本發(fā)明創(chuàng)造涉及樁基礎(chǔ)施工領(lǐng)域，特別涉及一種集軟巖層螺旋擠土成孔、硬巖層沖擊回轉(zhuǎn)成孔，泵壓灌混凝土成樁于一身的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置及成樁方法。

背景技術(shù)：

在建設(shè)樁基礎(chǔ)中，嵌巖樁(巖石承載力大于500Kpa)占據(jù)較大的份額，現(xiàn)有的樁基礎(chǔ)施工設(shè)備中，多以氣動潛孔錘為主，人工挖孔也有一定的市場占有率。對于樁徑不大于800mm的嵌巖樁多采用氣動潛孔錘成孔，再利用專用設(shè)備灌注混凝土成樁。在施工成孔過程中，利用氣動潛孔錘的沖擊功將硬巖體積破碎成巖屑狀，再通過空壓機的高壓大流量風(fēng)能將破碎的巖屑送到樁孔外地表，完成排渣功能。成孔過程需要大流量的風(fēng)能，空壓機耗能高，同時排放會產(chǎn)生大量的污染，影響環(huán)境；成孔是靠沖擊功來完成，會產(chǎn)生振動，特別是頂層為松軟地層及含礫石層的嵌巖樁孔，容易出現(xiàn)縮徑、坍塌等現(xiàn)象，導(dǎo)致無法施工；在地下水豐富的地層，巖屑沉積在水中，導(dǎo)致排渣困難，無法成孔。在施工灌注過程中，多采用同樁徑的長螺旋鉆機來完成。利用長螺旋鉆機泵壓灌注混凝土的裝置，將混凝土送到樁孔內(nèi)，后置鋼筋籠成孔樁。對于地下水較豐富的樁孔灌注，多采用專用導(dǎo)管設(shè)施，將混凝土注到樁孔底，同時將樁孔內(nèi)水排到地表面。無論采用哪種灌注方法，都會產(chǎn)生費用，增加了施工成本。對于樁徑大于800mm的嵌巖樁，因大直徑的氣動潛孔設(shè)備購置費用高，施工所需風(fēng)量大，導(dǎo)致施工費用大，成樁成本高，多采用人工挖孔成樁工藝。人工挖孔樁成孔過程，勞動強度高，安全性差，特別是硬巖頂層的巖土穩(wěn)定性差、地下水豐富的地區(qū)無法施工，灌注采用導(dǎo)管設(shè)備?，F(xiàn)建設(shè)有關(guān)制度已限制使用人工挖孔作業(yè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對巖石承載力大于500Kpa的嵌巖樁的施工，普通長螺旋鉆機無法獨立完成，氣動潛孔錘和人工挖孔施工又存在較多不足的問題，本發(fā)明創(chuàng)造提供一種保證施工質(zhì)量，提高施工效率，滿足節(jié)能環(huán)保要求的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置。

本發(fā)明創(chuàng)造的另一目的是提供一種螺旋擠土潛孔嵌巖成樁方法。

本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是：螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，由回轉(zhuǎn)器、標準擠土鉆具、沖擊器和鉆頭組成。

所述的標準擠土鉆具：包括標準法蘭、高壓油管、擠土鉆具葉片、內(nèi)管Ⅰ和外管；擠土鉆具葉片等螺距地組焊在外管上，內(nèi)管Ⅰ安裝在外管內(nèi)并與外管同軸。

所述的沖擊器：包括下體、銷、沖擊裝置，護筒、上聯(lián)板、內(nèi)管Ⅱ、擠土護筒葉片；通過銷將下體和護筒固定，護筒內(nèi)安裝沖擊裝置，內(nèi)管Ⅱ貫穿沖擊裝置，沖擊裝置一端通過下堵板與下體連接，另一端與護筒上的內(nèi)隔板連接；擠土護筒葉片等螺距地組焊在護筒上，下體內(nèi)設(shè)導(dǎo)向花鍵。高壓油管與沖擊裝置連接。

所述的鉆頭：包括鉆尖、回轉(zhuǎn)銷、管體、上體、擠土鉆頭鉆片、耳板和鉆頭門板；螺栓將上體與管體固定聯(lián)接，上體的上端設(shè)有導(dǎo)向外花鍵，與下體組成導(dǎo)向花鍵副，鉆頭沿導(dǎo)向花鍵副作豎向移動；管體外表面安裝擠土鉆頭葉片，管體下端設(shè)有耳板，鉆尖通過回轉(zhuǎn)銷安裝在耳板上，鉆尖上設(shè)有合金齒Ⅰ和鉆頭門板，擠土鉆頭葉片的底端處設(shè)有合金齒Ⅱ。

所述的回轉(zhuǎn)器安裝在標準擠土鉆具的上端。

所述的標準擠土鉆具和沖擊器通過標準法蘭和上聯(lián)板連接在一起。

所述的沖擊器與鉆頭通過下體和上體間導(dǎo)向花鍵定位，通過螺栓和法蘭將下體、護筒和上體聯(lián)接成一體，沖擊裝置與上體活動連接；內(nèi)管Ⅱ貫穿沖擊器和鉆頭。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，所述的沖擊裝置包括缸筒、活塞、滑閥、彈簧、活塞前腔油管、活塞后腔油管和活塞中腔油管；缸筒、活塞、下堵板通過螺栓及密封件組成密封體，彈簧一端作用在活塞的上端，另一端通過螺栓固定在護筒的內(nèi)隔板上，同時螺栓將護筒與缸筒固定在一起，滑閥分別與安裝在標準擠土鉆具內(nèi)并穿過標準法蘭和上聯(lián)板的高壓油管、活塞前腔油管、活塞中腔油管和活塞后腔油管密封聯(lián)通。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，所述的標準擠土鉆具上設(shè)有筋板，筋板與外管和標準法蘭連接。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，下體通過螺栓與下堵板剛性聯(lián)接。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，所述的管體上設(shè)有柱體定位。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，上體與法蘭間滑動配合，上體與內(nèi)管Ⅱ間滑動配合。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，設(shè)有定位鍵，標準擠土鉆具與沖擊器間通過定位鍵定位，螺栓將標準法蘭、上聯(lián)板和定位鍵聯(lián)接成一體。

上述的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，所述的擠土鉆頭葉片、擠土護筒葉片和擠土鉆具葉片的截面都是梯形；其中擠土鉆具葉片的徑向設(shè)有缺口和擠土斜塊。

一種螺旋擠土潛孔嵌巖成樁方法，方法如下：

1)將螺旋擠土潛孔嵌巖裝置與螺旋樁機動力頭、液壓控制系統(tǒng)和沖擊器用蓄能器連接，空載調(diào)試完好后，對準嵌巖樁位；

2)螺旋擠土潛孔嵌巖裝置在螺旋樁機動力頭的帶動下，作順時針旋轉(zhuǎn)擠土鉆進成孔，直至硬巖層；工作時，鉆頭進行擠土旋切，一部分土體被擠壓到樁孔壁，剩余部分土體隨著擠土鉆頭葉片、擠土護筒葉片和擠土鉆具葉片的上螺旋面向地表傳輸；

3)硬巖層采用沖擊回轉(zhuǎn)的破巖成孔方式，螺旋擠土潛孔嵌巖裝置隨著順時針的旋轉(zhuǎn)作沖擊回轉(zhuǎn)破巖鉆進，直至設(shè)計嵌巖深度，停止沖擊器，裝置在原地順時針旋轉(zhuǎn)2-3分鐘；工作時，利用旋轉(zhuǎn)著的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置及動力頭的重量將沖擊器內(nèi)彈簧壓縮，啟動液壓控制系統(tǒng)，啟動沖擊器，滑閥接通活塞前腔油管，壓力油給活塞前腔供油，活塞上移，壓縮彈簧，當(dāng)活塞上行到一定位置時，高壓油反饋至滑閥，使滑閥換向與活塞后腔油管接通，給活塞后腔通高壓油，后腔端面積大于前腔端面積，活塞下移作沖程運動，同時彈簧釋放勢能，加大沖擊能量，完成一次沖擊動作；工作時，活塞在高壓油和彈簧彈性勢能的作用下作連續(xù)沖擊運動，打擊鉆頭中上體，通過管體傳遞給各合金切削齒，實現(xiàn)破巖成孔，已破碎的巖屑通過螺旋擠土葉片傳送到地表面，實現(xiàn)碎屑即時傳送走，在傳遞過程中，有部分碎屑被擠壓到樁孔側(cè)壁，增強了孔壁的密實性；

4)混凝土的灌注采用泵壓式，順時針旋轉(zhuǎn)螺旋擠土潛孔嵌巖裝置并慢慢提升，同時泵壓灌混凝土，提升速度不超過2.6m/min，直至設(shè)計標高；

5)利用振動器將已制好的鋼筋籠壓入嵌巖樁樁孔內(nèi)設(shè)定標高，完成一次施工。

上述的一種螺旋擠土潛孔嵌巖成樁方法，所述的嵌巖樁為樁持力層巖石承載力大于500Kpa。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果是：

1、本發(fā)明創(chuàng)造，針對不同的巖土層，根據(jù)施工效率采用不同的成樁孔方法。對于嵌巖樁軟巖土層的樁孔施工采取螺旋擠土方式，對于嵌巖樁硬巖層的樁孔施工采取沖擊回轉(zhuǎn)方式，這樣有利于施工效率的提高和環(huán)保節(jié)能。一種裝置具有兩種不同的成孔方法，為降低施工成本提供了可靠的保障。

2、螺旋擠土潛孔嵌巖樁的施工是集軟巖層螺旋擠土成孔、硬巖層沖擊回轉(zhuǎn)成孔，泵壓灌混凝土成樁于一身的成樁方法。對于嵌巖樁，特別是樁持力層巖石承載力大于500Kpa的硬巖層的施工，顯現(xiàn)出很強的優(yōu)勢。樁埋深范圍內(nèi)，軟巖土層采用大轉(zhuǎn)矩動力頭帶動螺旋擠土潛孔嵌巖裝置進行擠土鉆進成孔，一是增大了成樁側(cè)向有效壓應(yīng)力，從而增加了樁的承載能力；二是擠土成孔，虛土排放量少，減少了殘土運輸成本，同時保護了環(huán)境。硬巖層采用沖擊回轉(zhuǎn)的破巖成孔方式，破巖效率高，破碎的巖屑能及時通過螺旋葉片由下而上傳送，在傳送的過程中會有部分巖屑擠壓到樁孔側(cè)壁，進一步加強孔側(cè)壁的密實性。沖擊回轉(zhuǎn)破碎巖石采用液壓沖擊器，充分利用螺旋樁機上的液壓控制系統(tǒng)，減少設(shè)備投入成本。混凝土的灌注采用泵壓式，在提起鉆具裝置的同時泵壓灌注混凝土，不受地下水的影響，施工簡單、省時、費用低，樁質(zhì)量可靠，效率高。實現(xiàn)了嵌巖樁成孔和灌注混凝土由一套設(shè)施完成，大大降低了施工成本。

3、螺旋擠土潛孔嵌巖樁是一節(jié)能減排的樁型，樁承載能力高，殘土排放少，無需泥漿護壁，沖擊振動噪音低，施工效率高，施工成本低。螺旋擠土潛孔嵌巖裝置為螺旋擠土潛孔嵌巖樁的施工提供了可靠的保障，充分利用大扭矩螺旋樁機進行升級改造，設(shè)備投入低?？梢娐菪龜D土潛孔嵌巖裝置及其成樁方法具有廣泛市場前景

附圖說明

圖1是本發(fā)明創(chuàng)造的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明創(chuàng)造的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明創(chuàng)造擠土鉆具葉片主視圖。

圖4是本發(fā)明創(chuàng)造擠土鉆具葉片附視圖。

圖5是本發(fā)明創(chuàng)造擠土護筒葉片主視圖。

圖6是本發(fā)明創(chuàng)造擠土鉆頭葉片主視圖。

圖7是本發(fā)明創(chuàng)造液壓沖擊器控制原理示意圖。

圖8是本發(fā)明創(chuàng)螺旋擠土濳孔嵌巖樁施工過程示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1—圖7所示，螺旋擠土潛孔嵌巖裝置，由回轉(zhuǎn)器(1)、標準擠土鉆具(2)、沖擊器(3)和鉆頭(4)組成。各組成部分之間是通過銷鍵傳扭，螺栓聯(lián)接成一剛性體。工作時，回轉(zhuǎn)器上接大轉(zhuǎn)矩螺旋動力頭裝置，同時完成沖擊器液壓油的轉(zhuǎn)換功能。

所述的標準擠土鉆具(2)：包括標準法蘭(201)、高壓油管(202)、擠土鉆具葉片(203)、內(nèi)管Ⅰ(204)、外管(205)和筋板(206)；擠土鉆具葉片(203)等螺距地組焊在外管(205)上，內(nèi)管Ⅰ(204)安裝在外管(205)內(nèi)并與外管(205)同軸。筋板(206)與外管(205)和標準法蘭(201)連接。

所述的沖擊器(3)：包括下體(301)、銷(302)、內(nèi)六角螺栓Ⅰ(303)、沖擊裝置，護筒(305)、內(nèi)六角螺栓Ⅱ(307)、上聯(lián)板(309)、內(nèi)管Ⅱ(310)、擠土護筒葉片(313)、下體(301)通過內(nèi)六角螺栓Ⅰ(303)與下堵板(314)剛性聯(lián)接。下體(301)通過銷(302)及凹凸配合與護筒(305)固定，下體(301)內(nèi)設(shè)導(dǎo)向花鍵。護筒(305)內(nèi)安裝沖擊裝置，內(nèi)管Ⅱ(310)貫穿沖擊裝置，沖擊裝置一端通過下堵板(314)與下體(301)連接，另一端與護筒(305)上的內(nèi)隔板(317)連接；擠土護筒葉片(313)等螺距地組焊在護筒(305)上。

所述的沖擊裝置包括缸筒(304)、活塞(306)、滑閥(308)、彈簧(311)、下堵板(314)、內(nèi)六角螺栓Ⅲ(315)、活塞前腔油管(312)、活塞中腔油管(318)和活塞后腔油管(316)；缸筒(304)、活塞(306)、下堵板(314)通過內(nèi)六角螺栓Ⅲ(315)及密封件組成沖擊器的密封體，彈簧(311)一端作用在活塞的上端，另一端通過內(nèi)六角螺栓Ⅱ(307)固定在護筒(305)的內(nèi)隔板(317)上，為活塞(306)提供一定向下的推力，同時內(nèi)六角螺栓Ⅱ(307)將護筒(305)與缸筒(304)固定在一起，滑閥(308)分別與安裝在標準擠土鉆具(2)內(nèi)并穿過標準法蘭(201)和上聯(lián)板(309)的高壓油管(202)、活塞前腔油管(312)、活塞中腔油管(318)和活塞后腔油管(316)密封聯(lián)通。

所述的鉆頭(4)：包括鉆尖(401)、回轉(zhuǎn)銷(402)、管體(403)、內(nèi)六角螺栓Ⅳ(404)、上體(405)、法蘭(406)、擠土鉆頭鉆片(407)、耳板(408)和鉆頭門板(410)。管體(403)上設(shè)有柱體定位(412)。由內(nèi)六角螺栓Ⅳ(404)將上體(405)與管體(403)固定聯(lián)接。上體(405)與法蘭(406)間滑動配合，采用防塵、密封聯(lián)接。上體(405)與內(nèi)管Ⅱ(310)間滑動配合，采用防塵、密封聯(lián)接。上體(405)的上端設(shè)有導(dǎo)向外花鍵，與下體(301)組成導(dǎo)向花鍵副，鉆頭(4)沿導(dǎo)向花鍵副作豎向移動；管體(403)外表面安裝擠土鉆頭葉片(407)，管體(403)下端設(shè)有四個耳板(408)供鉆尖(401)鉆孔時抗扭旋轉(zhuǎn)定位。其中兩塊耳板(408)孔內(nèi)設(shè)有回轉(zhuǎn)銷(402)可供鉆尖(401)旋轉(zhuǎn)。鉆尖(401)通過回轉(zhuǎn)銷(402)安裝在耳板(408)上，鉆尖(401)上設(shè)有合金齒Ⅰ和鉆頭門板(410)，擠土鉆頭葉片(407)的底端處設(shè)有合金齒Ⅱ。

所述的回轉(zhuǎn)器(1)安裝在標準擠土鉆具(2)的上端。

所述的標準擠土鉆具(2)和沖擊器(3)間通過定位鍵(6)定位，外六角螺栓Ⅰ(5)將標準法蘭(201)、上聯(lián)板(309)和定位鍵(6)聯(lián)接成一體。

所述的沖擊器(3)與鉆頭(4)通過下體(301)和上體(405)間導(dǎo)向花鍵定位，通過外六角螺栓Ⅱ(7)和法蘭(406)將下體(301)、護筒(305)和上體(405)聯(lián)接成一體，內(nèi)管Ⅱ(310)貫穿沖擊器(3)和鉆頭(4)。

所述的擠土鉆頭葉片(407)、擠土護筒葉片(313)和擠土鉆具葉片(203)的截面都是梯形；其中擠土鉆具葉片(203)的徑向設(shè)有缺口(207)。

實施例2

如圖8所示，一種螺旋擠土潛孔嵌巖成樁方法，方法如下：

1)場地平整，測量放樁點樣、校核。利用大扭矩(輸出轉(zhuǎn)矩在150KN·M以上)動力頭螺旋樁機，將混凝土輸送泵及螺旋擠土潛孔嵌巖裝置等相關(guān)設(shè)施聯(lián)接安裝成套。將螺旋擠土潛孔嵌巖裝置與螺旋樁機動力頭和液壓控制系統(tǒng)連接，沖擊裝置的高壓進、出油管與液壓控制系統(tǒng)的儲能器連接，空載調(diào)試完好后，對準嵌巖樁位；所述的嵌巖樁為樁持力層巖石承載力大于500Kpa。如圖8(a)。

2)螺旋擠土潛孔嵌巖裝置在螺旋樁機動力頭的帶動下，作順時針旋轉(zhuǎn)擠土鉆進成孔，直至硬巖層；工作時，鉆頭進行擠土旋切，一部分土體被擠壓到樁孔壁，剩余部分土體隨著擠土鉆頭葉片、擠土護筒葉片和擠土鉆具葉片的上螺旋面向地表傳輸。如圖8(b)。

3)硬巖層采用沖擊回轉(zhuǎn)的破巖成孔方式，螺旋擠土潛孔嵌巖裝置隨著順時針的旋轉(zhuǎn)作沖擊回轉(zhuǎn)破巖鉆進，直至設(shè)計嵌巖深度，停止沖擊器，裝置在原地順時針旋轉(zhuǎn)2-3分鐘；工作時，利用旋轉(zhuǎn)著的螺旋擠土潛孔嵌巖裝置及動力頭的重量將沖擊器內(nèi)彈簧壓縮，啟動液壓控制系統(tǒng)，啟動沖擊器，滑閥接通活塞前腔油管，壓力油給活塞前腔供油，活塞上移，壓縮彈簧，當(dāng)活塞上行到一定位置時，高壓油反饋至滑閥，使滑閥換向與活塞后腔油管接通，活塞后腔通高壓油，后腔端面積大于前腔端面積，活塞下移作沖程運動，同時彈簧釋放勢能，加大沖擊能量，完成一次沖擊動作；工作時，活塞在高壓油和彈簧彈性勢能的作用下作連續(xù)沖擊運動，打擊鉆頭中上體，通過管體傳遞給各合金切削齒，實現(xiàn)破巖成孔，已破碎的巖屑通過螺旋擠土葉片傳送到地表面，實現(xiàn)碎屑即時傳送走，在傳遞過程中，有部分碎屑被擠壓到樁孔側(cè)壁，增強了孔壁的密實性；如圖8(c)。

4)混凝土的灌注采用泵壓式，順時針旋轉(zhuǎn)螺旋擠土潛孔嵌巖裝置并慢慢提升，同時泵壓灌混凝土，提升速度不超過2.6m/min，直至設(shè)計標高；如圖8(d)。

5)利用振動器將已制好的鋼筋籠壓入嵌巖樁樁孔內(nèi)設(shè)定標高，完成一次施工。如圖8(e)(f)。

本發(fā)明創(chuàng)造螺旋擠土潛孔嵌巖裝置的工作原理：

1、裝置工作時，鉆頭進行擠土旋切，一部分土體被擠壓到樁孔壁，剩余部分土體會隨著擠土鉆頭葉片的上螺旋面向地表傳輸，在傳輸過程中，由于各種葉片的截面均為梯形結(jié)構(gòu)，對土體都具有徑向擠壓功能。特別是標準擠土鉆具上的葉片設(shè)有缺口和擠土斜塊，擠土效果更為顯著。隨著虛土的上傳，成樁孔側(cè)逐漸擠密壓實，增大了成樁后樁側(cè)向有效擠壓應(yīng)力，從而提高了樁的側(cè)摩阻，同時也減少了成孔時的虛土排放量。

2、采用沖擊回轉(zhuǎn)破碎方式進行有效破巖成孔。液壓沖擊器控制原理如圖7所示，滑閥右位工作，壓力油給前腔供油，活塞上移回程，壓縮彈簧，當(dāng)活塞上行到一定位置時，高壓油反饋至滑閥，使滑閥左位接通，后腔通高壓油，由于后腔端面積大于前腔端面積，活塞下移作沖程運動，同時彈簧釋放勢能，加大沖擊能量，完成一次沖擊動作。裝置在工作時，通過鉆壓將沖擊器內(nèi)彈簧壓縮，啟動旋轉(zhuǎn)動力頭使裝置處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，啟動液壓油泵并給沖擊器供油，活塞在高壓油和彈性勢能的作用下開始作連續(xù)沖擊運動，打擊鉆頭中上體，通過管體傳遞給各合金切削齒，實現(xiàn)破巖成孔。已破碎的巖屑通過螺旋擠土葉片傳送到地表面，實現(xiàn)碎屑即時傳送走。在傳遞過程中，有部分碎屑被擠壓到樁孔側(cè)壁，增強了孔壁的密實性。