螺旋錐體擠土鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種螺旋錐體擠土鉆頭。采用的技術方案是：由螺旋柱體結構和螺旋錐體結構構成一體結構；所述的螺旋柱體結構是柱體芯管一端設有鉆頭接頭，柱體芯管外緣設有螺旋柱體葉片；所述的螺旋錐體結構是錐體芯管下端通過銷軸連接鉆頭門，錐體芯管的外緣設有螺旋錐體葉片。螺旋柱體葉片上均勻設有若干缺口。采用本實用新型的鉆頭成樁，樁承載力高、沉降量小、樁質量好、成本低、能耗少、工效高、環保，并能在各種地質條件下施工作業。
【專利說明】螺旋錐體擠土鉆頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種在土木工程領域，用于成樁基礎的螺旋錐體擠土鉆頭。
【背景技術】
[0002]在建筑基礎施工領域中,樁基礎的成樁方法,可分為排土樁和非排土樁。
[0003]排土樁如長螺旋CFG，沖擊鉆和回轉鉆正反循環等施工方法，具有所成的樁承載力低，成本造價聞，清理排土和廢棄泥楽費用聞等缺點。
[0004]非排土樁有預制樁和現澆樁兩大類。預制樁具有制造設備昂貴，生產成本高，樁身長、運輸困難，只適用于軟土層和小樁徑等缺點。現澆樁有螺桿樁和雙向螺旋擠擴樁。螺桿樁要求成樁設備同步性控制的技術高，對于有土層和軟硬變化的不確定性和非均勻性，很難保證成樁巖土螺牙的不撓動，會形成虛假螺牙，降低樁的承載力，并且無法應用于堅硬地層。雙向螺旋擠擴樁采用先鉆后擠的成孔方法，下旋鉆進過程中，利用雙向螺旋擠擴鉆頭中柱體螺旋鉆頭部分將土體旋鉆出來，并通過螺旋葉片由下而上運送到錐體芯管部分，通過錐體芯管逐漸將土體擠入樁孔側壁，對于比較復雜的地層如黏土層和夾礫石層，旋鉆出來巖土會阻塞螺旋葉片所形成的運輸通路，產生憋鉆現象；由于地層的不同，經過先鉆后擠所形成的樁孔，往往在原地層與被擠壓土體間穩定性差，會出現坍落現象，嚴重會埋鉆。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種承載力高、沉降量小、樁質量好、成本低、能耗少，工效高、不易憋鉆，環保，能夠穿透各種復雜土層，并能在各種地質條件下施工作業的螺旋錐體擠土鉆頭。
[0006]本實用新型采用的技術方案是:螺旋錐體擠土鉆頭，由螺旋柱體結構和螺旋錐體結構構成一體結構；所述的螺旋柱體結構是柱體芯管一端設有鉆頭接頭，柱體芯管外緣設有螺旋柱體葉片；所述的螺旋錐體結構是錐體芯管下端通過銷軸連接鉆頭門，錐體芯管的外緣設有螺旋錐體葉片。
[0007]上述的螺旋錐體擠土鉆頭，螺旋柱體葉片上均勻設有若干缺口。
[0008]上述的螺旋錐體擠土鉆頭，螺旋柱體葉片的截面為四邊形，兩個側邊與柱體芯管的夾角分別為Φ =45~50。，ω =65~70°。
[0009]上述的螺旋錐體擠土鉆頭，錐體芯管的錐度為α=5~8°，所述的錐度是指錐體芯管的側壁與中心軸之間的夾角。
[0010]上述的螺旋錐體擠土鉆頭，螺旋錐體葉片的截面為四邊形，兩個側邊與錐體芯管的夾角分別為β =65~70° ; Y =55~60。。
[0011]上述的螺旋錐體擠土鉆頭，螺旋柱體葉片之間的距離H=35(T420mm，螺旋錐體葉片之間的距離h= (0.7~0.8) H。
[0012]本實用新型的有益效果是:①技術優勢:成樁質量可控可靠，樁側和樁端土體擠擴，樁間土體具有擠密效應，樁承載力高、沉降量小，成樁效率高。②成本優勢:樁單體積承載力高，成樁效率高、不排土，節省混凝土用量。③環保優勢:無泥漿外排污染，無渣土外運，無施工揚塵，不需要存土場地，成樁無噪音、無振動，節約混凝土原材料。④適用范圍廣:適用土層包括淤泥質黏土、黏性土、粉土、砂土、含小礫石黏性土、黃土和強風化土等，可廣泛用于交通工程、工業與民用建筑工程領域。⑤本實用新型的創造性在于改變了傳統的先旋土再通過螺旋葉片上傳，然后擠向樁側壁成樁的方法，采用本實用新型的鉆頭，鉆頭在下降過程中，不旋土，通過螺栓錐體結構直接擠擴成孔，因而大大降低了憋鉆現象。⑥由于上端為螺旋柱體結構，因此不論下降和上升過程，始終保持樁孔的設計要求，不縮徑，因此不易出現埋鉆現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0014]圖2是螺旋柱體葉片的結構示意圖。
[0015]圖3是螺旋柱體葉片的俯視圖。
[0016]圖4是螺旋錐體葉片的結構示意圖。
[0017]圖5是螺旋錐體葉片的俯視圖。
[0018]圖6是螺旋柱體葉片表面土體受力示意圖。
[0019]圖7是螺旋柱體葉片缺口表面土體受力示意圖。
[0020]圖8是螺旋錐體芯管表面土體受力示意圖。
[0021 ]圖9是螺旋錐體葉片表面土體受力。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，螺旋錐體擠土鉆頭，由螺旋柱體結構(10)和螺旋錐體結構(20)構成
一體結構。
[0023]螺旋柱體結構(10)是:柱體芯管(11) 一端設有鉆頭接頭(12)，柱體芯管(11)外緣設有螺旋柱體葉片(13)。如圖2-3所示，螺旋柱體葉片(13)上均勻設有若干缺口(14)。如圖6所示，螺旋柱體葉片(13)的截面為四邊形，兩個側邊與柱體芯管(11)的夾角分別為Φ=45~50。，ω =65^70°。螺旋柱體葉片(13)為等高的葉片。螺旋柱體葉片(13)之間的距離H=35(T420mm。螺旋柱體結構(10)的外緣直徑D=300-700mm ;柱體芯管(11)的直徑d= (0.65、.75) D。
[0024]螺旋錐體結構(20 )是:錐體芯管(21)下端通過銷軸(22 )連接鉆頭門(23 )，錐體芯管(21)的外緣設有螺旋錐體葉片(24)。如圖3-4所示，螺旋錐體葉片(24)為等高的葉片。如圖8所示，錐體芯管(21)的錐度為α=5~8° (錐度為錐體芯管的側壁與錐體芯管中心軸之間的夾角)。如圖9所示，螺旋錐體葉片(24)的截面為四邊形，兩個側邊與錐體芯管(21)的夾角分別為β =65~70。； Y =55~60°。螺旋錐體葉片(24)之間的距離h=(0.7~0.8) H。
[0025]本實用新型的擠土原理:鉆頭通過大扭矩動力頭和加壓裝置及標準鉆桿順時針下旋鉆進時，下部分螺旋錐體結構中錐體芯管、錐體葉片及鉆頭門都在作徑向擠土運動，使鉆頭周圍的土體受壓并擠密，其中有很少的一部分土體通過錐體葉片被運到柱體結構部分。由于柱體葉片上有缺口，這部分土體又被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。在順時針上旋提升過程中，鉆頭中螺旋柱體結構的葉片對已形成的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑；在提升同時，啟動混凝土輸送泵，使混凝土通過動力頭、鉆桿中心管，直到鉆頭底部，并壓開鉆頭門，然后注入到樁孔里。各部分擠土作用如下所示:
[0026]如圖6所示，取螺旋柱體葉片(13)三個外表面土體的三個小單元作受力分析，單元土體(30)在三個外表面上分別受到P、Q、R三個力作用，這三個力中P對土體產生徑向偏上擠土作用，Q對土體產生徑向擠土作用，R對土體產生徑向偏下擠土作用。
[0027]如圖7所示，取螺旋柱體葉片缺口處平面對土體小單元作受力分析，土體受到徑向擠壓力T的作用。
[0028]如圖8所示,取錐體芯管表面土體的一個小單元作受力分析,單元土體受到垂直于錐體表面的力F，土體在力F的作用下，向徑向偏下方擠壓，形成擠土效果。
[0029]如圖9所示，取螺旋錐體葉片三個外表面土體的小單元作受力分析，三個小單元土體在三個外表面受到的力分別為G、M、N，力G使土體徑向偏上運動，力M使土體徑向偏下運動，力N使土體徑向偏下運動，力G使少量土體沿錐體葉片向上移動到柱體葉片，被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。
[0030]在實際應用中，根據不同的巖土層調整各參數值。對于砂土層，β、Φ值應取大些，Y、ω值應取小些；對于塑性較大的黏土層，螺旋柱體結構部分長度取大值。
【權利要求】
1.螺旋錐體擠土鉆頭，其特征在于:由螺旋柱體結構(10)和螺旋錐體結構(20)構成一體結構；所述的螺旋柱體結構(10)是柱體芯管(11)一端設有鉆頭接頭(12)，柱體芯管(11)外緣設有螺旋柱體葉片(13)，螺旋柱體葉片(13)的截面為四邊形且為等高的葉片，螺旋柱體葉片(13)上均勻設有若干缺口(14);所述的螺旋錐體結構(20)是錐體芯管(21)下端通過銷軸(22)連接鉆頭門(23)，錐體芯管(21)的錐度為α=5~8°，錐體芯管(21)的外緣設有螺旋錐體葉片(24)，螺旋錐體葉片(24)的截面為四邊形且為等高的葉片。
2.如權利要求1所述的螺旋錐體擠土鉆頭，其特征在于:螺旋柱體葉片(13)的截面為四邊形，兩個側邊與柱體芯管(11)的夾角分別為Φ=45~50°，ω=65~70°。
3.如權利要求1所述的螺旋錐體擠土鉆頭，其特征在于:螺旋錐體葉片(24)的截面為四邊形，兩個側邊與錐體芯管(21)的夾角分別為β =65~70° ;gamma=55~60°。
4.如權利要求1所述的螺旋錐體擠土鉆頭，其特征在于:螺旋柱體葉片(13)之間的距離H=350~420mm，螺旋錐體葉片(24)之間的距離h=(0.7~0.8) H。
【文檔編號】E21B10/44GK203594368SQ201320722358
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月17日 優先權日:2013年11月17日
【發明者】劉守進, 薛淑華, 郭海艷, 王國岐, 張桂芳, 王興愷, 鄭宏俊, 汪美娜, 卜艷嬌, 楊鑫, 杜嘯, 孫君 申請人:劉守進