1.本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种长螺旋钻孔压灌混凝土桩及其施工方法和施工装置。
背景技术：
2.随着桩基施工技术的不断研发和应用，长螺旋钻孔压灌混凝土桩的工艺得到越来越广泛的推广和应用。
3.传统的用于施工长螺旋钻孔压灌桩的装置为钻杆，它包括中空的芯管和活门，活门为锥尖体，芯管的外圆周面上设有螺旋叶片，芯管的下端与活门连接。锥尖体的活门、最下端的一段芯管和最下方的一圈螺旋叶片构成了钻头。钻头下钻时，活门将芯管封住，而需要灌混凝土时，将芯管上端与混凝土泵连通，将混凝土注入芯管，在混凝土的压力下，活门不再封闭芯管，形成混凝土的出料口。所谓的长螺旋是行业内通用的叫法，实质上是指钻杆的芯管的外圆周面上从上到下全部设有螺旋叶片。
4.传统的长螺旋钻孔压灌桩的施工方法为：钻杆在预定桩位上向下钻孔，在钻孔的过程中，被钻碎的土体会随着钻杆的螺旋叶片旋转从孔顶排挤出，一直下钻直至钻头达到孔底标高，再经芯管灌注混凝土，并一边上提钻杆一边继续从下往上灌注混凝土，直至混凝土浇筑到桩顶以上一定高度，即桩顶超灌，最后用振动棒将桩体的钢筋笼沉入桩体的混凝土内。传统的施工方法存在以下缺陷：钻头钻孔时,钻出孔内大部分土体，但仍然有少量残土碎渣留存在孔底，使得桩基承载力不足。而且更关键的是，受机械成孔的直径和深度的限制，桩基承载力无法进一步提高。
5.为了进一步提高桩基承载力，有人提出在芯管内部设置与外部高压注浆泵连接的注浆管，在接近活门的地方注浆管从芯管内部伸出。桩基施工中，当钻头快达到桩基设计深度的时候，开启高压注浆泵，采用旋喷注浆的方式扩底，最终形成桩底为上小下大的圆台体桩端扩径体。但是，上述施工方法仍然存在较大缺点：一是注浆管设置在芯管内部，如果出现堵塞或破裂维修较为困难；二是需要高压水泥浆扩底，容易产生堵塞，硬件设备要求也过高，成本较大；三是，该方法使用高压水泥浆扩径，由于水泥的快速凝固特性只能在桩基底部扩径，而无法在桩身中部扩径，而仅仅在桩身底部生成扩径体，其所增加的桩基承载力有限。
技术实现要素：
6.本发明的目的是针对上述问题，提供一种长螺旋钻孔压灌混凝土桩及其施工方法和施工装置，采用外置高压水管，使用高压水完成扩径，解决了维修困难、成本过高、桩基承载力有限等问题。
7.本发明的一个方面，提供了一种长螺旋钻孔压灌混凝土桩的施工装置，其特征在于，由上至下依次包括钻杆、挤土器和钻头，所述钻杆和钻头为均匀中空圆柱，所述挤土器为上大下小中空圆锥，在钻杆、挤土器和钻头外圆周上设置有连续的螺旋叶片，挤土器大端
直径大于钻杆的直径且小于所述螺旋叶片的外缘直径，挤土器小端直径与钻头的直径相同，钻头下端设置有锥形活门，所述锥形活门与钻头下端铰接。
8.进一步地，在所述钻杆、挤土器和钻头外壁上由上至下敷设有若干组与所属钻杆、挤土器、钻头等长的并相互连接的高压水管，在所述高压水管的最下端不超出锥形活门的位置设置有沿钻头径向方向喷射高压水的喷嘴。
9.进一步地，所述螺旋叶片外缘上等间距设有若干豁口。
10.进一步地，所述钻杆由若干段拼接组成。
11.进一步地，所述各段钻杆、钻杆与挤土器、挤土器与钻头之间通过法兰盘连接。
12.进一步地，所述高压水管各段之间由接头连接。
13.本发明的另一个方面，提供了一种使用上述施工装置的施工方法，施工步骤如下：
14.①
将施工装置置于预定桩位由上至下钻孔；
15.②
当钻头下端到达扩大头顶部设计高度时，开启高压水泵，高压水通过高压水管从喷嘴向外喷射；
16.③
一边向下钻孔，一边通过喷嘴向桩孔内壁喷射高压水形成扩大头；
17.④
继续向下钻孔，使用步骤
③
所述方法在土体中形成若干个扩大头，直至钻头下端达到设计钻孔深度，并采用步骤
③
方法在底部形成扩大头；
18.⑤
停止钻孔，开启混凝土泵，高压混凝土经钻杆、挤土器和钻头的中空芯管顶开锥形活门向孔底灌注混凝土；
19.⑥
按照钻头下钻时的旋转方向继续旋转和上提钻杆，在桩孔内由下往上灌注混凝土，直至混凝土浇筑到桩顶；
20.⑦
用振动棒将钢筋笼沉入浇筑好的混凝土内。
21.本发明的又一个方面，提供了一种长螺旋钻孔压灌混凝土桩，包括混凝土桩身，所述混凝土桩身内部设有钢筋笼，混凝土桩身上设有若干个扩径体。
22.同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
①
高压水管设置在钻杆、挤土器、钻头外部，便于检查、维修和更换；
②
使用高压水进行桩基扩径，一方面设备简单，成本较低，一方面可以在桩身中部进行扩径操作，不局限于现有技术中只能在底部进行扩径，在同样地质条件和钻孔深度的情况下大大增加了桩基的承载力；
③
挤土器的运用，使得向下钻孔的过程中，桩孔内坍落的土体被挤土器挤入桩孔侧壁中，向上提钻的过程中，桩孔内未被挤入侧壁的碎土被挤土器从桩孔内刮出。
附图说明
23.图1是本发明施工装置的结构示意图；
24.图2是本发明混凝土桩的结构示意图；
25.图中：1、钻杆；2、挤土器；3、钻头；4、螺旋叶片；5、锥形活门；6、高压水管；7、喷嘴；8、豁口；9、法兰盘；10、接头；11、扩大头；12、钢筋笼；13、桩身；14、扩径体。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的实施例进一步描述。
27.如图1所示，本发明中长螺旋钻孔压灌混凝土桩的施工装置的实施例由上至下依
次包括钻杆1、挤土器2和钻头3，钻杆1和钻头3为均匀中空圆柱，挤土器2为上大下小中空圆锥，在钻杆1、挤土器2和钻头3外圆周上设置有连续的螺旋叶片4，挤土器2大端直径大于钻杆1的直径且小于螺旋叶片4的外缘直径，挤土器2小端直径与钻头3的直径相同，钻头3下端设置有锥形活门5，锥形活门5与钻头3下端铰接。
28.在钻杆1、挤土器2和钻头3外壁上由上至下敷设有1组与所属钻杆1、挤土器2、钻头3等长的并相互连接的高压水管6，在高压水管6的最下端不超出锥形活门5的位置设置有沿钻头3径向方向喷射高压水的喷嘴7。螺旋叶片4外缘上等间距设有4组豁口8，并且钻杆1由1段组成。钻杆1、钻杆1与挤土器2、挤土器2与钻头3之间通过法兰盘9连接。高压水管6各段之间由接头10连接。
29.运用本实施例进行钻孔时，将该施工装置置于预定桩位由上至下钻孔，在钻孔的过程中，钻碎的土体一部分被挤土器2挤入桩孔侧壁中，一部分随着旋转的螺旋叶片4从顶孔排出。
30.当钻头3下端到达扩大头11顶部设计高度时，开启高压水泵。在钻杆上端将高压水管6通过现有技术cn209430126u文献中公布的高强度防漏型旋转接头装置与高压水泵连接，可以实现一边旋转钻头，一边进行高压水的喷射。高压水通过高压水管6从喷嘴7向外喷射，强力的高压水柱对桩基的土体进行切割和粉碎。如果遇到较硬地质层，高压水的参与将更有利于快速钻孔。
31.一边向下钻孔，一边通过喷嘴7向桩孔内壁喷射高压水形成扩大头11，调整高压水的压力和钻孔速度可以改变扩大头11的形状，优选扩大头为上小下大的圆台形。继续向下钻孔，使用上述方法在土体中再形成1个扩大头11，直至钻头3下端达到设计钻孔深度，并采用同样方法在底部形成最后一个扩大头11；
32.停止钻孔，开启混凝土泵，高压混凝土经钻杆1、挤土器2和钻头3的中空芯管顶开锥形活门5向孔底灌注混凝土。按照钻头下钻时的旋转方向继续旋转和上提钻杆1，在桩孔内由下往上灌注混凝土。由于混凝土的比重大于钻孔产生的碎土比重，碎土浮在混凝土的上面。这样在钻杆1上提过的程中，随着混凝土液面的升高，碎土随着旋转的螺旋叶片4从顶孔排出，另外挤土器2的倒锥体形也会将碎土从桩孔内刮出。就这样一边灌注混凝土，一边上提钻杆1，直至混凝土浇筑到桩顶。最后用振动棒将钢筋笼12沉入浇筑好的混凝土内。
33.如图2所示，本发明中长螺旋钻孔压灌混凝土桩的实施例包括混凝土桩身13，混凝土桩身13内部设有钢筋笼12，混凝土桩身13上设有包括最底部扩径体14在内的三个扩径体14。
34.本发明所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进均应落入本发明的保护范围。