一种挤扩复合桩及其施工方法与流程

本发明属于建筑桩施工领域，特别涉及一种挤扩复合桩及其施工方法。

背景技术：

1、在建筑桩基础中，水泥土复合桩占有较大的份额，它具有成桩挤土负效应小，适应地质条件较广，桩承载能力较高等优点。水泥土复合桩外桩的施工通常采取现场搅拌的办法，形成水泥土桩，由于受地质条件、水泥浆的配比、搅拌人员及搅拌设备等因素的影响，往往很难达到理论要求的搅拌均匀水泥土，导致孔底会有较多沉渣存在，预制芯桩压入水泥土内所形成的水泥土复合桩的端阻很小，同时预制芯桩的压入会有大量的水泥土外溢，造成材料的浪费，并污染了环境；同时不均匀的水泥土与预制芯桩间的结合强度低，有时不能满足复合桩中外桩与芯桩同步位移，出现芯桩压穿外桩的现象，造成复合桩承载能力的降低。

技术实现思路

1、针对现有水泥土复合桩的不足，本发明提出一种挤扩复合桩，能满足外桩与预制芯桩间结合牢固、桩端承载力高、施工无水泥土外溢的新型复合桩，及其基桩的施工方法。

2、本发明采用的技术方案是：一种挤扩复合桩，包括混凝土的外桩和预制芯桩，外桩同中心的全部或部分包围预制芯桩，外桩上至少设有一段复合挤扩桩段，所述复合挤扩桩段包括连续螺旋盘绕在外桩桩体上的反向螺牙ⅰ和若干凸起及将外桩桩体、反向螺牙ⅰ和若干凸起包裹在内的柱形混凝土-土混合层；所述反向螺牙ⅰ为外形呈螺丝状的超流态混凝土凝固体，设反向螺牙ⅰ形成的外径为d2，柱形混凝土-土混合层形成的外径为d3，则d3＞d2，反向螺牙ⅰ与柱形混凝土-土混合层呈螺丝螺母配合结构。

3、进一步的，上述的一种挤扩复合桩，所述凸起为超流态混凝土凝固体或超流态混凝土与土的混合体凝固体。

4、进一步的，上述的一种挤扩复合桩，外桩上除复合挤扩桩段外均为螺牙桩段，所述螺牙桩段包括连续螺旋盘绕在外桩桩体上的反向螺牙ⅱ。

5、进一步的，上述的一种挤扩复合桩，反向螺牙ⅱ为外形呈螺丝状的超流态混凝土凝固体，反向螺牙ⅱ与周围土间呈螺丝螺母配合结构。

6、进一步的，上述的一种挤扩复合桩，设反向螺牙ⅱ形成的外径为d1，则d2≥d1。

7、进一步的，上述的一种挤扩复合桩，所述预制芯桩为混凝土预制桩或钢预制桩。

8、进一步的，上述的一种挤扩复合桩，所述预制芯桩的底端设置预制钻尖或堵板。

9、一种挤扩复合桩的施工方法，包括如下步骤：

10、1)通过螺旋钻杆将带有扩径体的螺旋挤土钻头与桩机动力头输出端连接，混凝土输送泵通过混凝土输送管与桩机动力头主轴上端连接；所述带有扩径体的螺旋挤土钻头中，扩径体在收回状态时，扩径体下部的外缘突出螺旋挤土钻头中螺旋叶片形成的最大外缘，设突出量为q，则125mm≥q≥20mm；

11、2)螺旋挤土钻头的扩径体处于收回状态，钻尖对准桩孔位，调整钻具垂直度；

12、3)启动桩机，桩机动力头通过螺旋钻杆带动螺旋挤土钻头做螺旋挤土钻进，在下钻过程中，钻头上扩径体突出钻头最大外缘的部分在桩孔壁土里形成第一正向螺旋沟槽，上传的土体不断地充填到第一正向螺旋沟槽里；

13、4)复合挤扩桩段的形成：

14、4.1)继续挤土钻进至复合挤扩桩段设计深度止，保持钻具继续旋转，先启动混凝土输送泵压灌超流态混凝土至钻头内腔，再提升螺旋挤土钻头200mm～400mm，压灌的超流态混凝土打开钻尖总成，注入桩孔底，并压灌埋没钻头底部800mm～1200mm高度；

15、4.2)将螺旋挤土钻头的扩径体下部的外缘完全向外张开，提升旋转的钻具并压灌超流态混凝土，在提升的过程中，张开的扩径体下端部在桩孔壁土里形成第一反向螺旋沟槽，第一反向螺旋沟槽与桩孔腔一同压灌超流态混凝土，提钻压灌直至复合挤扩桩段顶高，停止提升和压灌；

16、4.3)再向下释放旋转的钻具，挤压混凝土的钻进过程中，钻头上扩径体突出钻头最大外缘的部分在桩孔壁土里形成第二正向螺旋沟槽，第二正向螺旋沟槽被受挤压的混凝土充填满，钻进至复合挤扩桩段设计深度止，保持钻具继续旋转；

17、4.4)再次提升旋转的钻具并压灌超流态混凝土，在提升的过程中，张开的扩径体下端部在桩孔壁土里形成第二反向螺旋沟槽，第二反向螺旋沟槽与桩孔腔一同压灌超流态混凝土，提钻压灌直至复合挤扩桩段顶高；第二反向螺旋沟槽内的超流态混凝土形成反向螺牙ⅰ；

18、

19、复合挤扩桩段在反复钻进和提升压灌过程中，扩径体在形成后一螺旋沟槽时将前一过程形成的螺旋沟槽的连续性切断，扩径体挤压、搅拌前一过程形成的螺旋沟槽内的混凝土与土混合，前一过程形成的螺旋沟槽内的混凝土在外桩桩体上形成若干凸起。

20、复合挤扩桩段(120)在二次钻进过程中，钻头的下部径向下挤压螺旋沟槽和孔壁内的混凝土，迫使部分混凝土挤进周围土里，并进一步挤压周围土，形成柱形混凝土-土混合层。

21、复合挤扩桩段在二次钻进过程中，受挤压的混凝土推动螺旋挤土钻头上的土体上移，挤密螺旋挤土钻头上存留的土体；

22、5)螺牙桩段的形成

23、收回螺旋挤土钻头的扩径体，继续提升旋转的钻具并压灌超流态混凝土，提升旋转的钻具并至孔外地表，提钻过程中，钻头上扩径体突出钻头最大外缘的部分在桩孔壁土里形成第三反向螺旋沟槽，第三反向螺旋沟槽与桩孔腔一同压灌超流态混凝土，形成连续的反向螺牙ⅱ；

24、6)外桩灌注后，将预制芯桩插入外桩中。

25、进一步的，上述的施工方法，步骤5)和步骤6)进一步为：

26、5)螺牙桩段(130)的形成

27、收回螺旋挤土钻头的扩径体，继续提升旋转的钻具并压灌超流态混凝土，在此提钻压灌过程中，钻头上扩径体突出钻头最大外缘的部分在桩孔壁土里形成第三反向螺旋沟槽，同时形成的第三反向螺旋沟槽与桩孔腔一同被压灌超流态混凝土；提钻压灌至距离桩孔外地表一定高度后停止压灌，同时继续提升旋转的钻具至桩孔外地表，在此提钻过程中，钻头上扩径体突出钻头最大外缘的部分继续在桩孔壁土里挤压出第三反向螺旋沟槽，形成桩孔上端空的第三反向螺旋沟槽和桩孔；

28、6)外桩灌注后，将预制芯桩插入外桩中，在预制芯桩插入外桩的过程中，预制芯桩挤压桩孔内的超流态混凝土，挤扩周围土，挤压超流态混凝土向桩孔上端的空的第三反向螺旋沟槽和桩孔流动，充填第三反向螺旋沟槽与桩孔，最终形成连续的反向螺牙ⅱ。

29、进一步的，上述的施工方法，步骤4)复合挤扩桩段的形成过程中，螺旋挤土钻头中的扩径体始终处于收回状态。

30、本发明的有益效果是：

31、1、本发明采用带有扩径体的螺旋挤土钻头，扩径体在收回状态时，其下端部突出钻头最大外径轮廓，在成桩施工时，能实现挤扩桩段外径的最大化，同时也满足螺牙桩段外桩的形成。

32、2、本发明提供的挤扩复合桩，螺牙桩段外桩与周围土间成螺丝螺母配合式结合，螺牙桩段外桩与周围土间结合力大，有利于复合桩承载能力的提高。同时螺牙桩段外桩的周围土是挤密状态，提高了螺牙桩段外桩与周围土间的结合力。

33、3、本发明提供的挤扩复合桩，复合挤扩桩段外桩是经过多次挤密形成的，其周围土体也得到充分的挤密，芯部的混凝土复挤密螺牙桩段与外部的混凝土-土混合层间成螺丝螺母配合式结合，强度高，挤压密实的周围土体与混凝土-土混合层间结合要大于普通的桩-土间结合，有利于复合桩承载力的提高。外桩桩体上的凸起也增加了外桩与混凝土-土混合层间的结合力。本发明设置了复合挤扩桩段，适用于可塑-坚硬的黏性土、粉土、砂土、碎石土、全风化岩、强风化岩等岩土层。

34、4、本发明提供的挤扩复合桩，端阻高。复合挤扩桩段的端截面大，且底端土是挤密状态，特别是外桩中设置多个复合挤扩桩段的复合桩，复合挤扩桩段产生的端阻更高，能充分发挥地基土端承高的潜能，实现节能。

35、5、本发明提供的挤扩复合桩，预制芯桩与混凝土外桩间结合牢固。外桩是超流态混凝土，质量可靠，集中搅拌均匀性好，与预制芯桩间结合无杂质、无空隙，特别是预制桩芯桩采取后压入式施工成桩，进一步挤密了混凝土，也增加了混凝土外桩与预制桩(芯桩)间的结合力。

36、6、本发明提供的挤扩复合桩，预制芯桩桩底可施工在混凝土外桩的内部，也可贯穿混凝土外桩，能满足不同持力层岩土层的要求。

37、7、本发明提供的挤扩复合桩，外桩混凝土的灌注量可根据芯桩的体积及钻孔直径和深度进行估算，满足压入芯桩时，灌注的混凝土不外溢到孔外地表，避免浪费。

38、8、本发明提供的挤扩复合桩，对于近地表土层为负摩阻的桩基础，通过合理控制外桩混凝土的灌注量，可避免在负摩阻土层内设置外桩，有利于挤扩复合桩承载力的提高和降低成桩成本。

39、9、本发明提供的挤扩复合桩，适应地层广，能扩大预制桩的使用地层，有利于推进桩基础的装配式发展，实现低碳减排。

40、10、本发明提供的挤扩复合桩，外桩的桩孔采取螺旋挤土钻进形成，属于部分挤土成孔，残土排放少，挤土负效应小。

41、11、本发明提供的挤扩复合桩，受挤土钻孔时桩孔位土的反向作用力影响，挤土钻头螺旋叶片间土的密实性比非挤土钻头螺旋叶片间土的密实性要高得多，在挤扩复合桩的外桩复挤密混凝土钻进形成挤扩桩段过程中，挤土钻头螺旋叶片间存留的土体得到进一步的挤压密实，进一步加强了土体与螺旋叶片及芯管的表面间的结合力，在停止压灌提升钻具过程中，钻头螺旋叶片间的土体不会掉落下来，保证了桩孔内混凝土的质量。

42、12、本发明提供的挤扩复合桩，预制芯桩采取后压入施工，一是挤密桩孔内混凝土外桩体，二是通过受挤压的混凝土进一步挤密外桩周围土，提高了外桩周围土与外桩间的结合力。

43、13、本发明提供的挤扩复合桩，芯桩的底端配置桩尖，在压入芯桩过程中，有利于混凝土的径向挤扩，外桩的周围土密实性更好。

44、14、本发明提供的挤扩复合桩，芯桩为预制空心桩、且其底端不封闭时，在压入芯桩过程中，会有部分混凝土进入芯桩内腔，提高了芯桩的桩身强度。