CN105908708A - 搅拌钻杆、变径搅拌桩机及成桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及搅拌桩机领域，公开了一种搅拌钻杆，包括内管、中管、外管、第一搅拌叶和第二搅拌叶，内管、中管和外管均为中空结构，且管径依次增大，内管、中管和外管由内至外依次同轴并相对可转动地套设；内管的上端用于连接供浆泵，其下部设有喷浆嘴；第一搅拌叶的两端分别铰接于外管和中管的下部，第二搅拌叶的两端分别铰接于内管和中管的下部，且内管、中管和外管中至少两个转动可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动；第一搅拌叶包括相铰接的第一叶片和第二叶片，外管和中管可沿轴向相对移动，带动第一叶片和第二叶片相对转动；第二搅拌叶包括相铰接的第三叶片和第四叶片，中管和内管可沿轴向相对移动，带动第一叶片和第二叶片相对转动。

Description

搅拌钻杆、变径搅拌桩机及成桩施工方法

本申请要求申请号为201510145116.9、申请日为2015年03月30日、名称为搅拌钻杆的优先权。

技术领域

本发明涉及搅拌桩机领域，特别是涉及一种搅拌钻杆、变径搅拌桩机及成桩施工方法。

背景技术

建筑基础工程中的软土地基处理是保证工程质量的关键环节，并在工程总价中占有较大比例。大量工程实践表明，水泥土搅拌桩法具有施工简单、快速、振动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。水泥土搅拌桩现已发展成一种常用的软弱地基处理方法，主要适用于加固饱和软粘土地基。其具体是使用搅拌桩机将水泥(或石灰)等固化剂泵入软土中，并通过搅拌桩机的搅拌叶片就地将软土和固化剂搅拌，使固化剂与软土间混合，产生一系列的物理和化学反应，硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土搅拌桩，这种水泥土搅拌桩与桩周的泥土一起组成的复合地基具有较高的承载力，减少地基沉降。

现有的常规搅拌桩机一般为单钻杆搅拌桩机，叶片搅拌时产生的剪切力大，搅拌桩施工对桩周土体的扰动大，存在搅拌方向单一、地面冒浆、搅拌不够均匀，钻杆容易进浆堵塞、成桩质量差，成桩效率低下等问题。很多地基存在不同质地的土层，而不同土层的原始承载力也不一样，需要不同桩径的水泥土搅拌桩，如果全部按照小桩径进行施工，则水泥土搅拌桩的强度不够；如果全部按照大桩径施工，则大量浪费固化剂，成本增大。专利公开号CN102808408A公开了“一种双向变径搅拌桩机及其成桩施工方法”，其搅拌浆叶具有固定叶片和活动叶片，通过改变内钻杆和外钻杆的转动方向打开活动叶片，从而实现变径。但是该变径搅拌桩机的搅拌钻杆仍然存在着以下问题：(1)存在着改变转动方向后，活动叶片未打开或者未完全打开，未按照设计要求完成变桩径施工，导致施工质量差；(2)只能实现两种桩径，不能完成多种桩径的搅拌桩施工；(3)不能实现无级变径。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种能够确保叶片伸出和缩回的搅拌钻杆，进一步提供一种变径搅拌桩机及成桩施工方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种搅拌钻杆，包括内管、中管、外管、第一搅拌叶和第二搅拌叶，所述内管、中管和外管均为中空结构，且管径依次增大，由内至外依次同轴并相对可转动地套设；所述内管的下部伸出所述中管，所述中管的下部伸出所述外管；所述内管的上端用于连接供浆泵，其下部设有喷浆嘴；所述第一搅拌叶的两端分别铰接于外管和中管的下部，所述第二搅拌叶的两端分别铰接于内管和中管的下部，且所述内管、中管和外管中至少两个转动可带动所述第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动；所述第一搅拌叶包括相铰接的第一叶片和第二叶片，所述外管和中管可沿轴向相对移动，带动所述第一叶片和第二叶片相对转动，使所述第一搅拌叶伸出或者缩回；所述第二搅拌叶包括相铰接的第三叶片和第四叶片，所述中管和内管可沿轴向相对移动，带动所述第三叶片和第四叶片相对转动，使第二搅拌叶伸出或者缩回。

其中，所述中管的下部设有可绕其转动的上辐圈和下辐圈，且所述下辐圈位于所述上辐圈的下方位置；所述第一搅拌叶的两端分别铰接于外管的外壁及上辐圈，所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及内管的外壁。

其中，所述外管设有可绕其转动的上辐圈，所述中管的下部设有可绕其转动的下辐圈；所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述上辐圈及中管的外壁，且第一搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述下辐圈的上方；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及所述内管的外壁。

其中，所述中管的下部设有可绕其转动的上辐圈，所述内管的下部设有可绕其转动的下辐圈，所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述上辐圈及外管的外壁；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及所述中管的外壁，且第二搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述上辐圈的下方。

其中，所述中管的下部设有上辐圈，所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述上辐圈及外管的外壁；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述中管的外壁及内管的外壁，且第二搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述上辐圈的下方。

其中，所述中管的下部设有下辐圈，所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述外管的外壁及中管的外壁，且第一搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述下辐圈的上方；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及所述内管的外壁。

进一步的，该搅拌钻杆还包括外管座、内管座、中管座、第一伸缩驱动机构和第二伸缩驱动机构，所述外管的上端可转动地安装于所述外管座，所述内管的上端可转动地安装于所述内管座，所述中管的上端可转动地安装于所述中管座；所述第一伸缩驱动机构设于所述中管座和外管座之间，用于带动所述中管和外管沿轴向相对移动；所述第二伸缩驱动机构设于所述中管座和内管座之间，用于带动所述中管与内管沿轴向相对移动。

其中，所述第一伸缩驱动机构为第一动力缸，所述第一动力缸的活塞杆与所述中管相平行；或者

所述第一伸缩驱动机构包括第一滑轨、第一滚珠螺杆和第一驱动电机，所述第一滑轨安装于中管座的下表面，且与中管相平行；所述外管座与所述第一滑轨可滑动地套接；所述第一滚珠螺杆的丝杠与第一滑轨相平行布置，所述第一驱动电机与丝杠相连接，所述外管座与所述第一滚珠螺杆的滑块相连接；或者

所述第一伸缩驱动机构包括第一导杆和第一电动葫芦，所述第一导杆安装于所述中管座的下表面，且与所述中管相平行；所述外管座可滑动地套接于所述第一导杆，所述第一电动葫芦安装在所述中管座的下表面，且第一电动葫芦的吊钩与所述外管座相连接，带动所述外管座移动。

其中，所述第二伸缩驱动机构为第二动力缸，所述第二动力缸的活塞杆与所述内管相平行；或者

所述第二伸缩驱动机构包括第二滑轨、第二滚珠螺杆和第二驱动电机，所述第二滑轨安装于中管座的上表面，且与内管相平行；所述内管座与所述第二滑轨可滑动地套接；所述第二滚珠螺杆的丝杠与第二滑轨相平行布置，所述第二驱动电机与丝杠相连接，所述内管座与所述第二滚珠螺杆的滑块相连接；或者

所述第二伸缩驱动机构包括第二导杆和第二电动葫芦，所述第二导杆安装于所述中管座的上表面，且与所述内管相平行；所述内管座可滑动地套接于所述第二导杆，所述第二电动葫芦安装在所述内管座的下表面，且第二电动葫芦的吊钩与所述中管座相连接，带动所述中管座移动。

本发明还提供一种变径搅拌桩机，其包括：机架、升降装置、供浆泵、动力箱及上述任一项所述的搅拌钻杆。

本发明还提供一种成桩施工方法，其包括以下步骤：

S1：将需要施工的场地平整；

S2：将上述所述的变径搅拌桩机运输到待施工场地，按设定桩位定位并对中，内管与供浆泵相连接；

S3：启动动力箱，带动第一搅拌叶和第二搅拌叶转动，搅拌钻杆开始下沉搅拌，在下沉搅拌的过程中，根据设计要求，不启动第一、第二伸缩驱动机构，或者一次启动第一、第二伸缩驱动机构，或者多次启动第一、第二伸缩驱动机构，以改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态，或者启动第一、第二伸缩驱动机构在下沉搅拌的同时缓慢改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态，下沉搅拌到设计深度；

S4：到达设计深度后，改变升降装置的工作方向，实现搅拌钻杆提升搅拌，在提升搅拌过程中，根据设计要求，不启动第一、第二伸缩驱动机构，或者一次启动第一、第二伸缩驱动机构，或者多次启动第一、第二伸缩驱动机构，以改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态，或者启动第一、第二伸缩驱动机构在提升搅拌的同时缓慢改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态；

S5：待搅拌钻杆提升到地表后，完成一根搅拌桩的成桩操作；或者至少一次重复步骤S3和S4后，待搅拌钻杆提升到地表后，完成一根搅拌桩的成桩操作；

其中，在步骤S3和/或步骤S4中开启供浆泵，向土体喷固化剂。

(三)有益效果

本发明提供的搅拌钻杆，包括内管、外管和内管，且在中管和外管之间铰接设有第一搅拌叶、内管和中管之间铰接设有第二搅拌叶，且使第一搅拌叶和第二搅拌叶可正反转动，第一搅拌叶和第二搅拌叶均由两个叶片铰接而成，使用时，通过带动外管与中管、中管与内管沿轴向相对移动，可以使第一搅拌叶和第二搅拌叶伸出或者缩回，调节搅拌半径的大小，形成不同桩径的搅拌桩。搅拌钻杆的变径操作由移动内管、中管和外管之间的轴向位置完成，属于机械式调节调节方式，因此，能够在实施桩径调节时确保搅拌叶按照使用需求伸出或者缩回，保证搅拌半径符合设计要求，实现工程泥土的加固质量符合设计要求，解决现有技术无法确保搅拌叶是否打开，形成变径桩的问题；在搅拌下沉和搅拌提升过程中，缓慢驱动内管和外管沿轴向相对移动，使第一、第二搅拌叶缓慢打开和/或缓慢收缩，可以形成连续无级变径截面的搅拌桩，连续的变径搅拌桩无应力集中，强度好，提高软质泥土加固质量；调节内管和外管的相对位置，可以调节第一、第二搅拌叶的伸出程度，从而实现多种直径的搅拌桩的成桩操作，减少操作人员更换搅拌叶的时间，提高搅拌工作效率。

附图说明

图1为本发明搅拌钻杆实施例1的结构图；

图2为图1沿A-A的剖视图；

图3为本发明搅拌钻杆实施例2的结构图；

图4为本发明搅拌钻杆实施例3的结构图；

图5为本发明搅拌钻杆实施例4的结构图；

图6为本发明搅拌钻杆实施例5的结构图；

图7为本发明搅拌钻杆实施例6实施方式一的结构图；

图8为本发明搅拌钻杆实施例6实施方式二的结构图；

图9为本发明搅拌钻杆实施例6实施方式三的结构图；

图10至图12本发明成桩施工方法实施例成型桩的断面图。

图中，1：内管；2：中管；3：外管；4-1、4-2、4-3、4-4：上辐圈；5-1、5-2、5-3、5-5：下辐圈；6：第一搅拌叶；61：第一叶片；62：第二叶片；7：第二搅拌叶；71：第三叶片；72：第四叶片；8：喷浆嘴；9：内管座；10：中管座；11：外管座；12：第一动力缸；13：第二动力缸；14：滑动杆；111：第一滑轨；112：第一滚珠螺杆；113：第一驱动电机；121：第二滑轨；122：第二滚珠螺杆；123：第二驱动电机；131：第一导杆；132：第一电动葫芦；141：第二导杆；142：第二电动葫芦。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“正反转动”用于说明外管和内管转动的方向相反。此外，术语“第一”、“第二”“第三”“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“轴向”指外管、中管和内管的轴向。本发明术语“下部”、“上端”、“上方”、“下方”是以本发明的搅拌钻杆使用时的安装方向为基准进行描述。

参照图1所示，本发明的搅拌钻杆，包括内管1、中管2、外管3、第一搅拌叶6和第二搅拌叶7，内管1、中管2和外管3均为中空的圆柱形结构，且管径依次增大，中管2的内径大于内管1的外径，外管3的内径大于中管2的外径。内管1、中管2和外管3由内至外依次同轴并相对可转动地套设。内管1的下部伸出中管2，中管2的下部伸出外管3，参照图1所示，内管1的上部和下部均伸出中管2的两端，中管2的上部和下部也伸出外管3的两端。内管1的上端用于连接供浆泵，内管1的下部设有喷浆嘴8。第一搅拌叶6的两端分别铰接于外管3和中管2的下部，第二搅拌叶7的两端分别铰接于内管1和中管2的下部，且内管1、中管2和外管3中至少两个转动可带动第一搅拌叶6和第二搅拌叶7正反转动。第一搅拌叶6包括使用铰链相铰接的第一叶片61和第二叶片62，外管3和中管2可沿轴向相对移动，带动第一叶片61和第二叶片62相对转动，使第一搅拌叶6伸出或者缩回；第二搅拌叶7包括使用铰链相铰接的第三叶片71和第四叶片72，中管2和内管1可沿轴向相对移动，带动第三叶片和第四叶片相对转动，使第二搅拌叶7伸出或者缩回。

为了使本领域技术人员能够理解“内管、中管和外管中至少两个管转动可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动”的技术手段，以下分别介绍能够实现该功能的实施例；

实施例1

参照图1和2所示，本实施例中，中管1的下部设有可绕中管1本身转动的上辐圈4-1和下辐圈5-1，且下辐圈5-1位于上辐圈4-1的下方位置。参照图2所示，中管2设有上圈座41和下圈座51，上辐圈4-1安装于上圈座41，且绕上圈座41的表面相对转动，下辐圈5-1安装于下圈座51，且绕下圈座51的表面相对转动，使得上辐圈4-1和下辐圈5-1仅可绕中管2的周向转动，不能沿中管2的轴向移动。第一搅拌叶6的两端分别铰接于外管3的外壁及上辐圈4-1，第二搅拌叶7的两端分别铰接于下辐圈5-1及内管的外壁1。即第一叶片61铰接于外管3的外壁，第二叶片62铰接于上辐圈4-1，第三叶片71铰接于下辐圈5-1，第四叶片72铰接于内管1的外壁。本实施例中搅拌钻杆，使用转动驱动机构分别与外管、内管连接，可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动。

实施例2

参照图3所示，本实施例中，外管3设有可绕其转动的上辐圈4-2，中管2的下部设有可绕其转动的下辐圈5-2。第一搅拌叶6的两端分别铰接于上辐圈4-2及中管2的外壁，且第一搅拌叶6与中管2相铰接的位置位于下辐圈5-2的上方。第二搅拌叶7的两端分别铰接于下辐圈5-2及内管1的外壁。即如图所示，第一叶片61铰接于上辐圈4-2，第二叶片62铰接于中管2的外壁，且位于下辐圈5-2上方位置；第三叶片71铰接于下辐圈5-2，第四叶片72铰接于内管1的外壁。本实施例中搅拌钻杆，使用转动驱动机构分别与中管、内管连接，可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动。

实施例3

参照图4所示，本实施例中，中管2的下部设有可绕其转动的上辐圈4-3，内管1的下部设有可绕其转动的下辐圈5-3。第一搅拌叶6的两端分别铰接于上辐圈4-3及外管3的外壁；第二搅拌叶7的两端分别铰接于下辐圈5-3及中管2的外壁，且第二搅拌叶7与中管2相铰接的位置位于上辐圈4-3的下方。即如图所示，第一叶片61铰接于外管3的外壁，第二叶片62铰接于上辐圈4-3；第三叶片71铰接于中管2的外壁，且位于上辐圈4-3的下方位置，第四叶片72铰接于下辐圈5-3。本实施例中搅拌钻杆，使用转动驱动机构分别与外管、中管连接，可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动。

实施例4

参照图5所示，本实施例中，中管2的下部设有上辐圈4-4，第一搅拌叶6的两端分别铰接于上辐圈4-4及外管3的外壁；第二搅拌叶7的两端分别铰接于中管2的外壁及内管1的外壁，且第二搅拌叶7与中管2相铰接的位置位于上辐圈4-4的下方。即如图所示，第一叶片61铰接于外管3的外壁，第二叶片62铰接于上辐圈4-4；第三叶片71铰接于中管2的外壁，且位于上辐圈4-4的下方位置，第四叶片72铰接于内管1的外壁。本实施例中搅拌钻杆，使用转动驱动机构分别与外管、中管或者外管、内管连接，可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动。

实施例5

参照图6所示，本实施例中，中管2的下部设有下辐圈5-5，第一搅拌叶6的两端分别铰接于外管3的外壁及中管2的外壁，且第一搅拌叶6与中管2相铰接的位置位于下辐圈5-5的上方。第二搅拌叶7的两端分别铰接于下辐圈5-5及内管1的外壁。即如图所示，第一叶片61铰接于外管3的外壁，第二叶片62铰接于中管2的外壁，且位于下辐圈5-5的上方位置；第三叶片71铰接于下辐圈5-5，第四叶片72铰接于内管1的外壁。本实施例中搅拌钻杆，使用转动驱动机构分别与外管、内管或者中管、内管连接，可带动第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动。

实施例6

本实施例在上述实施例1至5任一项实施例的基础上，进一步的，如图7所示，搅拌钻杆还包括内管座9、中管座10、外管座11、第一伸缩驱动机构和第二伸缩驱动机构，外管3的上端可转动地安装于外管座11，内管1的上端可转动地安装于内管座9，中管2的上端可转动地安装于中管座10。第一伸缩驱动机构设于中管座10和外管座11之间，用于通过驱动中管座10与外管座11相对移动带动中管2和外管3沿轴向相对移动。第二伸缩驱动机构设于中管座10和内管座9之间，用于通过驱动中管座10与内管座9相对移动带动中管2与内管1沿轴向相对移动。其中，内管座9、中管座10和外管座11分别设置传动法兰，内管1、中管2和外管3分别与传动法兰，实现可转动地连接。

另外，需要说明的是，对于实施例1所述的搅拌钻杆，中管2的上端与中管座10除了可以通过传动法兰可转动地连接外，也可以固定连接，转动驱动机构安装于内管座和外管座上，分别带动内管1及外管3转动。对于实施例2所述的搅拌钻杆，外管3与外管座11也可以固定连接。对于实施例3的搅拌钻杆，内管1与内管座9也可以固定连接。

本发明的第一伸缩驱动机构和第二伸缩驱动机构为本领域技术人员可以依据机械常识根据实际需要选用的常用机构，下列介绍其中三种实施方式。

第一种实施方式，如图7所示，第一伸缩驱动机构为第一动力缸12，第一动力缸12的缸体安装于中管座的下表面，第一动力缸12的活塞杆与中管相平行，且活塞杆的端部与外管座相连接。第二伸缩驱动机构为第二动力缸13，第二动力缸13的缸体安装于中管座的上表面，第二动力缸13的活塞杆与内管相平行，且活塞杆的端部与外管座相连接。第一动力缸12和第二动力缸13选用油缸。第一动力缸12的活塞杆伸出带动外管座与内管座远离，第一叶片61与外管3的之间夹角增大、第二叶片62与中管2之间的夹角增大，第一搅拌叶6伸出，搅拌半径增大；同样的第二动力缸13的活塞杆伸出，第二搅拌叶7也伸出。反之，第一动力缸12和第二动力缸13的活塞杆缩回时，第一搅拌叶片6和第二搅拌叶片7也随之缩回，搅拌半径减小。进一步的，为了使内管座与外管座平稳移动，在中管座的上表面和下表面还设有滑动杆14，内管座和外管座分别套装于滑动杆14。

第二种实施方式，如图8所示，第一伸缩驱动机构包括第一滑轨111、第一滚珠螺杆112和第一驱动电机113，第一滑轨111安装于中管座10的下表面，且与中管2相平行；外管座11与第一滑轨111可滑动地套接；第一滚珠螺杆112的丝杠1121与第一滑轨111相平行布置，且安装于中管座10的下表面，第一驱动电机113与丝杠1121相连接，外管座11与第一滚珠螺杆112的滑块1122相连接。第二伸缩驱动机构包括第二滑轨121、第二滚珠螺杆122和第二驱动电机123，第二滑轨121安装于中管座10的上表面，且与内管1相平行；内管座9与第二滑轨121可滑动地套接；第二滚珠螺杆122的丝杠1221与第二滑轨121相平行布置，且安装于中管座10的上表面，第二驱动电机123与丝杠1221相连接，内管座9与第二滚珠螺杆122的滑块1222相连接。第一驱动电机113带动丝杠1121转动时，使得滑块1122的轴向移动，当外管座11与中管座10的距离增大时，第一搅拌叶6伸出；当外管座11与中管座10的距离减小时，第一搅拌叶缩回。第二驱动电机123带动丝杠1221转动时，使得滑块1222的轴向移动，当外管座11与内管座9的距离增大时，第二搅拌叶6伸出；当外管座11与内管座9的距离减小时，第二搅拌叶缩回。

第三种实施方式，如图9所示，第一伸缩驱动机构包括第一导杆131和第一电动葫芦132，第一导杆131安装于中管座10的下表面，且与中管2相平行；外管座11可滑动地套接于第一导杆131，第一电动葫芦132安装在中管座10的下表面，且第一电动葫芦132的吊钩与外管座11相连接，带动外管座11移动。第二伸缩驱动机构包括第二导杆141和第二电动葫芦142，第二导杆141安装于中管座10的上表面，且与内管相平行；内管座9可滑动地套接于第二导杆141，第二电动葫芦142安装在内管座9的下表面，且第二电动葫芦142的吊钩与中管座10相连接，带动中管座10移动。当第一电动葫芦132的吊绳放出时，外管座11在重力作用下，外管座11和中管座10之间的距离增大，第一搅拌叶6伸出，搅拌半径增大，反之，则吊绳收回，第一搅拌叶6缩回，搅拌半径减少。第二搅拌叶7的伸出与缩回与第一搅拌叶6的控制方式相同。

其中，第一种实施方式、第二种实施方式和第三种实施方式中的第一伸缩驱动机构和第二伸缩驱动机构可以混合设置于一个搅拌钻杆中，而不限于上述实施方式的配合使用。

需要说明的是，本发明的伸缩驱动机构除了上述例举的三种实施方式外，还有其他实施方式，在此不再一一例举。

本发明的搅拌钻杆，包括内管、外管和内管，且在中管和外管之间铰接设有第一搅拌叶、内管和中管之间铰接设有第二搅拌叶，且使第一搅拌叶和第二搅拌叶可正反转动，第一搅拌叶和第二搅拌叶均由两个叶片铰接而成，使用时，通过带动外管与中管、中管与内管沿轴向相对移动，可以使第一搅拌叶和第二搅拌叶伸出或者缩回，调节搅拌半径的大小，形成不同桩径的搅拌桩。搅拌钻杆的变径操作由移动内管、中管和外管之间的轴向位置完成，属于机械式调节调节方式，因此，能够在实施桩径调节时确保搅拌叶按照使用需求伸出或者缩回，保证搅拌半径符合设计要求，实现工程泥土的加固质量符合设计要求，解决现有技术无法确保搅拌叶是否打开，形成变径桩的问题；在搅拌下沉和搅拌提升过程中，缓慢驱动内管和外管沿轴向相对移动，使第一、第二搅拌叶缓慢打开和/或缓慢收缩，可以形成连续无级变径截面的搅拌桩，连续的变径搅拌桩无应力集中，强度好，提高软质泥土加固质量；调节内管和外管的相对位置，可以调节第一、第二搅拌叶的伸出程度，从而实现多种直径的搅拌桩的成桩操作，减少操作人员更换搅拌叶的时间，提高搅拌工作效率。

本发明还提供一种变径搅拌桩机，包括：机架、升降装置、供浆泵、动力箱及搅拌钻杆，其中，搅拌钻杆采用上述任一实施例所述的搅拌钻杆。

需要说明的，变径搅拌桩机还包括电控系统等，机架、升降装置、供浆泵、动力箱及电控系统均采用现在技术即能够满足本发明的需求，本发明的说明书部分不再加以赘述。

本发明还提供一种成桩施工方法，其包括以下步骤：

S1：将需要施工的场地平整；

S2：将上述任意实施例所述的变径搅拌桩机运输到待施工场地，按设定桩位定位并对中，内管与供浆泵相连接。

S3：启动动力箱，带动第一搅拌叶和第二搅拌叶转动，搅拌钻杆开始下沉搅拌，在下沉搅拌的过程中，根据设计要求，不启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，或者一次启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，或者多次启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，以改变第一搅拌叶、第二搅拌叶的伸缩状态，或者启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构在下沉搅拌的同时缓慢改变第一搅拌叶、第二搅拌叶的伸缩状态，下沉搅拌到设计深度。

S4：到达设计深度后，改变升降装置的工作方向，实现搅拌钻杆提升搅拌，在提升搅拌过程中，根据设计要求，不启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，或者一次启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，或者多次启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，以改变第一搅拌叶、第二搅拌叶的伸缩状态，或者启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构在提升搅拌的同时缓慢改变第一搅拌叶、第二搅拌叶的伸缩状态。

S5：待搅拌钻杆提升到地表后，完成一根搅拌桩的成桩操作；或者至少一次重复步骤S3和S4后，待搅拌钻杆提升到地表后，完成一根搅拌桩的成桩操作。

S6：关闭变径搅拌桩机。

其中，在上述步骤S3和/或步骤S4中开启供浆泵，供浆泵通过内管12下部的喷浆嘴13向土体喷固化剂，固化剂为水泥或者石灰。在步骤S3中开启供浆泵，即在步骤S3的下沉搅拌开始时打开供浆泵，在下沉搅拌的过程中，保持供浆泵开启，在步骤S4提升搅拌开始时关掉供浆泵，保持整个提升搅拌过程中供浆泵保持关闭。或者在步骤S3中不打开供浆泵，在步骤S4中开启供浆泵，即在下沉搅拌的过程中保持供浆泵处于关闭状态，提升搅拌开始时打开供浆泵，并保持开启，直到整个提升搅拌结束时关闭供浆泵。上述操作实现两搅一喷的成桩施工方法。在步骤S3和步骤S4中均开启供浆泵，即在下沉搅拌开始时打开供浆泵，在提升搅拌结束时关掉供浆泵，实现两搅两喷的成桩施工方法。

需要说明的是，第一搅拌叶和第二搅拌叶在施工过程中，转动方向相反，即第一搅拌叶和第二搅拌叶的搅拌方向相反，搅拌方向相反能够克服成桩过程中出现的冒浆问题。

如图10所示，该图示出了在搅拌过程中仅启动一次第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，即改变一次第一、第二搅拌叶搅拌半径所成型的桩体的截面图。

如图11所示，该图示出了在搅拌过程中启动多次第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构，即改变多次第一、第二搅拌叶搅拌半径所成型的桩体的截面图。

如图12所示，该图示出了在搅拌过程中启动第一伸缩驱动机构、第二伸缩驱动机构在提升搅拌的同时缓慢改变第一搅拌叶、第二搅拌叶的伸缩状态，即改变缓慢第一、第二搅拌叶搅拌半径所成型的桩体的截面图。

例：以形成图10所示的一次变径搅拌桩为例，桩体开始处位于地表以下3米处，且变径截面分布在8～12米处。

a.将需要施工的场地平整。

b.将变径搅拌桩机运输到施工场地并对中；连接好供浆泵。

c.保持搅拌钻杆的第一、第二搅拌叶处于收缩状态，启动升降装置，带动搅拌钻杆自然下沉，下沉到3米的桩体开始处，关闭升降装置；

d.启动第一、第二伸缩驱动机构，带动外管与中管、内管与中管分别沿轴向移动，使第一、第二搅拌叶的初始搅拌直径为900mm；

e；启动变径搅拌桩机的动力箱、升降装置和供浆泵，搅拌钻杆的第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动，搅拌钻杆沿机架下降，在整个下沉过程中升降装置的升降电机的转动方向保持不变，此时，边搅拌切削下钻边喷浆液，桩径900mm，形成初始桩径段；

f.当下沉搅拌到8米深的设计变径处时，启动第一、第二伸缩驱动机构，实现第一搅拌叶、第二搅拌叶快速伸出，搅拌直径快速增大，搅拌桩的桩径为1500mm，继续下沉搅拌到12米深处，形成扩大桩径段；

g.到达12米深处后，改变升降装置的升降电机的旋转方向，开始提升搅拌，在提升搅拌过程中升降电机的旋转方向保持不变，在提升搅拌到8米深的设计变径处时，启动第一、第二伸缩驱动机构，使第一、第二搅拌叶收缩，搅拌直径减小，桩径为900mm，继续提升搅拌到3米深的桩体开始处，关闭动力箱和供浆泵，继续自然提升搅拌钻杆。

h.待搅拌钻杆提升到地表后，整机移位到下一根桩的指定桩位，重复以上的每步操作，完成下一根搅拌桩。在上述成桩操作过程中，可以在下沉搅拌到设计深度后，关闭供浆泵，形成两搅一喷的成桩操作工法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种搅拌钻杆，其特征在于，包括内管、中管、外管、第一搅拌叶和第二搅拌叶，所述内管、中管和外管均为中空结构，且管径依次增大，由内至外依次同轴并相对可转动地套设；所述内管的下部伸出所述中管，所述中管的下部伸出所述外管；所述内管的上端用于连接供浆泵，其下部设有喷浆嘴；所述第一搅拌叶的两端分别铰接于外管和中管的下部，所述第二搅拌叶的两端分别铰接于内管和中管的下部，且所述内管、中管和外管中至少两个转动可带动所述第一搅拌叶和第二搅拌叶正反转动；所述第一搅拌叶包括相铰接的第一叶片和第二叶片，所述外管和中管可沿轴向相对移动，带动所述第一叶片和第二叶片相对转动，使所述第一搅拌叶伸出或者缩回；所述第二搅拌叶包括相铰接的第三叶片和第四叶片，所述中管和内管可沿轴向相对移动，带动所述第三叶片和第四叶片相对转动，使第二搅拌叶伸出或者缩回。

2.如权利要求1所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述中管的下部设有可绕其转动的上辐圈和下辐圈，且所述下辐圈位于所述上辐圈的下方位置；所述第一搅拌叶的两端分别铰接于外管的外壁及上辐圈，所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及内管的外壁。

3.如权利要求1所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述外管设有可绕其转动的上辐圈，所述中管的下部设有可绕其转动的下辐圈；所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述上辐圈及中管的外壁，且第一搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述下辐圈的上方；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及所述内管的外壁。

4.如权利要求1所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述中管的下部设有可绕其转动的上辐圈，所述内管的下部设有可绕其转动的下辐圈，所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述上辐圈及外管的外壁；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及所述中管的外壁，且第二搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述上辐圈的下方。

5.如权利要求1所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述中管的下部设有上辐圈，所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述上辐圈及外管的外壁；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述中管的外壁及内管的外壁，且第二搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述上辐圈的下方。

6.如权利要求1所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述中管的下部设有下辐圈，所述第一搅拌叶的两端分别铰接于所述外管的外壁及中管的外壁，且第一搅拌叶与中管相铰接的位置位于所述下辐圈的上方；所述第二搅拌叶的两端分别铰接于所述下辐圈及所述内管的外壁。

7.如权利要求2至6任一项所述的搅拌钻杆，其特征在于，该搅拌钻杆还包括外管座、内管座、中管座、第一伸缩驱动机构和第二伸缩驱动机构，所述外管的上端可转动地安装于所述外管座，所述内管的上端可转动地安装于所述内管座，所述中管的上端可转动地安装于所述中管座；所述第一伸缩驱动机构设于所述中管座和外管座之间，用于带动所述中管和外管沿轴向相对移动；所述第二伸缩驱动机构设于所述中管座和内管座之间，用于带动所述中管与内管沿轴向相对移动。

8.如权利要求7任一项所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述第一伸缩驱动机构为第一动力缸，所述第一动力缸的活塞杆与所述中管相平行；或者

所述第一伸缩驱动机构包括第一滑轨、第一滚珠螺杆和第一驱动电机，所述第一滑轨安装于中管座的下表面，且与中管相平行；所述外管座与所述第一滑轨可滑动地套接；所述第一滚珠螺杆的丝杠与第一滑轨相平行布置，所述第一驱动电机与丝杠相连接，所述外管座与所述第一滚珠螺杆的滑块相连接；或者

所述第一伸缩驱动机构包括第一导杆和第一电动葫芦，所述第一导杆安装于所述中管座的下表面，且与所述中管相平行；所述外管座可滑动地套接于所述第一导杆，所述第一电动葫芦安装在所述中管座的下表面，且第一电动葫芦的吊钩与所述外管座相连接，带动所述外管座移动。

9.如权利要求7任一项所述的搅拌钻杆，其特征在于，所述第二伸缩驱动机构为第二动力缸，所述第二动力缸的活塞杆与所述内管相平行；或者

所述第二伸缩驱动机构包括第二滑轨、第二滚珠螺杆和第二驱动电机，所述第二滑轨安装于中管座的上表面，且与内管相平行；所述内管座与所述第二滑轨可滑动地套接；所述第二滚珠螺杆的丝杠与第二滑轨相平行布置，所述第二驱动电机与丝杠相连接，所述内管座与所述第二滚珠螺杆的滑块相连接；或者

所述第二伸缩驱动机构包括第二导杆和第二电动葫芦，所述第二导杆安装于所述中管座的上表面，且与所述内管相平行；所述内管座可滑动地套接于所述第二导杆，所述第二电动葫芦安装在所述内管座的下表面，且第二电动葫芦的吊钩与所述中管座相连接，带动所述中管座移动。

10.一种变径搅拌桩机，其特征在于，包括：机架、升降装置、供浆泵、动力箱及权利要求7至9任一项所述的搅拌钻杆。

11.一种成桩施工方法，包括以下步骤：

S1：将需要施工的场地平整；

S2：将权利要求10所述的变径搅拌桩机运输到待施工场地，按设定桩位定位并对中，内管与供浆泵相连接；

S3：启动动力箱，带动第一搅拌叶和第二搅拌叶转动，搅拌钻杆开始下沉搅拌，在下沉搅拌的过程中，根据设计要求，不启动第一、第二伸缩驱动机构，或者一次启动第一、第二伸缩驱动机构，或者多次启动第一、第二伸缩驱动机构，以改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态，或者启动第一、第二伸缩驱动机构在下沉搅拌的同时缓慢改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态，下沉搅拌到设计深度；

S4：到达设计深度后，改变升降装置的工作方向，实现搅拌钻杆提升搅拌，在提升搅拌过程中，根据设计要求，不启动第一、第二伸缩驱动机构，或者一次启动第一、第二伸缩驱动机构，或者多次启动第一、第二伸缩驱动机构，以改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态，或者启动第一、第二伸缩驱动机构在提升搅拌的同时缓慢改变第一、第二搅拌叶的伸缩状态；

S5：待搅拌钻杆提升到地表后，完成一根搅拌桩的成桩操作；或者至少一次重复步骤S3和S4后，待搅拌钻杆提升到地表后，完成一根搅拌桩的成桩操作；

其中，在步骤S3和/或步骤S4中开启供浆泵，向土体喷固化剂。