專利名稱：鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法及所用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基礎(chǔ)工程施工用的筑樁方法及所用的成樁裝置，具體地說是涉及一種灌注鋼筋混凝土樁的成樁方法及所用的裝置。
背景技術(shù)：
在樁基礎(chǔ)地基加固、基坑護壁、水庫堵漏等工程中，常采用鋼筋混凝土樁或通過筑成底下連續(xù)墻等方法。目前國內(nèi)外經(jīng)常采用的成樁方法有如下幾種1、美國專利US-2920455號公開了一種成樁方法其工藝過程是用螺旋鉆桿鉆到預(yù)定深度后邊提拔鉆桿邊用0.6～0.7Mpa的壓縮空氣壓送混凝土直至孔口附近不坍孔的高度，然后在不坍孔的頂部空孔中放入適應(yīng)空孔深度的鋼筋籠[此時鋼筋籠已無法插入第一次灌送的混凝土中]，然后再從上灌入混凝土，從而形成下部較深的素混凝土樁和上部較短的鋼筋混凝土樁。這種方法的缺陷在于灌注混凝土是用壓力為0.6~0.7Mpa的壓縮空氣壓送，樁與周圍土層結(jié)合時，尤其在空隙率大或軟塑淤泥的地質(zhì)條件下，由于漿液的擴散流失，以及混凝土自身的收縮，加之無法振搗，可能出現(xiàn)樁體的頸縮以致斷裂，以致樁周摩擦力的減弱。另外這種樁大部分為素混凝土，鋼筋混凝土只能做局部的一段，所以樁身整體強度不高。
2、pip工法[日本“基礎(chǔ)工”學刊1982年第8期的“樁列式地下壁工法的種類與特長”一文中介紹的灌注鋼筋混凝土工藝方法]是在成孔提鉆的同時從設(shè)在鉆頭的出漿口中用0.7Mpa的壓力壓出漿液并注滿整孔，然后放入鋼筋籠，混凝土凝固后即成鋼筋水泥漿樁。Pip工法，是低壓力的一次注漿成樁，由于漿液的擴散、滲透、流失以及固結(jié)中的收縮等因素會造成樁體和土體的間隙，使樁側(cè)摩擦力減弱且易出現(xiàn)縮頸、斷樁等問題。
3、Cip工法[日本“基礎(chǔ)工”學刊1982年第8期的“樁列式地下壁工法的種類與特長”一文中介紹的另一種灌注鋼筋混凝土工藝方法]是只有在完全沒有地下水、流沙及坍孔的良好地質(zhì)條件下，鉆到設(shè)計深度后提出鉆桿，在孔中放入鋼筋籠和注漿管，再向孔中填滿粒料，并用0.6～0.7Mpa的壓力一次壓注水泥漿直至漿液達到孔口，它形成的是整體鋼筋混凝土樁。其它的缺陷與pip工法基本相同。
4、中國專利CN86100705B號“鉆孔壓漿成樁法”的工藝步驟是鉆孔至預(yù)定深度，在提鉆同時通過設(shè)在鉆頭上的噴嘴向孔內(nèi)高壓噴注漿液至無坍孔危險的高度，提出鉆桿后向孔內(nèi)放入鋼筋籠和注漿管直至孔底，填滿粒料，通過注漿管向孔內(nèi)二次高壓補漿至漿液達到孔口。用該種成樁方法灌注的樁其材質(zhì)屬無沙混凝土，樁身強度不高；其次高壓注漿的目的是為了在坍孔地層護壁，它沒有大幅度提高樁端承載力和樁側(cè)摩擦力；另外該工藝需要二次補漿也影響施工效率。
5、中國專利CN93100888.3號“鉆孔灌注混凝土成樁法”的工藝是用灌注混凝土鉆機鉆孔至預(yù)定深度，在提起鉆桿的同時通過鉆機芯管出料口以0.1-7.5Mpa的壓力注入水泥漿，其注入量為注孔體積的3-10％，邊提升鉆桿邊壓入混凝土至略高于沒有坍孔危險的位置，提出鉆桿放入鋼筋籠，灌注混凝土至設(shè)計高度。用該種方法雖然較“鉆孔壓漿成樁法”在樁身強度、施工速度上有所提高，但沒有解決擴大孔底直徑增加樁端承載力的問題，另外側(cè)摩阻提高的也十分有限。
6、中國專利ZL96109873.2號，“噴翼、沉管成樁法”的工藝是采用沉管樁機沉管到底，然后完成下鋼筋籠和灌注混凝土，在提撥樁管的同時，通過設(shè)置在樁壁四周的噴嘴向外噴射高壓水泥漿形成板狀灰土體，樁管提出后，此板狀灰土體與樁管內(nèi)混凝土相連接形成側(cè)翼機構(gòu)樁。該方法鉆具不旋轉(zhuǎn)，因此不能通過高壓旋噴水泥漿來加大孔底直徑，所以樁端承載力不能大幅度提高。另外該方法用震動沉管時噪音較大，在市區(qū)施工受到較大限制。而用靜壓沉管因設(shè)備重量有限和地層的限制往往沉管也較為困難。
7.中國專利申請?zhí)?1127991.5鉆孔泵灌大流動砼孔底射漿擴底成樁法及成樁裝置。其工藝步驟為鉆孔結(jié)束后，泵灌砼前通過鉆頭內(nèi)懸掛的注漿管向孔內(nèi)噴射水泥漿，同時上下串動鉆具，射漿結(jié)束進行泵灌砼和插入鋼筋籠。該方法缺點是由于高壓噴射管懸掛在鉆桿內(nèi)，當高壓噴射時不固定的噴射管在反力的作用下，向后緊貼鉆桿內(nèi)壁，導(dǎo)致其距孔壁距離增大再加上噴嘴到葉片外邊緣的距離，造成噴射壓力巨減所以難以形成擴大孔。由于噴漿管懸掛在鉆桿內(nèi)不固定，當鉆具懸轉(zhuǎn)時易發(fā)生彎曲、斷裂堵塞砼。另外在易坍塌地層上下串動鉆具易引起大面積孔壁坍塌，進而成樁困難。該方法不能形成螺旋型樁、翼型樁及糖胡蘆型樁。
上述成樁方法中不同程度的存在樁端承載力較低、樁的側(cè)摩阻較小、樁身強度低、適應(yīng)地層能力差、易發(fā)生縮頸、斷樁現(xiàn)象和施工效率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法及所用裝置。該方法解決了已有的成樁方法存在單樁承載力較低、樁的側(cè)摩阻較小、樁身強度低、適應(yīng)地層能力差、易發(fā)生縮頸、斷樁現(xiàn)象和施工效率低等問題；該裝置解決了已有的成樁裝置使噴射壓力巨減而難以形成擴大孔的問題。本發(fā)明的成樁方法包含如下步驟b、樁端擴大頭，用長螺旋鉆機鉆孔至設(shè)計標高后，在提鉆具時，從安裝在鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔底部的側(cè)壁噴射高壓介質(zhì)，使孔底直徑擴大，然后下落鉆具至孔底，并通過中空的鉆桿由鉆頭底部的出料口向樁孔內(nèi)壓灌混凝土；c、形成異型樁在上提鉆具的過程中，從鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔的孔壁噴射高壓介質(zhì)，使樁孔局部孔徑擴大，并繼續(xù)由鉆頭底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，形成異型樁。上述高壓介質(zhì)為水或水玻璃，或者是強度等級為32.5～52.5、水灰比為(0.6～1.2)∶1的硅酸鹽水泥。上述噴射介質(zhì)的壓力為10～40Mpa。上述混凝土的塌落度控制在18～25cm，該混凝土是由強度等級為32.5～52.5的硅酸鹽水泥、粒徑0.5～2.0cm的石子、中粗砂子、水組成，在混凝土中還可加入粉煤灰。本發(fā)明的成樁裝置包含輸送混凝土并鉆孔的鉆具1、固定在鉆具1下端的帶有出料口的鉆頭2，它還包含有固定連接在鉆具1的鉆桿內(nèi)壁上的噴射管3、安裝在鉆具1上端在鉆具旋轉(zhuǎn)和升降時向噴射管3輸送高壓介質(zhì)的回轉(zhuǎn)裝置5，連接在噴射管3下端的噴嘴4固定連接在鉆頭2側(cè)翼2-1的內(nèi)側(cè)，噴嘴4的噴射口4-1位于鉆頭2的外邊緣，噴射管3的上端連接回轉(zhuǎn)裝置5。該裝置既可注入高壓介質(zhì)(水泥漿、水、玻璃水等)，又可灌注混凝土，而且互不影響。由于噴射管3是固定在鉆具1內(nèi)壁上，因而在鉆孔時不會出現(xiàn)彎曲、斷裂和堵塞混凝土的現(xiàn)象；由于噴嘴4的噴射口4-1位于鉆頭2的外邊緣，因此不會減小噴射的壓力，容易形成擴大孔。用本發(fā)明的方法(WZ工法)和裝置所形成的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁的單樁承載力計算式如下
(a)當根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標準值時，按下式計算Quk＝QSK+QPK＝μ∑qsik·li·tsi+∑qpik·Api·tpi(b)擴大頭取Qpk＝Api·qpik·tpi；Apik-樁端擴大頭面積，μ-樁身周長，qsip-樁側(cè)第i層的極限側(cè)阻力標準值可按《工程地質(zhì)勘察報告》取值，如無實測資料時可按JGJ94-94表中查取。qpik-樁擴大頭第i層端阻力標準值，可按《工程地質(zhì)勘察報告》取值，如無實測資料時可按JGJ94-94表中查取。Li-樁穿越成第i層土的厚度。Api-樁端擴大頭i層面積(m2)，可根據(jù)表1取值，tsi-樁周第i層土的提高參數(shù)，tpi-樁端第i層土的提高系數(shù)。
(c)取干鉆孔或水下砼灌注樁側(cè)摩阻及樁端。
鉆孔高壓噴射擴孔壓灌砼異型樁與普通砼灌注樁單樁承載力對比。
A普通砼灌注樁承載力計算QUK＝QSK+QPK＝μ∑qsik·li+qpk·ApBWZ工法；Quk＝QSK+QPK＝μ∑qsik·li·tsi+∑qpik·Api·tpi在相同的地層(1)Qsk提高1.2-2倍；(2)Qpk提高。(見表2)表1鉆孔高壓噴射擴孔壓灌砼異型樁擴大頭直徑參考值 注N為標準貫入值。
表2WZ工法擴大孔后樁端承載力對比 通過對比(見表2)可以看出用本發(fā)明的成樁方法所形成樁的單樁承載力提高非常大，而且樁的側(cè)摩阻較大、樁身強度大，而且可適應(yīng)多種不同的地層，不易發(fā)生縮頸、斷樁現(xiàn)象，并提高了施工的效率。


圖1是具體實施方式
一的工藝流程圖，圖2是具體實施方式
二的工藝流程圖，圖3是具體實施方式
三的工藝流程圖，圖4是具體實施方式
一中成樁裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是鉆具1下端的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是圖5的B向視圖，圖7是回轉(zhuǎn)裝置5的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是圖5的A-A剖視圖。
具體實施例方式
一本實施方式的成樁方法是按如下步驟進行的(參閱圖1)a、用長螺旋鉆機鉆孔至設(shè)計標高；b、在提鉆具時，從安裝在鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔底部的側(cè)壁噴射高壓介質(zhì)，噴射壓力為20Mpa，然后下落鉆具至孔底，并通過中空的鉆桿由鉆頭底部的出料口向樁孔內(nèi)壓灌混凝土；c、形成異型樁；在上提鉆具至樁體的中部時向樁孔側(cè)壁噴射高壓介質(zhì)進行局部擴孔，并繼續(xù)由鉆頭底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，局部擴孔時鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)為10～25r/min，鉆具的提升速度為10～35cm/min；局部擴孔完成后停止噴射高壓介質(zhì)，并將鉆具的提升速度調(diào)至3～5m/min進行壓灌混凝土，在樁體中部重復(fù)多次局部擴孔，即可形成糖葫蘆形的樁；d、將鉆具提出樁孔并灌滿混凝土，殘土隨鉆具的旋轉(zhuǎn)和提升被帶出地面，進而有效地解決了樁底虛土問題；e、向樁內(nèi)下入鋼筋籠。本實施方式的成樁裝置由輸送混凝土并鉆孔的鉆具1、固定連接在鉆具1下端的帶有出料口的鉆頭2、固定連接在鉆具1內(nèi)孔壁上的噴射管3、向噴射管3內(nèi)輸送高壓介質(zhì)的回轉(zhuǎn)裝置5和噴嘴4組成。至少一個噴嘴4固定連接在噴射管3的下端，噴嘴4固定連接在鉆頭2側(cè)翼2-1的內(nèi)側(cè)，噴嘴4的噴射口4-1位于鉆頭2外邊緣。噴射管3的上端連接回轉(zhuǎn)裝置5?；剞D(zhuǎn)裝置5安裝在鉆具1的動力頭減速箱7的上面?；剞D(zhuǎn)裝置5由與鉆具1固定連接的內(nèi)套8、外套9、設(shè)在內(nèi)套8和外套9之間的中環(huán)10、與高壓介質(zhì)泵的輸料管6相連通的接頭11組成；在內(nèi)套8側(cè)壁的內(nèi)部有與噴射管3的上端相連通的豎向盲孔8-1，盲孔8-1的上端連有一個與內(nèi)套8外表面相貫通的上通孔8-2，在外套9的側(cè)壁上開有一個外通孔9-1，外通孔9-1內(nèi)連接有接頭11，中環(huán)10的內(nèi)表面有與上通孔8-2相連通的內(nèi)環(huán)槽10-1，中環(huán)10的外表面有與接頭11相連通的外環(huán)槽10-2，在內(nèi)環(huán)槽10-1和外環(huán)槽10-2之間分布有多個通孔10-3。在中環(huán)10的上下還分別設(shè)有上密封環(huán)12和下密封環(huán)13。外套9與鉆具1上面的混凝土送料管的連接法蘭1-2固定連接。使用時外套9是不轉(zhuǎn)動的，內(nèi)套8隨鉆具1轉(zhuǎn)動，通過中環(huán)10上的通孔10-3即可向噴射管3輸送高壓介質(zhì)。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是在c、形成異型樁過程時，使鉆具不轉(zhuǎn)動，并上提鉆具，在提鉆具時向樁孔的側(cè)壁持續(xù)噴射高壓介質(zhì)，并同時灌注混凝土，鉆具的提升速度為10～35cm/min，鉆頭上的多個噴嘴均勻分布于鉆具的四周。由于鉆頭上有多個噴嘴4，因此可在樁孔壁上噴出多條豎向凹槽，從而形成多棱形樁(參閱圖2)。其它工藝過程和成樁的裝置與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是，在c、形成異型樁過程時，鉆具的提升速度是3～5m/min，鉆具的轉(zhuǎn)速為10～25r/min，提鉆時持續(xù)噴射高壓介質(zhì)，并同時灌注混凝土，鉆頭上只有一個噴嘴位于鉆具的一側(cè)，這樣即可形成螺旋形的樁體(參閱圖3)。其它工藝過程和成樁裝置與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法，其特征在于其成樁方法包含如下步驟b、樁端擴大頭，用長螺旋鉆機鉆孔至設(shè)計標高后，在提鉆具時，從安裝在鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔底部的側(cè)壁噴射高壓介質(zhì)，使孔底直徑擴大，然后下落鉆具至孔底，并通過中空的鉆桿由鉆頭底部的出料口向樁孔內(nèi)壓灌混凝土；c、形成異型樁在上提鉆具的過程中，從鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔的孔壁噴射高壓介質(zhì)，使樁孔局部孔徑擴大，并繼續(xù)由鉆頭底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，形成異型樁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法，其特征在于上述高壓介質(zhì)為水或水玻璃，或者是強度等級為32.5～52.5、水灰比為(0.6～1.2)∶1的硅酸鹽水泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法，其特征在于上述噴射介質(zhì)的壓力為10～40Mpa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法，其特征在于在c、形成異型樁上提鉆具至樁體的中部時，向樁孔側(cè)壁噴射高壓介質(zhì)進行局部擴孔，并繼續(xù)由鉆頭底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，局部擴孔時鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)為10～25r/min，鉆具的提升速度為10～35cm/min；局部擴孔完成后停止噴射高壓介質(zhì)，并將鉆具的提升速度調(diào)至3～5m/min進行壓灌混凝土，在樁體的中部重復(fù)多次局部擴孔，即可形成糖葫蘆形的樁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法，其特征在于在c、形成異型樁過程時，使鉆具不轉(zhuǎn)動，并上提鉆具，在提鉆具時向樁孔的側(cè)壁持續(xù)噴射高壓介質(zhì)，并同時灌注混凝土，鉆具的提升速度為10cm～35cm/min，鉆頭上的多個噴嘴均勻分布于鉆具的四周。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法，其特征在于在c、形成異型樁過程時，鉆具的提升速度3～5m/min，鉆具的轉(zhuǎn)速為10～25r/min，提鉆時持續(xù)噴射高壓介質(zhì)，并同時灌注混凝土，鉆頭上只有一個噴嘴位于鉆具的一側(cè)。
7.鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁所用的裝置，它包含輸送混凝土并鉆孔的鉆具(1)、固定在鉆具(1)下端的帶有出料口的鉆頭(2)，其特征在于它還包含有固定連接在鉆具(1)的鉆桿內(nèi)壁上的噴射管(3)、安裝在鉆具(1)上端在鉆具旋轉(zhuǎn)和升降時向噴射管(3)輸送高壓介質(zhì)的回轉(zhuǎn)裝置(5)，連接在噴射管(3)下端的噴嘴(4)固定連接在鉆頭(2)側(cè)翼(2-1)的內(nèi)側(cè)，噴嘴(4)的噴射口(4-1)位于鉆頭(2)的外邊緣，噴射管(3)的上端連接回轉(zhuǎn)裝置(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁所用的裝置，其特征在于回轉(zhuǎn)裝置(5)安裝在鉆具(1)的動力頭減速箱(7)的上面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁所用的裝置，其特征在于回轉(zhuǎn)裝置(5)由與鉆具(1)固定連接的內(nèi)套(8)、外套(9)、設(shè)在內(nèi)套(8)和外套(9)之間的中環(huán)(10)、與高壓介質(zhì)泵的輸料管(6)相連通的接頭(11)組成；在內(nèi)套(8)側(cè)壁的內(nèi)部有與噴射管(3)的上端相連通的豎向盲孔(8-1)，盲孔(8-1)的上端連有一個與內(nèi)套(8)外表面相貫通的上通孔(8-2)，在外套(9)的側(cè)壁上開有一個外通孔(9-1)，外通孔(9-1)內(nèi)連接有接頭(11)，中環(huán)(10)的內(nèi)表面有與上通孔(8-2)相連通的內(nèi)環(huán)槽(10-1)，中環(huán)(10)的外表面有與接頭(11)相連通的外環(huán)槽(10-2)，在內(nèi)環(huán)槽(10-1)和外環(huán)槽(10-2)之間分布有多個通孔(10-3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁所用的裝置，其特征在于在中環(huán)(10)的上下還分別設(shè)有上密封環(huán)(12)和下密封環(huán)(13)。
全文摘要
鉆孔高壓噴射擴孔壓灌混凝土異型樁成樁方法及所用裝置，它涉及基礎(chǔ)工程施工用的筑樁方法及所用的成樁裝置。其成樁方法包含b、樁端擴大頭鉆孔至設(shè)計標高后，在提鉆具時，從安裝在鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔底部的側(cè)壁噴射高壓介質(zhì)，使孔底直徑擴大，然后壓灌混凝土c、形成異型樁在上提鉆具的過程中，從鉆頭側(cè)翼內(nèi)側(cè)的噴嘴中向樁孔的孔壁噴射高壓介質(zhì)，使孔局部孔徑擴大，并繼續(xù)由鉆頭底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，形成異型樁。其裝置是在鉆具(1)的鉆桿內(nèi)壁上固定一噴射管(3)，噴射管上端連接回轉(zhuǎn)裝置(5)，噴射管下端的噴嘴(4)固定連接在鉆頭側(cè)翼的內(nèi)側(cè)。該方法所成的樁具有單樁承載力高的優(yōu)點，該裝置不會減小噴射的壓力，容易形成擴大孔。
文檔編號E21B10/00GK1391011SQ0213265
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者王景軍, 周茂勝 申請人:王景軍, 周茂勝