阅读说明：本技术 一种灌浆式旋转钢管桩及施工方法 (Grouting type rotating steel pipe pile and construction method ) 是由 侯和涛 赵宇 李克凡 陈鹏 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种灌浆式旋转钢管桩及施工方法,包括钢管,所述钢管的顶部设有桩头,所述桩头能够连接外部旋转驱动单元以驱动钢管旋转；所述钢管的底端设有钻头,所述钻头将钢管的底端封闭；所述钢管的侧壁设有多个灌浆孔,所述灌浆孔贯穿钢管的侧壁,所述灌浆孔能够连通桩头内腔、钢管内腔及钢管外部的空间。所述钢管的侧壁外部套设有叶片。所述桩头为管状结构,所述桩头的内孔为螺纹孔。所述灌浆孔均布设置于钢管的侧壁。本发明能够解决现有钢管桩在旋转下降过程中使得周围土体松动的问题,提高土体的摩擦承载能力,增加桩基础的稳定性及承载力。(The invention relates to a grouting type rotating steel pipe pile and a construction method, wherein the grouting type rotating steel pipe pile comprises a steel pipe, the top of the steel pipe is provided with a pile head, and the pile head can be connected with an external rotating driving unit to drive the steel pipe to rotate; the bottom end of the steel pipe is provided with a drill bit, and the drill bit seals the bottom end of the steel pipe; the lateral wall of steel pipe is equipped with a plurality of grout holes, the lateral wall of steel pipe is run through to the grout hole, the grout hole can communicate pile head inner chamber, steel pipe inner chamber and the outside space of steel pipe. And blades are sleeved outside the side wall of the steel pipe. The pile head is of a tubular structure, and an inner hole of the pile head is a threaded hole. The grouting holes are uniformly distributed in the side wall of the steel pipe. The invention can solve the problem that the surrounding soil body is loosened in the rotating and descending process of the existing steel pipe pile, improve the friction bearing capacity of the soil body and increase the stability and the bearing capacity of the pile foundation.)

一种灌浆式旋转钢管桩及施工方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种灌浆式旋转钢管桩及施工方法。

背景技术

在土木建筑工程中，为了提高建筑的稳定性，增加地基的承载力，建筑的基础一般为桩基础，用于建筑物的基础桩结构包括钢管桩、混凝土桩及灌注桩。

发明人了解到，传统灌注桩及预制混凝土桩受到场地范围、施工工序和天气限制，进度缓慢。需要大型施工器械，会产生噪声污染和泥浆污染。

钢管桩包括旋转钢管桩，其受力形式与端承桩相似，虽然叶片下的土体和桩身周围的土体也可以提供相应的承载力，但旋转时会使周围土体松动，导致土体提供的摩擦承载能力变小，桩基础的稳定性及承载力会受到影响。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种灌浆式旋转钢管桩及施工方法。

本发明的第一目的是提供一种灌浆式旋转钢管桩，解决现有钢管桩在旋转下降过程中使得周围土体松动的问题，提高土体的摩擦承载能力，增加桩基础的稳定性及承载力。

本发明的第二目的是提供一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，指导桩长较小的灌浆式旋转钢管桩的施工。

本发明的第三目的是提供第二种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，指导桩长较大的灌浆式旋转钢管桩的施工，侧重于利用可移动的膨胀塞，在桩长方向实现分段灌浆。

本发明的第四目的是提供第三种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，指导桩长较大的灌浆式旋转钢管桩的施工，侧重于利用隔板结构，在桩长方向实现分段灌浆。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种灌浆式旋转钢管桩，包括钢管，所述钢管的顶部设有桩头，所述桩头能够连接外部旋转驱动单元以驱动钢管旋转；所述钢管的底端设有钻头，所述钻头将钢管的底端封闭；

所述钢管的侧壁设有多个灌浆孔，所述灌浆孔贯穿钢管的侧壁，所述灌浆孔能够连通桩头内腔、钢管内腔及钢管外部的空间，所述钢管的侧壁外部套设有叶片。

在旋转式钢管的侧壁增加灌浆孔：相对于直接利用旋转钢管作为桩基础，浆液能加固因旋转钢管中叶片旋转造成松动的周边土层，使得钢管、混凝土及周边土层形成一个完整的整体，提高钢管桩的结构稳定性及承载力。

进一步，还包括封口板，所述封口板能够安装于桩头的上端以实现桩头的封堵，所述封口板中设有注浆口。

采用封口板结构，封口板与桩头的连接能够实现桩头上部的封堵，方便在桩头及钢管内腔注入压力浆液。

进一步，还包括膨胀塞及注浆管，所述膨胀塞具有气腔，所述气腔与气管连通，所述气管与充气设备连通，所述膨胀塞的中部贯穿有注浆管的一端，注浆管的另一端能够与注浆设备连接以实现注浆；所述膨胀塞能够伸入钢管内腔中并将钢管内腔分为未注浆段及注浆段。

采用膨胀塞与注浆管配合使用的方式，当钢管桩的长度较大时，采用膨胀塞将钢管内腔隔离成未注浆段及注浆段，实现分段注浆，能够保证每一段钢管内腔中，从灌浆孔向外扩散一定的体积的浆液，实现钢管外部土壤的均匀加固。

进一步，所述钢管的内腔中设有多个隔板，所述隔板将钢管内腔分成多个注浆空间，所述隔板中设有注浆孔，多个注浆孔的竖向轴线重合。所述注浆孔能够***注浆管，所述注浆管的外径小于注浆孔的内径。

采用隔板结构，在钢管桩的长度较大时，采用隔板及注浆管注浆时的膨胀将钢管内腔隔离成多个注浆空间，实现分段注浆，能够保证每一段钢管内腔中，从灌浆孔向外扩散一定的体积的浆液，实现钢管外部土壤的均匀加固。

一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，利用了所述的灌浆式旋转钢管桩，包括以下步骤，

步骤1，将桩头与外部旋转驱动单元连接，利用钻头带动钢管向下钻孔至设定深度；

步骤2，拆除外部旋转驱动单元，利用封口板封堵桩口的上端，将注浆管的一端处***注浆口中，另一端与外部注浆设备连接；

步骤3，利用外部注浆设备向钢管内腔注入浆液；

步骤4，当钢管内腔充满浆液后，继续注浆使得浆液从灌浆孔处向钢管外部的土层扩散；

步骤5，注浆的浆液体积或注浆压力达到设定数值时，停止注浆，抽离注浆管。

一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，利用了所述的灌浆式旋转钢管桩，包括以下步骤：

步骤1，将桩头与外部旋转驱动单元连接，利用钻头带动钢管向下钻孔至设定深度；

步骤2，拆除外部旋转驱动单元，将膨胀塞放气后置入钢管内腔并下放至设定深度，膨胀塞充气膨胀，膨胀塞下部的钢管内腔形成注浆段，

利用注浆管向注浆段注浆，浆液在充满注浆段后从灌浆孔流出钢管，当注浆体积或注浆压力满足要求后停止注浆；

步骤3，将膨胀塞放气后上移设定距离，然后对膨胀塞充气，重复步骤2的注浆过程；

步骤4，当膨胀塞与桩头的距离满足设定要求后，从钢管内腔取出膨胀塞；

利用封口板封堵桩口的上端，利用注浆管外部注浆设备向桩头及钢管内腔注入浆液；

步骤5，当钢管内腔充满浆液后，继续注浆使得浆液从灌浆孔处向钢管外部的土层扩散；

步骤6，注浆的浆液体积或注浆压力达到设定数值时，停止注浆，抽离注浆管。

一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，利用了所述的钢管灌注桩，包括以下步骤：

步骤1，将桩头与外部旋转驱动单元连接，利用钻头带动钢管向下钻孔至设定深度；

步骤2，拆除外部旋转驱动单元，注浆管的下端伸入最靠近钻头的一个注浆空间；

步骤3，利用注浆管向注浆空间注入浆液，注浆管在注浆时膨胀以使得注浆孔完全封闭；

注浆空间充满浆液后，继续注浆使得浆液从灌浆孔处向钢管外部的土层扩散；

步骤4，当注浆管末端所在注浆空间的浆液体积或注浆压力达到设定数值时，停止注浆，向桩头方向抽离注浆管一段距离，使得注浆管末端处于另一个注浆空间中，重复步骤3，直至所有注浆空间完成注浆。

本发明的有益效果：

1)在旋转式钢管的侧壁增加灌浆孔：相对于直接利用旋转钢管作为桩基础，浆液能加固因旋转钢管中叶片旋转造成松动的周边土层，使得钢管、混凝土及周边土层形成一个完整的整体，提高钢管桩的结构稳定性及承载力。

2)采用封口板结构，封口板与桩头的连接能够实现桩头上部的封堵，方便在桩头及钢管内腔注入压力浆液。

3)采用膨胀塞与注浆管配合使用的方式，当钢管桩的长度较大时，采用膨胀塞将钢管内腔隔离成未注浆段及注浆段，实现分段注浆，能够保证每一段钢管内腔中，从灌浆孔向外扩散一定的体积的浆液，实现钢管外部土壤的均匀加固。

4)采用隔板结构，当钢管桩的长度较大时，采用隔板及注浆管注浆时的膨胀将钢管内腔隔离成多个注浆空间，实现分段注浆，能够保证每一段钢管内腔中，从灌浆孔向外扩散一定的体积的浆液，实现钢管外部土壤的均匀加固。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1中整体结构示意图；

图2为本发明实施例1中钻头的结构示意图；

图3为本发明实施例1中叶片的结构示意图；

图4为本发明实施例1中桩头的结构示意图；

图5为本发明实施例1中桩头与封堵板等结构的示意图；

图6为本发明实施例2中钢管与充气橡胶塞等结构的示意图；

图7为本发明实施例3中隔板的结构示意图。

图中：1、桩头；101、螺纹内孔；2、叶片；3、钢管；4、灌浆孔；5、钻头；501、切削齿；6、封口板；7、注浆口；8、膨胀塞；9、注浆管；10、隔板；11、注浆孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供优选的的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请中的浆液指的是混凝土浆液或者水泥浆液。

实施例1

如图1-5所示，一种灌浆式旋转钢管桩，包括钢管3，所述钢管3的顶部设有桩头1，所述桩头1能够连接外部旋转驱动单元以驱动钢管3旋转；所述钢管3的底端设有钻头5，所述钻头5将钢管3的底端封闭。

具体的，钻头5为锥形结构，钻头5包括多个呈锥形布置的切削齿501，钻头5在竖直方向优选的长度为十厘米，也可以采用其他长度数值；所述钻头5可以与钢管3底端通过螺纹固定连接，也可以采用焊接或者螺栓连接等方式，可由本领域技术人员自行设置。

为了避免钢管桩向下旋转进入土层时，土体颗粒进入杠杆内部，在钢管桩中预设圆柱状的轻质填充体，该轻质填充体可以为圆柱形气袋。当钢管桩旋转到预设位置后，将圆柱形气袋放气并取出。

所述钢管3的侧壁设有多个灌浆孔4，所述灌浆孔4贯穿钢管3的侧壁，所述灌浆孔4能够连通桩头1内腔、钢管3内腔及钢管3外部的空间。

所述钢管3的侧壁外部套设有叶片2。

钢管3、钻头5、桩头1及叶片2等结构的材料采用Q235钢材，或采用更高强度的材料。

具体的，旋转钢管桩的外部一般布设有旋转叶片2，本申请叶片2采用现有结构即可，此处不再赘述。

所述桩头1为管状结构，所述桩头1的内孔为螺纹孔。

具体的，桩头1用于实现钢管3与外部旋转驱动单元的连接，桩头1可以与钢管3一体成型；也可以分体制造，然后通过焊接或者螺栓连接将二者固定。

此处的旋转驱动单元可以采用钻杆，钻杆的底部设置外螺纹，将钻杆与桩头1的内孔通过螺纹实现连接。也可以额外设置一个转轴，转轴与电机的输出轴连接。

所述灌浆孔4均布设置于钢管3的侧壁。

将灌浆孔4均布设置在钢管3的外部，能够使得钢管3外部的土层被均匀加固，强度相同。

还包括封口板6，所述封口板6能够安装于桩头1的上端以实现桩头1的封堵，所述封口板6中设有注浆口7。

具体的，在未注浆时，封口板6与桩头1的上端分离设置，以实现桩头1与外部旋转驱动单元的连接。在需要注浆时，可以将封口板6固定设置在桩头1的上端，固定方式可以为螺栓连接，封口板6与桩头1连接处密封设置。

当钢管桩长度较小，例如钢管3长度小于6m时，可以采用一次性注浆的方法完成钢管3的注浆，具体的，一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，将桩头1与外部旋转驱动单元连接，利用钻头5带动钢管3向下钻孔至设定深度，然后将圆柱形气袋放气并从钢管内腔取出。

步骤2，将桩头1与外部旋转驱动单元脱离连接(拆除外部旋转驱动单元)，利用封口板6封堵桩口的上端，注浆管9的一端处***注浆口7中，将注浆管9的另一端与外部注浆设备连接。

步骤3，利用外部注浆设备向桩头1及钢管3内腔注入浆液，所述浆液充满桩头1及钢管3内腔的空间。

步骤4，当钢管3内腔充满浆液后，继续注浆使得浆液从灌浆孔4处向钢管3外部的土层扩散。

步骤5，注浆的浆液体积或注浆压力达到设定数值时，停止注浆，抽离注浆管9。

具体的，浆液量为钢管3内腔容积的3-3.5倍，注浆压力为0.4-1.0MPa，当注浆的容积或者注浆压力满足上述要求时，均可停止注浆。

实施例2

如图1-6所示，一种灌浆式旋转钢管桩，本实施例与实施例1的结构基本相同，区别在于，还包括膨胀塞8及注浆管9，所述膨胀塞8具有气腔，所述气腔与气管连通，所述气管与充气设备连通，所述膨胀塞8的中部贯穿有注浆管9的一端，注浆管9的另一端能够与注浆设备连接以实现注浆；

所述膨胀塞8能够伸入钢管3内腔中并将钢管3内腔分为未注浆段及注浆段。具体的膨胀塞8下部未注浆的空间形成注浆段；每个注浆段的空间不包括其下方已经充满浆液的钢管3内腔，膨胀塞8上部未注浆的空间为未注浆段。

具体的，所述膨胀塞8采用充气式膨胀塞8，膨胀塞8可以采用橡胶材料。充气设备可以采用气泵。

当钢管桩长度较大，例如钢管3长度大于6m时，可以采用自下而上分段注浆的方法完成钢管3的注浆，具体的，一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，将桩头1与外部旋转驱动单元连接，利用钻头5带动钢管3向下钻孔至设定深度；然后将圆柱形气袋放气并从钢管内腔取出。

步骤2，将桩头1与外部旋转驱动单元脱离连接(拆除外部旋转驱动单元)，将膨胀塞8放气后置入钢管3内腔并下放至设定深度，膨胀塞8充气膨胀并将膨胀塞8下部的钢管3内腔形成注浆段。

具体的膨胀塞8下部未注浆的空间形成注浆段；每个注浆段空间不包括其下方已经充满浆液的钢管3内腔，膨胀塞8上部未注浆的空间为未注浆段。

利用注浆管9向注浆段注浆，浆液在充满注浆段后从灌浆孔4流出钢管3，当注浆压力或注浆量满足要求后停止注浆；

步骤3，将膨胀塞8放气后上移设定距离，然后对膨胀塞8充气，重复步骤2的注浆过程。

每段注浆段所注浆液量大致为所注段钢管3内腔容积的3-3.5倍。注浆压力为0.4-1.0MPa。注浆段每段长度为2-3m，具体数值应根据当地的地质条件进行确定。

步骤4，当膨胀塞8与桩头1的距离满足设定要求后，从钢管3内腔取出膨胀塞8。

利用封口板6封堵桩口的上端，利用注浆管9外部注浆设备向桩头1及钢管3内腔注入浆液；

步骤5，当钢管3内腔充满浆液后，继续注浆使得浆液从灌浆孔4处向钢管3外部的土层扩散；

步骤6，注浆的浆液体积或注浆压力达到设定数值时，停止注浆，抽离注浆管9。

实施例3

如图1-5、7所示，一种灌浆式旋转钢管桩，本实施例与实施例1的结构基本相同，区别在于，本实施例中钢管内腔不设置轻质填充体。

同时，所述钢管3的内腔中设有多个隔板10，所述隔板10将钢管3内腔分成多个注浆空间，所述隔板10中设有注浆孔11，多个注浆孔11的竖向轴线重合。所述注浆孔能够***注浆管，所述注浆管的外径小于注浆孔的内径。为了保证注浆管在注浆时膨胀能完全填充注浆孔，二者的直径差值不应太大，具体数值可由本领域技术人员设置，此处不再赘述。

注浆孔11的一个优选直径数值为20mm，在其他实施方式中，也可以由技术人员自行设置。

一种灌浆式旋转钢管桩的施工方法，利用了所述的灌浆式旋转钢管桩，包括以下步骤：

步骤1，将桩头1与外部旋转驱动单元连接，利用钻头5带动钢管3向下钻孔至设定深度；

步骤2，将桩头1与外部旋转驱动单元脱离连接(拆除外部旋转驱动单元)，注浆管9的一端从注浆孔11向下伸入钢管3内腔，直至注浆管9的下端伸入最靠近钻头5的一个注浆空间；

步骤3，利用外部注浆设备向注浆空间注入浆液，注浆管9在注浆时膨胀以使得注浆孔11完全封闭，浆液不会从当前注浆的空间中通过注浆孔流入上方未进行注浆的注浆空间。

当前注浆空间充满浆液后，继续注浆使得浆液从灌浆孔4处向钢管3外部的土层扩散；

步骤4，当待注浆段的浆液体积或注浆压力达到设定数值时，停止注浆，向桩头1方向抽离注浆管9一段距离，使得注浆管9末端处于另一个注浆空间中，重复步骤3，直至在所有注浆空间中完成注浆。

为完成桩头1处空间的注浆，可以在桩头1上方固定安装封头板，利用注浆管9向桩头1中注入浆液，当浆液的压力满足0.4-1.0MPa的要求后，可停止注浆。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。