[0001] 本发明属于基坑围护结构施工设备领域，具体涉及一种全套管咬合桩的套管施工设备，该装置可增大钢筋混凝土桩和素混凝土桩间的接触面积，提高咬合处的密闭性，从而提高咬合桩咬合面处的抗渗性。

[0002] 全套管咬合桩的施工首先使用全回转钻机将套管钻入桩位，保持套管底部超前于挖孔钻机开挖面，成孔至设计深度并清理孔底沉渣后，灌入素混凝土形成素混凝土桩。间隔施工素混凝土桩后，在素混凝土桩混凝土初凝之前，借助全回转钻机使用套管切割相邻素混凝土桩，成孔灌注混凝土后形成交错的混凝土部分，即咬合结构，再借助钢筋笼自重或者利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体中形成钢筋混凝土桩。反复施工后，形成素混凝土桩和钢筋混凝土桩间隔排列，相互咬合的排桩。

[0003] 全套管咬合桩相比于传统的钻孔灌注桩和地下连续墙，具有防渗能力强、无需泥浆护壁、工程造价低的优点，但由于地下结构施工复杂，素混凝土桩和钢筋混凝土桩的混凝土浇筑存在时间差，可能会导致咬合面出现裂缝或者空隙，从而影响咬合面的抗渗性。

[0030] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

[0031] 下面结合附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行

[0032] 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 如图1～3所示，本实施例中的一种全套管咬合桩的套管施工设备由内套管1、外套管2、连接轴承3、挖斗4、出渣口活门5、第一出渣口6、削切齿7、上底圈8、下底圈9、轴圈10、上限位条11、下限位条12、斜撑13、活门限位螺栓 14、活动槽15、第二出渣口16结构组成。

[0034] 如图1所示，内套管1和外套管2均为无顶无盖的筒体，两者同轴布置，且外套管2的高度整体小于内套管1。

[0035] 如图2所示，内套管1最下端固定有一圈削切齿7，内套管1底部伸出外套管2，削切齿7高度低于外套管2底部。在内套管1旋转过程中，削切齿7可以对土体进行切割粉碎，使其能够被钻机带出地面。外套管2是通过连接轴承3 与内套管1配合连接的，两者能够相对转动但在轴向没有移动自由度，无法上下相对移动。内套管1外壁沿圆周方向等间距开设有4个对称分布的第二出渣口 16，4个第二出渣口16沿外套管2周向等角度分布。每个第二出渣口16外侧上下边缘均水平焊接有和出渣口16长度相等的上限位条11和下限位条12。上限位条11和下限位条12均突出内套管1的外壁，且突出高度与内套管1和外套管 2之间的间隙厚度相等，使得上限位条11和下限位条12的外侧面能够贴合外套管2的内壁滑动。下限位条12的作用是用于在内套管1和外套管2之间形成防止渣土落入两者间隙的阻挡部件，因此下限位条12需要横向覆盖整条第二出渣口16的底边，其长度等于底边或者略长均可。

[0036] 参见图3所示，外套管2的外侧壁上相同高度处沿周向均匀固定有多个挖斗 4，挖斗4的位置以及数量需要使咬合槽的开设数量而定，与第二出渣口16数量相等即可。在本实施例中，外套管2外壁对称焊接有4个挖斗4。挖斗4的开挖口朝下设置，其开挖口边缘加工成尖锐状。外套管2在每个挖斗4的出口处分别开设有与挖斗4的出口重合连通的第一出渣口6，因此本实施例中的第一出渣口 6也一共有4个。外套管2上的第一出渣口6高度与内套管1上的第二出渣口16 高度一致，其形状尺寸也相同，使得两者在转动过程中能够重合。在每个第一出渣口6的内侧布置有出渣口活门5，出渣口活门5能贴合外套管2内壁上下移动对外套管2上的出渣口进行开闭控制。

[0037] 本发明中，出渣口活门5的升降是通过第二出渣口16上下边缘处的上限位条11和下限位条12来驱动的。参见图5所示，该出渣口活门5为一块两侧带有竖向活动槽15的圆弧金属片，其弧度与外套管2内壁的弧度相同，使得两者可以贴合。圆弧金属片的其顶侧为水平边，而底侧为向下倾斜的斜边，圆弧金属片的两侧开设有竖向的活动槽15。在两侧活动槽15中插入直径小于活动槽宽度的限位螺栓14，限位螺栓14将圆弧金属片固定在外套管2内壁，但是留有微小的间隙，使得其可以上下滑动。由于上限位条11和下限位条12均突出内套管1的外壁，因此其可以用于驱动出渣口活门5的上下升降。具体而言，上限位条11 所处的高度位于出渣口活门5的斜边所处高度范围内，使内套管1相对于外套管 2旋转过程中，每个上限位条11在与出渣口活门5的斜边能够接触。本实施例中，上限位条11的高度和出渣口活门5完全放下时斜边的顶部高度相同。由此，在上限位条11与出渣口活门5斜边相接触的一段行程内，上限位条11与斜边共同产生上推力，推动出渣口活门5提升，以打开第一出渣口6。当第一出渣口6 打开后，由挖斗4、第一出渣口6、下限位条12和第二出渣口16顺次连通形成了一条出渣通道。此时，挖斗4中的渣土可以通过出渣口16进入内套管1中，被钻机带出地面。但当上限位条11继续旋转，与出渣口活门5脱离接触后，出渣口活门5在自身重力作用下，重新落下关闭第一出渣口6，以避免渣土掉落至内外套管的间隙中。图3为出渣口活门5完全升起，打开第一出渣口6的状态，此时渣土可以通过第一出渣口6，而图4为出渣口活门5完全降下，关闭第一出渣口6的状态，此时渣土无法通过第一出渣口6。

[0038] 本发明中的连接轴承3的结构可以根据实际情况调整，只要能满足相应功能即可。参见图3所示，在本实施例中，连接轴承3由上底圈8、下底圈9和轴圈 10构成，上底圈8和下底圈9水平固定在内套管1的外壁上，轴圈10水平固定在外套管2的内壁上，轴圈10由上底圈
8和下底圈9构成限位，使其能水平旋转但没有竖向移动自由度。为了进一步加强固定的稳定性，上底圈8、下底圈9 与内套管1外壁之间可以分别设有斜撑13进行加固。另外，连接轴承3使用推力滚子轴承，其占用空间小，刚度大，可承受内套管1和外套管2之间的轴向重荷载，在内套管1旋转时维持外套管2不旋转的状态，外套管2只随内套管1 同步竖直移动。

[0039] 由于内套管1和外套管2由连接轴承3连接，只传递竖向荷载，内套管1 向下旋转钻进时，不会带动外套管2旋转，外套管2随着内套管1向下竖直移动，挖斗4随着外套管2的向下移动切割由内套管1切割素混凝土桩17形成弧形咬合面20，切割出矩形咬合槽，切割后的渣土顺着挖斗到达外套管2上的出渣口 16。如图6所示，最终在素混凝土桩17和钢筋混凝土桩18之间形成带有矩形咬合槽21的咬合面20。

[0040] 另外，挖斗4底部高于内套管1底部2m～3m，以保证内套管开挖面始终低于挖斗开挖面2m～3m。挖斗4的内顶面最好设计为倾斜面，以引导挖斗4内渣土向出口移动。

[0041] 基于上述套管施工设备，可以进一步提供一种带有咬合槽的咬合桩施工方法，步骤如下：

[0042] S1：先在地基中按照设计开设素桩孔，钻孔至设计桩底标高后，向素桩孔中灌注混凝土至设计标高，形成素混凝土桩17。

[0043] S2：将套管施工设备垂直放置于相邻的两个素混凝土桩17之间的设计位置，进行荤桩孔的开设。

[0044] 在开设过程中，通过动力头对内套管1施加向下的压力并驱动内套管1不断旋转，利用其底部的削切齿7向土体中钻进，钻进过程中外套管2保持不动，外套管2上的挖斗4对土体进行竖向切割，在两个素混凝土桩17的咬合面切割出竖向的咬合槽；内套管1旋转时，内套管1的第二出渣口16和外套管2的第一出渣口6交替重合和错开；当第二出渣口16和第一出渣口6不重合时，出渣口活门5完全降下，封闭第一出渣口6，当内套管1旋转至第二出渣口16和第一出渣口6接近重合时，第二出渣口16上侧的上限位条11会沿着出渣口活门5下侧斜边顶起出渣口活门5，从而打开第二出渣口16，使第二出渣口16和第一出渣口6重合，挖斗4中不断进入的渣土顶着上方的渣土顺着第二出渣口16进入内套管1中，第二出渣口16下侧的下限位条12会伸进第一出渣口6下侧，防止渣土从内套管1和外套管2中间的缝隙落下；随着内套管1的继续旋转，第二出渣口16上侧的上限位条11脱离出渣口活门5，出渣口活门5落下重新封闭第一出渣口6；该过程随着内套管1的旋转不断反复，使挖斗4中的渣土不断通过出渣口16进入内套管1中，被钻机带出地面；当荤桩孔达到设计桩底标高后，停止钻孔。

[0045] S3：对荤桩孔进行注浆，荤桩孔中混凝土灌注至设计标高后，借助钢筋笼自重或利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土中至设计标高，形成钢筋混凝土桩18。此时得到的荤素咬合桩单元如图6所示。

[0046] S4：在整个施工平面上按照设计桩位不断进行S1～S3的施工，形成最终的咬合桩。咬合桩由素桩和荤桩依次交替排列，相互咬合而成，荤桩和素桩的桩径、配筋率及咬合厚度根据实际进行设计，需满足设计要求。

[0047] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。