一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺

本发明属于桩基施工，尤其涉及一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺。

背景技术：

1、在我国东南沿海区域，广泛分布着较为深厚的软弱土层。这种软弱土层是指土壤在承受外部荷载或水分等作用下，强度、稳定性或变形性能较差的土质，其通常包括泥土、淤泥、湿软沙等。由于软弱土层的含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小，因此具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。在软弱土层区域进行建筑施工时，通常需要采取一系列的土工措施，以提高其承载能力和稳定性，确保工程的安全和可靠性，如经过地基处理或是使用桩基础，才能进行上部结构的施工。近年来，随着城市发展加速，市政基础设施、桥梁、公用及民用建筑的规模越来越大，特别在我国东南沿海地区，由于软弱土层深厚，对基础的承载力要求也水涨船高，这使得桩基工程得到了广泛应用。

2、在桩基工程领域，根据施工方式的不同，通常可以将常用的桩基础形式分为现场钻孔灌注桩与预应力高强混凝土管桩(以下简称“phc管桩”)两大类。其中，现场钻孔灌注桩具有较高的单桩承载力和地形适应性，并且在施工过程中产生的噪音与振动比较小；但由于施工过程中可能存在的控制不当，桩身可能存在缩颈、塌孔以及沉渣等质量问题；并且由于灌浆时采用的混凝土强度低，因此成桩的资源消耗大。此外，钻孔后的泥浆排放也是一个主要重视的社会问题。

3、与之相比，phc管桩由于桩身可在工厂进行批量化生产，具有较高的质量控制和稳定性，不但质量有保证，而且生产速度快。同时桩身材料可采用高强混凝土，具有经济优势。然而在现场施工时，不论是锤击法还是静压法施工，均会产生挤土效应，其将对周围设施，如地下构筑物、管线等产生影响，同时施工过程中会伴随着巨大的振动以及噪音污染。另外，phc管桩在穿越不均匀土层时，也可能会对桩身产生一定的破坏。

4、随着我国城市化进程的推进和可持续发展的需求，新的成桩工艺技术不断发展，提供一种新的成桩技术，改善当前桩基工程施工面临的各项问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺，提高桩基质量和施工速度，同时减小桩基施工带来的不良影响。

2、有鉴于此，本发明提供一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，包括：

3、预制桩，其为内部中空的管状结构；

4、扩大桩靴，其设置在所述预制桩的下端；

5、其特征在于，所述扩大桩靴呈上端直径大、下端直径小的圆锥台形结构，在所述扩大桩靴上设置泥浆通道，所述泥浆通道用于排出压桩过程中的泥浆，所述泥浆通道包括位于所述扩大桩靴中心的内部泥浆通道和位于所述扩大桩靴外侧的外部泥浆通道。

6、进一步的，所述内部泥浆通道为与所述扩大桩靴同轴设置的柱状空腔；

7、在所述预制桩内设置中心通道，所述中心通道为与所述预制桩同轴设置的柱状空腔；

8、所述内部泥浆通道的下端贯穿所述扩大桩靴的底面，上端与所述中心通道连通。

9、进一步的，沿所述扩大桩靴的周向设置多个所述外部泥浆通道，所述外部泥浆通道通过对所述扩大桩靴的外侧沿竖直方向进行切割得到，所述外部泥浆通道的上端贯穿所述扩大桩靴的顶面，下端贯穿所述扩大桩靴的周向侧壁。

10、进一步的，所述外部泥浆通道在水平方向的横截面为矩形，多个所述外部泥浆通道沿所述扩大桩靴的周向均匀间隔设置。

11、进一步的，在所述扩大桩靴的顶面设置卡槽，所述预制桩插接在所述卡槽内。

12、进一步的，所述卡槽为环绕所述内部泥浆通道的外围设置在环形凹槽，且所述卡槽的横截面与所述预制桩的下端面对应设置，使得所述预制桩的下端面能够插入所述卡槽内。

13、进一步的，所述预制桩为phc管桩或竹节桩。

14、一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩工艺，所述预制桩成桩工艺用于上述的预制桩成桩装置，所述预制桩成桩工艺包括步骤：

15、s1，搅拌形成水泥土搅拌区域：确定成桩位置后，通过高压喷射工程泥浆配制物切削土体形成具有一定流动性并且可以凝固的水泥土搅拌区；

16、s2，第一阶段压桩：在所述水泥土搅拌区初凝前，将装有所述扩大桩靴的预制桩垂直插入所述水泥土搅拌区中，定位后使用压桩机对预制桩施加轴力，使之植入到流态水泥土体形成的圆柱形水泥土搅拌区中；

17、s3，第二阶段压桩：在所述扩大桩靴达到持力层后，继续下压一定深度，并通过压力表读取此时的贯入阻力，之后根据测量得到的贯入阻力计算得到桩端阻力，并对计算结果进行记录与存储。

18、进一步的，所述工程泥浆配制物中含有非粘性地基土、建筑渣土、建筑垃圾以及工业固废中的一种或多种，所述工程泥浆配制物中拌合一定量固化剂。

19、进一步的，所述水泥土搅拌区的直径大于所述扩大桩靴的直径。

20、本发明所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺具有如下技术优势：

21、第一，不需要同步灌浆操作：与传统方法相比，这种装置不需要同步进行灌浆操作，在一些现场条件较为复杂的情况下，协调灌浆操作可能会很困难，因此免去了这一步骤可以简化施工流程，提高工作效率；

22、第二，就地取材，污染小，无塌孔问题：这种工艺可以使用场地土作为原材料，通过添加固化剂、膨润剂等成分进行加工，这样不仅节约了材料成本，还减少了运输成本和能源消耗；且制作的桩基不易出现塌孔问题；同时，由于使用了场地土，降低了对外部材料的依赖，有利于资源的节约和环境的保护；

23、第三，成桩后桩基承载力便于估计；由于工艺过程简单清晰，桩基形成的条件较为可控，因此，通过这种装置和工艺成桩后，桩基承载力相对容易估计，可以更准确地评估桩基的承载性能，有利于工程设计和质量控制；

24、第四，挤土效应不明显：在一些场合，挤土效应可能会对周围环境造成影响，但本发明由于采用预钻式带扩大桩靴的设计，挤土效应相对不明显，这有助于减少对周围地基和结构的不利影响，提高工程的安全性和稳定性。

25、综合来看，本发明所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺具有诸多技术优势，包括简化施工流程、节约资源、减少污染、便于承载力估算以及减少挤土效应等，适用于多种工程环境，具有较高的实用价值。

技术特征：

1.一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，包括：

2.根据权利要求1所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，其特征在于，所述内部泥浆通道(111)为与所述扩大桩靴(1)同轴设置的柱状空腔；

3.根据权利要求1所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，其特征在于，沿所述扩大桩靴(1)的周向设置多个所述外部泥浆通道(110)，所述外部泥浆通道(110)通过对所述扩大桩靴(1)的外侧沿竖直方向进行切割得到，所述外部泥浆通道(110)的上端贯穿所述扩大桩靴(1)的顶面，下端贯穿所述扩大桩靴(1)的周向侧壁。

4.根据权利要求1或3所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，其特征在于，所述外部泥浆通道(110)在水平方向的横截面为矩形，多个所述外部泥浆通道(110)沿所述扩大桩靴(1)的周向均匀间隔设置。

5.根据权利要求1所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，其特征在于，在所述扩大桩靴(1)的顶面设置卡槽(12)，所述预制桩(2)插接在所述卡槽(12)内。

6.根据权利要求5所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，其特征在于，所述卡槽(12)为环绕所述内部泥浆通道(111)的外围设置在环形凹槽，且所述卡槽(12)的横截面与所述预制桩(2)的下端面对应设置，使得所述预制桩(2)的下端面能够插入所述卡槽(12)内。

7.根据权利要求1所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置，其特征在于，所述预制桩(2)为phc管桩或竹节桩。

8.一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩工艺，其特征在于，所述预制桩成桩工艺用于上述权利要求1～7任一项所述的预制桩成桩装置，所述预制桩成桩工艺包括步骤：

9.根据权利要求8所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩工艺，其特征在于，所述工程泥浆配制物中含有非粘性地基土、建筑渣土、建筑垃圾以及工业固废中的一种或多种，所述工程泥浆配制物中拌合一定量固化剂。

10.根据权利要求8所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩工艺，其特征在于，所述水泥土搅拌区的直径大于所述扩大桩靴的直径。

技术总结本发明属于桩基施工技术领域，尤其涉及一种预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺，所述预制桩成桩装置包括：预制桩，其为内部中空的管状结构；扩大桩靴，其设置在所述预制桩的下端；其特征在于，所述扩大桩靴呈上端直径大、下端直径小的圆锥台形结构，在所述扩大桩靴上设置泥浆通道，所述泥浆通道用于排出压桩过程中的泥浆，所述泥浆通道包括位于所述扩大桩靴中心的内部泥浆通道和位于所述扩大桩靴外侧的外部泥浆通道，本发明所述的预钻式带扩大桩靴的预制桩成桩装置和工艺具有诸多技术优势，包括简化施工流程、节约资源、减少污染、便于承载力估算以及减少挤土效应等，适用于多种工程环境。技术研发人员：吴君涛,付鹏程,王奎华,贾俊杰,易恩泽,叶启扬,张定高受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13