扩底施工工艺在灌注桩施工中作为常见的施工方法，经常使用在一些由于地域及地质条件限制的地方，通过在底部做一个扩大头，增加桩的承压面积达到预期目的，目前国内使用最多的方法是使用机械式扩孔钻头，在旋挖等工程机械上安装，通过向下加压使得扩孔器打开并旋转从而得到孔径扩大的效果。这种施工方法尽管简单方便但存在很大的不足，如施工后无法直接判断扩孔器是否撑开以及撑开到什么程度，孔径有没有达到要求等，同时又由于加压施工方法只能在底部进行扩径，对于一些要求在中部进行扩径的无法满足要求。而全液压、可视可控扩孔设备可以有效解决这个问题。

　　 通过结合现有旋挖钻机的施工经验和扩孔装置安装方式的基础上，研制了一种安装在旋挖钻机上的液压扩孔装置及配套扩孔钻头，如图1所示。通过现场安装调试，这种液压扩孔装置液压输出稳定，扩孔数据采集实时性强，可视化操作简易，扩孔钻头三翼式结构，切削稳定，油缸进给稳定均匀。

　　 液压扩孔装置安装在旋挖钻机上只是作为辅助功能，一般希望方便安装和拆卸。液压扩孔装置整体分两个部分:一个是液压输送装置，另一个是扩孔钻头。液压输送装置与旋挖动力头连接。液压扩孔钻头安装在伸缩钻杆下，同普通旋挖钻头连接方式相同，液压输送装置伸出2个油管到液压扩孔钻头上。

　　 液压输送装置安装在动力头主轴与之同步旋转，液压扩孔钻头安装在伸缩钻杆下也相当于与动力头主轴同步旋转，这样的安装方式能保证液压输送装置绞盘出来的2根到扩孔钻头的油管相对静止，不会缠绕在伸缩钻杆上，并且通过在每层钻杆上安装导向套约束油管。液压扩孔装置原理如图2所示。

　　 液压输送装置是扩孔系统中的重要部件，其上有几个重要的功能部件，分别是:电液控制单元、无线控制单元、回转分流器、绞盘单元等。

　　 电液控制单元和无线控制单元分别安装在输送装置上2个相对独立的箱体内，1个包含液压阀块和电磁阀块，1个包含无线控制器和电源，2个单元分布结构上相对独立。装置的控制环节相对较少，只有几个节点需要控制，如控制绞盘卷管动作和送入工具部分油路的通断等。考虑到液压输送装置安装在动力头中心轴上，在施工中动力头旋转振动会引起控制单元元器件接头的松动脱落，因此增加了减振环节，将整个控制单元箱体靠弹簧拉伸整体弹性悬浮。

　　 回转分流器主要用于将液压动力分散输送到回转机构当中，当中结构有内外2个环套，外环套固定于动力头架体上，内环套随动力头主轴旋转。内外环套间构建有多个独立的液压通道，可以将高压油经过分流后从内圈流到电液控制系统作为动力源。

　　 绞盘单元主要用于缠绕向扩孔钻头输送压力油的油管，执行工具部分油管分别为进油管和出油管，2个绞盘用液压电机驱动，绞盘油管伸出端靠近中心侧，减少油管在泥浆内环绕的周长及阻力。采用液压电机驱动必须要考虑到卷管压力及背压问题，因此绞盘油管在工作时存在拉伸变形，然而控制系统采用的数据是通过采集流量变化数据作为初始数据的，所以当中存在调整系数和压力阈值，但为了减少油管对数据采集真实性的影响，选用高强度多层钢丝网橡胶胶管，能抗拉和承受液压高压，减小收缩比例。为了让绞盘上油管有序盘整，卷筒也做了绳槽。

　　 液压扩孔钻头是液压扩孔装置当中的重要组成部分，目前国内外能做扩孔的工具种类很多，在地下工程领域又分机械式扩孔和液压扩孔。大体上机械式扩孔钻采用两翼式，底部支撑上部加压撑开两翼来实现扩孔，而液压式扩孔钻分为在机械扩孔钻的基础上添加油缸实现扩孔和通过增力机构及多翼同步扩孔。目前市面上比较成熟的扩孔装备及技术应用大部分在日本，日本的液压扩孔钻头也有很多种类，比较有代表性的有筒式双翼带底钻头，一般在软土地层施工，在钻头底部有收集渣土的集渣斗。复杂的有四翼带底钻头，由于结构比较复杂，所占空间较大，一般应用于大口径扩孔钻头。

　　 参考各种切削翼的结构形式，从结构稳定性、制造的复杂性以及钻头孔径的限制方面考虑最终选择采用三切削翼结构的钻头形式。三翼式钻头旋转切削稳定，内部空间利用紧凑，但扩径比要比两翼式钻头小。为了满足三翼同步要求，设计了单油缸同步机构，油缸垂直安装将垂直运动转换为水平运动。

　　 扩孔装置控制及数显通过控制油缸进出油量来操作，在结构参数确定后通过计算油缸进油量知道油缸的伸出量或缩回量从而计算钻头翼展扩出的数据。由于该计算方法有局限性，因此一般要求扩孔开始到结束做一次连续扩孔动作。

　　 扩孔钻头扩孔数据采集通过流量计计算流入油缸的流量，并将数据通过无线传输到主机控制计算单元上。流量计算过程为了减小因油管膨胀引起的计算偏移，特设定在油管内压力达到8MPa时开始计算，此数据可在调试时具体根据系统压力调定。

　　 钻头油缸在油压作用下伸长缩短，带动连杆运动从而实现切削翼的张开和闭合，3个切削翼的安装结构如图3所示，机械结构上三翼同步。钻头切削翼扩出去初始到结束先快后慢，施工中的扩孔钻头以相同速度旋转，切削翼上切削刀的线速度也不断变化，开始扩径时线速度最小，到最大扩径直径时线速度最大，如果扩孔速度都一样的话会增大切削阻力，进而增大油缸负载，导致油压上升、油管膨胀，从而使得流量计读数与实际作用流量出现更大偏差。

　　 液压扩孔钻装置安装较为简单，不需要改动现有的旋挖钻机，仅将装置安装在旋挖钻机动力头上即可，工作时既能用普通钻头也能用扩孔钻头，先用普通钻头打孔，然后换上扩孔钻头施工，具体工法参照AM施工工法。扩孔桩施工工地在浙江宁海县，桩径1 200mm，扩孔到2 200mm。地层情况如下:0～20m为淤泥层，20～35m为黏土层。选择在黏土层进行扩孔施工。

　　 钻孔和扩孔主机选用的是30型旋挖钻机，钻杆采用钻机配置钻杆，无需特别钻杆，配备软土地层施工的三翼式扩孔钻头。扩孔控制系统采用无线可视可控控制，控制器采用独立控制系统，与主机控制系统无关，控制主副机分别放置在主机驾驶室和输送装置上，驾驶室控制显示屏上能直接显示扩孔的实时参数及扩孔画面，便于精准控制扩孔孔径。

　　 施工前注意事项如下:(1)确定施工地层情况，确保扩孔施工地层的稳定性、钻孔深度和扩孔位置。(2)确定扩孔钻头有没有捞渣的功能，没有则需要预留足够空间留存沉渣。(3)调整主机施工参数，降低动力头转速到3～5r/min。(4)调节输送装置内往钻头油路的节流阀使得钻头每旋转1圈扩孔钻头切削刀扩出10mm左右。

　　 扩孔装置的扩孔模式设定为连续扩孔总共耗时9～10min左右，按转速5r/min计算，总共50转左右，平均每转的切削量是10mm左右。在扩孔工作时，钻头内油缸压力显示稳定，流量稳定，如表1所示。按此施工参数又进行了分段多次扩径成孔，以此来验证扩径时钻头包钻的情况。试验钻头没有设置底部集渣斗，所以切削下来的渣都是落到孔底，后期再清出来。

　　 为了判断扩孔成孔的质量，成孔后对扩孔进行超声波检测，通过检测扩孔形状能直观反映扩孔钻头施工是否达到扩孔要求。经过多次检测得到超声波检测结果，图像与实际桩型上下相反，图片中能清晰看到扩孔部位的形状，在扩孔位置有1个扩大区域与钻头的形状吻合，并且扩大孔径也达到了扩孔钻头最大施工孔径。

　　 通过本次试验施工，扩孔设备运行稳定，机械结构结实，扩孔施工由直径1.2m扩到2.2m，经过多次施工及超声波检测，给出的数据与实际数据吻合，并且扩孔效率很高。施工中设备各项参数均符合设计要求，设备振动小，各项功能稳定，切削平稳。扩孔施工技术先进，适合于多种地质，并且施工安全性强，具有很高的环保性。设备在施工中也出现了一些其他状况，但不影响功能实现，如钻孔钻头和扩孔钻头更换不方便、扩孔钻头包泥问题等，也是今后改进的方向。