力而发生变形或者与钢套管外壁脱离；其二是在钢套管旋进过程中，起到切削土体的作用，有助于钢套管的顺利旋进。

所述注水管保护管的直径大于注水管的直径，可减少土体对注水管的作用。

所述钻头采用柱齿钻头设计，包括一体成型的连接部和钻取部，所述连接部与处在最下方的钢套管的外侧壁连接，所述钻取部设于连接部的自由端(即连接部的底部)，所述连接部呈圆柱体状，所述钻取部呈圆锥体状。此种结构的钻头使得钢套管才能顺利克服土体摩擦力而顺利下压进土体中，为钢套管的顺利下钻提供了必要条件，也大大提升了钢套管的旋进效率。

所述钻头采用合金材料制成，尤其是高强合金材料，比如钛合金，铝合金等，可以减少钢套管下压时的土体摩擦力。

相邻的钢套管之间采用套管搭接板进行连接，所述套管搭接板沿周向设于钢套管的外侧壁上，所述套管搭接板卷成一个圆状或圆弧状，可将上下两根钢套管牢固连接在一起，确保了钻孔灌注桩钢套管组合体的整体性，且在装配时套管搭接板分为宽度相同的两部分，分别与位于上方的钢套管和位于下方的钢套管相连接。

所述套管搭接板上设有供注水管穿过的通道，当注水管的个数为多个时，通道的个数也为多个，使当钢套管的个数为多个时，注水管可以一直沿着钢套管的外侧壁设置。

所述钢套管的轴向长度为2.0-2.4m，优选为2.0m，外径为0.8-1.2m，优选为1.0m，壁厚为15-17mm，优选为16mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：可以有效克服钻孔灌注桩对桩周的土体扰动较大、钢套管下放困难、钢套管与混凝土之间粘结不够紧密等问题，安全可靠，起到减少钻孔灌注桩施工对周围环境的影响，提升钢套管的旋进效率，进而提升钻孔灌注桩的施工效率，有助于带有新型钢套管装置的钻孔灌注桩的承载能力的发挥，且结构简单，完工后效果较好。

附图说明

图1为钢套管装置的立体结构示意图；

图2为钢套管装置的剖面图。

图中：1-钢套管；2-套管搭接板；201-通道；3-注水管；4-注水管保护管；5-内外泄压孔；6-泄压孔挡板；7-钻头；701-连接部；702-钻取部；8-套管内螺纹。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、2所示，一种用于钻孔灌注桩施工的新型钢套管装置，装置包括多个依次套接的钢套管1(图1、2中只示例性地示出了一个钢套管1)、至少一个注水管3(本实施例中设置了两个注水管3，且对称分布)、多个钻头7、泄压孔挡板6、注水管保护管4，钢套管1上下两端均开口，钢套管1的轴向长度为2.0-2.4m，优选为2.0m，外径为0.8-1.2m，优选为1.0m，壁厚为15-17mm，优选为16mm，采用高强钢(比如q460钢)制成，相邻的钢套管1之间采用套管搭接板2进行连接，套管搭接板2沿周向设于钢套管1的外侧壁上，套管搭接板2的宽度(该宽度的方向与钢套管1的轴线相平行)为20cm，平均分为两部分，上部分的10cm宽度和位于上方的钢套管1的10cm部分相连接，下部分的10cm宽度和位于下方的钢套管1的10cm部分相连接，套管搭接板2采用与钢套管1一样的材质，便于连接(可采用焊接)，套管搭接板2的壁厚与钢套管1的壁厚一致，套管搭接板2上设有供注水管3穿过的通道201(本实施例中共设置了两个通道201，因此套管搭接板2分为不连续的两段)，钢套管1的内侧壁上沿周向设有套管内螺纹8(钢套管1的全管身范围内均设置有钢管内螺纹8)，钢套管1的侧壁底部设有内外泄压孔5(内外泄压孔5直接在钢套管1侧壁上切割形成，为矩形接半圆形结构)，注水管3采用焊接竖直设于钢套管1的外侧壁上，注水管3的管口采用丝口拧接，注水管3采用直径为1cm的圆管，注水管3的末端接近处在最下方的套钢管1的底部，注水管保护管4采用焊接竖直设于钢套管1外侧壁上并邻近注水管3设置，且沿旋压方向设置在注水管3的前方，注水管保护管4采用直径为1.6cm的圆管，泄压孔挡板6设于钢套管1外侧壁上，并设于内外泄压孔5处，多个钻头7沿周向设于处在最下方的钢套管1的外侧壁上(可采用焊接)，并向下延伸设置，钻头7采用合金材料制成，包括一体成型的连接部701和钻取部702，连接部701与处在最下方的钢套管1的外侧壁连接，钻取部702设于连接部701的自由端，且钻取部702和连接部701的连接处的水平高度要低于钢套管1的底部的高度，连接部701呈圆柱体状，钻取部702呈圆锥体状，圆锥的圆底面与圆柱体的底面相连。

本发明在工作时，先将钢套管装置整体置于要钻孔的地面上，并使钻头7与地面稳固接触，调节整个套钢管装置的垂直度，再将注水管3与外界的水提供装置(可为市政水管)连接，并使套钢管1与驱动装置(该驱动装置可与钢套管装置分离，且可采用如旋挖钻机的驱动装置)连接，开启驱动装置和水提供装置，驱动装置驱动钢套管装置整体进行旋转(该旋转方向需根据注水管保护管4的设置方位进行调整)并下降，形成螺旋状的运动轨迹，水提供装置向注水管3中持续注入水，水从注水管3的端部流出润滑土体，钻头7和注水管保护管4切削土体，切削出的土体进入到钢套管1内部中，实现钢套管1的顺利旋进，当钢套管1下降至指定的位置时，关闭驱动装置和水提供装置，之后向上提起套钢管装置，位于钢套管1内部的土体由于钢管内螺纹8的存在，在提起的过程中不会掉落，套钢管装置移出打孔处，在将套钢管1进行旋转会直接向下推动土体，便可将土体推出套钢管1，再进行下一轮钻孔工作，或者将本发明放入到已钻好孔的桩孔中，再往钢套管1中浇筑混凝土，形成灌注桩。

综上所述，本发明具有结构简单、施工效率较高、完工后效果较好的优点，本发明的使用有助于提升钢套管的旋进效率，同时也能起到减少钻孔灌注桩施工对周围环境的影响。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。