一种旋转切扩支盘桩机及切扩支盘桩的施工方法与流程

本发明属于灌注支盘桩的成型技术领域，具体涉及一种旋转切扩支盘桩机及切扩支盘桩的施工方法。

背景技术：

支盘桩是一种新型桩基技术，通过在合适的土层挤扩，形成带支盘的灌注桩，大大提高单桩的承载力，可以减小桩径与桩长，节约成本，缩短工期，已在许多城市广泛使用。

支盘桩是将相对软弱土层中普通的摩擦桩或者摩擦端承桩在有限的桩身土层范围内通过设置承力盘或承力分支提高桩端承载力，充分利用桩身范围内各层土体的桩端承载力提高单桩承载力，达到提高单方混凝土承载力的目的从而节省造价或缩短工期。支盘桩与常规普通灌注桩相比，其抗压承载力、抗拔承载力都有大幅度的提高,且由于单桩承载力大，在荷载相同的情况下，一部分荷载通过支盘来传递，一定程度上相比普通灌注桩具有缩短桩长、减小桩径或者减少桩数的优点，从而能达到节省造价、缩短工期。

目前普通支盘桩在实际使用中存在以下缺点：1)在同一位置只形成一个盘，其横向面积增量小，不能很好的提升桩基横轴向承载力；2)施工质量不易控制，在坚硬土层中施工较为困难；3)施工效率低，施工时间相对较长。

技术实现要素：

本发明提供了一种旋转切扩支盘桩机及切扩支盘桩的施工方法，利用高强度切土钢板的旋转进行连续的切削作业，利用液压构件控制切土钢板的张开角度，形成形状规整、质量可靠的切扩支盘灌注桩。

为达到上述目的，本发明一种旋转切扩支盘桩机，包括钻杆，钻杆下端固定有钻头，钻杆上固定有旋转切扩组件；所述旋转切扩组件包括传力筒、切土钢板、连接杆和连接筒，所述传力筒包括第一传力筒和固定在第一传力筒下端的第二传力筒，第一传力筒下端铰接有若干切土钢板，切土钢板内壁开设有第一滑槽，第二传力筒内壁向内伸出有若干压块；所述连接筒上固定有卡扣座，卡扣座侧壁开设有若干安装槽，安装槽中安装有弹簧，弹簧下端和安装槽下端固定，上端和卡扣固定连接，卡扣在压块的作用下竖向移动；所述连接杆一端固定在第一滑槽中，另一端安装在卡扣上开设的第二滑槽中。

进一步的，传力筒由液压构件驱动。

进一步的，液压构件包括壳体，壳体上自上至下依次设置有储液腔、第一进液空腔和第二进液空腔，第一进液空腔和第二进液空腔之间由传力装置和密封圈隔开，第二进液空腔中设置有传力装置，第一液压输液管连通储液腔和第二进液空腔，第二液压输液管连通储液腔和第二进液空腔；壳体下端开设有供传力装置下移的环形槽，环形槽与传力装置之间安装有密封圈；当需要使传力装置向下伸出时，通过第二液压输液管从储液腔向第二进液空腔输入液压油，使液压油将传力装置向下推动，当需要收回传力装置时，通过第一液压输液管从储液腔向第二进液空腔输送液压油，通过液压油将传力装置向上推动。

进一步的，传力装置为一个空心圆筒，其纵截面为t形。

进一步的，切土钢板包括连接件和固定在连接件上的刀片，第一滑槽开设在连接件上，所有刀片的刀刃方向形同，逆时针或顺时针方向排布。

进一步的，卡扣为台阶形，卡扣的大端位于安装槽中，小端开设有第二滑槽，第二滑槽上端为半球形，连接杆两端为球形。

一种基于上述的旋转切扩支盘桩机的支盘桩施工方法，包括以下步骤：

步骤1、旋转钻进钻头，在预定桩孔位置向下钻孔，在钻头的作用下在地基中钻成竖直桩孔；

步骤2、到达支盘预定位置后，暂停旋转钻进，利用液压构件展开切土钢板后，使钻杆原地旋转，带动切土钢板在竖直桩孔内壁土层进行切削作业，改变切土钢板的展开角度，继续使切土钢板在竖直桩孔内壁土层进行切削作业，直至形成用于支盘灌注桩的支盘空腔；

步骤3、使切土钢板复位，随后钻头继续向下钻进成孔，在下一个支盘预定位置形成用于支盘灌注桩的支盘空腔，直至在所有的支盘预定位置形成支盘空腔；

步骤4、在桩孔中下钢筋笼、灌注混凝土并成桩，最终形成支盘桩。

进一步的，步骤2中，在同一个支盘预定位置，共进行四次切削，且切土钢板的展开角度依次增大。

进一步的，步骤2和步骤3中，利用液压构件来改变切土钢板的展开角度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

在钻头到达目标位置时，切土钢板在液压装置作用下展开，并能调整展开角度进行作业，切土钢板的旋转速度和角度为无级变速，最终在同一位置形成树形支盘空腔。所形成的树形支盘桩与普通支盘桩相比具有更大的体积，显著提高桩基的竖向以及横轴向承载能力的优点。

进一步的，传力装置为一个空心圆筒，其纵截面为t形。在调节切土钢板角度的过程中，可防止其从环形槽滑出。

进一步的，切土钢板包括连接件和固定在连接件上的刀片，第一滑槽开设在连接件上，所有刀片的刀刃方向形同，逆时针或顺时针方向排布。将刀片竖向排布，能够增大切面面积，最大限度的增大桩基的横向面积，提升桩基横轴向承载力。

进一步的，卡扣为台阶形，大端位于安装槽中，小端开设有第二滑槽，第二滑槽上端为半球形，连接杆两端为球形，能够有效防止连接杆从卡扣中滑出，保证装置的稳定性。

切土钢板由高强度钢材制成，可在坚硬土层中施工作业。

进一步的，通过液压构件来控制切土钢板的展开角度，形成不同旋切平面，从而形成树状支盘空腔。

一种切扩支盘桩的施工方法，通过调节切土钢板展开的角度，在支盘的设计位置形成多角度的空腔，然后在空腔中下钢筋笼、灌注混凝土并成桩，在同一位置只形成多个盘，增大了横向面积，能很好的提升桩基横轴向承载力。

与普通挤扩支盘桩装置相比，本方法可减少支盘设置的数量，达到更佳的效果，且本装置与钻机形成一体化装置，在钻进的过程中即可形成支盘空腔，从而加快了施工速度。

经济实用：本方法节省了施工时间，加快了施工进度，且减少了装置数量，具有经济实用的优点。

质量可靠：本方法形成的支盘桩具有较高的抵抗横轴向及竖向荷载的能力，因此其与普通挤扩支盘桩相比质量较为可靠。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2a为液压构件剖面示意图一；

图2b为液压构件剖面示意图二；

图3a为切土钢板收起时旋转切扩组件示意图；

图3b为切土钢板打开时旋转切扩组件示意图；

图4为切土钢板打开时旋转切扩组件放大示意图；

图5为旋转切扩组件局部示意图；

图6为旋转切扩组件俯视示意图；

图7a为卡扣示意图；

图7b为连接杆、卡扣和切土钢板连接示意图；

图7c为连接杆示意图；

图8为树形支盘桩成桩效果示意图。

附图中：1、液压构件；1-1、第一液压输液管；1-2、第二液压输液管；1-3、传力装置；1-4、密封圈；1-5、储油罐；1-6、进液空腔；1-7、进液空腔；2、旋转切扩组件；2-1、传力筒；2-2、切土钢板；2-3、连接杆；2-4、卡扣；2-5、弹簧组件；2-6、连接筒；2-7、卡扣座；2-8压块；3、钻杆；4、钻头；5、桩孔；6、支盘空腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种旋转切扩支盘桩机，包括：提供压力的液压构件1、旋转切扩组件2、钻杆3和钻头4，液压构件1用于为旋转切扩组件2提供扩展动力。钻杆3上自上至下依次固定有液压构件1、旋转切扩组件2和钻头4，液压构件1和旋转切扩组件2套设在钻杆3上，钻头4固定在钻杆3下端。

参照图2a和图2b，液压构件1包括壳体1-8、输液构件和传力构件。输液构件包括第一液压输液管1-1、第二液压输液管1-2、储液腔1-5，第一进液空腔1-6和第二进液空腔1-7。传力构件包括传力装置1-3和传力装置1-3侧边贴合的密封圈1-4。

壳体1-8上自上至下依次设置有储液腔1-5、第一进液空腔1-6和第二进液空腔1-7，其中储液腔1-5和第一进液空腔1-6之间由挡板隔开，第一进液空腔1-6和第二进液空腔1-7之间由传力装置1-3和密封圈1-4隔开，第二进液空腔1-7中设置有传力装置1-3，传力装置1-3为一个空心圆筒，其纵截面为t形。第一液压输液管1-1连通储液腔1-5和第二进液空腔1-7，第二液压输液管1-2连通储液腔1-5和第二进液空腔1-6。壳体1-8下端开设有供传力装置1-3下移的环形槽，环形槽与传力装置1-3之间安装有密封圈。当需要使传力装置1-3向下伸出时，通过第二液压输液管1-2从储液腔1-5向第二进液空腔1-6输入液压油，使液压油将传力装置1-3向下推动，当需要收回传力装置1-3时，通过第一液压输液管1-1从储液腔1-5向第二进液空腔1-7输送液压油，通过液压油将传力装置1-3向上推动。

参照图3a和图3b，旋转切扩组件2包括传力筒2-1，高强度切土钢板2-2、连接杆2-3和连接筒2-6，传力筒2-1包括第一传力筒2-1-1和固定在第一传力筒下端的第二传力筒2-1-2，第一传力筒的直径大于第二传力筒的直径，三个切土钢板2-2上端铰接在第一传力筒外壁上，切土钢板2-2内壁开设有沿切土钢板2-2长度方向设置的两个第一滑槽，两个连接杆2-3一端分别固定在两个第一滑槽中。参照图7a和图7b，两个连接杆2-3的另一端安装在卡扣2-4上开设的第二滑槽中。参照图6，第二传力筒内壁下部向内伸出有三个压块2-8，三个压块本别设置在卡扣2-4的正上方。参照图4和图5，连接筒2-6上固定有卡扣座2-7，卡扣座2-7为圆柱形，卡扣座2-7的直径小于第二传力筒的内径，卡扣座2-7侧壁开设有三个安装槽，三个安装槽中安装有弹簧2-5，弹簧2-5下端和安装槽下端固定，上端和卡扣2-4固定连接，弹簧2-5在自然状态下时，卡扣2-4上端面和卡扣座2-7上端面齐平。弹簧组件2-5为切土钢板2-2回缩提供弹力，卡扣2-4在传力筒2-1的压块的作用下竖向移动。

参照图3b，三个切土钢板2-2围绕传力筒2-1均匀分布。切土钢板2-2在液压装置1提供的压力作用下通过连接杆2-3的支撑以一定角度扩展打开。切土钢板2-2在旋转动力作用下进行旋转切削土体。

参照图7a，卡扣2-4为台阶形，大端位于安装槽中，小端开设有第二滑槽，第二滑槽上端为半球形。

参照图7b，切土钢板2-2包括连接件2-2-1和固定在连接件2-2-1上的刀片2-2-2，第一滑槽开设在连接件2-2-1上，所有刀片2-2-2的刀刃方向形同，逆时针或顺时针方向排布。

参照图7c，连接杆2-3两端为球形，一端置于传力筒2-1内筒上的卡扣2-4中的第二滑槽内，另一端置于切土钢板2-2背部的第一滑槽内。

上述旋转切扩支盘桩装置的工作原理为：

打开切土钢板2-1前，旋转切扩装置2和钻机为一整体，不影响钻头4的钻进，在钻头4到达指定位置时，可随时通过液压构件1提供压力以一定角度展开切土钢板2-1，切土钢板2-1展开的角度可以通过液压构件1进行控制，通过控制第一进液空腔1-6和第二进液空腔1-7中的液压油的体积，控制传力装置1-3向下伸出的长度，通过传力装置1-3向下伸出的长度即为传力筒2-1向下移动的距离，传力筒2-1带动压块向下移动，压块向下对卡扣2-4施加压力，使卡扣2-4向下移动，弹簧2-5压缩，卡扣2-4向下移动的过程中会带动连接杆2-3向下移动，从而撑开切土钢板2-2，这样切土钢板2-2就能以不同角度分别切削土体最终形成树形支盘状，所形成的树形支盘桩支盘体积大，能显著提高桩基的竖向以及横轴向承载能力。

一种切扩支盘桩的施工方法，包括如下顺序进行的步骤:

步骤1、旋转钻进钻头4，在预定桩孔位置向下钻孔，在钻头4的作用下在地基中钻成竖直桩孔5；

步骤2、到达支盘预定位置后，暂停旋转钻进，在预定设置支盘的位置，利用液压构件1以一定角度展开切土钢板2-2后，钻杆3原地旋转，使切土钢板2-1在竖直桩孔5内壁土层进行切削作业，形成用于支盘灌注桩的支盘空腔6；

步骤3、在桩孔5中下钢筋笼、灌注混凝土并成桩，最终形成树形支盘桩，树形支盘桩如图8所示。

步骤2中的作业包括以下作业:展开切土钢板2-2至一定角度旋转切削；控制液压构件1，通过调节压块的高度来改变切土钢板2-2展开角度后，继续切削；切削完成后，使液压构件1复位，收起切土钢板2-2，随后钻头继续向下钻进成孔。

优选的，在同一个位置，共进行4次切削，且切土钢板2-2的展开角度依次增大。

其中，旋转切削和钻渣清除作业包括如下步骤:

a)利用切扩液压系统控制切土钢板以一定角度展开；

b)利用钻机旋转提供的动力带动切土钢板旋转切削土体；

c)切削下来的渣土在旋转高强切土钢板作用下，被碾磨成细小渣土颗粒；

d)渣土颗粒与桩孔内不断注入的泥浆混合形成的泥浆液从桩孔中排出。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。