CN102535445A - 长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法，其成型装置包括由钻杆与同轴安装在钻杆底部的钻头组装形成的钻进设备、下放/提升系统、驱动钻进设备进行连续转动的电动旋转驱动机构、下放/提升系统对钻杆进行提升过程中通过钻杆向所成型钻孔内连续注浆并形成钻孔灌注桩的注浆设备、钻进深度/提升高度检测单元、泵送流量检测单元、控制器以及与控制器相接的参数输入单元；其成型方法包括步骤：一、初始参数设定；二、钻进；三、钻进到位后续处理；四、提钻及同步注浆。本发明设计合理、使用操作简便、自动化程度高且成型过程简单、成桩质量易于控制、适用范围广，能解决现有长螺旋成孔灌注桩成型装置及成型方法存在的多种问题。

Description

长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法

技术领域

本发明属于地基基础施工技术领域，尤其是涉及一种长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法。

背景技术

目前，在建筑、水利、公路等基础工程中，长螺旋成孔灌注桩以其速度快、噪音低、不用泥浆护壁、施工成本低等优点得到广泛应用。但是，实际施工过程中，现有的普通长螺旋成孔灌注桩存在以下缺陷和不足：第一、适用范围有限，只能在粘性土、粉土、填土等土层适用，在遇到密实砂卵石地层或大直径卵石层时，则钻进困难或无法钻进；因而，现有长螺旋成孔灌注桩的土层适应能力不足，部分地区无法采用；第二、现有长螺旋成孔灌桩无法入岩，故成桩后桩端无法放置在承载力高的土层内，造成单桩承载力不高等实际问题；第三、现有长螺旋成孔灌注桩成孔后，桩端土壤经过扰动，容易形成孔底虚土，降低桩端阻力，从而影响单桩承载力；第四、桩身质量难以保证：现有长螺旋成孔灌注桩成孔后，边灌注边提钻杆时，提升速度要与泵送速度相适应，并使钻杆内保持有0.1立方以上的存料，以确保钻杆出料口连续带压出料，否则容易出断桩、缩径、夹泥等灌注不良现象，影响桩身质量；第五、灌注质量较难保证：现有长螺旋成孔灌注桩施工过程中，大多依靠人工观察混泥土输送管缩胀情况以及钻杆通气孔的排料情况，并根据观察结果控制提升速度与泵送速度相适应，人工观察存在感观差异和经验差异，无法有效确保灌注质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构设计合理、使用操作简便且使用效果好、智能化程度高、工作性能安全可靠的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：包括由钻杆与同轴安装在钻杆底部的钻头组装形成的钻进设备、钻进过程中沿钻进方向对所述钻进设备进行下放且钻进到位后沿钻进方向对所述钻进设备进行提升的下放/提升系统、驱动所述钻进设备进行连续转动的电动旋转驱动机构、所述下放/提升系统对钻杆进行提升过程中通过钻杆向所成型钻孔内连续注浆并形成钻孔灌注桩的注浆设备、钻进过程中对所述钻进设备的实际钻进深度进行实时检测且提升过程中对所述钻进设备的实际提升高度进行实时检测的钻进深度/提升高度检测单元、钻进过程中对钻杆的扭矩进行实时检测的钻杆扭矩检测单元、对所述下放/提升系统、所述电动旋转驱动机构和所述注浆设备进行控制的控制器以及与所述控制器相接的参数输入单元，所述钻进深度/提升高度检测单元和钻杆扭矩检测单元均与所述控制器相接；所述电动旋转驱动机构通过传送机构一与钻杆的外端部进行传动连接，且所述电动旋转驱动机构与控制器相接；所述下放/提升系统与钻杆的外端部相接；所述注浆设备包括料浆存储装置、与所述料浆存储装置相接的泵送管道和安装在泵送管道上的驱动泵，所述驱动泵由所述控制器进行控制且其与所述控制器相接；所述钻杆包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆一和由上至下布设在平直芯杆一外侧壁上的螺旋叶片一，所述螺旋叶片一的宽度由上至下均相同；所述泵送管道安装在钻杆的外端部上且其与平直芯杆一的内部相通，所述平直芯杆一的外径为Φ300mm～Φ600mm，且所述螺旋叶片一的外径为Φ400mm～Φ800mm；所述钻头底部开有出浆口且所述出浆口上设置有止回阀；所述下放/提升系统包括钻杆提升与下放钢缆和对钻杆提升与下放钢缆进行收放的电动收放装置，所述钻杆提升与下放钢缆的一端固定在钻杆上且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：所述钻头为钻头一或钻头二；所述钻头一包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆二和由上至下布设在平直芯杆二外侧壁上的螺旋叶片二，所述螺旋叶片二的宽度由上至下均相同，所述平直芯杆二底部设置有钻尖二；所述钻头二包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆三和由上至下布设在平直芯杆三外侧壁上的螺旋叶片三，所述螺旋叶片三的宽度由上至下逐渐增大，所述平直芯杆三底部设置有钻尖三；所述螺旋叶片二和螺旋叶片三的螺旋方向均与螺旋叶片一的螺旋方向一致。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：所述螺旋叶片二为双螺旋结构，所述钻尖二的外侧壁上沿螺旋方向布设有多个钻齿二，所述钻齿二为钨合金钻齿；所述螺旋叶片三的外侧壁上由上至下设置有多个钻齿三，所述钻齿三为钨合金钻齿。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：还包括钻进过程中沿钻进方向对钻杆进行加压并相应对钻杆的实际下放速度进行调整的加压机构、钻进过程中对钻杆的转速进行实时检测的钻杆转速检测单元、钻进过程中对钻杆的实际下放速度进行实时检测的钻杆下放速度检测单元和钻进过程中对钻杆所承受荷载进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器的钻杆荷载检测单元，所述钻杆转速检测单元、钻杆下放速度检测单元和钻杆荷载检测单元均与所述控制器相接；所述加压机构安装在钻杆上。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：还包括呈水平向布设的机架、固定在机架上且呈竖直向布设的立柱和供所述机架安装的多个支撑机构，所述钻杆呈竖直向布设；所述电动旋转驱动机构固定安装在钻杆的上端部上，且所述电动旋转驱动机构与钻杆固定安装为一体并随钻杆进行上下移动；所述电动收放装置为由所述控制器进行控制且布设在机架上的电动卷扬机，所述电动卷扬机通过钻杆提升与下放钢缆与所述电动旋转驱动机构的上部连接，所述立柱的上部左右两侧分别设置有对钻杆提升与下放钢缆进行导向的导向轮一和导向轮二。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：所述加压机构为钢缆式加压装置或链轮链条式加压装置；所述钢缆式加压装置包括沿钻进方向对钻杆进行下拉的加压钢缆和为加压钢缆提供向下拉力的施加机构一，所述加压钢缆的一端固定在所述电动旋转驱动机构或钻杆上且其另一端固定在所述施加机构一上；所述链轮链条式加压装置包括链轮链条传动机构和施加机构二，所述链轮链条传动机构包括沿钻进方向对钻杆进行下拉的链条、由所述施加机构二带动进行转动且转动的同时带动链条进行同步转动的主动链轮和对链条进行导向的多个从动链轮，所述主动链轮和多个所述从动链轮均与链条相配合使用，且所述链条的两端分别固定在所述电动旋转驱动机构的上下部，所述主动链轮的轮轴与所述施加机构二进行传动连接；所述施加机构一和所述施加机构二均由所述控制器进行控制。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：所述施加机构一和所述施加机构二均为所述电动收放装置，所述加压钢缆的一端固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆的上端部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上；所述主动链轮的轮轴与所述电动收放装置进行传动连接；钻进过程中所述链条或加压钢缆的下拉速度和钻杆提升与下放钢缆的下放速度均与钻杆的实际下放速度相同。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：还包括与所述控制器相接的工控机和由工控机进行控制的显示单元，所述显示单元与工控机相接；所述驱动泵为混凝土地泵，所述控制器为可编程控制器，且所述参数输入单元为人机控制单元。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：所述电动旋转驱动机构为大扭矩可调速动力头；所述大扭矩可调速动力头包括旋转驱动电机一、旋转驱动电机二、与旋转驱动电机一的动力输出轴一相接的一级减速机一、与旋转驱动电机二的动力输出轴二相接的一级减速机二以及分别与一级减速机一和一级减速机二进行连接且将一级减速机一和一级减速机二所输出动力转换为同一个动力输出的二级减速机，所述旋转驱动电机一和旋转驱动电机二均由所述控制器进行控制。

上述长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征是：所述二级减速机包括与一级减速机一的动力输出轴三同轴连接的动力输入轴一、与一级减速机二的动力输出轴四同轴连接的动力输入轴二、同轴安装在动力输入轴一上且由动力输入轴一带动进行同步转动的动力输入齿轮一、同轴安装在动力输入轴二上且由动力输入轴二带动进行同步转动的动力输入齿轮二以及分别与动力输入齿轮一和动力输入齿轮二相啮合且由动力输入齿轮一和动力输入齿轮二带动进行连续转动的动力输出齿轮，所述动力输出齿轮同轴安装在动力输出轴五上，所述动力输出轴五与钻杆同轴连接并带动钻杆进行同步转动。

同时，本发明还公开了一种成型方法步骤简单、实现方便且成型效果好、所成型灌注桩质量高的长螺旋挤压入岩灌注桩成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、初始参数设定：通过所述参数输入单元设定所采用成型装置的多个初始参数；多个所述初始参数包括钻杆扭矩最大值Mmax、钻进过程中钻杆的初始旋转速度设定值v_转1、钻杆的初始下放速度设定值v_放、提钻过程中钻杆的初始旋转速度设定值v_转2、提钻过程中钻杆的提升速度v_提、所述注浆设备的初始泵送流量m₀和需成型钻孔灌注桩桩长L与桩径D；

步骤二、钻进：通过所述控制器控制所述电动收放装置和所述电动旋转驱动机构启动后，再结合步骤一中所设定的v_转1和v_放并通过所述控制器对所述电动收放装置和所述电动旋转驱动机构的转速和转向进行控制调整，使得所述钻进设备处于向下钻进状态，并使得钻杆提升与下放钢缆处于对钻杆进行下放的下放状态；钻进过程中，通过钻杆扭矩检测单元对钻进过程中钻杆的实际扭矩M_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器调用钻杆扭矩差值比较模块判断当前状态下钻杆的实际扭矩M_实是否超过Mmax，并根据判断结果对所述电动旋转驱动机构进行控制：当判断得出M_实＞Mma x时，所述控制器通过控制所述电动旋转驱动机构对钻杆的旋转速度进行减速调整；反之，所述控制器通过控制所述电动旋转驱动机构对钻杆的旋转速度进行加速调整；

同时，钻进过程中通过钻进深度/提升高度检测单元对所述钻进设备的实际钻进深度L_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，直至L_实≥L时，所述控制器通过控制所述电动收放装置使得钻杆停止向下钻进，获得成型钻孔并进入步骤三；

步骤三、提钻及同步注浆：结合步骤一中所设定的v_提、v_转2和m₀，并通过所述控制器对所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵进行控制，使得钻杆提升与下放钢缆处于对钻杆进行提升的提升状态，并控制所述驱动泵启动后向所成型钻孔内进行连续注浆，此时所述钻进设备处于提钻状态；提钻过程中，在所述控制器的控制作用下，所述钻杆处于旋转方向与钻进过程相同的旋转状态或旋转速度为零的非旋转状态；

同时，所述控制器还需调用提升高度监控模块判断当前状态下的实际提升高度H_实是否大于需成型钻孔灌注桩桩长L，并根据判断结果对所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵进行控制：当判断得出H_实≥L时，所述控制器控制所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵均停止运行，此时完成长螺旋挤压入岩灌注桩的成型过程。

上述方法，其特征是：步骤一中所述的成型装置还包括钻进过程中沿钻进方向对钻杆进行加压的加压机构、钻进过程中对钻杆的转速进行实时检测的钻杆转速检测单元、钻进过程中对钻杆的实际下放速度进行实时检测的钻杆下放速度检测单元和钻进过程中对钻杆所承受荷载进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器的钻杆荷载检测单元，所述钻杆转速检测单元、钻杆下放速度检测单元和钻杆荷载检测单元均与所述控制器相接，所述加压机构安装在钻杆上且其由所述控制器进行控制；

步骤一中多个所述初始参数还包括钻杆荷载最大值Fmax、进尺差设定值S₀和螺旋叶片一的螺距d；

步骤二中钻进过程中，通过钻杆转速检测单元和钻杆下放速度检测单元分别对钻杆的实际转速V_转和钻杆的实际下放速度V_放进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器；所述控制器调用进尺差换算模块且根据公式S_实＝V_转×d-V_放对当前进尺差S_实进行计算，并调用进尺差差值比较模块判断当前进尺差S_实是否小于进尺差设定值S₀，并根据判断结果对所述加压机构进行控制：当判断得出S_实＜S₀时，通过所述控制器对所述加压机构进行控制，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力逐渐减少直至S_实≥S₀；

否则，对钻杆荷载检测单元所检测的当前状态下钻杆所承受的荷载F实进行分析，判断荷载F_实是否超过Fma x：当判断得出F_实＜Fmax时，通过所述控制器对所述加压机构进行控制，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力逐渐增大，以满足所述钻进设备的向下进给需求；否则，当判断得出F_实≥Fmax时，维持所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力不变；

步骤三中提钻过程中，所述控制器通过控制所述加压机构，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力为零。

上述方法，其特征是：步骤一中所述的成型装置还包括钻进到位后对所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流进行实时检测的钻杆旋转驱动电流检测单元，所述钻杆旋转驱动电流检测单元与所述控制器相接；步骤一中多个所述初始参数还包括钻进之前所述电动旋转驱动机构的空载驱动电流I；

步骤二中所述的控制器通过控制所述电动收放装置使得钻杆停止向下钻进时，所述钻进设备钻进到位；

且所述钻进设备钻进到位后，还需进行钻进到位后续处理：通过钻杆旋转驱动电流检测单元对当前状态下所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流I_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器对当前状态下钻杆旋转驱动电流检测单元所检测信息进行分析，且当I_实＝I时，完成钻进过程；之后，还需对钻进完成的所述成型钻孔孔底进行压实处理；压实处理之前，先通过所述参数输入单元输入压实处理时间t；

且进行压实处理时，所述控制器通过对所述电动旋转驱动机构进行控制，将钻杆的旋转速度降至3r/min以下；同时，所述控制器通过控制所述加压机构，将钻杆所承受荷载F_实调整至Fmax；之后，所述控制器按照预先设定的压实处理时间t，完成所述成型钻孔孔底的压实处理过程。

上述方法，其特征是：步骤一中所述的所述加压机构为钢缆式加压装置或链轮链条式加压装置；所述钢缆式加压装置包括沿钻进方向对钻杆进行下拉的加压钢缆和为加压钢缆提供向下拉力的施加机构一，所述加压钢缆的一端固定在所述电动旋转驱动机构或钻杆上且其另一端固定在所述施加机构一上；所述链轮链条式加压装置包括链轮链条传动机构和施加机构二，所述链轮链条传动机构包括沿钻进方向对钻杆进行下拉的链条、由所述施加机构二带动进行转动且转动的同时带动链条进行同步转动的主动链轮和对链条进行导向的多个从动链轮，所述主动链轮和多个所述从动链轮均与链条相配合使用，且所述链条的两端分别固定在所述电动旋转驱动机构的上下部，所述主动链轮的轮轴与所述施加机构二进行传动连接；所述施加机构一和所述施加机构二均由所述控制器进行控制；

所述施加机构一和所述施加机构二均为所述电动收放装置，所述加压钢缆的一端固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆的上端部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上；所述主动链轮的轮轴与所述电动收放装置进行传动连接；钻进过程中所述链条或加压钢缆的下拉速度和钻杆提升与下放钢缆的下放速度均与钻杆的实际下放速度相同；所述钻杆的实际下放速度与所述电动收放装置的运转速度一致；

步骤二中钻进过程中和步骤三中提钻过程中，所述控制器通过控制调整所述电动收放装置的运转速度，对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行调整：当需对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行增大调整时，将所述电动收放装置的运转速度逐渐调大，此时所述钻进设备处于增压状态；当需对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行减小调整时，将所述电动收放装置的运转速度逐渐调小，此时所述钻进设备处于减压状态；且当将所述电动收放装置的运转速度逐渐调小至所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力为零时，则所述钻进设备处于非加压状态。

上述方法，其特征是：步骤一中多个所述初始参数还包括芯杆料浆存料设定值m；步骤三中提钻过程中，还需对平直芯杆一内所存留料浆量m实进行实时检测，所述控制器根据实时检测结果判断当前状态下平直芯杆一内所存留料浆量m_实是否等于芯杆料浆存料设定值m：当判断得出m_实≠m时，所述控制器通过对所述驱动泵进行控制，将m_实逐渐调整至m。

上述方法，其特征是：步骤二中钻进过程中，所述钻进设备的钻进状态分为挤土型钻进状态和出土型钻进状态两种钻进状态；实际钻进过程中，当0＜挤土率J≤Jmax时，所述钻进设备处于挤土型钻进状态；否则，所述钻进设备处于出土型钻进状态；其中，J＝V_放/(V_转×d)-K，Jmax＝1-K；式中，

其中d₁为钻杆的外径，d₂为平直芯杆一的外径；步骤一中进行初始参数设定时，还需通过所述参数输入单元输入d₁和d₂；

步骤二中钻进过程中，所述控制器通过控制调整所述电动收放装置的运转速度，对挤土率J进行调整，使得钻进过程中各钻进时刻的挤土率J满足预先设定要求。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置结构设计合理、使用操作简便且使用效果好、智能化程度高、工作性能安全可靠。

2、采用专用的钻杆及钻头，遇到卵石层时，可以通过钻具将大直径的卵石挤到孔壁内，不同宽度的螺旋叶片组成的出土通道可将小直径的卵石排出孔外。所采用的钻杆为半挤土型钻杆，配合自动控制系统对“进尺差”进行控制，使得土壤挤压率可以达到2倍以上。同时，钻杆的芯杆直径加大(300mm～600mm)，螺纹叶片外径为400mm～800mm之间。

3、同时设置有加压机构，可以通过钢缆或链条对钻杆进行加压，当遇见密实卵石层或强风化岩时，可以启用加压系统，以保持钻头的进给。终孔时采用加压系统可对孔底进行挤密处理，避免桩端虚土。

4、自动化程度高，安装有泵送流量检知系统、钻深检知系统以及实时检测泵送速度与提升速度检知系统，并通过工业计算机协调控制。

5、动力头转速与卷扬机转速均采用线性平滑调速，配合工业计算机的控制使施工中可以产生出土与挤土两种钻孔方式，以应对不同土层。

6、适用范围广，通过更换不同直径的钻杆与钻头，可对桩径400mm～800mm，桩长30米以上的灌注桩进行施工。

7、成型方法步骤简单、实现方便且成型效果好、所成型灌注桩质量高，实际施工时，首先对准桩位并开启动力头带动钻杆进行旋转运动，同时启动卷扬机下放钻杆；之后，钻头进入岩层时，进尺差会明显增大，此时开启加压机构作入岩钻进；当钻进至设计深度后，钻杆以正转提升或静拔方式向上提钻，混凝土地泵同步开始泵送砼；另外在提钻过程中，实时检测钻杆拔起距离，并计算出所需砼量，同时同步检测混凝土地泵砼送的实际砼量，并通过自动控制地泵泵速的方式来达到所需砼量与实际砼量之间的匹配，使得钻杆内部始终保有0.1方以上混泥土，以确保成桩质量。

8、电动旋转驱动机构采用大扭矩可调速动力头，即双动力大功率设计模式，为挤压施工提供足够的动力源。

9、所采用的加压机构、大扭矩钻杆和高强钻头相配合，使得本发明能够钻进中密以上卵石层，并且具有较强的入岩能力。

10、具有自动控制泵送控制功能，为成桩质量提供保证。

综上所述，本发明设计合理、使用操作简便、自动化程度高且成型过程简单、成桩质量易于控制、适用范围广，能有效解决现有长螺旋成孔灌注桩成型装置及成型方法存在的多种实际问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所采用成型装置的结构示意图。

图2为本发明所采用钻杆的结构示意图。

图3为本发明所采用钻头一的结构示意图。

图4为图3的仰视图。

图5为本发明所采用钻头二的结构示意图。

图6为图5的仰视图。

图7为本发明所采用大扭矩可调速动力头的使用状态参考图。

图8为本发明所采用加压机构第二种实施方式的使用状态参考图。

图9为本发明成型装置的电路原理框图。

附图标记说明：

1-大扭矩可调速动力头；   1-1-旋转驱动电机一；

1-2-旋转驱动电机二；     1-3-一级减速机一；      1-4-一级减速机二；

1-5-二级减速机；         1-6-动力输入轴一；      1-7-动力输入轴二；

1-8-动力输入齿轮一；     1-9-动力输入齿轮二；    1-10-动力输出齿轮；

1-11-动力输出轴五；      2-钻杆提升与下放钢缆；

3-电动卷扬机；           4-钻进深度/提升高度检测单元；

5-导向轮三；             6-钻杆；                6-1-平直芯杆一；

6-2-螺旋叶片一；         7-钻头；                7-1-平直芯杆二；

7-2-螺旋叶片二；         7-3-平直芯杆三；        7-4-螺旋叶片三；

7-5-钻齿二；             7-6-钻齿三；            8-机架；

9-液压支腿；             10-驾驶室；             11-加压钢缆；

12-立柱；                13-混凝土地泵；

14-泵送流量检测单元；    15-泵送管道；           16-可编程控制器；

17-人机控制单元；        18-工控机；             19-液晶显示器；

20-钻杆扭矩检测单元；    21-钻杆转速检测单元；

22-导向轮一；            23-导向轮二；          25-链条；

26-主动链轮；            27-从动链轮；

28-钻杆荷载检测单元；    29-钻杆下放速度检测单元；

30-钻杆旋转驱动电流检测单元；                   31-计时电路。

具体实施方式

如图1、图9所示的一种长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，包括由钻杆6与同轴安装在钻杆6底部的钻头7组装形成的钻进设备、钻进过程中沿钻进方向对所述钻进设备进行下放且钻进到位后沿钻进方向对所述钻进设备进行提升的下放/提升系统、驱动所述钻进设备进行连续转动的电动旋转驱动机构、所述下放/提升系统对钻杆6进行提升过程中通过钻杆6向所成型钻孔内连续注浆并形成钻孔灌注桩的注浆设备、钻进过程中对所述钻进设备的实际钻进深度进行实时检测且提升过程中对所述钻进设备的实际提升高度进行实时检测的钻进深度/提升高度检测单元4、钻进过程中对钻杆6的扭矩进行实时检测的钻杆扭矩检测单元20、对所述下放/提升系统、所述电动旋转驱动机构和所述注浆设备进行控制的控制器以及与所述控制器相接的参数输入单元，所述钻进深度/提升高度检测单元4和钻杆扭矩检测单元20均与所述控制器相接；所述电动旋转驱动机构通过传送机构一与钻杆6的外端部进行传动连接，且所述电动旋转驱动机构与控制器相接。

同时，所述成型装置还包括钻进到位后对所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流进行实时检测的钻杆旋转驱动电流检测单元30，所述钻杆旋转驱动电流检测单元30与所述控制器相接。

实际安装布设时，所述下放/提升系统与钻杆6的外端部相接。所述注浆设备包括料浆存储装置、与所述料浆存储装置相接的泵送管道15和安装在泵送管道15上的驱动泵，所述驱动泵由所述控制器进行控制且其与所述控制器相接。所述泵送管道15的一端与所述料浆存储装置相接，且其另一端安装在钻杆6的外端部上方。

结合图2，所述钻杆6包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆一6-1和由上至下布设在平直芯杆一6-1外侧壁上的螺旋叶片一6-2，所述螺旋叶片一6-2的宽度由上至下均相同。具体来说，所述螺旋叶片一6-2的结构、尺寸、螺旋角度和螺旋叶片间距由上至下均相同。所述泵送管道15安装在钻杆6的外端部上且其与平直芯杆一6-1的内部相通，所述平直芯杆一6-1的外径为Φ300mm～600mm，且所述螺旋叶片一6-2(即所述钻杆6)的外径为Φ400mm～800mm；所述钻头7底部开有出浆口且所述出浆口上设置有止回阀。所述下放/提升系统包括钻杆提升与下放钢缆2和对钻杆提升与下放钢缆2进行收放的电动收放装置，所述钻杆提升与下放钢缆2的一端固定在钻杆6上且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上。

所述钻头7为钻头一或钻头二。

结合图3和图4，所述钻头一包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆二7-1和由上至下布设在平直芯杆二7-1外侧壁上的螺旋叶片二7-2，所述螺旋叶片二7-2的宽度由上至下均相同，所述平直芯杆二7-1底部设置有钻尖二。具体来说，所述螺旋叶片二7-2的结构、尺寸、螺旋角度和螺旋叶片间距由上至下均相同。本实施例中，所述螺旋叶片二7-2为双螺旋结构，所述钻尖二的外侧壁上沿螺旋方向布设有多个钻齿二7-5，并且所述钻齿二7-5为钨合金钻齿。

实际使用时，所述钻头一用于较松软的土层，其螺旋叶片二7-2采用双螺纹结构，钻尖二采用锰铁合金塑造，钻齿二7-5为钨合金截齿。实际施工过程中，根据实际施工地质情况，钻齿二7-5(即截齿)的安装角度与形状作相应改变；多个所述钻齿二7-5中位于钻尖二底部中央的钻齿进行中心切割，位于所述钻尖二外侧壁上的其它钻齿作周边切割。

实际加工时，所述螺旋叶片二7-2的外径与螺旋叶片一6-2的外径相同。

结合图5和图6，所述钻头二包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆三7-3和由上至下布设在平直芯杆三7-3外侧壁上的螺旋叶片三7-4，所述螺旋叶片三7-4的宽度由上至下逐渐增大，所述平直芯杆三7-3底部设置有钻尖三。同时，所述螺旋叶片三7-4的螺旋角度和螺旋叶片间距由上至下均相同。本实施例中，所述螺旋叶片三7-4的外侧壁上由上至下设置有多个钻齿三7-6，并且所述钻齿三7-6为钨合金钻齿。实际使用时，所述钻头二用于强风化等硬质土层，锥形螺纹结构由小径到大径逐步切割成孔。

本实施例中，本发明所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置还包括钻进过程中沿钻进方向对钻杆6进行加压并相应对钻杆6的实际下放速度进行调整的加压机构、钻进过程中对钻杆6的转速进行实时检测的钻杆转速检测单元21、钻进过程中对钻杆6的实际下放速度进行实时检测的钻杆下放速度检测单元29和钻进过程中对钻杆6所承受荷载进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器的钻杆荷载检测单元28，所述钻杆转速检测单元21、钻杆下放速度检测单元29和钻杆荷载检测单元28均与所述控制器相接；所述加压机构安装在钻杆6上。

本实施例中，本发明所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置还包括呈水平向布设的机架8、固定在机架8上且呈竖直向布设的立柱12和供所述机架8安装的多个支撑机构，所述钻杆6呈竖直向布设；所述电动旋转驱动机构固定安装在钻杆6的上端部上，且所述电动旋转驱动机构与钻杆6固定安装为一体并随钻杆6进行上下移动。所述电动收放装置为由所述控制器进行控制且布设在机架8上的电动卷扬机3，所述电动卷扬机3通过钻杆提升与下放钢缆2与所述电动旋转驱动机构的上部连接，所述立柱12的上部左右两侧分别设置有对钻杆提升与下放钢缆2进行导向的导向轮一22和导向轮二23。

实际使用过程中，所述加压机构为钢缆式加压装置或链轮链条式加压装置。结合图1，本实施例中，所述加压机构为钢缆式加压装置，所述钢缆式加压装置包括沿钻进方向对钻杆6进行下拉的加压钢缆11和为加压钢缆11提供向下拉力的施加机构一，所述加压钢缆11的一端固定在所述电动旋转驱动机构或钻杆6上且其另一端固定在所述施加机构一上。

实际安装布设时，所述加压钢缆11的一端固定在所述电动旋转驱动机构下部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上。同时，所述立柱12上设置有对加压钢缆11进行导向的导向轮三5。

实际使用时，也可以采用其它类型的加压机构。结合图8，所述加压机构为链轮链条式加压装置。所述链轮链条式加压装置包括链轮链条传动机构和施加机构二，所述链轮链条传动机构包括沿钻进方向对钻杆6进行下拉的链条25、由所述施加机构二带动进行转动且转动的同时带动链条25进行同步转动的主动链轮26和对链条25进行导向的多个从动链轮27，所述主动链轮26和多个所述从动链轮27均与链条25相配合使用，且所述链条25的两端分别固定在所述电动旋转驱动机构的上下部，所述主动链轮26的轮轴与所述施加机构二进行传动连接；所述施加机构一和所述施加机构二均由所述控制器进行控制。

本实施例中，所述施加机构一和所述施加机构二均为所述电动收放装置，所述加压钢缆11的一端固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆6的上端部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上，所述加压钢缆11固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆6上端部的固定点均位于钻杆6的中心轴线上。所述主动链轮26的轮轴与所述电动收放装置进行传动连接。钻进过程中所述链条25或加压钢缆11的下拉速度和钻杆提升与下放钢缆2的下放速度均与钻杆6的实际下放速度相同。实际安装布设时，所述主动链轮26的轮轴与电动卷扬机3的驱动电机动力输出轴进行传动连接。

综上，本实施例中，实际使用时，所述电动收放装置与加压钢缆11或所述链轮链条传动机构组成钻进过程中对钻杆6进行加压并相应对钻杆6的实际下放速度进行调整的钻进加压系统。也就是说，所述加压机构与所述下放/提升系统相配合使用，二者共用同一个驱动装置(即所述电动收放装置)。实际使用过程中，对所述加压机构的加压力度和是否启动加压进行调控时，只需对所述电动收放装置的运转速度进行控制即可实现。

本实施例中，所述机架8上设置有驾驶室10。所述支撑机构为液压支腿9，所述驱动泵为混凝土地泵13，所述控制器为可编程控制器16。

另外，本发明所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置还包括与可编程控制器16相接的工控机18和由工控机18进行控制的显示单元，所述显示单元与工控机18相接。本实施例中，所述参数输入单元为人机控制单元17，所述显示单元为液晶显示器19。

结合图7，所述电动旋转驱动机构为大扭矩可调速动力头1。所述大扭矩可调速动力头1包括旋转驱动电机一1-1、旋转驱动电机二1-2、与旋转驱动电机一1-1的动力输出轴一相接的一级减速机一1-3、与旋转驱动电机二1-2的动力输出轴二相接的一级减速机二1-4以及分别与一级减速机一1-3和一级减速机二1-4进行连接且将一级减速机一1-3和一级减速机二1-4所输出动力转换为同一个动力输出的的二级减速机1-5。

本实施例中，所述一级减速机一1-3和一级减速机二1-4采用2011年03月16日公开的专利号为ZL201020505007.6中所公开的变挡行星减速装置。实际使用时，所述一级减速机一1-3和一级减速机二1-4也可以采用其它类型的减速机构。

本实施例中，所述二级减速机1-5包括与一级减速机一1-3的动力输出轴三同轴连接的动力输入轴一1-6、与一级减速机二1-4的动力输出轴四同轴连接的动力输入轴二1-7、同轴安装在动力输入轴一1-6上且由动力输入轴一1-6带动进行同步转动的动力输入齿轮一1-8、同轴安装在动力输入轴二1-7上且由动力输入轴二1-7带动进行同步转动的动力输入齿轮二1-9以及分别与动力输入齿轮一1-8和动力输入齿轮二1-9相啮合且由动力输入齿轮一1-8和动力输入齿轮二1-9带动进行连续转动的动力输出齿轮1-10，所述动力输出齿轮1-10同轴安装在动力输出轴五1-11上，所述动力输出轴五1-11与钻杆6同轴连接并带动钻杆6进行同步转动，所述旋转驱动电机一1-1和旋转驱动电机二1-2均由所述控制器进行控制。

实际使用时，所述二级减速机1-5也可以采用其它类型且能将两个所输入动力合成一个动力输出的减速机构。

本实施例中，所述动力输入齿轮一1-8、动力输入齿轮二1-9和动力输出齿轮1-10均呈水平向布设且三者布设在同一水平面上，动力输入齿轮一1-8和动力输入齿轮二1-9的旋转方向相同且二者的旋转方向均与动力输出齿轮1-10的旋转方向相反。

实际安装时，所述旋转驱动电机一1-1的电机外壳与一级减速机一1-3的外壳之间以及旋转驱动电机二1-2的电机外壳与一级减速机二1-4的外壳之间均通过法兰进行连接，且旋转驱动电机一1-1的动力输出轴一与一级减速机一1-3的动力输入轴之间以及旋转驱动电机二1-2的动力输出轴二与一级减速机二1-4的动力输入轴之间均以键连接方式进行同轴连接。所述动力输入轴一1-6、动力输入轴二1-7、动力输入齿轮一1-8、动力输入齿轮二1-9和动力输出齿轮1-10均安装在二级减速机1-5的减速机外壳内。所述二级减速机1-5的减速机外壳与一级减速机一1-3的外壳和一级减速机二1-4的外壳之间均通过法兰进行连接，所述一级减速机一1-3的动力输出轴三与动力输入轴一1-6之间以及一级减速机二1-4的动力输出轴四与动力输入轴二1-7之间均以键连接方式进行同轴连接。

本发明所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩成型方法，包括以下步骤：

步骤一、初始参数设定：通过所述参数输入单元设定多个初始参数；多个所述初始参数包括钻杆扭矩最大值Mmax、钻进过程中钻杆6的初始旋转速度设定值v_转1、钻杆6的初始下放速度设定值v_放、提钻过程中钻杆6的初始旋转速度设定值v_转2、提钻过程中钻杆6的提升速度v_提、所述注浆设备的初始泵送流量m₀和需成型钻孔灌注桩桩长L与桩径D。

步骤二、钻进：通过所述控制器控制所述电动收放装置和所述电动旋转驱动机构启动后，再结合步骤一中所设定的v_转1和v_放并通过所述控制器对所述电动收放装置和所述电动旋转驱动机构的转速和转向进行控制调整，使得所述钻进设备处于向下钻进状态，并使得钻杆提升与下放钢缆2处于对钻杆6进行下放的下放状态；钻进过程中，通过钻杆扭矩检测单元20对钻进过程中钻杆6的实际扭矩M_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器调用钻杆扭矩差值比较模块判断当前状态下钻杆6的实际扭矩M_实是否超过Mmax，并根据判断结果对所述电动旋转驱动机构进行控制：当判断得出M_实＞Mmax时，所述控制器通过控制所述电动旋转驱动机构对钻杆6的旋转速度进行减速调整；反之，所述控制器通过控制所述电动旋转驱动机构对钻杆6的旋转速度进行加速调整。实际使用过程中，可通过所述参数输入单元对钻杆6旋转速度的加速调整速率和减速调整速率进行预先设定。

同时，钻进过程中通过钻进深度/提升高度检测单元4对所述钻进设备的实际钻进深度L_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，直至L_实≥L时，所述控制器通过控制所述电动收放装置使得钻杆6停止向下钻进，获得成型钻孔并进入步骤三。

本实施例中，步骤一中所述的成型装置还包括钻进到位后对所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流进行实时检测的钻杆旋转驱动电流检测单元30，所述钻杆旋转驱动电流检测单元30与所述控制器相接；步骤一中多个所述初始参数还包括钻进之前所述电动旋转驱动机构的空载驱动电流I。步骤二中所述的控制器通过控制所述电动收放装置使得钻杆6停止向下钻进时，所述钻进设备钻进到位；

且所述钻进设备钻进到位后，还需进行钻进到位后续处理：通过钻杆旋转驱动电流检测单元30对当前状态下所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流I_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器对当前状态下钻杆旋转驱动电流检测单元30所检测信息进行分析，且当I_实＝I时，完成钻进过程；之后，还需对钻进完成的所述成型钻孔孔底进行压实处理；压实处理之前，先通过所述参数输入单元输入压实处理时间t。

且进行压实处理时，所述控制器通过对所述电动旋转驱动机构进行控制，将钻杆6的旋转速度降至3r/min以下；同时，所述控制器通过控制所述加压机构，将钻杆6所承受荷载F_实调整至Fmax；之后，所述控制器按照预先设定的压实处理时间t，完成所述成型钻孔孔底的压实处理过程。

本实施例中，进行钻进到位后续处理时，所述电动收放装置停转，且所述电动旋转驱动机构处于正转状态。

步骤三、提钻及同步注浆：结合步骤一中所设定的v_提、v_转2和m₀，并通过所述控制器对所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵进行控制，使得钻杆提升与下放钢缆2处于对钻杆6进行提升的提升状态，并控制所述驱动泵启动后向所成型钻孔内进行连续注浆，此时所述钻进设备处于提钻状态；提钻过程中，在所述控制器的控制作用下，所述钻杆6处于旋转方向与钻进过程相同的旋转状态或旋转速度为零的非旋转状态。

本实施例中，提钻过程中，所述电动收放装置处于反转状态，且所述电动旋转驱动机构处于正转状态。

本实施例中，步骤一中多个所述初始参数还包括芯杆料浆存料设定值m；步骤三中提钻过程中，还需对平直芯杆一6-1内所存留料浆量m_实进行实时检测，所述控制器根据实时检测结果判断当前状态下平直芯杆一6-1内所存留料浆量m_实是否等于芯杆料浆存料设定值m：当判断得出m_实≠m时，所述控制器通过对所述驱动泵进行控制，将m_实逐渐调整至m。

相应地，本发明所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置还包括与所述控制器相接的计时电路31和对所述注浆设备的泵送流量进行实时检测的泵送流量检测单元14。本实施例中，对当前状态下平直芯杆一6-1内所存留料浆量m_实进行检测判断时，所述控制器根据当前状态下所述注浆设备的总泵送时间并结合泵送流量检测单元14所检测的各泵送时刻所述泵送设备的泵送流量和所泵送料浆的体积浓度，换算得出当前状态下所述注浆设备的实际泵送量C_实；同时，通过钻进深度/提升高度检测单元4对当前状态下所述钻进设备的实际提升高度H_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器根据钻进深度/提升高度检测单元4所检测得出的实际提升高度H_实以及需成型钻孔灌注桩桩径D和和所泵送料浆的体积浓度，相应换算得出当前状态下所成型钻孔内所需的料浆泵送量C_需；之后，所述控制器根据换算得出的当前状态下所成型钻孔内所需料浆泵送量C_需和所述注浆设备的实际泵送量C_实，换算得出当前状态下平直芯杆一6-1内所存留料浆量m_实＝C_实-C_需。

另外，实际操作过程中，还可通过重量检测单元对所述料浆存储装置内的料浆存储量进行实时检测，所述控制器根据所述重量检测单元的检测结果直接换算出当前状态下所述注浆设备的实际泵送量C_实。

因而，本实施例中，步骤三中提钻过程中，通过泵送流量检测单元14对当前状态下所述注浆设备的泵送流量进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，同时通过钻进深度/提升高度检测单元4对当前状态下所述钻进设备的实际提升高度H_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器。

同时，所述控制器还需调用提升高度监控模块判断当前状态下的实际提升高度H_实是否大于需成型钻孔灌注桩桩长L，并根据判断结果对所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵进行控制：当判断得出H_实≥L时，所述控制器控制所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵均停止运行，此时完成长螺旋挤压入岩灌注桩的成型过程。

本实施例中，本发明所采用的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置还包括钻进过程中沿钻进方向对钻杆6进行加压的加压机构、钻进过程中对钻杆6的转速进行实时检测的钻杆转速检测单元21、钻进过程中对钻杆6的实际下放速度进行实时检测的钻杆下放速度检测单元29和钻进过程中对钻杆6所承受荷载进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器的钻杆荷载检测单元28，所述钻杆转速检测单元21、钻杆下放速度检测单元29和钻杆荷载检测单元28均与所述控制器相接，所述加压机构安装在钻杆6上且其由所述控制器进行控制。

因而，步骤一中多个所述初始参数还包括钻杆荷载最大值Fmax、进尺差设定值S₀和螺旋叶片一6-2的螺距d。

步骤二中钻进过程中，通过钻杆转速检测单元21和钻杆下放速度检测单元29分别对钻杆6的实际转速V_转和钻杆6的实际下放速度V_放进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器；所述控制器调用进尺差换算模块且根据公式S_实＝V_转×d-V_放对当前进尺差S_实进行计算，并调用进尺差差值比较模块判断当前进尺差S_实是否小于进尺差设定值S₀，并根据判断结果对所述加压机构进行控制：当判断得出S_实＜S₀时，通过所述控制器对所述加压机构进行控制，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力逐渐减少直至S_实≥S₀。

否则，对钻杆荷载检测单元28所检测的当前状态下钻杆6所承受的荷载F_实进行分析，判断荷载F_实是否超过Fmax：当判断得出F_实＜Fmax时，通过所述控制器对所述加压机构进行控制，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力逐渐增大，以满足所述钻进设备的向下进给需求；否则，当判断得出F_实≥Fmax时，维持所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力不变；

步骤二中进行钻进到位后续处理时和步骤三中提钻过程中，所述控制器通过控制所述加压机构，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力为零。

本实施例中，所述加压机构为钢缆式加压装置或链轮链条式加压装置；所述钢缆式加压装置包括沿钻进方向对钻杆6进行下拉的加压钢缆11和为加压钢缆11提供向下拉力的施加机构一，所述加压钢缆11的一端固定在钻杆6上且其另一端固定在所述施加机构一上；所述链轮链条式加压装置包括链轮链条传动机构和施加机构二，所述链轮链条传动机构包括沿钻进方向对钻杆6进行下拉的链条25、由所述施加机构二带动进行转动且转动的同时带动链条25进行同步转动的主动链轮26和对链条25进行导向的多个从动链轮27，所述主动链轮26和多个所述从动链轮27均与链条25相配合使用，且所述链条25的两端分别固定在所述电动旋转驱动机构的上下部，所述主动链轮26的轮轴与所述施加机构二进行传动连接；所述施加机构一和所述施加机构二均由所述控制器进行控制。所述施加机构一和所述施加机构二均为所述电动收放装置，所述加压钢缆11的一端固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆6的上端部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上，所述加压钢缆11固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆6上端部的固定点均位于钻杆6的中心轴线上；所述主动链轮26的轮轴与所述电动收放装置进行传动连接；钻进过程中所述链条25或加压钢缆11的下拉速度和钻杆提升与下放钢缆2的下放速度均与钻杆6的实际下放速度相同；所述钻杆6的实际下放速度与所述电动收放装置的运转速度一致。

步骤二中钻进过程中和步骤三中提钻过程中，所述控制器通过控制调整所述电动收放装置的运转速度，对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行调整：当需对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行增大调整时，将所述电动收放装置的运转速度逐渐调大，此时所述钻进设备处于增压状态；当需对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行减小调整时，将所述电动收放装置的运转速度逐渐调小，此时所述钻进设备处于减压状态；且当将所述电动收放装置的运转速度逐渐调小至所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力为零时，则所述钻进设备处于非加压状态，因而实际控制非常简易。

实际使用过程中，对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行调整，可通过所述参数输入单元对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力调整幅度进行预先设定。

步骤二中钻进过程中，所述钻进设备的钻进状态分为挤土型钻进状态和出土型钻进状态两种钻进状态；实际钻进过程中，当0＜挤土率J≤Jmax时，所述钻进设备处于挤土型钻进状态；否则，所述钻进设备处于出土型钻进状态；其中，J＝V_放/(V_转×d)-K，Jmax＝1-K；式中，

其中d₁为钻杆6的外径，d₂为平直芯杆一6-1的外径；步骤一中进行初始参数设定时，还需通过所述参数输入单元输入d₁和d₂。

步骤二中钻进过程中，所述控制器通过控制调整所述电动收放装置的运转速度，对挤土率J进行调整，使得钻进过程中各钻进时刻的挤土率J满足预先设定要求。

本实施例中，由于所述加压机构与所述下放/提升系统相配合使用，且二者共用同一个驱动装置(即所述电动收放装置)，则在步骤二中钻进过程中，即所述电动收放装置处于正转状态时，所述加压机构的加压力度可通过控制器对所述电动收放装置的转速进行调整来实现。而在步骤三中进行钻进到位后续处理过程中，由于所述电动收放装置处于停转状态，因而所述加压机构也处于停止加压状态。而在提钻过程中，由于所述电动收放装置处于反转状态，则此时所述加压机构也处于停止加压状态。因而，实际实现起来非常简便，对所述加压机构的加压力度和是否启动加压进行调控时，只需对所述电动收放装置的转速和转向进行控制即可实现。

另外，本实施例中，步骤二中钻进过程中，所述控制器还可根据当前状态下的挤土率J对所述钻进设备的钻进状态进行判断：当0＜挤土率J≤Jmax时，所述钻进设备处于挤土型钻进状态；否则，所述钻进设备处于出土型钻进状态。实际使用时，通过液晶显示器19对所述钻进设备处于出土状态或挤土状态进行同步直观显示。

由于S_实＝V_转×d-V_放，其中V_转×d＝旋转进尺，V_放为下放进尺(即钻杆6的实际下放速度)，进尺差S_实＝旋转进尺-下放进尺，进尺差也可以由工控机18实时计算显示。实际施工时，当所述钻进设备处于出土状态时，S_实越大出土量越多，该钻进方式适用于湿陷性黄土、含水量少的砂卵等塑性差的土层；当所述钻进设备处于挤土状态时，S_实越小挤土效果越强，该钻进方式适用于粉质粘土、粉土等塑性较好的土层。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (16)

1.一种长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：包括由钻杆(6)与同轴安装在钻杆(6)底部的钻头(7)组装形成的钻进设备、钻进过程中沿钻进方向对所述钻进设备进行下放且钻进到位后沿钻进方向对所述钻进设备进行提升的下放/提升系统、驱动所述钻进设备进行连续转动的电动旋转驱动机构、所述下放/提升系统对钻杆(6)进行提升过程中通过钻杆(6)向所成型钻孔内连续注浆并形成钻孔灌注桩的注浆设备、钻进过程中对所述钻进设备的实际钻进深度进行实时检测且提升过程中对所述钻进设备的实际提升高度进行实时检测的钻进深度/提升高度检测单元(4)、钻进过程中对钻杆(6)的扭矩进行实时检测的钻杆扭矩检测单元(20)、对所述下放/提升系统、所述电动旋转驱动机构和所述注浆设备进行控制的控制器以及与所述控制器相接的参数输入单元，所述钻进深度/提升高度检测单元(4)和钻杆扭矩检测单元(20)均与所述控制器相接；所述电动旋转驱动机构通过传送机构一与钻杆(6)的外端部进行传动连接，且所述电动旋转驱动机构与控制器相接；所述下放/提升系统与钻杆(6)的外端部相接；所述注浆设备包括料浆存储装置、与所述料浆存储装置相接的泵送管道(15)和安装在泵送管道(15)上的驱动泵，所述驱动泵由所述控制器进行控制且其与所述控制器相接；所述钻杆(6)包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆一(6-1)和由上至下布设在平直芯杆一(6-1)外侧壁上的螺旋叶片一(6-2)，所述螺旋叶片一(6-2)的宽度由上至下均相同；所述泵送管道(15)安装在钻杆(6)的外端部上且其与平直芯杆一(6-1)的内部相通，所述平直芯杆一(6-1)的外径为ΦΦ300mm～Φ600mm，且所述螺旋叶片一(6-2)的外径为Φ400mm～ΦΦ800mm；所述钻头(7)底部开有出浆口且所述出浆口上设置有止回阀；所述下放/提升系统包括钻杆提升与下放钢缆(2)和对钻杆提升与下放钢缆(2)进行收放的电动收放装置，所述钻杆提升与下放钢缆(2)的一端固定在钻杆(6)上且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上。

2.按照权利要求1所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：所述钻头(7)为钻头一或钻头二；所述钻头一包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆二(7-1)和由上至下布设在平直芯杆二(7-1)外侧壁上的螺旋叶片二(7-2)，所述螺旋叶片二(7-2)的宽度由上至下均相同，所述平直芯杆二(7-1)底部设置有钻尖二；所述钻头二包括内部中空且直径由上至下均相同的平直芯杆三(7-3)和由上至下布设在平直芯杆三(7-3)外侧壁上的螺旋叶片三(7-4)，所述螺旋叶片三(7-4)的宽度由上至下逐渐增大，所述平直芯杆三(7-3)底部设置有钻尖三；所述螺旋叶片二(7-2)和螺旋叶片三(7-4)的螺旋方向均与螺旋叶片一(6-2)的螺旋方向一致。

3.按照权利要求2所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：所述螺旋叶片二(7-2)为双螺旋结构，所述钻尖二的外侧壁上沿螺旋方向布设有多个钻齿二(7-5)，所述钻齿二(7-5)为钨合金钻齿；所述螺旋叶片三(7-4)的外侧壁上由上至下设置有多个钻齿三(7-6)，所述钻齿三(7-6)为钨合金钻齿。

4.按照权利要求1、2或3所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：还包括钻进过程中沿钻进方向对钻杆(6)进行加压并相应对钻杆(6)的实际下放速度进行调整的加压机构、钻进过程中对钻杆(6)的转速进行实时检测的钻杆转速检测单元(21)、钻进过程中对钻杆(6)的实际下放速度进行实时检测的钻杆下放速度检测单元(29)和钻进过程中对钻杆(6)所承受荷载进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器的钻杆荷载检测单元(28)，所述钻杆转速检测单元(21)、钻杆下放速度检测单元(29)和钻杆荷载检测单元(28)均与所述控制器相接；所述加压机构安装在钻杆(6)上。

5.按照权利要求1、2或3所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：还包括呈水平向布设的机架(8)、固定在机架(8)上且呈竖直向布设的立柱(12)和供所述机架(8)安装的多个支撑机构，所述钻杆(6)呈竖直向布设；所述电动旋转驱动机构固定安装在钻杆(6)的上端部上，且所述电动旋转驱动机构与钻杆(6)固定安装为一体并随钻杆(6)进行上下移动；所述电动收放装置为由所述控制器进行控制且布设在机架(8)上的电动卷扬机(3)，所述电动卷扬机(3)通过钻杆提升与下放钢缆(2)与所述电动旋转驱动机构的上部连接，所述立柱(12)的上部左右两侧分别设置有对钻杆提升与下放钢缆(2)进行导向的导向轮一(22)和导向轮二(23)。

6.按照权利要求4所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：所述加压机构为钢缆式加压装置或链轮链条式加压装置；所述钢缆式加压装置包括沿钻进方向对钻杆(6)进行下拉的加压钢缆(11)和为加压钢缆(11)提供向下拉力的施加机构一，所述加压钢缆(11)的一端固定在所述电动旋转驱动机构或钻杆(6)上且其另一端固定在所述施加机构一上；所述链轮链条式加压装置包括链轮链条传动机构和施加机构二，所述链轮链条传动机构包括沿钻进方向对钻杆(6)进行下拉的链条(25)、由所述施加机构二带动进行转动且转动的同时带动链条(25)进行同步转动的主动链轮(26)和对链条(25)进行导向的多个从动链轮(27)，所述主动链轮(26)和多个所述从动链轮(27)均与链条(25)相配合使用，且所述链条(25)的两端分别固定在所述电动旋转驱动机构的上下部，所述主动链轮(26)的轮轴与所述施加机构二进行传动连接；所述施加机构一和所述施加机构二均由所述控制器进行控制。

7.按照权利要求6所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：所述施加机构一和所述施加机构二均为所述电动收放装置，所述加压钢缆(11)的一端固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆(6)的上端部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上；所述主动链轮(26)的轮轴与所述电动收放装置进行传动连接；钻进过程中所述链条(25)或加压钢缆(11)的下拉速度和钻杆提升与下放钢缆(2)的下放速度均与钻杆(6)的实际下放速度相同。

8.按照权利要求1、2或3所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：还包括与所述控制器相接的工控机(18)和由工控机(18)进行控制的显示单元，所述显示单元与工控机(18)相接；所述驱动泵为混凝土地泵(13)，所述控制器为可编程控制器(16)，且所述参数输入单元为人机控制单元(17)。

9.按照权利要求1、2或3所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：所述电动旋转驱动机构为大扭矩可调速动力头(1)；所述大扭矩可调速动力头(1)包括旋转驱动电机一(1-1)、旋转驱动电机二(1-2)、与旋转驱动电机一(1-1)的动力输出轴一相接的一级减速机一(1-3)、与旋转驱动电机二(1-2)的动力输出轴二相接的一级减速机二(1-4)以及分别与一级减速机一(1-3)和一级减速机二(1-4)进行连接且将一级减速机一(1-3)和一级减速机二(1-4)所输出动力转换为同一个动力输出的二级减速机(1-5)，所述旋转驱动电机一(1-1)和旋转驱动电机二(1-2)均由所述控制器进行控制。

10.按照权利要求9所述的长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置，其特征在于：所述二级减速机(1-5)包括与一级减速机一(1-3)的动力输出轴三同轴连接的动力输入轴一(1-6)、与一级减速机二(1-4)的动力输出轴四同轴连接的动力输入轴二(1-7)、同轴安装在动力输入轴一(1-6)上且由动力输入轴一(1-6)带动进行同步转动的动力输入齿轮一(1-8)、同轴安装在动力输入轴二(1-7)上且由动力输入轴二(1-7)带动进行同步转动的动力输入齿轮二(1-9)以及分别与动力输入齿轮一(1-8)和动力输入齿轮二(1-9)相啮合且由动力输入齿轮一(1-8)和动力输入齿轮二(1-9)带动进行连续转动的动力输出齿轮(1-10)，所述动力输出齿轮(1-10)同轴安装在动力输出轴五(1-11)上，所述动力输出轴五(1-11)与钻杆(6)同轴连接并带动钻杆(6)进行同步转动。

11.一种利用如权利要求1所述成型装置对长螺旋挤压入岩灌注桩进行成型的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、初始参数设定：通过所述参数输入单元设定所采用成型装置的多个初始参数；多个所述初始参数包括钻杆扭矩最大值Mmax、钻进过程中钻杆(6)的初始旋转速度设定值v_转1、钻杆(6)的初始下放速度设定值v_放、提钻过程中钻杆(6)的初始旋转速度设定值v_转2、提钻过程中钻杆(6)的提升速度v_提、所述注浆设备的初始泵送流量m₀和需成型钻孔灌注桩桩长L与桩径D；

步骤二、钻进：通过所述控制器控制所述电动收放装置和所述电动旋转驱动机构启动后，再结合步骤一中所设定的V_转1和v_放并通过所述控制器对所述电动收放装置和所述电动旋转驱动机构的转速和转向进行控制调整，使得所述钻进设备处于向下钻进状态，并使得钻杆提升与下放钢缆(2)处于对钻杆(6)进行下放的下放状态；钻进过程中，通过钻杆扭矩检测单元(20)对钻进过程中钻杆(6)的实际扭矩M_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器调用钻杆扭矩差值比较模块判断当前状态下钻杆(6)的实际扭矩M_实是否超过Mmax，并根据判断结果对所述电动旋转驱动机构进行控制：当判断得出M_实＞Mma x时，所述控制器通过控制所述电动旋转驱动机构对钻杆(6)的旋转速度进行减速调整；反之，所述控制器通过控制所述电动旋转驱动机构对钻杆(6)的旋转速度进行加速调整；

同时，钻进过程中通过钻进深度/提升高度检测单元(4)对所述钻进设备的实际钻进深度L_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，直至L_实≥L时，所述控制器通过控制所述电动收放装置使得钻杆(6)停止向下钻进，获得成型钻孔并进入步骤三；

步骤三、提钻及同步注浆：结合步骤一中所设定的v_提、v_转2和m₀，并通过所述控制器对所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵进行控制，使得钻杆提升与下放钢缆(2)处于对钻杆(6)进行提升的提升状态，并控制所述驱动泵启动后向所成型钻孔内进行连续注浆，此时所述钻进设备处于提钻状态；提钻过程中，在所述控制器的控制作用下，所述钻杆(6)处于旋转方向与钻进过程相同的旋转状态或旋转速度为零的非旋转状态；

同时，所述控制器还需调用提升高度监控模块判断当前状态下的实际提升高度H_实是否大于需成型钻孔灌注桩桩长L，并根据判断结果对所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵进行控制：当判断得出H_实≥L时，所述控制器控制所述电动收放装置、所述电动旋转驱动机构和所述驱动泵均停止运行，此时完成长螺旋挤压入岩灌注桩的成型过程。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于：步骤一中所述的成型装置还包括钻进过程中沿钻进方向对钻杆(6)进行加压的加压机构、钻进过程中对钻杆(6)的转速进行实时检测的钻杆转速检测单元(21)、钻进过程中对钻杆(6)的实际下放速度进行实时检测的钻杆下放速度检测单元(29)和钻进过程中对钻杆(6)所承受荷载进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器的钻杆荷载检测单元(28)，所述钻杆转速检测单元(21)、钻杆下放速度检测单元(29)和钻杆荷载检测单元(28)均与所述控制器相接，所述加压机构安装在钻杆(6)上且其由所述控制器进行控制；

步骤一中多个所述初始参数还包括钻杆荷载最大值Fmax、进尺差设定值S₀和螺旋叶片一(6-2)的螺距d；

步骤二中钻进过程中，通过钻杆转速检测单元(21)和钻杆下放速度检测单元(29)分别对钻杆(6)的实际转速V_转和钻杆(6)的实际下放速度V_放进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器；所述控制器调用进尺差换算模块且根据公式S_实＝V_转×d-V_放对当前进尺差S_实进行计算，并调用进尺差差值比较模块判断当前进尺差S_实是否小于进尺差设定值S₀，并根据判断结果对所述加压机构进行控制：当判断得出S_实＜S₀时，通过所述控制器对所述加压机构进行控制，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力逐渐减少直至S_实≥S₀；

否则，对钻杆荷载检测单元(28)所检测的当前状态下钻杆(6)所承受的荷载F_实进行分析，判断荷载F_实是否超过Fmax：当判断得出F_实＜Fmax时，通过所述控制器对所述加压机构进行控制，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力逐渐增大，以满足所述钻进设备的向下进给需求；否则，当判断得出F_实≥Fmax时，维持所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力不变；

步骤三中提钻过程中，所述控制器通过控制所述加压机构，使得所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力为零。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤一中所述的成型装置还包括钻进到位后对所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流进行实时检测的钻杆旋转驱动电流检测单元(30)，所述钻杆旋转驱动电流检测单元(30)与所述控制器相接；步骤一中多个所述初始参数还包括钻进之前所述电动旋转驱动机构的空载驱动电流I；

步骤二中所述的控制器通过控制所述电动收放装置使得钻杆(6)停止向下钻进时，所述钻进设备钻进到位；

且所述钻进设备钻进到位后，还需进行钻进到位后续处理：通过钻杆旋转驱动电流检测单元(30)对当前状态下所述电动旋转驱动机构驱动所述钻进设备旋转的驱动电流I_实进行实时检测并将所检测信息同步传送至所述控制器，所述控制器对当前状态下钻杆旋转驱动电流检测单元(30)所检测信息进行分析，且当I_实＝I时，完成钻进过程；之后，还需对钻进完成的所述成型钻孔孔底进行压实处理；压实处理之前，先通过所述参数输入单元输入压实处理时间t；

且进行压实处理时，所述控制器通过对所述电动旋转驱动机构进行控制，将钻杆(6)的旋转速度降至3r/m i n以下；同时，所述控制器通过控制所述加压机构，将钻杆(6)所承受荷载F_实调整至Fmax；之后，所述控制器按照预先设定的压实处理时间t，完成所述成型钻孔孔底的压实处理过程。

14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤一中所述的所述加压机构为钢缆式加压装置或链轮链条式加压装置；所述钢缆式加压装置包括沿钻进方向对钻杆(6)进行下拉的加压钢缆(11)和为加压钢缆(11)提供向下拉力的施加机构一，所述加压钢缆(11)的一端固定在所述电动旋转驱动机构或钻杆(6)上且其另一端固定在所述施加机构一上；所述链轮链条式加压装置包括链轮链条传动机构和施加机构二，所述链轮链条传动机构包括沿钻进方向对钻杆(6)进行下拉的链条(25)、由所述施加机构二带动进行转动且转动的同时带动链条(25)进行同步转动的主动链轮(26)和对链条(25)进行导向的多个从动链轮(27)，所述主动链轮(26)和多个所述从动链轮(27)均与链条(25)相配合使用，且所述链条(25)的两端分别固定在所述电动旋转驱动机构的上下部，所述主动链轮(26)的轮轴与所述施加机构二进行传动连接；所述施加机构一和所述施加机构二均由所述控制器进行控制；

所述施加机构一和所述施加机构二均为所述电动收放装置，所述加压钢缆(11)的一端固定在所述电动旋转驱动机构底部或钻杆(6)的上端部且其另一端缠绕固定在所述电动收放装置上；所述主动链轮(26)的轮轴与所述电动收放装置进行传动连接；钻进过程中所述链条(25)或加压钢缆(11)的下拉速度和钻杆提升与下放钢缆(2)的下放速度均与钻杆(6)的实际下放速度相同；所述钻杆(6)的实际下放速度与所述电动收放装置的运转速度一致；

步骤二中钻进过程中和步骤三中提钻过程中，所述控制器通过控制调整所述电动收放装置的运转速度，对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行调整：当需对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行增大调整时，将所述电动收放装置的运转速度逐渐调大，此时所述钻进设备处于增压状态；当需对所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力进行减小调整时，将所述电动收放装置的运转速度逐渐调小，此时所述钻进设备处于减压状态；且当将所述电动收放装置的运转速度逐渐调小至所述加压机构施加在所述钻进设备上的压力为零时，则所述钻进设备处于非加压状态。

15.按照权利要求11、12或13所述的方法，其特征在于：步骤一中多个所述初始参数还包括芯杆料浆存料设定值m；步骤三中提钻过程中，还需对平直芯杆一(6-1)内所存留料浆量m_实进行实时检测，所述控制器根据实时检测结果判断当前状态下平直芯杆一(6-1)内所存留料浆量m_实是否等于芯杆料浆存料设定值m∶当判断得出m_实≠m时，所述控制器通过对所述驱动泵进行控制，将m_实逐渐调整至m。

16.按照权利要求12、13或14所述的方法，其特征在于：步骤二中钻进过程中，所述钻进设备的钻进状态分为挤土型钻进状态和出土型钻进状态两种钻进状态；实际钻进过程中，当0＜挤土率J≤Jma x时，所述钻进设备处于挤土型钻进状态；否则，所述钻进设备处于出土型钻进状态；其中，J＝V_放/(V_转×d)-K，Jmax＝1-K；式中，

其中d₁为钻杆(6)的外径，d₂为平直芯杆一(6-1)的外径；步骤一中进行初始参数设定时，还需通过所述参数输入单元输入d₁和d₂；

步骤二中钻进过程中，所述控制器通过控制调整所述电动收放装置的运转速度，对挤土率J进行调整，使得钻进过程中各钻进时刻的挤土率J满足预先设定要求。

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