本發明涉及一種土木建筑工程的樁基礎，尤其是涉及一種上段為圓柱樁、下段為螺紋灌注樁的混合灌注樁成樁裝置與成樁方法。

背景技術：

我國沿海城市、沿河與環湖的城鎮，這些地區大都為深厚軟土地區；目前在工程建設中的樁基礎主要采用摩擦型園柱樁，該基礎的軟土地層的端承摩擦樁中，樁的側表面與樁周土的摩阻力約占樁承載力值的70-90％；但是因軟土樁的側阻力較小，所述摩擦型園柱樁嚴重制約現有工程建設中樁的承載力值的提高。

如果采用螺旋形樁，該螺旋形樁的螺紋嵌入土層內顯示其比較所述園柱樁具有顯著抗拔力的優勢；但是目前在國內外還沒有見到該螺旋形樁應用于土木建筑工程的樁基礎實踐中，這是因為目前所述螺旋形樁多數是在工廠內用鋼管焊接鋼板螺葉制作的長螺旋鋼管螺紋樁，該鋼板螺葉制作的長螺旋鋼管螺紋樁在現場澆筑是應用樁機旋轉動力用正轉(順時針旋轉)將帶螺旋的鉆頭加壓旋擰沉入土層至要求高程，啟動泵送砼，用反轉(逆時針旋轉)上拔，帶螺旋的的鉆頭上拔時在土層內留下的空隙，如果能按所述螺旋的螺距勻速反轉上拔，壓灌砼就能迅速充填在土層內留下的螺旋空隙，才能實現灌筑為帶螺旋砼的螺旋形樁；然而，無數實踐證明是不可能按螺旋的螺距勻速反轉上拔的；這是因為該螺旋樁穿越土層軟硬不一，絕大多數的土層的強度是不能支承螺旋按螺距勻速反轉上拔旋退，因此形成不了帶螺旋的灌注樁。

本發明人已經授權的發明專利201410186000.5《一種帶螺母抱合同步機構的螺紋灌注樁裝置》，它包括鉆頭以及螺母抱合同步機構，鉆頭由鉆尖、鉆頭體與螺旋體組成，該螺旋體上部固定連接帶外螺紋的空心鉆桿，鉆尖與鉆頭體之間設有齒形接合子，螺母抱合同步機構包括一對對半螺母以及對稱布置于該對半螺母徑向外側的雙向螺桿，該對半螺母與空心鉆桿的外螺紋相配合，空心鉆桿外螺紋的螺距與所述螺旋體的螺距相同，雙向螺桿各配套有傳動螺母，該傳動螺母設有帶搖柄的抱合定位器，螺母抱合同步機構定位在灌注樁的樁機底盤上；該發明專利優點是當螺母抱合螺紋鉆桿時，無論正轉或反轉均能按螺距勻速旋進或旋退的同步性，顯著提高了樁的承載能力，大幅降低樁基工程的造價成本；然而它的不足之處是不能實現特別是針對軟土樁的側阻力各異而實施混合灌注樁，其次是該發明專利是采用手工控制螺母抱合與分開，施工效率較低。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題就是針對上述現有技術存在的現狀，提供一種針對軟土樁的側阻力各異而設計的上段為圓柱樁、下段為螺紋灌注樁的混合灌注樁成樁裝置與成樁方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種混合灌注樁成樁裝置，包括樁機、螺紋鉆桿及其帶螺母抱合機構的兩個對分螺母；該兩個對分螺母對稱地安裝在所述螺紋鉆桿的左右兩側，該螺紋鉆桿連接一螺紋鉆頭，所述螺紋鉆桿設置為梯形螺紋，該螺紋鉆桿的螺距、螺旋方向與所述螺紋鉆頭的螺距、螺旋方向一致，其特征在于，所述螺母抱合機構包括所述兩個對分螺母的外徑中央各設有第一鉸點，該第一鉸點各連接一千斤頂，該千斤頂各通過第二鉸點分別連接在所述樁機的底盤兩側，所述對分螺母的外周各設有第三鉸點，該第三鉸點作為所述對分螺母的旋轉中心分別連接在所述樁機底盤的靠近中心的兩側；所述千斤頂設置為電動液壓自動控制。

上述采用的技術方案其有益效果是可以實現針對軟土樁的側阻力各異而采用針對性的混合灌注樁；并由電動液壓控制系統操縱其對分螺母與螺旋鉆桿的抱合或脫離動作，可以實現樁徑尺寸參數施工的自動化程序控制，從而提升樁基工程的施工效率與施工質量；

為了獲取本發明樁的螺旋嵌入土層的最佳剪切力，所述混合灌注樁的最佳尺寸參數為：

所述混合灌注樁的樁徑500-700mm；

所述螺紋鉆桿的外徑為300-377mm、螺距為150-180mm、壁厚為15-16mm；

所述螺紋鉆頭的外徑為400-600mm、螺距為150-180mm；

所述螺紋鉆頭梯形螺紋的截面高為50mm、截面底寬為40mm、截面頂寬為20mm；

所述螺紋鉆桿梯形螺紋的截面高為50mm、截面底寬為50mm、截面頂寬為30mm。

本發明的施工程序是：

①樁機就位，將鉆尖對準設計樁位，鉆尖伸出處回縮至鉆頭，校正垂直；

②啟動旋轉動力頭，加壓旋擰鉆頭，將鉆頭與鉆桿沿順時針(正轉)方向旋擰入土層，旋擰至設計深度，啟動螺母抱合同步機構；

③起動泵送砼充滿砼導管，同時啟動旋轉動力頭沿逆時針(反轉)方向旋擰的鉆尖已脫離鉆頭呈懸掛狀態；繼續逆時針(反轉)方向旋擰同時加外力上拔，泵送砼壓力充入樁孔，保證螺旋鉆頭沿螺旋的螺距上升，而上拔力的大小不會改變該螺距上升的規律；將鉆頭在樁孔內上拔至設計樁的螺旋高度終止；

④退出螺母抱合同步機構，由反轉變更為正轉加外力上拔，泵送砼灌入樁孔，直至將鉆頭拔出樁孔，砼灌滿樁孔；

⑤在灌滿砼的樁孔中先清理滿溢孔外的砼，找出灌滿砼樁孔的中心，吊起制作好工字型鋼，對準該中心，校正垂直，振動沉入灌滿砼的樁孔內；

⑥即成上段為等直徑的圓柱樁、下段為帶螺旋灌注樁的混合灌注樁成樁。

本發明與現有技術相比，其優點是：其一，實現針對軟土樁的側阻力各異而實施混合灌注樁，使下段樁的側表面由現有的平面形狀改變為螺旋形狀，樁的螺旋嵌入土層的樁側阻力不是摩擦力而是螺旋嵌入土層的剪切力，而土的剪切力成倍數高于摩擦力，因而顯著提高了樁的承載能力；其二，樁基工程的造價大幅降低，本發明比較現有等徑灌注樁，可節省近一半樁的建材；其三是采用液壓控制系統操縱對分螺母與螺旋鉆桿的抱合或脫離狀態，從而可以實現相對于各式各樣樁徑最佳尺寸參數施工的自動化程序控制，大大提升樁基工程的施工效率與施工質量。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的對分螺母抱合裝置動態示意圖；

圖3為本發明的螺旋鉆桿與帶接合子的螺旋鉆頭連接示意圖；

圖4為本發明施工程序示意圖；

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。

如圖1～圖4所示，包括螺紋鉆桿1及其相配置的兩個對分螺母2；該螺紋鉆桿1連接一帶接合子的螺紋鉆頭10；該螺紋鉆桿設置為梯形螺紋，該螺紋鉆桿的螺距、螺旋方向與所述螺紋鉆頭10的螺距、螺旋方向一致。

因為對分螺母2與螺紋鉆桿1抱合時，無論正轉(順時針旋轉)旋入土層或者反轉(逆時針旋轉)旋出土層時，只要旋轉的圈數相等則螺紋鉆頭10的旋入與旋出的位移與該螺紋鉆桿1的位移是相等的。

對分螺母抱合時，強迫螺紋鉆桿1與螺紋鉆頭10按其螺旋的螺距同步位移，所以螺紋鉆頭10在反轉旋出土層的過程中在土層內留出的螺旋空隙迅速被壓灌砼充填成螺旋砼，即成為帶螺紋的灌注樁。

螺紋鉆桿1與螺紋鉆頭10的同步位移，是螺旋灌注樁的施工必要條件。

加壓(適當加壓可減少旋入扭矩)正轉旋擰螺紋鉆桿1帶動螺紋鉆頭10沉入土層至要求的高程，啟動泵送砼；反轉上拔(適當上拔力可減少旋出扭矩)旋出土層，螺紋鉆頭10的螺紋在土層內留出的螺旋空隙，迅速被壓灌砼充填而成螺旋砼的螺旋灌注樁；直至反轉上拔螺紋鉆頭10出地面，樁孔內滿灌砼，預先制作好的鋼筋籠振動沉入樁孔砼的中心至要求的深度，完成鋼筋砼螺旋灌注樁的施工；

當要求施工下段樁為帶螺旋的灌注樁而上段樁為等徑的圓截面的園柱樁時，在施工反轉上拔過程，到達無螺紋直段樁的起點時停止；此時，將兩個對分螺母2分離，即解除對螺紋鉆桿1的抱合，重新啟動即轉變為正轉上拔，一直按正轉直至將螺紋鉆頭10上拔出地面，樁孔內滿灌砼，預先制作好的鋼筋籠振動沉入樁孔砼的中心至要求的深度，即完成本發明混合灌注樁的施工。

螺母抱合同步機構11包括兩個對分螺母2對稱地安裝在螺紋鉆桿1的左右二側，兩個對分螺母2各設有第一鉸點5，兩個第一鉸點5各連接一千斤頂3，該兩個千斤頂各通過第二鉸點4分別連接在樁機底盤6的兩側；此外，兩個對分螺母2的外周各設有第三鉸點8，該第三鉸點8作為對分螺母2的旋轉中心也分別連接在靠近樁機底盤6中心的兩側；

當兩個千斤頂3伸展時，兩個對分螺母2左右頂緊抱合螺紋鉆桿1；當兩個千斤頂回縮時，兩個對分螺母2各自沿第三鉸點8的旋轉中心向外側旋轉而解除抱合，由圖2虛線所示的對分螺母2完全解除對鉆桿1的抱合狀態；

本實施例的樁徑(螺紋的外徑即為螺旋樁的樁徑)與螺紋鉆桿1、螺紋鉆頭10的最佳尺寸參數為：

對于樁徑500-700mm時；螺紋鉆桿1的外徑為300-377mm、螺紋鉆桿1的螺距為150-180mm、螺旋鉆桿的壁厚為15-16mm；

螺紋鉆頭10的外徑為400-600mm、螺旋鉆頭10的螺距為150-180mm；

此外，螺紋鉆頭10的梯形螺紋截面高為50mm、截面底寬為40mm、截面頂寬為20mm；而螺旋鉆桿1的梯形螺紋截面高為50mm、截面底寬為50mm、截面頂寬為30mm；

螺紋鉆桿1的螺旋截面尺寸與對分螺母2的螺旋截面尺寸是相互密配，才能使對分螺母2抱合螺紋鉆桿1時，實現其旋入或旋出均為同步的效果。

本發明的施工程序如下：

①樁機就位，將鉆尖對準設計樁位，鉆尖伸出處回縮至鉆頭，校正垂直；

②啟動旋轉動力頭，加壓旋擰鉆頭，將鉆頭與鉆桿沿順時針(正轉)方向旋擰入土層，旋擰至設計深度，啟動螺母抱合同步機構；

③起動泵送砼充滿砼導管，同時啟動旋轉動力頭沿逆時針(反轉)方向旋擰的鉆尖已脫離鉆頭呈懸掛狀態；繼續逆時針(反轉)方向旋擰同時加外力上拔，泵送砼壓力充入樁孔，保證螺紋鉆頭沿螺旋的螺距S上升，而上拔力的大小不會改變沿螺紋的螺距上升的規律，將鉆頭在樁孔內上拔至設計螺旋的高度終止；

④退出螺旋同步的裝置，由反轉變更為正轉加外力上拔，泵送砼灌入樁孔，直至將鉆頭拔出樁孔，砼灌滿樁孔；

⑤在灌滿砼的樁孔中先清理滿溢孔外的砼，找出灌滿砼樁孔的中心，吊起制作好工字型鋼，對準該中心，校正垂直，振動沉入灌滿砼的樁孔內；

⑥即成上段為等直徑的圓柱樁、下段為帶螺紋灌注樁的混合灌注樁成樁。

本發明是安裝在樁機正面中心處底盤的側面，由液壓千斤頂執行頂伸或回縮兩個對分螺母，實現與螺旋鉆桿的抱合或脫離狀態；在抱合時反轉壓灌施工的下段樁為螺紋灌注樁，脫離時為正轉上拔壓灌施工的上段樁為等徑的圓柱樁。

本發明比較現有的摩擦型樁承載力值顯著提高，使樁的下段帶螺旋灌注樁側表面由現有的平面形改變為螺旋形，樁的螺旋嵌入土層的樁側阻力不是摩擦力而是螺紋嵌入土層的剪切力，而土的剪切力成倍數高于摩擦力，因而顯著提高了樁的承載能力；如果是相同的建筑工程，則本發明可節省大量建材，使樁基工程的造價大幅降低。

又本發明采用液壓控制系統操縱對分螺母與螺紋鉆桿的抱合或脫離動作，從而可以實現應用可變程序控制器對各式各樣樁徑尺寸參數施工的自動化程序控制，大大提升樁基工程的施工效率與施工質量。