[发明专利]一种变径素混凝土桩施工设备及方法

权利要求书

1.一种变径素混凝土桩施工设备，其包括钻机（10）和螺旋钻杆A（1），在螺旋钻杆A（1）底部固定安装钻头（8），钻机（10）的动力头（13）底部固定安装法兰盘C（9）；其特征在于：还包括螺旋钻杆B（2）、上连接件、下连接件以及固定装置；所述螺旋钻杆A（1）、螺旋钻杆B（2）的钻杆均为空腔，所述螺旋钻杆A（1）的长度为5-25m，螺旋钻杆B（2）的长度为0.8-6m；螺旋钻杆B（2）的钻杆内径大于螺旋钻杆A（1）螺旋叶片的外径，所述螺旋钻杆A（1）套入螺旋钻杆B（2）的钻杆内腔；

所述上连接件固定在螺旋钻杆A（1）和螺旋钻杆B（2）的顶部与法兰盘C（9）配合，

所述固定装置一端与钻机（10）立柱铰连，另一端固定安装在螺旋钻杆B（2）上；

螺旋钻杆B（2）底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上设有宽度由窄变宽的变径段。

2.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述上连接件包括固定安装在螺旋钻杆A（1）顶部的法兰盘A（3）和固定安装在螺旋钻杆B（2）顶部的法兰盘B（4），所述法兰盘B（4）的内径大于法兰盘A（3）的外径；

所述法兰盘A（3）和法兰盘B（4）均与法兰盘C（9）配合。

3.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述下连接件包括设置在螺旋钻杆B（2）钻杆上部上的固定孔（5）、插装在固定孔（5）内的U型卡键（6）以及固定在螺旋钻杆A（1）钻杆外壁上的卡块（7），所述U型卡键（6）与固定孔（5）插装时与卡块（7）卡置，所述卡块（7）外壁设置卡槽（14）。

4.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述固定孔（5）为两组， 两个U型卡键（6）分别插入两组固定孔（5）后呈垂直状态。

5.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：所述固定装置包括设置在螺旋钻杆B（2）钻杆上部的上抱箍（11）以及设置在螺旋钻杆B（2）下部的下抱箍（12）；所述上抱箍（11）与下抱箍（12）另一端均铰连在钻机立柱（10）上，所述上抱箍（11）与螺旋钻杆B（2）的钻杆外壁配合，下抱箍（12）与螺旋钻杆B（2）的螺旋叶片配合。

6.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：螺旋钻杆A（1）的外径为0.18-0.58m，螺旋钻杆B（2）的外径0.38m-1.18 m。

7.根据权利要求1所述的一种变径素混凝土桩施工设备，其特征在于：螺旋钻杆B（2）底部的螺旋叶片沿螺旋方向由下至上呈30°~45°倒锥台形，倒锥台的高度为0.15m-0.8m。

8.一种变径素混凝土桩施工方法，其特征在于采用如下步骤：

步骤一、将螺旋钻杆A（1）套入螺旋钻杆B（2）的钻杆内腔，螺旋钻杆A（1）顶部的法兰盘A（3）与法兰盘C （9）固定，上抱箍（11）抱紧螺旋钻杆B（2）钻杆上部，下抱箍（12）抱紧螺旋钻杆B（2）的螺旋叶片；

步骤二、启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）进行钻进；当螺旋钻杆A（1）钻进至施工人员便于操作连接螺旋钻杆A（1）和螺旋钻杆B（2）时，钻机（10）停止，将螺旋钻杆B（2）顶端的法兰盘B（4）与法兰盘C（9）用螺栓固定，此时法兰盘A（3）位于法兰盘B（4）内腔，并打开固定螺旋钻杆B （2）的上抱箍（11）和下抱箍（12）；

步骤三、启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）和螺旋钻杆B（2）同步继续钻进，直到钻进完成设计的变径素混凝土桩坑，钻机（10）停止，将法兰盘（4）与法兰盘C（9）卸开，螺旋钻杆B（2）滞留在变径素混凝土桩坑内；

步骤四、向螺旋钻杆A（1）钻杆内腔压灌混凝土，混凝土从钻头（8）注入变径素混凝土桩坑底部内；启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）边旋转边向上提升，变径素混凝土桩坑内的土通过螺旋钻杆A（1）的螺旋叶片从下至上带出；

步骤五、当压灌混凝土至倒锥台阶处时，螺旋钻杆A（1）的卡块（7）位置与螺旋钻杆B（2）钻杆上的固定孔（5）位置对应，钻机（10）停止，将两个U型卡键（6）分别从一侧的固定孔（5）插入与卡块（7）卡置后从对侧的固定孔（5）露出；

步骤六、启动钻机（10），螺旋钻杆A（1）带动螺旋钻杆B（2）同步向上提升同时并压灌混凝土，螺旋钻杆B（2）将倒锥台阶处及其以上土带出地面，直到压灌混凝土至设计标高处；在压灌混凝土过程中禁止将钻头（8）提升出混凝土面；

步骤七、变径素混凝土桩坑内注满混凝土后，螺旋钻杆B（2）完全提升至地面，用上抱箍（11）和下抱箍（12）将螺旋钻杆B（2）固定在钻机立柱（10）上，拔掉两个U型卡键（6），移动钻机（10）至下一桩位。