[发明专利]全套管螺旋钻机的改良结构及全套管螺纹灌注桩施工方法

说明书

本发明公开了一种全套管螺旋钻机的改良结构及全套管螺纹灌注桩施工方法，包括双动力头螺旋钻机(2)，双动力头螺旋钻机上安装有套管(1)，所述套管上可拆卸安装有能够使其旋转的下动力头(4)，下动力头上部设置有上动力头(5)；上动力头可拆卸地连接有能够在套管内上下移动的螺旋钻杆(6)，螺旋钻杆的下端连接有能够在套管内移动的钻进器；至少部分套管外壁上一体成型有螺旋构件(3)，其中，所述螺旋构件的螺旋方向与所述螺旋钻杆的螺旋方向相反。本钻机改良简单耐用，利用带有本结构的全套管螺旋钻机及本案施工功法，能够在现有的机械设备动力条件下，形成中、大直径螺纹桩，使螺纹式异型桩更加符合现阶段构筑物对桩承载力日益加大的需求。

技术领域

本发明涉及一种改良结构及桩的施工方法，具体是一种全套管螺旋钻机的改良结构与全套管螺纹灌注桩的施工方法，属于建筑工程技术领域。

背景技术

随着社会发展，土地资源匮乏，建筑物逐渐向高层发展。建筑物、构筑物荷载越来越大，使得具有较高承载力的桩型以及成桩的工法和成桩机械，在基础工程中大量使用，其中中等直径的各类螺纹灌注桩与大口径灌注桩应用特别广泛。

我国在螺纹灌注桩方面的研究开展于二十世纪九十年代，至今已涌现出多种桩型与工法。根据实践证明，在同等条件下，桩在土中成为螺丝状时，桩侧阻力是等截面桩侧阻力提的1-2倍，因此螺纹桩具有更高的经济价值和实用价值。

对于高层、超高层和桥梁等建筑物，因其构造物载荷过大，对单桩承载力要求高，固多采用各种类型的大直径钻孔灌注桩。通过采用全套管、管内成桩的大直径灌注桩施工机械及成桩方法，能够有效地避免了钻孔灌注桩泥浆护壁产生的浪费以及环境污染问题，所形成的大直径灌注桩相比较泥浆护壁的钻孔灌注桩，没有桩端虚土，没有泥皮效应，并且全程套管护壁，在於土、松散土层等复杂土层不会出现断桩、缩颈现象，在同等条件下，一定程度地提升了灌注桩承载力，并且施工速度快，具有较高的经济效益。

现有技术中螺纹灌注桩的成桩方法多为挤土成桩。专利名称为灌注螺纹桩成桩工艺(专利号：9611960265)以及半螺丝桩及其成桩工法(专利号：03128265.2)均利用螺旋钻机将钻杆同步旋转钻进，然后同步反向旋转提钻同时泵送混凝土形成螺纹桩或半螺丝桩的螺纹段。因成桩方法为挤土成桩，对钻机动力有较高要求，无法在现有机械动力条件下形成较大直径螺纹桩，所以螺纹桩或半螺丝桩多为小直径，或中等直径桩型(桩径为400mm—600mm)。受其桩径限制，其单桩承载力偏低，无法满足高层或超高层建筑对桩基础承载力的需求，故应用范围较窄。

专利号为200610138353.3公开了一种双动力头螺旋钻机及其施工方法，该方法通过使下动力头可以在套管外上下滑动，在套管的任意位置驱动旋转套管，提供了一种重心低，稳定性高的双动力头钻机结构。但其通过套管内螺旋钻杆及钻头钻进取土成桩，此方法适合在较软土层中钻进，遇到坚硬土层及岩层时，难以钻进成桩。此外，其成桩器具为圆柱形钢套管，且其拔管方式为非旋转拔管，形成的灌注桩为与套管相同的圆柱形等截面灌注桩，此圆柱形等截面灌注桩桩周侧阻力较低，故其桩承载力相比较传统灌注桩没有提升，经济效益较差。且在其提升套管过程中，采用非旋转静拔工艺，套管没有与桩周土体咬合通过旋转产生向上扭矩，仅依靠钻机自带提升设备，很难将较大直径套管自土中拔出，所以此施工设备及工艺不仅难以在较粘或者坚硬土层中拔管成桩更无法适应较大直径全套管灌注桩的施工需求。

专利号为201210351079.3公开了一种步履式双回旋潜孔钻机，利用潜孔锤冲击成孔，下动力头连接套管旋转跟进，锤底高压气体将渣土，岩渣等物体吹向上部螺旋钻杆通过螺旋钻杆排出套管外。这种设备在冻土层、岩石层、卵石、孤石及坚硬土层中，钻进速度快，工作效率高，但因其成桩器具依然为圆柱形钢套管，无法通过旋转产生向上扭矩提升套管，故其提管方式多为利用振动锤以及吊车振动拔管，工序较为复杂，效率偏低，且其所形成灌注桩为与套管相同的圆柱形等截面桩，桩侧阻力较小，桩底面积仅等同于潜孔锤底部即套管底面积，底部无法进行再次扩孔，通过增大桩底面积进一步提高桩竖向承载力。