一种新型螺旋钢管桩及其施工工艺

摘要

本发明公开了一种新型螺旋钢管桩及其施工工艺，所述的新型螺旋钢管桩包括旋转动力头、带肋合金钻头、固定盘、上段钢管、中段钢管及下段钢管，每段钢管上均设置有用于固定连接钢管的螺栓孔，所述的旋转动力头一端与挖机悬臂连接，另一端通过螺栓与上段钢管首部连接，上段钢管尾部通过固定盘与中段钢管首部连接，中段钢管尾部通过固定盘与下段钢管首部连接，下段钢管尾部连接带肋合金钻头；本发明在一些面积特别大，深度较深的基坑中利用该螺旋钢管桩支撑，可以不设平行钢筋混凝土支撑，减少一道工序，大节约了工期财务成本。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程的技术领域，特别涉及一种新型螺旋钢桩及其施工工艺。

背景技术

国家房地产快速发展，出现许多大型小区，地下车库面积也越来越大，这样基坑面积从几千增加到几万平方米，也越来越深。与此同时小区之间距离越来越近，环境要求越来越严，不得越红线等问题导致以往很多在基坑工程施工中使用的锚杆，土钉墙以及其他的措施无法使用。这样带来的问题就是使得基坑工程不得不向内部寻求发展。出现了采用平行支撑、斜抛撑、自稳式基坑支护等各种形式。

平行支撑有钢支撑，预制式支撑以及混凝土支撑等各种形式。这些支撑形式总体上相比斜支撑等刚度大，基坑位移变形小，适合安全及环境保护等级要求高的区域。

斜抛撑结构布置相对灵活，可局部应用于基坑支护体系，相对于整体内支撑结构，方便土方开挖，减少造价，具有明显的经济效益。

自稳式基坑支护，由于其采用超前打设斜支撑，可以在土方开挖的时候不用分区进行土方开挖。这样就大大缩短了工期，提高了施工效率，并且为工程带来了良好的经济效益。尤其在大面积基坑深度不深的基坑中显示了其优越性。

目前常规方法对于基坑工程所采取的支护方式中主要存在以下几个问题：

1、平行支撑的缺点：平行支撑的造价大、工期长。特别在基坑安全及防护等级要求不是很高的二级区域，采用平行支撑在经济效益及安全性上无法最优。

2、斜抛撑的缺点：斜抛撑底板式牛腿底座的形式，使得斜抛撑在施工过程中产生很多问题。比如需要在底板进行分割。分期施工底板，使得基坑底部的底板封闭时间延长，不安全。同时需要留土施工，导致土方需要二次开挖，留土部位底板需要二次浇筑，比较占用施工工期，从而使工期延长。在目前经济的形势环境下，工期的延长意味着造价的增加和财务成本费用增加，使得的其应用越来越受限。

3、普通斜撑支护的不足：基坑的斜撑提供了反力来自于基坑下部土体对斜撑的摩擦力和端部的反力。由于斜撑的施工是斜角度施工，目前一般打桩设备斜角度施工比较困难，导致斜撑的长度无法达到足够的长度，承载力低，不能提供足够的反力，导致某些情况下、位移过大，不能满足设计要求；另外普通钢斜撑主要采用机械振动式打设，遇到硬土难以打穿，且打设过程产生较大的振动与噪声，对周边环境影响较大，施工环境要求较高。或是采用预钻孔，然后打设的方式，这种方法投入机械设备较多，且施工时间较长。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的缺点，提供一种具有造价便宜、施工方便、速度快、承载力与抗拔力高的特点的新型螺旋钢管桩及其施工工艺。

本发明的技术方案是：一种新型螺旋钢管桩及其施工工艺，所述的新型螺旋钢管桩包括旋转动力头、带肋合金钻头、固定盘、上段钢管、中段钢管及下段钢管，每段钢管上均设置有用于固定连接钢管的螺栓孔，所述的旋转动力头一端与挖机悬臂连接，另一端通过螺栓与上段钢管首部连接，上段钢管尾部通过固定盘与中段钢管首部连接，中段钢管尾部通过固定盘与下段钢管首部连接，下段钢管尾部连接带肋合金钻头；所述的旋转动力头下方设有固定传动轴，该固定传动轴上设有螺栓孔，所述的固定传动轴插入上段钢管内部并通过螺栓固定于上段钢管上方位置处，所述的下段钢管上设有螺旋叶片，该螺旋叶片通过焊接连接在下段钢管外壁上；下段钢管尾部设有用于固定连接带肋合金钻头的螺栓孔。

所述的旋转动力头由固定翼、开口套筒、加压管、卸压管，液压动力装置，螺栓组成，所述的螺栓共有三组，分别为螺栓Ⅰ、螺栓Ⅱ、螺栓Ⅲ，所述的固定翼为半圆型，固定翼左右两侧各设有一个螺栓Ⅰ，固定翼下方设有螺栓Ⅱ固定于旋转动力头上，旋转动力头通过螺栓Ⅲ与液压动力装置固定连接，液压动力装置一侧设有开口套筒，同时设有加压管及卸压管。

所述的带肋合金钻头为锰钛合金钻头，所述的下段钢管上的螺旋叶片直径为600mm～1000mm之间。

一种新型螺旋钢管桩施工工艺，该施工工艺步骤如下:

（1）螺旋钢管桩施工前先通过测量放线将螺旋钢管桩需要打设的点位精确定位，然后按照设计施工图纸上要求的角度施工螺旋钢管桩，施工角度的保持是本螺旋钢管撑施工成败的一个关键点，所以在其打设前，需要先加工一个修正角度的固定装置即角度纠正器，该装置可以现场采用钢筋焊接，修正角度的范围可根据螺旋钢管桩打设的角度确定。

（2）首先将螺旋钢管桩钢管下段钢管通过螺栓与旋转动力头的固定传动轴连接，通过角度纠正器将其打入地面，在距离地面0.5m～1m处停止钻进；然后拧开固定传动轴与下段钢管连接的螺栓，将中段钢管下端与下段钢管上端的固定盘对接，通过螺栓固定，再将固定传动轴插入中段钢管的上端，并用螺栓固定，固定后继续钻进打设，同样在距离地面0.5m～1m处停止钻进；拧开固定传动轴与中段钢管的固定螺栓，将上段钢管下端与中段钢管上端的固定盘对接，通过螺栓固定，再将固定传动轴插入上段钢管的上端，并用螺栓固定，固定后继续钻进打设，直至将其完全打入地面，最后拧开固定传动轴与上段钢管的固定螺栓，移动挖机进行下一根螺旋钢管桩打设。

本发明的有益效果是：本发明在一些面积特别大，深度较深的基坑中利用该螺旋钢管桩支撑，可以不设平行钢筋混凝土支撑，减少一道工序，且挖土一步到位，大大节约了工期财务成本。相比较斜抛撑，减少了牛腿的设置，不需要二次施工，也不需要留土，可以一次开挖到底，大大节约造价和工期。相比较于普通钢斜撑结构的打桩方式，采用螺旋钻进方式施工，低噪，无振，无需引孔，施工速度快，且容易穿透硬土层，适合于城区及各种土质条件，适用范围更广。本发明设置螺旋叶片及带肋合金钻头一方面使得钻进效率更高，另一方面螺旋叶片扩大了钢管端部与土层的接触面积，提高了承载力与抗拔力。在底板浇筑完成并养护达到设计强度后，同样采用改进挖机的旋转动力头反向旋转，快速高效的拔出螺旋钢管桩，可回收重复利用。本发明螺旋钢管桩当原有桩基承载力或抗拔力不满足设计要求时，可打设本螺旋钢管桩进行快速补救与加固。该技术根据不同的基坑深度，安全等级需要，以及不同的土质条件状况可采用不同的支护形式，适用范围广泛。

附图说明

图1为本发明应用场景结构示意图；

图2为本发明螺旋钢管桩结构示意图；

图3为本发明旋转动力头结构示意图；

图4为图3 的侧面图；

图5为本发明角度纠正器结构示意图；

图6为本发明施工时根据实际施工中不同要求实施的的第一种打设方式结构示意图；

图7为本发明施工时根据实际施工中不同要求实施的的第二种打设方式结构示意图；

图8为本发明施工时根据实际施工中不同要求实施的的第三种打设方式结构示意图；

图9为本发明施工时根据实际施工中不同要求实施的的第四种打设方式结构示意图；

其中：1、上段钢管，2、中段钢管，3、下段钢管，4、固定盘，5、旋转动力头，6、液压动力装置，7、螺旋叶片，8、固定传动轴，9、螺栓孔，10、固定翼，11、开口套筒，12、加压管，13、卸压管，14、螺栓Ⅰ，15、螺栓Ⅱ， 16、螺栓Ⅲ，17、角度纠正器，18、带肋合金钻头。

具体实施方式

本实施例为一种新型螺旋钢管桩及其施工工艺，如图1、图2所示，所述的新型螺旋钢管桩包括旋转动力头（5）、带肋合金钻头（18）、固定盘（4）、上段钢管（1）、中段钢管（2）及下段钢管（3），每段钢管上均设置有用于固定连接钢管的螺栓孔，所述的旋转动力头（5）一端与挖机悬臂连接，另一端通过螺栓与上段钢管（1）首部连接，上段钢管（1）尾部通过固定盘（4）与中段钢管（2）首部连接，中段钢管（2）尾部通过固定盘（4）与下段钢管（3）首部连接，下段钢管（3）尾部连接带肋合金钻头（18）；所述的旋转动力头（5）下方设有固定传动轴（8），该固定传动轴上（8）设有螺栓孔（9），所述的固定传动轴（8）插入中段钢管（2）内部并通过螺栓固定于中段钢管（2）上方位置处，所述的下段钢管（3）上设有螺旋叶片（7），该螺旋叶片（7）通过焊接连接在下段钢管（3）外壁上；下段钢管（3）尾部设有用于连接带肋合金钻头（18）的螺栓孔。

如图3、图4所示，所述的旋转动力头（5）由固定翼（10）、开口套筒（11）、加压管（12）、卸压管（13），液压动力装置（6），螺栓组成，所述的螺栓共有三组，分别为螺栓Ⅰ（14）、螺栓Ⅱ（15）、螺栓Ⅲ（16），所述的固定翼（10）为半圆型，固定翼（10）左右两侧各设有一个螺栓Ⅰ（14），固定翼（10）下方设有螺栓Ⅱ（15）固定于旋转动力头（5）上，旋转动力头（5）通过螺栓Ⅲ（16）与液压动力装置（6）固定连接，液压动力装置（6）一侧设有开口套筒（11），同时设有加压管（12）及卸压管（13）。

所述的带肋合金钻头（18）为锰钛合金钻头，所述的下段钢管（3）上的螺旋叶片（7）直径为600mm～1000mm之间，可以根据现场实际需要选择相应的尺寸。

一种新型螺旋钢管桩施工工艺，该施工工艺步骤如下:

（1）螺旋钢管桩施工前先通过测量放线将螺旋钢管桩需要打设的点位精确定位，然后按照设计施工图纸上要求的角度施工螺旋钢管桩，施工角度的保持是本螺旋钢管撑施工成败的一个关键点，所以在其打设前，需要先加工一个修正角度的固定装置即角度纠正器（17），如图5所示。该装置可以现场采用钢筋焊接，修正角度的范围可根据螺旋钢管桩打设的角度确定。

（2）首先将螺旋钢管桩钢管下段钢管（3）通过螺栓与旋转动力头（5）的固定传动轴（8）连接，通过角度纠正器（17）将其打入地面，在距离地面0.5m~1m处停止钻进；然后拧开固定传动轴（8）与下段钢管（3）连接的螺栓，将中段钢管（2）下端与下段钢管（3）上端的固定盘（4）对接，通过螺栓固定，再将固定传动轴（8）插入中段钢管（2）的上端，并用螺栓固定，固定后继续钻进打设，同样在距离地面0.5m~1m处停止钻进；拧开固定传动轴（8）与中段钢管（2）的固定螺栓，将上段钢管（1）下端与中段钢管（2）上端的固定盘（4）对接，通过螺栓固定，再将固定传动轴（8）插入上段钢管（1）的上端，并用螺栓固定，固定后继续钻进打设，直至将其完全打入地面，最后拧开固定传动轴（8）与上段钢管（1）的固定螺栓，移动挖机进行下一根螺旋钢管桩打设。（本例中中段钢管的设置需根据实际工程基坑深度与土质条件灵活设置，可以是零节也可以是多节）

（3）根据实际工程的需要，本发明螺旋钢管桩可按不同的方向与角度打设（具体打设角度需根据不同土质条件，基坑深度等条件由围护设计单位计算确定），下面介绍四种打设方式：

如图6所示，第一种打设形式，倾斜打设于基坑内部，该种形式主要适用于基坑周边用地条件紧张，基坑围护边线距离红线较近，采用其他围护形式（例如打设锚杆等）会出用地红线范围的情况。该形式可以起到斜抛撑的作用，相较于一般斜抛撑，不需要留土施工及分段浇筑底板，施工速度快，节约工期。

如图7所示，第二种打设形式，倾斜打设于基坑外部，该种形式适用于基坑周边用地条件良好，基坑围护边线距离用地红线尚有一定距离，打设斜撑不会出用地红线范围的情况。该形式可以起到锚索的作用，相较于一般的锚索，施工简单，速度快，可以更显著的加强垂直支护结构的挡土能力，还可以回收利用，安全经济。

如图8所示，第三种打设形式，同时倾斜打设于基坑内部与外部，该种形式适用于基坑周边用地条件良好，基坑围护边线距离用地红线尚有一定距离，土质条件较差的情况。该形式可以同时起到锚索与斜抛撑的作用，对垂直围护体系有显著加强。

如图9所示，第四种打设形式，垂直打设于底板下部，该种形式既可提高桩基承载力，同时又可起到良好的抗拔作用。该形式既适用于新建工程，也适用于加固抢险工程，施工速度快，效率高。

最后，待螺旋钢管桩打设完毕后，冠梁开始施工，钢管上端通过焊接L型钢筋，令其与冠梁内部钢筋绑扎整浇，整体受力性更好；待冠梁浇筑施工完毕，并达到设计强度80%后强度后方可进行土方开挖与底板浇筑，底板浇筑中，预留一个直径大于螺旋钢管桩螺旋叶片尺寸的孔洞，方便回收螺旋钢管桩，待底板整体浇筑完毕，素砼传力带施工完毕并养护达到设计强度后，回收螺旋钢管桩，循环使用。螺旋钢管桩回收完毕后，及时浇筑底板上的预留孔洞。