组合矩形截面钢筋混凝土桩旋挖成孔施工方法与流程

1.本发明涉及矩形截面钢筋混凝土桩桩孔开挖施工，尤其涉及一种矩形桩孔方孔旋挖钻头组合开挖成孔施工方法。


背景技术：

2.在进行桩基施工时，通常需要先开挖桩孔，现有桩孔开挖设备开挖的桩孔主要为圆形截面。对于方形截面的桩孔，主要采用人工作业的方式进行开挖，开挖效率低，施工周期长，安全风险大。
3.专利《抗滑桩旋挖钻快速成孔及砼浇筑的施工方法》（申请号：201711118631.3）提出了一种利用机械设备快速成孔的方法，首先采用常规圆形截面的桩孔开挖机械设备施作引孔，然后再使用矩形修边器修边。这种方法需要多种设备互相配合，另外需要反复清理孔壁上刮下来的土体，施工效率慢。
4.专利《抗滑桩方孔成孔设备》（申请号：202021692933.9）提出了一种方孔成孔设备，通过采用莱洛三角形型式的钻刀在土体上开挖出方形的孔洞，但是这种设备需要在桩孔顶部设置钻框及支架，对钻刀的切割截面进行限制，这就需要钻刀的长度需要大于桩孔的深度，导致桩孔的深度取决与钻刀的长度，难以满足深孔钻进的需求。且本技术提出的成孔设备，仅能够进行正方形钻孔的施工，难以满足长、宽不等的矩形截面桩孔的开挖作业。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对矩形截面桩孔开挖施工过程中存在的问题，针对性的提出了一种组合矩形截面钢筋混凝土桩旋挖成孔施工方法。为了达到目的，本发明提供的技术方案为：本发明涉及的组合矩形截面钢筋混凝土桩旋挖成孔施工方法，包括以下施工步骤：步骤1、方孔钻头组装，将旋挖翼板安装固定在中心限位套筒上，并将固定弧形侧板安装固定在旋挖翼板外侧；将驱动钻杆插入方孔钻头的中心限位套筒内，驱动钻杆穿过中心限位套筒，驱动钻杆上的外齿轮与中心限位套筒的内齿轮啮合，在中心限位套筒的两端分别安装偏心连接轴承，偏心连接轴承一端与中心限位套筒转动连接，偏心连接轴承的另一端与驱动钻杆转动连接；将活动弧形侧板安装在固定弧形侧板上。
6.步骤2、在地面上放样定位出矩形桩孔的边线，并沿边线浇筑混凝土护圈。
7.步骤3、采取多次钻进的方式开挖矩形桩孔，依据矩形桩孔的尺寸以及方孔钻头成孔的尺寸，设计方孔钻头钻进作业的组合方式，并定位出每次方孔钻头成孔的中心点位。
8.步骤4、将驱动钻杆底端的前置导向杆与方孔钻头成孔的中心点位对齐，驱动钻杆顶端与钻机相连，开启钻机通过驱动钻杆带动方孔钻头向下钻进；钻进过程中，通过驱动钻杆上的注浆通道，向开挖面注入水或泥浆湿润土体，从而降低方孔钻头旋挖作业的难度，提高旋挖作业的效率。
9.步骤5、旋挖钻进至方孔钻头内装满钻渣后，向上提升驱动钻杆将方孔钻头从桩孔内提出，然后向上提升活动弧形侧板，将钻渣从活动弧形侧板与固定弧形侧板之间清理干净，然后下放活动弧形侧板使其恢复原位。
10.步骤6、将驱动钻杆底端的前置导向杆对准其他的中心点位或插入前一次开挖的导向钻孔内，按照步骤4、步骤5所述方法进行旋挖钻进以及钻渣的清理作业，直至开挖至设计深度。
11.步骤7、矩形桩孔开挖完成后，进行矩形钢筋混凝土桩的施工，首先向矩形桩孔内下放钢筋笼，然后向矩形桩孔内灌注混凝土，完成矩形钢筋混凝土桩的施工。
12.优选地，所述步骤1中，所述方孔钻头由旋挖翼板、中心限位套筒、固定弧形侧板、活动弧形侧板组成，所述固定弧形侧板及活动弧形侧板由三块圆弧形钢板拼接而成，所述旋挖翼板的外轮廓与固定弧形侧板相契合，所述固定弧形侧板、活动弧形侧板、旋挖翼板水平投影的外轮廓为莱洛三角形；所述旋挖翼板底端有合金齿，通过合金齿切削土体，实现钻进方孔开挖作业。
13.优选地，所述步骤1中，所述偏心连接轴承的两端分别有大圆环和小圆环，所述大圆环和小圆环的轴线互相偏离，所述偏心连接轴承的大圆环套在中心限位套筒上，所述偏心连接轴承的小圆环套在驱动钻杆上，所述偏心连接轴承与中心限位套筒、驱动钻杆的接触面分别设有密封圈凹槽及滚珠凹槽，所述滚珠凹槽的上、下侧均设有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内设置有密封圈，所述滚珠凹槽内设置有滚珠，所述驱动钻杆可相对偏心连接轴承转动，所述中心限位套筒可相对偏心连接轴承转动。通过偏心连接轴承使驱动钻杆与中心限位套筒保持偏心状态，同时驱动钻杆的外齿轮与中心限位套筒的内齿轮保持啮合状态，通过驱动钻杆驱动中心限位套筒绕驱动钻杆的轴线偏心转动，同时中心限位套筒可相对自身轴线自传（即方孔钻头绕驱动钻杆的轴线偏心转动，同时方孔钻头可相对自身轴线自传）。所述密封圈可有效防止泥土进入中心限位套筒内，影响中心限位套筒内齿轮与驱动钻杆外齿轮保持啮合状态。
14.优选地，所述步骤1中，所述驱动钻杆为中空结构，内部设有注浆通道，所述驱动钻杆的下端设有溢浆孔，所述溢浆孔与注浆通道连通；所述步骤4中，所述水或泥浆经注浆通道注入，经溢浆孔流出；钻进过程中根据桩孔深度加长驱动钻杆。
15.优选地，所述步骤1中，所述中心限位套筒上内齿轮的直径与驱动钻杆外齿轮的直径之比为4:3，所述步骤4中，所述方孔钻头外轮廓的运动轨迹为圆角方形，多个圆角方形的桩孔组合形成矩形桩孔。
16.优选地，所述步骤4中，所述前置导向杆的下端设有前置钻头，通过前置钻头切削土体将前置导向杆插入土体内，引导驱动钻杆保持竖向钻进，避免方孔钻头转动过程中导致驱动钻杆底部晃动产生较大的横向位移，提高钻进过程中的稳定性，同时提高方形桩孔的成孔质量。
17.优选地，所述步骤1中，所述固定弧形侧板顶部及活动弧形侧板的底部分别设有企口，所述固定弧形侧板与活动弧形侧板的企口互相咬合；所述固定弧形侧板内壁设有限位套筒，所述活动弧形侧板的内壁设有限位杆，所述限位杆插入限位套筒内；通过设置企口、限位套筒、限位杆等结构，避免活动弧形侧板与固定弧形侧板之间发生错位。
18.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本技术采用方孔钻头进行成孔作业，可以有效地提升施工作业效率，提高了施工作业的安全性。
19.2、适用性强：通过方孔钻头组合钻进，可以实现不同截面尺寸矩形桩孔的开挖作业。
20.3、前置导向杆与驱动钻孔、方形桩孔的竖向轴线在同一条直线上，前置导向杆提前钻入，可有效避免方孔钻头在钻进过程中产生横向晃动，保证了方形桩孔的孔壁成孔质量，避免出现孔壁超挖的情况。
21.4、驱动钻杆能够对方孔钻头进行有效的横向限位，无需在地面上设置限位框对方孔钻头进行限位，从而降低方孔钻头的长度，降低方孔钻头与孔壁的摩擦力，提高钻进作业效率。
22.5、驱动钻杆可进行加长，可根据桩孔的深度灵活地调整驱动钻杆的长度，实现深孔钻进的作业需求。
23.6、采用旋挖钻进的作业方式，钻渣存储于方孔钻头内，通过提升方孔钻头上的活动弧形侧板，可快速地清理方孔钻头内的钻渣，提高清渣作业效率。
附图说明
24.图1是方形孔旋挖钻头三维结构示意图；图2是方形孔旋挖钻头三维结构示意图（固定弧形侧板未示意）；图3是驱动钻杆三维结构示意图；图4是中心套筒与驱动钻杆连接三维结构示意图；图5是中心套筒与驱动钻杆连接剖视图（图4中a-a剖面）；图6是偏心连接轴承三维半剖视图；图7是驱动钻杆与方孔钻头连接三维结构示意图（活动弧形侧板未示意）；图8是活动弧形侧板三维结构示意图；图9是固定弧形侧板与活动弧形侧板对接三维结构示意图；图10是方形桩旋挖钻头装配就位三维结构示意图；图11是矩形桩孔混凝土护圈施工示意图；图12是矩形桩孔方孔旋挖钻头组合开挖施工示意图（一）；图13是矩形桩孔方孔旋挖钻头组合开挖施工示意图（二）；图14是方孔旋挖钻头钻渣清理示意图；图15是矩形桩孔方孔旋挖钻头组合开挖施工示意图（三）；图16是矩形桩孔方孔旋挖钻头组合开挖施工俯视图；图17是矩形截面钢筋混凝土桩示意图；图18是组合矩形截面钢筋混凝土抗滑桩浇筑成型三维结构半剖视图。
25.图中标注：11-旋挖翼板，12-合金齿，13-中心限位套筒，14-内齿轮，151-固定弧形侧板，152-活动弧形侧板，153-企口，154-限位套筒，155-限位杆，2-驱动钻杆，21-外齿轮，22-前置导向杆，23-前置钻头，24-注浆通道，25-溢浆孔，3-偏心连接轴承，31-密封圈凹槽，32-滚珠凹槽，33-密封圈，34-滚珠，4-混凝土护圈，41-土体，42-钻渣，43-导向钻孔，44-矩形桩孔，45-矩形钢筋混凝土桩，46-钢筋笼，47-混凝土。
具体实施方式
26.为了加深对本发明的理解，下面将参考附图1至附图18，对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.本发明涉及的组合矩形截面钢筋混凝土桩旋挖成孔施工方法，包括以下施工步骤：步骤1、方孔钻头组装，如附图1、附图2所示，将旋挖翼板11安装固定在中心限位套筒13上，并将固定弧形侧板151安装固定在旋挖翼板11外侧；附图4、附5所示，将驱动钻杆2插入方孔钻头的中心限位套筒13内，驱动钻杆2穿过中心限位套筒13，驱动钻杆2上的外齿轮21与中心限位套筒13的内齿轮14啮合，所述中心限位套筒13上内齿轮14的直径与驱动钻杆2外齿轮21的直径之比为4:3，在中心限位套筒13的两端分别安装偏心连接轴承3，偏心连接轴承3一端与中心限位套筒13转动连接，偏心连接轴承3的另一端与驱动钻杆2转动连接，如附图7所示；将活动弧形侧板152安装在固定弧形侧板151上，如附图10所示。
28.如附图1、附图2、附图8所示，所述方孔钻头由旋挖翼板11、中心限位套筒13、固定弧形侧板151、活动弧形侧板152组成，所述固定弧形侧板151及活动弧形侧板152由三块圆弧形钢板拼接而成，所述旋挖翼板11的外轮廓与固定弧形侧板151相契合，所述固定弧形侧板151、活动弧形侧板152、旋挖翼板11水平投影的外轮廓为莱洛三角形；所述旋挖翼板11底端有合金齿12，通过合金齿12切削土体，实现钻进方孔开挖作业。如附图8、附图9所示，所述固定弧形侧板151顶部及活动弧形侧板152的底部分别设有企口153，所述固定弧形侧板151与活动弧形侧板152的企口153互相咬合；所述固定弧形侧板151内壁设有限位套筒154，所述活动弧形侧板152的内壁设有限位杆155，所述限位杆155插入限位套筒154内；通过设置企口153、限位套筒154、限位杆155等结构，避免活动弧形侧板152与固定弧形侧板151之间发生错位。
29.如附图4至附图6所示，所述偏心连接轴承3的两端分别有大圆环和小圆环，所述大圆环和小圆环的轴线互相偏离，所述偏心连接轴承3的大圆环套在中心限位套筒13上，所述偏心连接轴承3的小圆环套在驱动钻杆2上，所述偏心连接轴承3与中心限位套筒13、驱动钻杆2的接触面分别设有密封圈凹槽31及滚珠凹槽32，所述滚珠凹槽32的上、下侧均设有密封圈凹槽31，所述密封圈凹槽31内设置有密封圈33，所述滚珠凹槽32内设置有滚珠34，所述驱动钻杆2可相对偏心连接轴承3转动，所述中心限位套筒13可相对偏心连接轴承3转动。通过偏心连接轴承3使驱动钻杆2与中心限位套筒13保持偏心状态，同时驱动钻杆2的外齿轮21与中心限位套筒13的内齿轮14保持啮合状态，通过驱动钻杆2驱动中心限位套筒13绕驱动钻杆2的轴线偏心转动，同时中心限位套筒13可相对自身轴线自传（即方孔钻头绕驱动钻杆2的轴线偏心转动，同时方孔钻头可相对自身轴线自传）。所述密封圈33可有效防止泥土进入中心限位套筒13内，影响中心限位套筒13内齿轮14与驱动钻杆2外齿轮21保持啮合状态。
30.步骤2、在地面上放样定位出矩形桩孔44的边线，并沿边线浇筑混凝土护圈4，如附图11所示。
31.步骤3、采取多次钻进的方式开挖矩形桩孔44，依据矩形桩孔44的尺寸以及方孔钻头成孔的尺寸，设计方孔钻头钻进作业的组合方式，并定位出每次方孔钻头成孔的中心点位，如附图11所示。
32.步骤4、如附图3、附图12所示，将驱动钻杆2底端的前置导向杆22与方孔钻头成孔的中心点位对齐，所述前置导向杆22的下端设有前置钻头23，通过前置钻头23切削土体将前置导向杆22插入土体内，引导驱动钻杆2保持竖向钻进，避免方孔钻头转动过程中导致驱动钻杆2底部晃动产生较大的横向位移，提高钻进过程中的稳定性，同时提高方形桩孔的成孔质量。驱动钻杆2顶端与钻机相连，开启钻机通过驱动钻杆2带动方孔钻头向下钻进，所述方孔钻头外轮廓的运动轨迹为圆角方形，多个圆角方形的桩孔组合形成矩形桩孔44；钻进过程中，通过驱动钻杆2上的注浆通道24，向开挖面注入水或泥浆湿润土体41，所述驱动钻杆2为中空结构，内部设有注浆通道24，所述驱动钻杆2的下端设有溢浆孔25，所述溢浆孔25与注浆通道24连通；所述水或泥浆经注浆通道24注入，经溢浆孔25流出，从而降低方孔钻头旋挖作业的难度，提高旋挖作业的效率；钻进过程中根据桩孔深度加长驱动钻杆2。
33.步骤5、如附图13、附图14所示，旋挖钻进至方孔钻头内装满钻渣42后，向上提升驱动钻杆2将方孔钻头从桩孔内提出，然后向上提升活动弧形侧板152，将钻渣42从活动弧形侧板152与固定弧形侧板151之间清理干净，然后下放活动弧形侧板152使其恢复原位。
34.步骤6、如附图15、附图16所示，将驱动钻杆2底端的前置导向杆22对准其他的中心点位或插入前一次开挖的导向钻孔43内，按照步骤4、步骤5所述方法进行旋挖钻进以及钻渣42的清理作业，直至开挖至设计深度。
35.步骤7、如附图17、附图18所示，矩形桩孔44开挖完成后，进行矩形钢筋混凝土桩45的施工，首先向矩形桩孔44内下放钢筋笼46，然后向矩形桩孔44内灌注混凝土47，完成矩形钢筋混凝土桩45的施工。
36.以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。