用于扩底螺纹桩施工的桩机和扩底螺纹桩的施工方法

摘要

本发明公开了一种用于扩底螺纹桩施工的桩机和扩底螺纹桩的施工方法。所述桩机包括：内管；外管，所述外管套设在所述内管外；旋转驱动件，所述旋转驱动件与所述外管相连，用于驱动所述外管旋转；轴向驱动件，所述轴向驱动件用于驱动所述内管沿所述内管和外管的轴向相对于所述外管移动；底盖，所述底盖可脱离地配合在所述内管的下端；和多个钻尖，多个所述钻尖沿所述外管的周向在收拢位置与张开位置之间可枢转地安装在所述外管上，其中在所述收拢位置，在所述外管的周向上相邻两个所述钻尖中的前一个搭接在后一个上以形成旋切刃。根据本发明实施例的桩机同时具有钻孔、护壁、扩孔功能，解决了对于复杂的、不稳定的土层成孔难的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于扩底螺纹桩施工的桩机，还涉及一种扩底螺纹桩的施工方法。

背景技术

现有的钻孔灌注桩基础是通过钻机钻孔成孔后，将钻机从孔内取出，然后下放钢筋笼，最后浇注混凝土成桩。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：现有的钻孔灌注桩基础是通过钻机钻孔成孔后，将钻机从孔内取出，然后下放钢筋笼，最后浇注混凝土成桩。在成孔过程中有干、湿作业，湿作业时要用泥浆护壁。当遇到淤泥质土、回填土等复杂且不稳定的土层时，很难完成护壁，也就很难成孔，有时需要下深护筒护壁，才能成孔。所以钻孔灌注桩在成孔时护壁难，遇有硬层时钻进难，孔底清渣难，这是钻孔灌注桩成孔时遇到的三大未解难题。尤其在文明施工、环保要求高的情况下，泥浆造成的污染很难解决。

而且，在排土成孔的过程中，需要将孔内的土取出，排出的土量大，水下作业时需泥浆护壁，因此需要外运大量的泥浆，环保性能差。并且，排土成孔对于诸如砂土层和软质泥土层容易塌孔，孔的稳定性差，成桩后的侧阻力小，桩的承载力小。

在挤土的过程中，不需要将孔内的土排出，而是将孔内的土侧向挤压到孔的周围，从而成孔过程中的应力无法释放。另外，在密实的土层内钻孔困难，不适应于密实的土层，要求螺旋钻的力量增大，设备成本增加，而且孔周围的应力大，存在回弹，容易导致缩颈断桩。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于扩底螺纹桩施工的桩机。

本发明还提出一种利用所述用于扩底螺纹桩施工的桩机实施的扩底螺纹桩的施工方法。

根据本发明第一方面实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机包括：内管；外管，所述外管套设在所述内管外；旋转驱动件，所述旋转驱动件与所述外管相连，用于驱动所述外管 旋转；轴向驱动件，所述轴向驱动件用于驱动所述内管沿所述内管和外管的轴向相对于所述外管移动；底盖，所述底盖可脱离地配合在所述内管的下端；和多个钻尖，多个所述钻尖沿所述外管的周向在收拢位置与张开位置之间可枢转地安装在所述外管上，其中在所述收拢位置，在所述外管的周向上相邻两个所述钻尖中的前一个搭接在后一个上以形成旋切刃。

根据本发明的用于扩底螺纹桩施工的桩机同时具有钻孔、护壁、扩孔功能，解决了对于复杂的、不稳定的土层成孔难的问题。

另外，根据本发明上述实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述外管的下部的外周面上设有螺纹。

根据本发明的一个实施例，所述旋转驱动件包括：用于抱紧和松开所述外管的抱紧装置，所述抱紧装置套设在所述外管上；和旋转动力头，所述旋转动力头套设在所述外管上，所述旋转动力头与所述抱紧装置相连以便通过所述抱紧装置驱动所述外管旋转。

根据本发明的一个实施例，所述用于扩底螺纹桩施工的桩机进一步包括起升油缸，所述起升油缸与所述旋转动力头相连，用于提升所述外管和内管。

根据本发明的一个实施例，所述内管的第一部分向上伸出所述外管，所述轴向驱动件包括：上回转支承和下回转支承，所述上回转支承套装在所述内管上，所述下回转支承套装在所述外管上；以及挤扩油缸，所述挤扩油缸的缸体与所述下回转支承相连，所述挤扩油缸的活塞与所述上回转支承相连。

根据本发明的一个实施例，所述挤扩油缸的活塞为中空管，所述内管穿过所述活塞。

根据本发明的一个实施例，所述用于扩底螺纹桩施工的桩机进一步包括振动锤，所述振动锤与所述外管相连。

根据本发明的一个实施例，所述外管的外周面上设有凸台，所述振动锤设在所述凸台上。

根据本发明第二方面的实施例的利用根据本发明第一方面所述的用于扩底螺纹桩施工的桩机形成扩底螺纹桩的施工方法包括以下步骤：

将底盖配合在内管的下端，然后使多个所述钻尖处于所述收拢位置且进行所述桩机对位；

驱动所述外管进行钻孔，以得到预定深度的桩孔；

向所述内管浇注混凝土；

通过所述旋转驱动件驱动所述外管旋转，同时通过所述轴向驱动件驱动所述内管相对于所述外管向下移动，以便所述底盖将所述钻尖顶到所述张开位置；

向上移动所述外管和所述内管且通过所述旋转驱动件驱动所述外管旋转，以便多个所述钻尖在所述桩孔的壁上拉出多条螺纹，且所述底盖与所述内管脱离，所述内管内的混凝土流出并填充到所述桩孔以便形成扩底螺纹桩。

根据本发明的一个实施例，在向所述内管浇注混凝土之前，将钢筋笼下放到所述内管中。

根据本发明的一个实施例，通过所述旋转驱动件驱动所述外管旋转进行钻孔，以得到预定深度的桩孔。

根据本发明的一个实施例，通过振动锤驱动所述外管进行钻孔，以得到预定深度的桩孔。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机的结构示意图，钻尖位于收拢位置；

图2是根据本发明的另一个实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机的结构示意图，钻尖位于张开位置；

图3是根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的钻杆的局部剖视图，钻尖位于收拢位置；

图4是根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的钻杆的局部剖视图，钻尖位于张开位置；

图5是根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的钻杆的局部剖视图，钻尖位于张开位置；

图6a-图6g是根据本发明的一个实施例的扩底螺纹桩的施工方法的施工流程示意图；

图7a和图7b是根据本发明的另一个实施例的扩底螺纹桩的施工方法的施工流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10。如图1-图5所示，根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10包括内管102、外管101、旋转驱动件1071、轴向驱动件1072、底盖103和多个钻尖108。

外管101套设在内管102外，旋转驱动件1071与外管101相连，旋转驱动件1071用 于驱动外管101旋转。轴向驱动件1072用于驱动内管102沿内管102和外管101的轴向相对于外管101移动。底盖103可脱离地配合在内管102的下端。其中，上下方向如图1和图2中的箭头A所示。

多个钻尖108沿外管101的周向在收拢位置与张开位置之间可枢转地安装在外管101上。其中，在所述收拢位置，在外管101的周向上相邻两个钻尖108中的前一个搭接在后一个上以便形成旋切刃。也就是说，相邻两个钻尖108在水平面上的投影大体为“人”字形或“入”字形。

下面参考附图描述根据本发明实施例的钻杆20。如图1-图5所示，根据本发明实施例的钻杆20包括内管102、外管101、底盖103和多个钻尖108。

外管101套设在内管102外，底盖103可脱离地配合在内管102的下端。其中，上下方向如图1和图2中的箭头C所示。

多个钻尖108沿外管101的周向在收拢位置与张开位置之间可枢转地安装在外管101上。其中，在所述收拢位置，在外管101的周向上相邻两个钻尖108中的前一个搭接在后一个上以形成旋切刃。也就是说，相邻两个钻尖108在水平面上的投影大体为“人”字形或“入”字形。

下面参考图6a-图6g以及图7a和图7b描述利用根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10实施的扩底螺纹桩的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

将底盖103配合在内管102的下端(如图6a和图7a所示)，然后使多个钻尖108处于所述收拢位置，对桩机10进行对位； 

驱动外管101旋转进行钻孔，以得到预定深度的桩孔，如图6b和图7b所示；

向内管102浇注混凝土，如图6d所示；

通过旋转驱动件1071驱动外管101旋转，同时通过轴向驱动件1072驱动内管102相对于外管101向下移动，以便底盖103将钻尖108顶到所述张开位置，如图6e所示；

向上移动外管101和内管102且通过旋转驱动件1071驱动外管101旋转，以便多个钻尖108在所述桩孔的壁上拉出多条螺纹，且底盖103从内管102脱离，内管102内的混凝土流出并填充到所述桩孔以便形成扩底螺纹桩，如图6f和图6g所示。

根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10和钻杆20通过设置外管101和位于外管101内的内管102，从而可以利用外管101护壁，并利用内管102浇注混凝土(还可以利用内管102下钢筋笼)。由此不仅无需排出土，也无需使用泥浆护壁，从而不会污染环境，而且可以充分保证施工质量。通过利用外管101护壁，从而解决了淤泥质土、回填土等复杂土层护壁难、成孔难的问题。

而且，通过将相邻两个钻尖108搭接在一起且形成旋切刃，从而可以利用该旋切刃旋 切土，从而可以提高桩机10的扭矩，以便更加容易地、快速地钻进，可以容易地在密实的土层(硬层)内钻孔。

由于每个钻尖108的外沿位于外管101的外侧，因此桩机10钻出的桩孔的直径大于外管101的直径，从而预留了土的回弹的空间，使得钻进时外管101与土接触较小或不接触，由此可以使外管101受到的阻力较小，使得钻进容易。

在向上拔外管101和内管102时，位于所述张开位置的钻尖108对土体进行二次挤压，解决了缩颈断桩的问题。同时，位于所述张开位置的钻尖108可以扩底且在桩孔的壁上形成螺纹，由此可以使桩具有外螺纹，从而可以大幅度提高桩的承载力。

此外，通过在内管102的下端口处设置底盖103，从而可以使孔底无沉渣，解决了清渣问题。

因此，根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10和钻杆20同时具有钻孔、护壁、扩孔功能，利用桩机10可以完成钻孔、扩孔、下钢筋笼、浇筑混凝土，边旋转的同时边拔出桩机10，拉出螺纹完成扩底螺纹桩。因桩机10的扭矩、向下的压力、起拔力大，所以钻进较易，解决钻进难的问题且无需泥浆护壁，排土较少或不排土，速度快且环保。最主要的钻孔后先下钢筋笼，在浇注混凝土后才拔管，外管101相当于密封的全套管护壁成孔，解决了对于复杂的、不稳定的土层成孔难的问题。

此外，在底盖103将钻尖108顶到所述张开位置后，向上拉动外管101和内管102。在向上拉动外管101和内管102的过程中，外管101并不旋转，以便对所述桩孔进行部分扩底。由此得到的扩底桩上并没有螺纹。

有利地，在向内管102浇注混凝土之前，将钢筋笼下放到内管102中。

如图1-图5所示，根据本发明的一些实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10包括外管101、内管102、旋转驱动件1071、轴向驱动件1072、底盖103和多个钻尖108。

外管101的下部的外周面上形成有螺纹1011，螺纹1011具有预定长度，钻尖108位于螺纹1011的下方。螺纹1011具有导向作用，可以使桩机10更加容易钻进。

具体而言，通过旋转驱动件1071驱动外管101旋转进行钻孔，以得到预定深度的桩孔。

多个钻尖108在所述收拢位置与所述张开位置之间可枢转地设在外管101的下部，且多个钻尖108沿外管101的周向设置。

下面举例说明沿同一圆周方向相邻两个钻尖108中的前一个和后一个。当该同一圆周方向为顺时针时，且钻尖108为六个时，这六个钻尖108分别位于零点位置、两点位置、四点位置、六点位置、八点位置和十点位置。其中，位于零点位置和两点位置的两个钻尖108为相邻的两个钻尖108，且位于两点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的前一个，位于零点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的后一个。

位于两点位置和四点位置的两个钻尖108为相邻的两个钻尖108，且位于四点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的前一个，位于两点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的后一个。依此类推，位于十点位置和零点位置的两个钻尖108为相邻的两个钻尖108，且位于零点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的前一个，位于十点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的后一个。

当该同一圆周方向为逆时针时，且钻尖108为六个时，这六个钻尖108分别位于零点位置、两点位置、四点位置、六点位置、八点位置和十点位置。其中，位于零点位置和两点位置的两个钻尖108为相邻的两个钻尖108，且位于两点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的后一个，位于零点位置的钻尖108为相邻两个钻尖108中的前一个。依此类推，对位于其余位置的钻尖108不再详细地描述。

每个钻尖108位于螺纹1011的下方，每个钻尖108的宽度由上向下减小。在本发明的一个具体示例中，在所述收拢位置，多个钻尖108的下端汇集于一点。由此可以使桩机10更加容易钻进。

如图3所示，在所述收拢位置，钻尖108的最外点到外管101的中心轴线的距离大于外管101的半径。换言之，钻尖108的外沿位于外管101的外沿的外侧。

有利地，多个钻尖108在外管101的径向上两两相对。

如图4所示，在所述张开位置，每个钻尖108的下端位于钻尖108的最外侧。由此在向上拔外管101和内管102时，位于所述张开位置的钻尖108可以更好地对土体进行二次挤压，进一步解决了缩颈断桩的问题。

在本发明的一些实施例中，外管101的下端面上沿周向间隔地设有多个支座，每个钻尖108的上部通过销轴可枢转地连接在相邻支座之间。

有利地，桩机10进一步包括连接在外管101的外壁与每个该支座之间的加强筋。有利地，该加强筋与该支座一体形成。由此可以提高外管101的结构强度。

如图3-图5所示，在本发明的另一个实施例中，外管101的下端1012的壁厚由上向下逐渐增大，外管101的下端1012的内周面为竖直面，外管101的下端1012的外周面上设有多个安装槽。其中，多个钻尖108通过销轴105一一对应地设在多个安装槽内。由此可以使钻杆20和桩机10的结构更加合理。

有利地，安装槽的上端和下端均敞开，安装槽的宽度由上向下逐渐增大。由此可以使钻杆20和桩机10的结构更加合理。

内管102设在外管101内，即外管101套装在内管102上。有利地，内管102的第一部分1021向上伸出外管101。

如图1和图2所示，在本发明的一些示例中，桩机10进一步包括设在内管102的上端 的灌注斗106。由此可以通过灌注斗106向内管102内注入混凝土，从而可以更加方便地、容易地向内管102内注入混凝土。

如图3-图5所示，在本发明的一些示例中，钻尖108包括钻尖本体1081和设在钻尖本体1081的内表面1084的上部的安装块1082，安装块1082可枢转地安装在外管101上。由此可以使钻尖108的结构更加合理。

有利地，如图4和图6所示，钻尖本体1081的外表面1083为平面，钻尖本体1081的内表面1084为向内凸出的弧形面。由于当底盖103从内管102脱离后，内管102可以抵靠在钻尖本体1081的内表面1084上，从而可以将钻尖108保持在所述张开位置。

在利用根据本发明实施例的用于扩底螺纹桩施工的桩机10实施的扩底螺纹桩的施工方法中，可以通过振动锤1091驱动外管101进行钻孔，以得到预定深度的桩孔。此外，还可以通过旋转驱动件1071驱动外管101旋转进行钻孔，以得到预定深度的桩孔。

其中，通过振动锤1091驱动外管101进行钻孔的施工方法如图6a-图6g所示。通过旋转驱动件1071驱动外管101旋转进行钻孔的施工方法如图7a和图7b所示。通过振动锤1091钻孔的施工方法与通过旋转驱动件1071钻孔的施工方法只是在钻孔这一步不同，其余步骤可以相同，因此没有在附图在示出通过旋转驱动件1071钻孔的施工方法的其余步骤(可以参考图6a以及图6c-图6g)。

图1示出了用于实施通过振动锤1091钻孔的施工方法的桩机10。如图1所示，桩机10包括外管101、内管102、旋转驱动件1071、起升油缸1092、轴向驱动件1072、振动锤1091、底盖103和多个钻尖108。

旋转驱动件1071包括用于抱紧和松开外管101的抱紧装置10711和旋转动力头10712。抱紧装置10711套设在外管101上。旋转动力头10712套设在外管101上，旋转动力头10712与抱紧装置10711相连以便通过抱紧装置10711驱动外管101旋转。

具体而言，当利用振动锤1091钻孔时，抱紧装置10711松开外管101，此时外管101可以相对抱紧装置10711和旋转动力头10712向下移动。当需要驱动外管101旋转时(例如向内管102浇注混凝土后)，抱紧装置10711抱紧外管101，旋转动力头10712通过抱紧装置10711驱动外管101旋转。

如图1所示，在本发明的一个具体示例中，起升油缸1092与旋转动力头10712相连，起升油缸1092用于提升外管101和内管102。

内管102的第一部分1021向上伸出外管101。轴向驱动件1072包括上回转支承10721、下回转支承10722和挤扩油缸10723。上回转支承10721套装在内管102上，下回转支承10722套装在外管101上。挤扩油缸10723的缸体与下回转支承10722相连，挤扩油缸10723的活塞与上回转支承10721相连。

具体地，上回转支承10721套装在内管102的第一部分1021上。

在本发明的一个示例中，挤扩油缸10723为多个，多个挤扩油缸10723绕内管102和外管101的周向设置。 

如图1所示，在本发明的另一个示例中，挤扩油缸10723的活塞为中空管，内管102穿过该活塞。也就是说，内管102穿过挤扩油缸10723的缸体。

振动锤1091与外管101相连，以便驱动外管101向下移动，从而进行钻孔。

如图1所示，有利地，外管101的外周面上设有凸台1014，振动锤1091设在凸台1014上。由此可以使桩机10的结构更加合理。

图2示出了用于实施通过旋转驱动件1071钻孔的施工方法的桩机10。如图2所示，桩机10包括外管101、内管102、旋转驱动件1071、起升油缸(图中未示出)、轴向驱动件1072、底盖103和多个钻尖108。外管101的下部的外周面上形成有螺纹1011。

具体地，旋转驱动件1071可以是旋转动力头，旋转驱动件1071与外管101相连以便驱动外管101旋转。该起升油缸与旋转驱动件1071相连，该起升油缸用于提升外管101和内管102。

轴向驱动件1072可以包括回转支承10724和油缸10725。回转支承10724套装在内管102上，油缸10725的上端与回转支承10724相连，且油缸10725的下端与旋转驱动件1071相连。

有利地，回转支承10724套装在内管102的第一部分1021上，且回转支承10724位于旋转驱动件1071的上方。

底盖103的一部分1031配合在内管102的下端口内，底盖103的其余部分1032向下伸出内管102。有利地，如图4和图6所示，底盖103的其余部分1032为半球状。 

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。