本發(fā)明涉及建筑施工領(lǐng)域，具體涉及一種鋼套管及其施工方法。

背景技術(shù)：

伴隨著中國交通工程建設(shè)蓬勃發(fā)展階段的到來，橋梁建設(shè)迎來新的高潮，為適應(yīng)不同場地條件，各類橋梁基礎(chǔ)施工方法應(yīng)運(yùn)而生，樁基礎(chǔ)作為最古老的基礎(chǔ)類型之一，由于設(shè)計施工工藝及施工設(shè)備條件的提升，使其施工技術(shù)蓬勃發(fā)展，20世紀(jì)40年代初，伴隨著大功率鉆孔設(shè)備的研制成功，鉆孔灌注樁在美國問世，在高、重結(jié)構(gòu)，特別是橋梁工程中，鉆孔灌注樁已成為最常見的樁型之一，然而，由于現(xiàn)場灌注鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量不易控制，施工過程中容易發(fā)生塌孔，20世紀(jì)50年代初期，法國公司首創(chuàng)全套管護(hù)壁鉆孔灌注樁工法，即成孔過程中一面下沉鋼質(zhì)套管，一面在鋼管中抓挖粘土或沙石，成孔后灌注混凝土，實踐證明，較一般鉆孔灌注樁而言，該工法施工速度快，成樁質(zhì)量好，對周邊環(huán)境影響小，但是伴隨著鉆孔深度的增加，由起重機(jī)懸吊沖抓斗跟進(jìn)取土的效率及安全性較低，制約了該施工方法的進(jìn)一步發(fā)展，有必要針對取土方法進(jìn)行改進(jìn)以提高施工效率，現(xiàn)有的螺旋傳送裝置利用送料螺旋的旋轉(zhuǎn)所提供慣性離心力來推動物料定向移動，但該現(xiàn)有裝置的施工效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可主動運(yùn)渣土的全套管工法用鋼套管及其施工方法。

技術(shù)方案：一種可主動運(yùn)渣土的全套管工法用鋼套管，包括若干鋼套管和螺旋鉆桿以及用于掘土的鉆頭，若干所述螺旋鉆桿由下至上順序軸向連接，并沿其軸向貫穿在由下至上順序軸向連接的鋼套管內(nèi)部，最上端的所述鋼套管設(shè)有排渣口，所述鉆頭安裝于最下端的螺旋鉆桿，所述鉆頭的底部設(shè)有高壓水槍的連接口，所述螺旋鉆桿的葉片與鋼套管內(nèi)壁固定連接，鋼套管帶動螺旋鉆桿轉(zhuǎn)動過程中，螺旋向上的葉片將鉆頭掘起的渣土輸送至排渣口。

優(yōu)選的，若干所述螺旋鉆桿之間和螺旋鉆桿與鉆頭之間均通過接頭連接。

優(yōu)選的，所述接頭包括設(shè)置在對接的兩螺旋鉆桿接觸面和螺旋鉆桿與鉆頭接觸面上相適配的環(huán)形凸起與環(huán)形孔。

優(yōu)選的，所述螺旋鉆桿兩端面的環(huán)形凸起及環(huán)形孔豎直方向插入。

優(yōu)選的，所述鉆頭頂面邊緣和螺旋鉆桿底面內(nèi)側(cè)的環(huán)形凸起和環(huán)形孔豎直方向插入。

優(yōu)選的，若干所述鋼套管間焊接并螺栓固定。

優(yōu)選的，所述若干由下至上順序軸向連接的鋼套管包括掘進(jìn)用鋼套管、標(biāo)準(zhǔn)層鋼套管及排渣用鋼套管。

優(yōu)選的，所述螺旋鉆桿的葉片與鋼套管內(nèi)壁通過焊接連接。

一種可主動運(yùn)渣土的全套管工法用鋼套管的施工方法，包括以下步驟：

1)測量放線；

2)旋壓鉆機(jī)就位；

3)固定鉆頭并套裝下層用于掘進(jìn)的鋼套管；

4)鉆頭底部的高壓水槍連接口噴射高壓水，旋壓鉆機(jī)帶動鋼套管轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動螺旋鉆桿轉(zhuǎn)動掘進(jìn)并排渣，旋壓鉆機(jī)軸功率估算公式如下：

P表示使用本發(fā)明所述可主動運(yùn)渣土的全套管工法用鋼套管時旋壓鉆機(jī)軸功率，P₀表示使用原有普通鋼套管施工時旋壓鉆機(jī)軸功率，Q表示垂直螺旋傳送能力，H表示樁長，η表示垂直螺旋傳送效率，與物料運(yùn)動的絕對速度與水平線間夾角γ₀有關(guān)，b₀表示最上層鋼套管長度。

5)邊泵送經(jīng)緩凝處理后砼邊上拔鋼套管；

6)在砼初凝時間之內(nèi)安放鋼筋籠。

有益效果：本發(fā)明根據(jù)垂直螺旋傳送原理，對現(xiàn)有的貝諾托工法用鋼套管結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，提出將螺旋鉆桿固定于鋼套管內(nèi)壁技術(shù)方案，相應(yīng)提出適用于本發(fā)明所述鋼套管的施工流程，鋼套管帶動其內(nèi)部固定連接的螺旋鉆桿轉(zhuǎn)動，施工過程中可以邊掘進(jìn)邊取土，有效提高了施工效率，節(jié)約施工時間與成本，克服了復(fù)雜環(huán)境條件下樁基施工的種種困難，同時，加裝于鉆頭部分的高壓水槍在掘進(jìn)過程中起到“潤滑”土體的作用，提高了掘進(jìn)能力，針對高鐵橋墩等樁基較深施工情況，鋼護(hù)筒起到了防止孔壁坍塌的作用，減少了地表土體沉降，本發(fā)明在高、重結(jié)構(gòu)復(fù)雜樁基施工中可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

附圖說明

圖1為下層用于掘進(jìn)的鋼套管主視圖；

圖2為下層用于掘進(jìn)的鋼管樁俯視圖；

圖3為中間層鋼套管主視圖；

圖4為中間層鋼套管俯視圖；

圖5為上層用于排渣的鋼套管主視圖；

圖6為上層用于排渣的鋼套管俯視圖；

圖7為鉆頭與螺旋鉆桿連接接頭局部放大圖；

圖8為鉆頭與螺旋鉆桿連接接頭A-A剖面圖；

圖9為螺旋鉆桿上部連接接頭示意圖；

圖10為螺旋鉆桿上部連接接頭B-B剖面圖；

圖11為螺旋鉆桿下部連接接頭示意圖；

圖12為螺旋鉆桿下部連接接頭C-C剖面圖；

圖13為本發(fā)明施工方法流程圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。

如圖1至圖6所示，本發(fā)明的一種可主動運(yùn)渣土的全套管工法用鋼套管，包括若干鋼套管1和螺旋鉆桿2以及用于掘土的鉆頭3，若干螺旋鉆桿2由下至上順序軸向連接，并沿其軸向貫穿在由下至上順序軸向連接的鋼套管1內(nèi)部，其中，由下至上順序軸向連接的鋼套管1包括掘進(jìn)用鋼套管、標(biāo)準(zhǔn)層鋼套管及排渣用鋼套管，最上端的鋼套管1設(shè)有排渣口4，鉆頭3安裝于最下端的螺旋鉆桿2，鉆頭3的底部設(shè)有高壓水槍的連接口5，連接口5同高壓水槍噴頭相接，邊掘進(jìn)邊高壓沖水，螺旋鉆桿2的葉片與鋼套管1內(nèi)壁固定連接，為保證強(qiáng)度需求葉片的厚度為8～10mm，螺旋鉆桿2的葉片焊接于鋼套管1內(nèi)壁，焊縫等級一級，螺旋鉆桿2內(nèi)部空心且直徑不小于600mm，若干鋼套管1同步轉(zhuǎn)動時，為鋼套管1可以承受強(qiáng)大的扭矩，鋼套管1間焊接并螺栓固定，鋼套管1帶動螺旋鉆桿2轉(zhuǎn)動過程中，螺旋向上的葉片將鉆頭3掘起的渣土輸送至排渣口4，若干螺旋鉆桿2之間和螺旋鉆桿2與鉆頭3之間均通過接頭6固定連接，接頭6包括設(shè)置在對接的兩螺旋鉆桿2接觸面和螺旋鉆桿2與鉆頭3接觸面上相適配的環(huán)形凸起7與環(huán)形孔8，如圖7和圖8所示，環(huán)形凸起7和環(huán)形孔8分別豎直設(shè)于鉆頭3的頂面邊緣和螺旋鉆桿2的底面內(nèi)側(cè)，環(huán)形凸起7和環(huán)形孔8均豎直方向插接在一起，如圖9至圖12所示，環(huán)形凸起7及環(huán)形孔8分別豎直設(shè)于螺旋鉆桿2兩端面，當(dāng)螺旋鉆桿2上拔一定高度后，螺旋鉆桿2與鉆頭3相互脫離，以便于成孔后進(jìn)行的混凝土灌注，上層用于排渣的鋼套管加裝排料口4并與外部傳送機(jī)械相連便于排除廢渣，螺旋鉆桿2間通過接頭6連接保證扭矩傳遞，軸向力由各層鋼套管1之間的焊縫和螺栓傳遞。

其中，根據(jù)垂直螺旋傳送原理，實現(xiàn)掘進(jìn)與運(yùn)渣的同步進(jìn)行，特別的，螺旋鉆桿2的葉片由厚度為8～10mm薄鋼板沖壓而成，焊接于螺旋軸上，中間層鋼套管長度為4m以配合螺旋鉆桿2工作，鋼套管1以及螺旋鉆桿2掘進(jìn)及運(yùn)渣土功能所需功率由旋壓鉆機(jī)提供，垂直螺旋直徑及螺旋軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工情況確定，垂直螺旋直徑設(shè)計值D采用如下公式計算：

式(1)、(2)中，Q表示傳送能力，單位t/h，K表示物料特性參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗建議對卵石、砂巖及粘土等常見土渣取0.07，Ψ表示填充系數(shù)，建議取值0.2～0.3，ρ表示被傳送土渣堆積密度，C表示傾角系數(shù)，取值1.0，鋼套管樁徑一般由樁基承載力控制，由式(2)可初步推算鋼套樁樁徑傳送能力；

本發(fā)明鋼套管內(nèi)焊接的螺旋鉆桿2由旋壓鉆機(jī)提供扭矩及豎向壓力，為實現(xiàn)垂直傳送功能，需根據(jù)垂直傳送理論確定旋壓鉆機(jī)工作轉(zhuǎn)速指導(dǎo)施工，旋壓鉆機(jī)工作轉(zhuǎn)速可由如下公式計算：

式(3)、(4)中，n表示螺旋軸工作轉(zhuǎn)速，γ₀表示物料運(yùn)動的絕對速度與水平線間的夾角，α表示螺旋葉片的螺旋角，建議α取15°，β表示物料與螺旋表面間摩擦角，g表示重力加速度，f₁表示物料與外殼之間的摩擦系數(shù)，R₁表示物料距軸中心的平均半徑由式(4)計算，Ψ表示填充系數(shù)，R表示鋼套樁內(nèi)徑；

為方便初期工程施工規(guī)劃時合理分配場地用電，結(jié)合旋壓鉆機(jī)軸功率估算公式與旋壓鉆機(jī)所提供功率需滿足旋壓鉆進(jìn)及垂直運(yùn)渣兩個方面，其軸功率計算公式如下：

式(5)中，P表示旋壓鉆機(jī)軸功率，P₀表示使用原有普通鋼套管施工時旋壓鉆機(jī)軸功率，Q表示垂直螺旋傳送能力由式(2)計算得到，H表示鋼套樁樁長，η表示垂直螺旋傳送效率，與物料運(yùn)動的絕對速度與水平線間夾角γ₀有關(guān)，可由實驗所測二者關(guān)系曲線確定，b₀表示上層用于排渣的鋼套管長度；

如圖13所示，本發(fā)明鋼套管的施工步驟包括測量放線，旋壓機(jī)就位，安設(shè)鉆頭3并套立第一節(jié)下層用于掘進(jìn)的鋼套管1，隨著挖掘推進(jìn)依次在后連接中間層鋼套管1和螺旋鉆桿2，掘進(jìn)過程中螺旋鉆桿2導(dǎo)引廢渣土通過上層用于排渣的鋼套管排出，為便于掘進(jìn)及運(yùn)土，在鉆頭3設(shè)有高壓水槍的連接口5，連接口5同高壓水槍噴頭相接，鉆頭3邊掘進(jìn)邊高壓沖水，在上拔鋼套管1的同時灌注混凝土，待鋼套管1拔至指定標(biāo)高后用吊機(jī)下放鋼筋籠，為使得下放鋼筋籠時混凝土具有足夠的流動性，對混凝土進(jìn)行緩凝處理。