[发明专利]一种长螺旋钻孔薄壁管桩复合桩基施工装置及其施工方法

说明书

本发明公开了一种长螺旋钻孔薄壁管桩复合桩基施工装置及其施工方法，属于地基基础领域。本发明利用薄壁预制管桩取代套管，作为护壁结构，利用螺旋钻杆和钻头的中心注浆孔，在管桩周围喷射水泥浆，在桩侧形成强度较高的水泥土，并在桩底形成水泥土塞，最终形成水泥土‑管桩共同承担荷载的复合桩基。此外在传统钻头的基础上设计了一种弹簧铰接结构，能够实现钻头伸缩，方便该种新型复合桩基的顺利施工。本发明较传统的压入式或打入式预制管桩施工有较高的施工效率，减少噪音污染，避免施工造成管桩断裂等不良影响；桩侧周围的水泥土和桩底的水泥土塞能够大大提高桩基承载力，而且能够节约水泥用量，是一种一种特别适用于软土地基的复合基础。

技术领域

本发明属于地基基础与施工领域，具体涉及一种长螺旋钻孔薄壁管桩复合桩基施工装置及其施工方法。

背景技术

全套管长螺旋钻孔灌注桩是一种采用长螺旋钻机钻孔和套管护壁，并利用钻头底孔压灌混凝土成桩的混凝土灌注桩。该种桩型一般包括两个动力头，分别为钻杆和套管提供钻进动力。套管一般为钢管，在混凝土桩浇筑完成后可抽离地面回收。由于该种桩型无需泥浆护壁，可直接利用长螺旋叶片将土体导向地面，施工速度快，穿透能力强，无噪音和振动，成孔灌注成桩一体化完成，适用于各种地层，具有很好的应用前景，但目前长螺旋钻孔方法仅用于灌注桩施工，在管桩或其他桩型中的使用较少。

另一方面，预应力薄壁管桩(PTC)具有桩身强度大，单桩承载力高，抗裂性能好，穿透力强等优点，近年来也广泛应用于建筑基础处理、高速公路地基处理等工程中。该种桩型一般采用静压法或锤击法施工，将其压入或打入地基中。然而，这两种施工方法均对环境和桩体本身产生一定的不利影响，如噪音污染、压入时产生桩身断裂，挤土效应等，而且在地层较硬时不易打入。为解决预应力薄壁管桩(PTC)的打入问题，也有学者提出一种静钻根植桩施工方法，即利用水泥搅拌桩机预先将地基搅拌形成松软的水泥土，在水泥土凝固前插入带竹节等特殊结构的异形桩，形成水泥土、异形桩和管桩共同承担荷载的复合桩基。这种桩型承载力高于普通管桩，使用效果较好，但造价较高，需要在地基中使用大量水泥。

发明内容

为了解决预应力管桩的钻入问题，同时获得承载力更高的桩基础，本发明提供了一种长螺旋钻孔薄壁管桩复合桩基施工装置及其施工方法。本发明在已有全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法的基础上进行改进，将薄壁管桩代替钢套管，采用螺旋钻入的方式将薄壁管桩打入地基土中；然后利用钻杆中孔进行灌浆，在管桩侧壁形成一圈强度较高的水泥土，在桩底形成水泥土土塞和扩大头，实现薄壁管桩和螺旋钻孔的优势结合，形成一种新型的长螺旋钻孔薄壁管桩复合桩基。该种桩型较普通圆管桩有较大的承载力，而且施工速度快，无环境噪音影响，水泥用量小，具有较好的应用前景。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种长螺旋钻孔薄壁管桩复合桩基施工装置，其包括钻杆动力头、螺旋钻杆、可伸缩钻头、管桩动力头和薄壁管桩；

所述钻杆动力头安装于螺旋钻杆上，用于向螺旋钻杆施加钻入地基的动力；所述可伸缩钻头安装于螺旋钻杆的底部，且可伸缩钻头的等效钻头半径可调，使其能在收缩和展开状态间切换；所述管桩动力头安装于薄壁管桩上，用于对薄壁管桩施加沉入地基的动力；螺旋钻杆中的中心注浆通道与可伸缩钻头中的桩侧和桩底注浆孔连通；

在可伸缩钻头处于收缩状态下，其钻头尺寸小于所述薄壁管桩的内径，使可伸缩钻头能够整体伸入薄壁管桩中；在可伸缩钻头处于展开状态下，其钻头尺寸大于所述薄壁管桩的内径，使薄壁管桩能够整体架于可伸缩钻头的顶面上并对其施加下压力，且薄壁管桩的底部管口与可伸缩钻头的顶面之间留有供土体进入薄壁管桩的通道。