专利名称：一种钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种土木建筑工程的桩基础，尤其是涉及一种具有超强能力快速穿越卵石层、碎石层直至进入中风化岩石层的钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置与方法。
背景技术：
随着全国城市化的进程，为了保证农业的发展，尽量少占用平原土地，城市建设由平原向山丘地拓展，涉及山丘地的地面起伏大，地基地质条件复杂，且大都是上层为软土层(有时软土层缺失)，上层以下为坡积的卵石层、碎石层及不同风化程度的岩石层；而建筑桩基的持力层一般选择中风化的岩石层，则必须穿越所述的卵石层、碎石层及嵌岩；但现有的预制型桩不能穿越该卵石层、碎石层及嵌岩；又现有的泥浆护壁的钻孔灌注桩因传统钻头无法穿越，只有泥浆护壁的冲孔灌注桩可以穿越这些卵石层，碎石层，但不能进入中风化的岩石层，即使这样冲孔灌注桩也效率极低，如果说桩长为25 30米，施工周期一般需要7 10天，而且该冲孔灌注桩还存在废弃的钻孔泥浆对周围环境的污染问题。发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种具有超强能力穿越卵石层、碎石层及嵌入岩层又具有较高成桩效率的钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置与方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置，其特征在于，包括连接有螺旋钻杆的上部旋转动力头，该螺旋钻杆呈管状，该螺旋钻杆又穿过下部旋转动力头后依次与潜孔锤及合金嵌岩钻头连接；该下部旋转动力头的底部设有管接头，该管接头与下端设有周向合金钻头的钢管上端套接。
为了实现高效率成桩，上部旋转动力头与下部旋转动力头是相反方向旋转切削岩层，同时与高压空气凿岩联动，以实现超强嵌岩的能力。
为了施工过程排除岩屑与土体，所述下部旋转动力头设有排除岩屑与土体的出土□。
所述管状的螺旋钻杆的内孔中设有高压空气管，该高压空气管与所述潜孔锤相通；在高压缩空气冲击下，实现潜孔锤冲击合金嵌岩钻头凿岩。
所述潜孔锤外周设有锤套，该锤套与所述钢管内壁设有空隙；该空隙用以将岩屑与土体带至下旋转动力头的出土 口排出，以顺利完成嵌岩施工。
一种钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩方法，包括连接有螺旋钻杆的上部旋转动力头与下部旋转动力头，所述螺旋钻杆穿过该下部旋转动力头并且依次与潜孔锤及合金嵌岩钻头连接；该下部旋转动力头的底部设有管接头，该管接头与下端设有周向合金钻头的钢管上端套接，其成桩方法是:
第一步，所述上部旋转动力头连接所述螺旋钻杆、合金嵌岩钻头、潜孔锤与锤套后，从所述钢管的上口插入；同时，所述下旋转动力头与所述管接头连接，并套入所述钢管的上口后在设计桩位就位、校正垂直；第二步，所述上部旋转动力头带动所述合金嵌岩钻头沿顺时针旋转切削岩层，所述下部旋转动力头带动所述钢管的周向合金钻头沿逆时针方向旋转切削岩层；同时，在所述螺旋钻杆的管内接通压缩空气管，以2.4MPa高压空气进入所述潜孔锤进行凿岩施工，所述旋转切削岩层与所述高压空气凿岩联合动作，将所述钢管送入土层达要求的深度；此时，所述钻凿岩层的石屑与土体从所述钢管内壁与所述锤套之间的空隙进入钢管内，该石屑与土体由所述螺旋钻杆顺时针旋转上推，或者间断上拔该螺旋钻杆，该石屑与土体经过所述下部旋转动力头的出土口排至地面；第三步，与所述上部旋转动力头连接的所述螺旋钻杆带动所述合金嵌岩钻头、所述潜孔锤及所述锤套拔出至所述钢管的上口，所述下部旋转动力头底部管接头脱离所述钢管的上口 ；检查该钢管内有否进水？有水按水下砼浇筑工艺施工，无水按正常沉管桩工艺施工；然后在所述钢管内置入钢筋笼、灌入砼；第四步，所述下部旋转动力头的管接头套入所述钢管，该下部旋转动力头带动所述钢管沿顺时针方向旋转，再沿逆时针方向旋转，消除该钢管外壁粘着的土后，将该钢管拔出土层，即完成所述钢管护壁超强嵌岩灌注桩。本发明当应用于厚层软土复盖的嵌岩施工时，其成桩方法如下:第一步，所述上部旋转动力头连接所述螺旋钻杆插入钢管的上口后在设计桩位就位、校正垂直；第二步，所述上部旋转动力头带动所述螺旋钻杆沿顺时针旋转切削软土层上推至下转动力头的出土口排出，所述下部旋转动力头带动所述钢管沿逆时针方向旋压沉入土层至岩层面终止；上部旋转动力头带动所述螺旋钻杆拔出钢管的上口，在螺旋钻杆底部安装合金嵌岩钻头、潜孔锤与锤套后，再从所述钢管的上口插入钢管内，在所述螺旋钻杆的管内接通压缩空气管，以2.4MPa高压空气进入所述潜孔锤进行凿岩施工，所述旋转切削岩层与所述高压空气凿岩联合动作，将所述合金嵌岩钻头送入岩层达要求的深度；此时，所述钻凿岩层的石屑与土体从所述岩孔内壁与所述锤套之间的空隙进入钢管内，该石屑与土体由所述螺旋钻杆时针旋转上推，或者间断上拔该螺旋钻杆，所述石屑与土体经过所述下部旋转动力头的出土口排至地面；第三步、第四步与上述成桩方法相同。与现有技术相比，本发明的优点在于:具有正、反双向同时旋转削岩功能以及潜孔锤的锤击岩层功能，从而实现超强的嵌岩与快速穿越能力；与此同时，其成桩效率获得成倍提高；其次是施工全过程实现无泥浆排放，属于绿色环保型的灌注桩施工技术。
图1为本发明实施例的结构示意图。图2为图1的A-A剖面图。图3为本发明第一个实施例嵌岩灌注桩成桩程序示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1 图3所示，本实施例为无泥浆施工的环保技术，具有超强能力快速穿越卵石层、碎石层直至进入中风化岩石层的灌注桩的装置与方法。
本实施例具体地采用如下结构，它包括连接有螺旋钻杆6的上部旋转动力头2，该螺旋钻杆6呈管状并顺时针旋转；该螺旋钻杆6又穿过下部旋转动力头3，并且依次与潜孔锤4及合金嵌岩钻头5连接；潜孔锤4外周设有锤套8 ;管状的螺旋钻杆6的内孔中设有高压空气管，该高压空气管与潜孔锤4相通，由图1所示；在高压缩空气冲击下，潜孔锤4冲击合金嵌岩钻头5凿岩。
下部旋转动力头3的下部设有管接头7，该管接头7与底部设有周向合金钻头的钢管I上端套接；该钢管I与下部部旋转动力头3相连接,并且由下部旋转动力头3带动沿逆时针方向旋转；该周向合金钻头沿逆时针方向旋转切削岩层，而上部旋转动力头2带动嵌岩钻头5沿顺时针旋转，以上周向合金钻头与合金嵌岩钻头5为同心反向旋转削岩,加上2.4Mpa高压空气进入潜孔锤4锤击岩层，达到超强嵌岩的能力。
旋钻与锤冲联动嵌岩的岩屑与土体，通过锤套8与钢管I内壁的空隙11进入钢管I内，如图2所示；又通过螺旋钻杆6顺时针旋转，将岩屑与土体带至下旋转动力头3的出土口 9排出，完成嵌岩施工；然后，清理桩孔，置入钢筋笼21，灌入砼22，旋转上拔钢管I出地面，即完成本发明钢管护壁超强嵌岩灌注桩23，如图3所示；
第一个实施例，钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩方法是:
第一步，上旋转动力头2连接螺旋钻杆6、合金嵌岩钻头5、潜孔锤4与锤套8后，从钢管I的上口插入；同时，下旋转动力头3与管接头7连接后套入钢管I的上口，在设计桩位就位、校正垂直；
第二步，上部旋转动力头2带动合金嵌岩钻头5沿顺时针旋转切削岩层，下部旋转动力头3带动钢管I的周向合金钻头沿逆时针方向旋转切削岩层；同时，螺旋钻杆管内接通压缩空气管，在2.4MPa高压空气进入潜孔锤4进行凿岩施工，上述旋转切削岩层与高压空气凿岩联合动作，将钢管I送入土层达要求的深度；此时，钻凿岩层的石屑与土体从钢管内壁与锤套之间的空隙进入钢管内，该石屑与土体由螺旋钻杆顺时针旋转上推，或者间断上拔螺旋钻杆，石屑与土体经过下旋转动力头的出土口 9排至地面；
第三步，与上部旋转动力头2连接的螺旋钻杆6带动合金嵌岩钻头5、潜孔锤4及锤套8拔出至钢管I的上口，下部旋转动力头3底部的管接头7脱离钢管I的上口 ；检查钢管I内有否进水？有水则按水下砼浇筑工艺施工，无水则按正常沉管桩工艺施工；然后，在钢管I内置入钢筋笼21、灌入砼22 ；
第四步，下部旋转动力头3的管接头7套入钢管1，下部旋转动力头3带动钢管I沿顺时针方向旋转，再沿逆时针方向旋转，消除钢管I外壁粘着的土后，将钢管I拔出土层，即为钢筋砼嵌岩灌注桩23。
第二个实施例是应用于厚层软土复盖的嵌岩施工，其成桩方法如下:
第一步，所述上部旋转动力头2连接所述螺旋钻杆6，插入钢管I的上口后在设计桩位就位、校正垂直；
第二步，所述上部旋转动力头2带动所述螺旋钻杆6沿顺时针旋转切削软土层上推至下转动力头3的出土口 9排出，下部旋转动力头3带动钢管I沿逆时针方向旋压沉入土层至岩层面终止；上部旋转动力头2带动螺旋钻杆6拔出钢管I的上口，在螺旋钻杆6底部安装合金嵌岩钻头5、潜孔锤4与锤套8后，再从钢管I的上口插入钢管I内，在螺旋钻杆6的管内接通压缩空气管，以2.4MPa高压空气进入潜孔锤4进行凿岩施工，旋转切削岩层与高压空气凿岩联合动作，将合金嵌岩钻头送入岩层达要求的深度；此时，钻凿岩层的石屑与土体从岩孔内壁与锤套8之间的空隙进入钢管I内，该石屑与土体由螺旋钻杆顺时针旋转上推，或者间断上拔该螺旋钻杆6，石屑与土体经过下部旋转动力头3的出土口排至地面；第三步、第四步与第一个实施例相同；在深厚软土复盖的嵌岩桩施工的效率可成倍提高。本发明为无泥浆施工的环保技术，具有超强能力穿越卵石层，碎石层及嵌入岩层。穿越卵石层，碎石层及强风化岩层每10分钟可穿越4米，嵌入中风化岩层每10分钟可嵌入
0.5 0.8米，进入未风化岩层每10分钟可嵌入约0.5米。因而具有超强嵌岩与快速穿越的能力；例如施工长度为25 30米桩，一台桩机一天可完成7根 10根，其生产效率与现有的冲孔灌注桩比较则获得十分显著的提高。
权利要求
1.一种钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置，其特征在于，包括连接有螺旋钻杆(6)的上部旋转动力头(2),该螺旋钻杆呈管状,该螺旋钻杆又穿过下部旋转动力头(3),并且依次与潜孔锤(4)及合金嵌岩钻头(5)连接；该下部旋转动力头的底部设有管接头(7)，该管接头与下端设有周向合金钻头的钢管(I)的上端套接。
2.根据权利要求1所述钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置，其特征在于，所述下部旋转动力头⑶设有出土口(9)。
3.根据权利要求1所述钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置，其特征在于，所述管状的螺旋钻杆出)的内孔中设有高压空气管，该高压空气管与所述潜孔锤(4)相通。
4.根据权利要求3所述钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置，其特征在于，所述潜孔锤⑷外周设有锤套(8)，该锤套与所述钢管⑴内壁设有空隙(U)。
5.一种钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩方法，包括连接有螺旋钻杆的上部旋转动力头与下部旋转动力头，所述螺旋钻杆穿过该下部旋转动力头并且依次与潜孔锤及合金嵌岩钻头连接；该下部旋转动力头的底部设有管接头，该管接头与下端设有周向合金钻头的钢管上端套接，其成桩方法是: 第一步，所述上部旋转动力头(2)连接所述螺旋钻杆￠)、所述合金嵌岩钻头(5)、所述潜孔锤(4)后，从所述钢管(I)的上口插入；同时，所述下旋转动力头(3)与所述管接头(7)连接，并套入所述钢管的上口后在设计桩位就位、校正垂直； 第二步，所述上部旋转动力头带动所述合金嵌岩钻头沿顺时针旋转切削岩层，所述下部旋转动力头带动所述钢管的周向合金钻头沿逆时针方向旋转切削岩层；同时，在所述螺旋钻杆的管内接通压缩空气管，以2.4MPa高压空气进入所述潜孔锤进行凿岩施工，所述旋转切削岩层与所述高压空气凿岩联合动作，将所述钢管送入土层达要求的深度；此时，所述钻凿岩层的石屑与土体从所述钢管内壁与所述锤套之间的空隙进入钢管内，该石屑与土体由所述螺旋钻杆顺时针旋转上推，或者间断上拔该螺旋钻杆，所述石屑与土体经过所述下部旋转动力头的出土口(9)排至地面； 第三步，与所述上部旋转动力头连接的所述螺旋钻杆带动所述合金嵌岩钻头、所述潜孔锤与锤套拔出至所述钢管的上口，所述下部旋转动力头底部管接头脱离所述钢管的上口 ；检查该钢管内有否进水，有水则按水下砼浇筑工艺施工，无水则按正常沉管桩工艺施工；然后，在所述钢管内置入钢筋笼(21)、灌入砼(22)； 第四步，所述下部旋转动力头的管接头套入所述钢管，该下部旋转动力头带动所述钢管沿顺时针方向旋转，再沿逆时针方向旋转，消除该钢管外壁粘着的土后，将该钢管拔出土层，即完成所述钢管护壁超强嵌岩灌注桩(23)。
全文摘要
一种钢管护壁超强嵌岩灌注桩的成桩装置，包括连接有螺旋钻杆的上部旋转动力头，该螺旋钻杆又穿过下部旋转动力头并与潜孔锤及合金嵌岩钻头连接；该下部旋转动力头的底部设有管接头并与下端设有周向合金钻头的钢管套接，螺旋钻杆内孔设有高压空气管并与潜孔锤相通，成桩方法是上部旋转动力头、下部旋转动力头旋转切削岩层与潜孔锤凿岩施工的联合动作，将钢管送入土层并置入钢筋笼、灌入砼，从土层拔出钢管即成桩；与现有技术相比，本发明的优点是具有正、反双向同时旋转削岩功能以及潜孔锤的锤击岩层功能，从而实现超强的嵌岩与快速穿越能力；与此同时其成桩效率获得成倍提高；其次是施工全过程无泥浆排放，属于绿色环保型的灌注桩施工技术。
文档编号E21B4/16GK103174133SQ20131011604
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者孔超, 龚迪快 申请人:孔超, 龚迪快