單向螺旋半擠土鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭包括中空連接桿，其一端設有連接法蘭盤，另一端附近設有鉆尖，中空連接桿自靠近鉆尖一端至法蘭盤一端依次同軸套設下螺旋擠擴體、非封閉擠擴體和上輸土螺旋鉆桿，鉆尖連接在下螺旋擠擴體端部，下螺旋擠擴體外壁上設有螺旋擠擴葉片，上輸土螺旋鉆桿外壁上設有旋轉方向與擠擴葉片相同的螺旋上輸土葉片，擠擴葉片的外徑與上輸土葉片的外徑相同均為D1，非封閉擠擴體的最大外徑為D2，下螺旋擠擴體的最大外徑為D3，D3∠D2∠D1。應用該種鉆頭的單向螺旋半擠土樁施工工藝能夠施工出高承載力、低成本、綠色環保的基樁，適用于包括堅硬巖土地層在內的各種復雜地層，有效減少了擠土負效應、樁身側向位移等現象。
【專利說明】單向螺旋半擠土鉆頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于樁基工程領域的單向螺旋半擠土鉆頭。
【背景技術】
[0002]在現代樁基工程領域中，根據成樁對地層的影響類型將樁基技術分為排土樁、半擠土樁和全擠土樁三大類。在目前樁基市場中，排土樁占據大部分市場份額，少部分市場份額由全擠土樁占有。隨著城鎮化的大規模發展，鉆孔樁、沖孔樁、旋挖樁、CFA樁等排土樁的技術缺陷和環境污染問題日益凸現。對于能夠克服排土樁環境污染的全擠土樁，如靜壓管樁、打入方樁和完全擠土型螺旋擠擴樁等工法在樁基施工中又面臨了新的技術難題，如施工中遇到堅硬巖土地層時無法將基樁壓入、打入或鉆入到設計地層中，無法保證設計樁長，此外，還可能帶來難以避免的擠土負效應，產生地面隆起、開裂和樁身側向位移等技術問題。為了能夠克服排土樁和全擠土樁在施工過程中所經常遇到的上述技術瓶頸問題，本實用新型提出了新的技術思路和解決方案。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種單向螺旋半擠土鉆頭，應用該種鉆頭的單向螺旋半擠土樁施工工藝能夠施工出高承載力、低成本、綠色環保的基樁，適用于包括堅硬巖土地層在內的各種復雜地層，能夠有效減少擠土負效應、地面隆起、開裂和樁身側向位移等現象。
[0004]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，包括中空連接桿，中空連接桿的一端設有連接法蘭盤，另一端附近設有鉆尖，所述中空連接桿自靠近鉆尖一端至法蘭盤一端依次同軸套設有下螺旋擠擴體、非封閉擠擴體和上輸土螺旋鉆桿，所述鉆尖連接在下螺旋擠擴體的端部，所述下螺旋擠擴體的外壁上設有螺旋擠擴葉片，所述上輸土螺旋鉆桿外壁上設有旋轉方向與擠擴葉片相同的螺旋上輸土葉片，所述擠擴葉片的外徑與上輸土葉片的外徑相同均為D1，所述非封閉擠擴體的最大外徑為D2，所述下螺旋擠擴體的最大外徑為D3，D3 Z D2 Z Dl0
[0005]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述非封閉擠擴體呈橢球狀，所述橢球的長軸與中空連接桿的軸線重合，橢球長軸方向的兩端分別與上輸土螺旋鉆桿和下螺旋擠擴體相交，橢球的短半軸為a,長半軸為c, a = c = 4a。
[0006]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述鉆尖與下螺旋擠擴體端部相連的側壁上設有一個與中空連接桿相通的側出料口，所述側出料口設有單向閥門，側出料口的橫截面積大于中空連接桿的中空通道的橫截面積。
[0007]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述下螺旋擠擴體、非封閉擠擴體和上輸土螺旋鉆桿內部均中空，三者中空的通道均相連通，所述中空連接桿位于三者的中空通道中。
[0008]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述非封閉擠擴體的外表面焊接有螺旋或豎向或水平向的硬質合金抗磨板。
[0009]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述下螺旋擠擴體呈自連接鉆尖一端至非封閉擠擴體一端逐漸增大的中空圓臺狀，或呈外徑一致的圓筒狀，所述上輸土螺旋鉆桿呈外徑一致的圓筒狀。
[0010]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述擠擴葉片為加厚葉片，擠擴葉片的螺旋圈數不少于3圈，螺距SI可采用等螺距或變螺距，所述上輸土葉片的厚度小于擠擴葉片的厚度，上輸土葉片采用等螺距S2。
[0011]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述上輸土螺旋鉆桿的外徑為0.8D1?
0.9D1，所述上輸土葉片的螺距為0.8D1 < S2 < 1.2D1。所述下螺旋擠擴體的擠擴葉片的螺距為 0.4D1 < SI < 2D1。
[0012]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述上輸土螺旋鉆桿外徑為0.8D1，所述上輸土葉片的螺距S2為0.9D1，所述擠擴葉片的螺距為0.5D1 < SI < 0.9D1。
[0013]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述鉆尖采取單翼兩級漸擴式鉆尖，包括第一級帶有硬質合金截齒的先導鉆尖和安裝在最靠近鉆尖的一圈擠擴葉片上的第二級截齒切削鉆具，所述側出料口位于先導鉆尖和第二級截齒切削鉆具之間。
[0014]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭，其中所述鉆尖采用雙翼三級漸擴式鉆尖，包括第一級帶有硬質合金截齒先導鉆尖、位于先導鉆尖和下螺旋擠擴體端部之間的第二級帶有硬質合金斗齒切削鉆具、安裝在最靠近鉆尖的一圈擠擴葉片上的第三級帶有硬質合金斗齒切削鉆具，所述側出料口位于第二、第三級帶有硬質合金斗齒切削鉆具之間。
[0015]本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭與現有技術不同之處在于本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭設置非封閉擠擴體、上輸土螺旋鉆桿及葉片，上輸土葉片及下螺旋擠擴體上的擠擴葉片的外徑同為Dl，Dl與需要鉆的樁孔的直徑相同，設置非封閉擠擴體的最大外徑為D2、下螺旋擠擴體的最大外徑為D3，讓D3 ZD2 Z D1，使得非封閉擠擴體與樁孔之間留有一定的間隙，這樣在鉆孔過程中，被下螺旋擠擴體及其擠擴葉片旋鉆出來的土體向上運動，經過非封閉擠擴體時，很大一部分土體被擠壓到孔側壁中，少部分的土體則能夠穿過非封閉擠擴體與孔壁之間的間隙運動到上輸土螺旋鉆桿處，在上輸土葉片的旋轉下帶出地面，通過上述部分排土成孔工藝，降低了樁基施工對鉆機輸出扭矩的要求，提高了半擠土鉆頭對堅硬巖土地層的穿透能力，減少了全擠土灌注樁施工容易產生的擠土負效應風險，克服了靜壓管樁、打入方樁無法穿過堅硬巖土地層的技術難題，擴大了適用范圍，同時由于設置了連續的上輸土螺旋鉆桿，運輸的土體擠壓孔壁，能夠有效防止在飽水軟粘土地層、動水地層以及松散易坍孔的粉細砂地層鉆孔成樁施工過程中樁孔坍塌現象的發生，能夠有效保證樁基礎施工質量；使用本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭的半擠土樁施工工藝，和全擠土樁技術相比，能夠大大提高施工效率，單臺樁工鉆機的日成樁量可以達到600至800延米，并且能夠同時保障樁基施工的高效和高質量，和排土樁技術相比，能夠將樁的承載力提高20% -50 %，并且能夠大大減少樁基施工的排土量和外運土量，實現了節能減排，綠色環保。
[0016]下面結合附圖對本實用新型的單向螺旋半擠土鉆頭作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭第一種實施方式的結構示意圖；[0018]圖2為本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭第一種實施方式的剖視圖；
[0019]圖3為本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭第二種實施方式的結構示意圖；
[0020]圖4為本實用新型單向螺旋半擠土鉆頭第二種實施方式的剖視圖；
[0021]圖5為本實用新型使用單向螺旋半擠土鉆頭實施單向螺旋半擠土樁施工工藝流程圖。
[0022]【具體實施方式】一
[0023]如圖1、2所示，本實施方式單向螺旋半擠土鉆頭包括中空連接桿101，中空連接桿101的一端設有連接法蘭盤102，另一端附近設有鉆尖103，中空連接桿101自靠近鉆尖一端至法蘭盤一端依次同軸套設有下螺旋擠擴體104、非封閉擠擴體105和上輸土螺旋鉆桿106，鉆尖103連接在下螺旋擠擴體104的端部。
[0024]下螺旋擠擴體104呈自連接鉆尖一端至非封閉擠擴體一端逐漸增大的中空圓臺狀，下螺旋擠擴體104的外壁上設有螺旋擠擴葉片107。上輸土螺旋鉆桿106呈外徑一致的中空圓筒狀，上輸土螺旋鉆桿106外壁上設有旋轉方向與擠擴葉片107相同的螺旋上輸土葉片108，擠擴葉片和上輸土葉片的旋轉方向設為左旋或右旋均可，只要保持一致，但出于作業人員及傳統施工配合的便利，優選設置為右旋。擠擴葉片107的外徑與上輸土葉片108的外徑相同均為D1，D1與欲成樁孔直徑相同，擠擴葉片107為加厚葉片，在擠擴葉片的外側邊緣焊接有均勻的硬質合金塊，擠擴葉片107的螺旋圈數不少于3圈，本實施方式設置5圈，擠擴葉片的螺距SI采用變螺距，上輸土葉片108的厚度小于擠擴葉片107的厚度，上輸土葉片108的螺距S2采用等螺距，上輸土螺旋鉆桿106的外徑為0.8D1?0.9D1，上輸土葉片108的螺距為0.8D1 < S2 < 1.2D1，擠擴葉片107的螺距為0.4D1 < SI < 2D1。
[0025]進一步的，優選設置上輸土螺旋鉆桿外徑為0.8D1，上輸土葉片的螺距S2為
0.9D1，擠擴葉片的螺距為0.5D1 < SI < 0.9D1，可降低扭矩需求，降低成本。
[0026]非封閉擠擴體105的最大外徑為D2，下螺旋擠擴體的最大外徑為D3，D3 Z D2 Z Dl0
[0027]進一步的，為降低扭矩需求，設置非封閉擠擴體105呈中空的橢球狀，下螺旋擠擴體104、非封閉擠擴體105和上輸土螺旋鉆桿106三者中空的通道均相連通，橢球的長軸與中空連接桿101的軸線重合，橢球長軸方向的兩端分別與上輸土螺旋鉆桿106和下螺旋擠擴體104相交,橢球的短半軸為a,長半軸為c,且a = c = 4a。
[0028]進一步的，在非封閉擠擴體的外表面焊接有螺旋的硬質合金抗磨板110。
[0029]鉆尖103采用單翼兩級漸擴式鉆尖，包括第一級帶有硬質合金截齒的先導鉆尖103a和安裝在最靠近鉆尖的一圈擠擴葉片上的第二級截齒切削鉆具103b，提高鉆尖的破土及擴孔鉆掘能力，適用于堅硬巖土地層。在不影響混凝土壓力灌注成樁功能前提下，將與中空連接桿101相通的側出料口 109設置在先導鉆尖103a與下螺旋擠擴體104端部相連的側壁上，并通過單向閥門控制啟閉，相比于側出料口設置在先導鉆尖中間的方案，提高了先導鉆尖的強度。為保證混凝土灌入的通暢無阻，設置側出料口 109的橫截面積大于中空連接桿101的中空通道的橫截面積。
[0030]如圖5中a至f順次所示，使用上述單向螺旋半擠土鉆頭實施單向螺旋半擠土樁的施工工藝，包括以下步驟:
[0031]I)將安裝有單向螺旋半擠土鉆頭的大扭矩樁工鉆機根據樁孔放線位置就位，備好混凝土泵和需要灌注的樁材，樁材包括混凝土樁材或水泥粉煤灰碎石樁材和鋼筋籠；
[0032]2)啟動樁工鉆機施加右旋的扭矩和豎向壓力，利用單向螺旋半擠土鉆頭進行下旋擠擴成孔，令鉆頭以16轉/分或12轉/分或8轉/分或4轉/分或2轉/分的轉速下旋成孔，此過程中，樁孔內的土體被下螺旋擠擴體104旋鉆出來，并在擠擴葉片107作用下做自下而上的右旋運動，其大部分土體被非封閉擠擴體105逐步擠壓入樁孔側壁土體，而少部分土體則通過非封閉擠擴體105隨后被上輸土螺旋鉆桿106及上輸土葉片108逐步旋轉輸送到地表面；
[0033]3)當所成樁孔鉆至設計深度后，繼續對單向螺旋半擠土鉆頭施加右旋扭矩，以及向上的提拉力，在令鉆頭旋轉提升的同時啟動混凝土泵，在混凝土泵的壓力作用下，超流態C30混凝土經中空連接桿101的中空通道、側出料口 109向樁孔中壓灌，使已完成樁材壓灌的樁段能夠達到基樁設計直徑的要求，鉆頭旋鉆提升及壓力灌注的過程持續到樁材壓灌至樁頂設計標高為止，其中單向螺旋半擠土鉆頭要求以I米/分或2米/分或3米/分的速度旋轉提升，確保不會出現斷樁的現象，完成單向螺旋半擠土樁施工。
[0034]根據樁基設計要求，還可繼續利用振動機將鋼筋籠、鋼筋束或型鋼插入已成圓柱形的單向螺旋半擠土灌注樁。
[0035]本實用新型的單向螺旋半擠土樁施工工藝能夠施工的單向螺旋半擠土樁樁徑為350mm至800mm,最大樁長可超過40m。
[0036]【具體實施方式】二:
[0037]如圖3、4所不,本實施方式與實施方式一的結構基本相同,不同地方僅在于:下螺旋擠擴體204呈外徑一致的圓筒狀，擠擴葉片207的螺距SI采用等螺距；非封閉擠擴體205的外表面上焊接豎向的硬質合金抗磨板210 ;鉆尖203采用雙翼三級漸擴式鉆尖，包括第一級帶有硬質合金截齒先導鉆尖203a、位于先導鉆尖和下螺旋擠擴體端部之間的第二級帶有硬質合金斗齒切削鉆具203b、安裝在最靠近鉆尖的一圈擠擴葉片上的第三級帶有硬質合金斗齒切削鉆具203c，側出料口 209位于第二、第三級帶有硬質合金斗齒切削鉆具203b、203c之間。
[0038]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種單向螺旋半擠土鉆頭，包括中空連接桿(101、201)，中空連接桿(101、201)的一端設有連接法蘭盤(102、202)，另一端附近設有鉆尖(103、203)，其特征在于:所述中空連接桿(101、201)自靠近鉆尖一端至法蘭盤一端依次同軸套設有下螺旋擠擴體(104、204)、非封閉擠擴體(105、205)和上輸土螺旋鉆桿(106、206)，所述鉆尖(103、203)連接在下螺旋擠擴體(104、204)的端部，所述下螺旋擠擴體(104、204)的外壁上設有螺旋擠擴葉片(107、207)，所述上輸土螺旋鉆桿(106、206)外壁上設有旋轉方向與擠擴葉片(107、207)相同的螺旋上輸土葉片(108、208)，所述擠擴葉片(107、207)的外徑與上輸土葉片(108、208)的外徑相同均為D1，所述非封閉擠擴體(105、205)的最大外徑為D2，所述下螺旋擠擴體的最大外徑為 D3，D3 Z D2 Z D1。
2.根據權利要求1所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述非封閉擠擴體(105、205)呈橢球狀，所述橢球的長軸與中空連接桿(101、201)的軸線重合，橢球長軸方向的兩端分別與上輸土螺旋鉆桿(106、206)和下螺旋擠擴體(104、204)相交，橢球的短半軸為a，長半軸為c, a蘭c蘭4aο
3.根據權利要求2所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述鉆尖(103、203)與下螺旋擠擴體(104、204)端部相連的側壁上設有一個與中空連接桿(101、201)相通的側出料口 (109、209)，所述側出料口 (109,209)設有單向閥門，側出料口 (109,209)的橫截面積大于中空連接桿(101、201)的中空通道的橫截面積。
4.根據權利要求3所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述下螺旋擠擴體(104、204)、非封閉擠擴體(105、205)和上輸土螺旋鉆桿(106、206)內部均中空，三者中空的通道均相連通，所述中空連接桿(101、201)位于三者的中空通道中。
5.根據權利要求4所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述非封閉擠擴體(105、205)的外表面焊接有螺旋或豎向或水平向的硬質合金抗磨板(110、210)。
6.根據權利要求5所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述下螺旋擠擴體呈自連接鉆尖一端至非封閉擠擴體一端逐漸增大的中空圓臺狀，或呈外徑一致的圓筒狀，所述上輸土螺旋鉆桿呈外徑一致的圓筒狀。
7.根據權利要求6所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述擠擴葉片(107、207)為加厚葉片，擠擴葉片(107、207)的螺旋圈數不少于3圈，擠擴葉片(107、207)的螺距SI可采用等螺距或變螺距，所述上輸土葉片(108、208)的厚度小于擠擴葉片(107、207)的厚度，上輸土葉片(108、208)的螺距S2采用等螺距。
8.根據權利要求7所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述上輸土螺旋鉆桿(106.206)的外徑為0.8D1~0.9D1，所述上輸土葉片(108,208)的螺距為0.8D1 < S2<1.2D1，所述下螺旋擠擴體(104、204)的擠擴葉片(107、207)的螺距為0.4D1 < SI<2D1。
9.根據權利要求8所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述上輸土螺旋鉆桿(106.206)外徑為0.8D1，所述上輸土葉片(108,208)的螺距S2為0.9D1，所述擠擴葉片(107.207)的螺距為0.5D1 < SI < 0.9D1。
10.根據權利要求9所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述鉆尖(103)采取單翼兩級漸擴式鉆尖，包括第一級帶有硬質合金截齒的先導鉆尖(103a)和安裝在最靠近鉆尖的一圈擠擴葉片上的第二級截齒切削鉆具(103b)，所述側出料口(109)位于先導鉆尖(103a)和第二級截齒切削鉆具(103b)之間。
11.根據權利要求9所述的單向螺旋半擠土鉆頭，其特征在于:所述鉆尖(203)采用雙翼三級漸擴式鉆尖，包括第一級帶有硬質合金截齒先導鉆尖(203a)、位于先導鉆尖和下螺旋擠擴體端部之間的第二級帶有硬質合金斗齒切削鉆具(203b)、安裝在最靠近鉆尖的一圈擠擴葉片上的第三級帶有硬質合金斗齒切削鉆具(203c)，所述側出料口(209)位于第二、第三級帶有硬質 合金斗齒切削鉆具之間。
【文檔編號】E02D5/46GK203769662SQ201420054413
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】劉鐘, 郭鋼, 張義, 羅利銳 申請人:中冶建筑研究總院有限公司, 中國京冶工程技術有限公司