一种干取土钢筋砼螺杆桩成桩装置与成桩方法

摘要

一种干取土钢筋砼螺杆桩成桩装置，包括一穿过桩机底座的带外螺旋体钢模管，它上端配置一旋转动力头，它下部设有十字形连接头，钢模管顶端焊接一端设有槽口的钢箍，该槽口与十字形连接头配合，钢箍与旋转动力头底座之间设有可相互接成一体的夹钳，钢模管中部设有辅助旋转动力装置，其成桩方法是先钢模管就位，开动力头将钢模管旋入土层，进入硬土层工况，则开动辅助旋转装置，至设计高程，取净钢模管内的土体，置入钢筋笼、灌入砼至满管，然后反转动力头，检查钢模管中砼高度，以确保桩的外螺旋体尺寸，直旋转至钢模管部离开土层，即形成螺杆桩；本发明其优点是承载力值大、成桩质量佳、环保节能，尤其适用于深厚软土地层与平底形的螺杆桩。

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木建筑工程的桩基础，尤其是涉及一种在深厚饱和软粘土地层中 用于支承上部建筑的干取土钢筋砼螺杆桩成桩装置与成桩方法。

背景技术

如中国专利申请号200610019756.6的发明专利《螺杆桩、螺纹桩成桩设备及成 桩工法》，该成桩设备的结构主要由机体、油缸、液压电机、自动控制设备、输送管道 组成，一个动力头安装在所述机体的底座立架上，所述液压电机安装在所述机体底座上， 该液压电机通过伸缩油缸与所述动力头相连，钻杆上的卡具与所述动力头的活动卡具相 连，砼输送管道与内钻杆连结，所述自动控制设备分别与所述液压电机和所述油缸相连。 该发明专利适用于山坡地基的螺纹桩，旋转将活瓣锥形螺纹的钢模管旋转拧入土层，螺 纹钢模管内先灌入一定量的砼，反旋过程在管内加压，使管端锥形活瓣打开，使砼充填 满螺纹钢模管反向旋转上升留出的空间，即成螺纹砼桩，采用后插钢筋笼、满足桩体配 钢筋的要求。

该200610019756.6发明专利《螺杆桩、螺纹桩成桩设备及成桩工法》的优点是动 力输出省电省时，施工速度较快；成桩设备采用伸缩式钻杆，钻机钻孔深度大大提高；又 实现了砼的搅拌，桩的匀质性明显提高。

然而，上述《螺杆桩、螺纹桩成桩设备及成桩工法》的不足之处是：它只适用于山 坡地基与砾砂地层，而不能适用于深厚软土地层；其次是它的钢筋放置方式采取后插筋， 则钢筋位置与质量控制较困难；其三是它只适用于带锥形的螺纹桩，不能适用于平底形 的螺杆桩；该200610019756.6发明专利《螺杆桩、螺纹桩成桩设备及成桩工法》属挤 土桩，对周边环境与桩质量有均有不利影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的状况，提供一种适用于深厚软土地 层、具有较高的成桩质量同时又可消除泥浆排放、节水与节能的取土型钢筋砼螺杆桩 成桩装置与成桩方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种干取土钢筋砼螺杆桩成桩装 置，包括一穿过桩机底座的钢模管，该钢模管上端配置一旋转动力头；其特征在于：

a.该钢模管设置为底部开口、并从管底向上焊接有呈螺纹状的三角形钢条，形成一 带外螺旋体的钢模管，该外螺旋体的螺纹圈数必须大于3圈；用以确保所述钢筋砼螺杆 桩的成桩可靠性；

b.所述旋转动力头设置在所述钢模管的管顶上，该旋转动力头的下部设有十字形连 接头；

c.所述钢模管顶端焊接一钢箍，该钢箍顶端设有槽口，该槽口与所述旋转动力头的 十字形连接头相配合；这样，可以使旋转动力头带钢模管一起转动；

d.所述钢箍与所述旋转动力头的底座之间，配置有四个管顶夹钳，该管顶夹钳可以 将所述旋转动力头与所述钢模管之间联接成一整体。

为了增大所述钢模管旋转力矩的作用，所述钢模管的中部设有辅助旋转动力装 置，该辅助旋转动力装置包括带小齿轮的辅助旋转动力头，该辅助旋转动力头连接一带 液压抱管装置的齿轮箱，该齿轮箱的大齿轮与所述小齿轮相啮合；所述钢模管外壁设有 贴紧的摩擦瓦，该摩擦瓦连接一抱管千斤顶，该抱管千斤顶固定在所述大齿轮端面上。

为了提高辅助旋转动力装置的传动效率，所述旋转动力头、所述大齿轮与所述钢模 管同步旋转。

为了将齿轮箱安装定位于桩机底座上，作为优选，所述齿轮箱设置为方形，该方形 的四个边角各设有边孔，该边孔中设有立柱，该立柱固定在所述桩机底座上；该桩机底 座上还设有多个回程千斤顶，该回程千斤顶的顶端与所述齿轮箱底面相抵。

为了方便加工，作为优选，所述十字形连接头是用十字形钢条焊接而成。

作为优选，所述槽口设置四个，沿圆周均匀布置。

一种干取土钢筋砼螺杆桩的成桩方法，包括一穿过桩机底座的钢模管，该钢模管设 置为底部开口并从管底向上焊接有呈螺纹状的三角形钢条，形成一带外螺旋体的钢模 管；该外螺旋体钢模管上部配置一旋转动力头，该钢模管顶端焊接一钢箍，该钢箍顶端 设有槽口，所述旋转动力头下部设有十字形连接头，该十字形连接头与所述槽口相配合； 所述钢箍与所述旋转动力头的底座之间设有管顶夹钳；所述钢模管的中部设有辅助旋转 动力装置，其特征在于：所述成桩方法步骤是

第一步，所述钢模管在设计桩位就位，启动所述旋转动力头，并将该钢模管旋转拧 入土层；当进入硬土层工况，如果所述旋转动力头的动力不足时，开动所述辅助旋转动 力装置，以补充动力将所述钢模管拧入土层至设计高程；此时，在所述钢模管内进入了 满管的土体；

第二步，将所述旋转动力头从所述钢模管上口移除选择现有设备旋挖钻机或筒形专 用取土器或专用排土装置取净所述钢模管内的土体；

第三步，所述钢模管的上口置入钢筋笼、灌入砼至满管；

第四步，将所述旋转动力头的十字形连接头固定卡入所述钢模管上部的槽口内，再 将所述旋转动力头的管顶夹钳夹紧在所述钢模管的上口，所述旋转动力头反转；与此同 时，随时检查所述钢模管中砼高度，依靠该钢模管内砼的自重压力，才能形成所述螺杆 桩的外螺旋体轮廓尺寸，一直旋转至将所述钢模管全部离开土层，即形成所述钢筋砼螺 杆桩。

本发明与现有技术相比，其优点是带螺旋体的钢筋砼螺杆桩，可大大提高承载力值， 并用干取土方法施工灌注桩可节省大量洁净水，节省水资源即可节省大量能耗、是环保 节能的技术；其次是适用于深厚软土地层与平底形的螺杆桩，且钢筋与砼同时放置，工 程质量容易控制；其三是非挤土桩有利于保护施工环境与提高成桩质量。

附图说明

图1为本发明结构示意图：

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B视图；；

图4为本发明的成桩过程示意图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1至图4示出本发明的一个实施方式，它包括一穿过桩机底座6的钢模管1，该 钢模管上端配置一旋转动力头3。

该钢模管1设置为底部开口、并从管底向上焊接有呈螺纹状三角形钢条2，形成具 有外螺旋体的钢模管，为了保证所述钢筋砼螺杆桩的成桩可靠性，该外螺旋体的螺纹圈 数必须大于3圈；

该钢模管1的管顶设置有旋转动力头3，该旋转动力头3的下部连接有十字形连接 头9，该十字形连接头9可以用十字形钢条焊接而成，如图3所示；

钢模管1顶端焊接一钢箍11，该钢箍11顶端开设多个槽口12，所述旋转动力头的 十字形连接头9卡入该槽口12内，这样，可以带动带外螺旋体的钢模管1旋转；通过 四个管顶夹钳10，可以将旋转动力头3与钢模管1联接成一整体；以便于提升与移动钢 模管1，移除管顶夹钳10，旋转动力头3可以方便地脱离所述钢模管1的上口，以便于 从该钢模管的上口置入钢筋笼、灌入砼。

图2为辅助旋转动力装置示意图，该辅助旋转动力装置设于钢模管1的中部；该辅 助旋转动力装置包括一辅助动力头4，该辅助动力头4连接一带液压抱管装置的齿轮箱 5，该齿轮箱5的大齿轮51与所述旋转动力头4的小齿轮41相啮合；该大齿轮51固定 在桩机底座6的轴承上。液压抱管装置包含有四个摩擦瓦13与其相连接抱管千斤顶14； 该抱管千斤顶14固定在所述大齿轮51端面上。

液压抱管装置的摩擦瓦紧贴着钢模管1，当钢模管1进入硬土层并须要辅助动力头 4附加增大旋转力矩时，该辅助动力头4带动液压抱管装置齿轮箱的大齿轮旋转，同时 带动固定在大齿轮端面上的抱管千斤顶14旋转，该抱管千斤顶14又顶伸摩擦瓦13并 紧抱钢模管1一起旋转；该辅助动力头4与所述旋转动力头3达到同步旋转，可实现大 幅度增大钢模管1的旋转力矩。

固定在桩机底座6上的四根立柱7分别套入于方形齿轮箱5的四个边角孔中，用于 将齿轮箱安装定位于桩机底座上；在桩机底座6上还固定有多个回程千斤顶8；当松开 抱管千斤顶14，即将摩擦瓦13与钢模管1两者松开时，则固定在桩机底盘6上的回程 千斤顶8顶升齿轮箱5上升到最高位，抱管千斤顶14顶伸摩擦瓦13紧抱钢模管1，回 程千斤顶8可以回程至处于辅助动力头4带动钢模管1旋转的工况。

本发明主要是依靠旋转动力头3的旋转力矩将钢模管1旋转拧入土层，辅助动力头4 只是当该旋转力矩不足时，弥补以增大旋转力矩的作用，是偶然用于增补旋转力矩不足 时的工况。

本发明当钢模管1拧入土层至设计高程时，此时，钢模管1内进入满管的土体，可 用长螺旋排土装置从钢模管1的上口旋入钢模管1内的土体，并提出土体至钢模管1的 上口，弃土，直至钢模管1内的土体提净；也可用筒形专用取土器取净钢模管1内的土 体，或用专用排土装置排净钢模管1内的土体；然后，在钢模管1内置入钢筋笼、灌入 砼至满管，反向旋转带外螺旋体的钢模管1，该钢模管1沿着螺旋上升，直至出土层成 桩。

本发明成桩过程如下，参见图4所示：

第一步，在设计桩位将钢模管1就位，再将桩机底座安装到钢模管1的底部就位； 将旋转动力头3的十字形连接头9固定卡入钢模管1上部的槽口12内，再将旋转动力 头3的管顶夹钳10夹紧在钢模管1的上口；然后启旋转动力头3，用拧螺丝的方法将带 外螺旋体的钢模管1旋转拧入土层，当进入硬土层时，如旋转动力头3的动力不足，则 采用辅助动力头4补充，使旋转动力叠加，液压抱管装置紧抱钢模管1，旋转动力头3 与辅助动力头4协同旋转将钢模管1拧入土层至设计高程；此时，钢模管1内进入满管 的土体；

第二步，将管顶夹钳10放松，并从钢模管上口移除，选择现有设备旋挖钻机或专 用排土装置提净钢模管1内的土体取净；可根据现场条件、工期与桩长，选择其中相 对方便的取土方法取净土体；

第三步，从钢模管1的上口置入钢筋笼、灌入砼至满管；

第四步，将旋转动力头3的十字形连接头9固定卡入钢模管1上部的槽口12内， 再将旋转动力头3的管顶夹钳10夹紧在钢模管1的上口，反向旋转动力头3，随时检查 钢模管1砼高度，依靠管内砼的自重压力才能形成螺杆桩的螺纹尺寸，一直旋转至将钢 模管全部离开土层，即形成钢筋砼螺杆桩30。

本发明用干取土方法施工灌注桩可节省大量洁净水，节省水资源及其大量能耗，是 一种环保节能的施工方法。

本发明的干取土钢筋砼螺杆桩又是高承载性状的桩型，类似螺丝拧入土层，原先桩 的承载力值计算的侧摩阻力由现在桩周土的剪切应力所替代，由于土的剪切应力比桩 与土的摩阻力大多了，所以与常规的同直径、同桩长的钻孔灌注桩型相比，螺杆桩的 承载力值可提高50％以上，即可节省三分之一的桩体砼与钢筋，而工效可提高1～1.5 倍。