CN106545011B - 节能高效多向搅拌桩成桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能高效多向搅拌桩成桩方法，适用于中、软土地基加固，工作程序为：平整场地，桩机对准桩位；启动动力头，双螺旋叶片正向旋转切削、钻进土体；待控制行星齿轮底座旋转的限位板沉入土体后，在钻具内部行星齿轮的机械反作用力下，钻具上反转叶片开始反向旋转搅拌土体；继续下沉，钻杆下端的正切叶片和固定于钻杆外侧的搅拌叶片开始正向搅拌土体，形成对土体的多次、多向搅拌；水泥浆通过空心钻杆输送至钻头喷浆口并双向注入土层；持续下沉至设计深度；旋转提升钻杆、注浆至桩顶完成施工。该施工方法实现单电机、多向切削搅拌、中硬地层易钻进、一次下钻成桩，施工高效，成桩质量好，节约电能，土层适用性强，节约施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及软土地基处理技术领域，更具体地说，涉及一种节能高效多向搅拌桩成桩方法。
背景技术
水泥土搅拌桩是用于加固软土地基的一种常用方法，其利用水泥作为固化剂，通过搅拌机械，将软土和水泥固化剂强制搅拌，利用水泥固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使得加固软土硬结成水泥土搅拌桩，用以满足上部建筑物或道路承载力要求及沉降控制标准。传统的单轴水泥土搅拌桩成桩方法，仅能实现单向搅拌成桩，并且简单十字交叉搅拌头搅拌后容易出现千层饼状不均匀现象，为了提升搅拌质量，往往需反复下钻，在延长工期的同时，效果却不尽人意；而且遇到稍硬地层，十字搅拌头就无法钻进，成桩深度较难保证。
专利申请号为200410065862.9及专利申请号为200810020800.4中所公开的双向搅拌桩的成桩操作方法，通过设置双轴同心钻杆，在内钻杆上安装正向旋转叶片，在外钻杆上安装反向旋转叶片，并通过两组驱动装置驱动两组叶片的正反向旋转，实现同心双向搅拌成桩。这种成桩方法在一定程度上提升了搅拌质量，但由于配置两组动力装置，大幅提升桩机成本及施工成本，并增大功耗，且由于两组叶片所用动力系统不同，正、反向旋转叶片极易出现搅拌程度不同，无法保证正、反向搅拌的同一性，双向搅拌质量难以保证，十字形搅拌头依然没有解决遇较硬地层难以钻进的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种施工效率高，成桩质量可靠，机械成本和施工成本低，功耗有效控制的多向搅拌桩成桩方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是、构造一种节能高效多向搅拌桩成桩方法，包括以下步骤：
S1、组装动力头和钻具，所述钻具包括钻杆、齿轮轴、齿圈套筒、行星齿轮、行星齿轮底座和限位板，动力头与钻杆连接，所述钻杆与齿轮轴固定连接，所述齿轮轴和行星齿轮位于所述齿圈套筒内，所述齿轮轴上的主齿轮与所述行星齿轮啮合，所述行星齿轮还与所述齿圈套筒的内齿啮合，所述行星齿轮通过转轴安装在所述行星齿轮底座上，所述齿轮轴的底部设有钻头，所述钻杆下端设有正切叶片，所述齿圈套筒的外侧设有反转叶片，所述限位板固定在所述行星齿轮底座上，所述限位板与所述齿圈套筒之间有间隙；所述钻杆上还固定有搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述正切叶片上方；所述钻头包括锥尖、第一双螺旋叶片和第二双螺旋叶片，所述第一双螺旋叶片、第二双螺旋叶片呈双螺旋形布设于锥尖上；
S2、平整场地，将钻具的钻头对准桩位；
S3、启动动力头，带动钻头向下旋转，钻头随之正向旋转切削土体并钻进，正切叶片和反转叶片同向转动；
S4、待限位板沉入土体后，反转叶片开始反向旋转搅拌土体；继续下沉，正切叶片和搅拌叶片开始搅拌土体，形成对土体的多次、多向搅拌；
S5、钻头持续下沉，第一双螺旋叶片、第二双螺旋叶片和反转叶片呈反向转动，正切叶片和搅拌叶片正向转动，直至钻至设计深度；
S6、旋转提升钻杆，在提升过程中对水泥土再次进行多向搅拌；
S7、继续旋转提升钻头直至桩顶标高，完成单桩施工。
上述方案中，所述锥尖上设有喷射口，所述钻杆为空心钢管，所述齿轮轴内设喷射通道。
上述方案中，在钻进或提升钻杆的过程中，水泥浆或水泥粉通过空心钻杆输送至喷浆口喷出。
上述方案中，所述第一双螺旋叶片和第二双螺旋叶片为半圆型板叶片。
实施本发明的节能高效多向搅拌桩成桩方法，具有以下有益效果、
1、本发明一次下钻就可实现多次、多向高效充分搅拌，一次提升即可高质量成桩，一般无需反复下钻，提高施工效率；
2、通过机械构造实现多向搅拌，仅需一台常规电机即可实现多向搅拌，有效控制功耗，降低施工成本；
3、正、反向旋转叶片采用同一动力系统，保证正、反向旋转叶片搅拌的同一性，多向搅拌质量更有保证；
4、钻头设计能高效钻进较硬地层，而且能实现对前进方向土体的有效多次切削搅拌；
5、喷浆口设计在双螺旋切削、搅拌叶片之间，能保证喷浆后及时搅拌，搅拌范围是中心向外逐渐扩散，搅碎整个桩身平面层，打破了以前“千层饼”形成模式；
6、采用双喷浆口设计，喷浆更均匀充足，避免堵塞，效率更高，质量更可靠；
7、喷浆口上方双螺旋叶片局部扩大设计，有效控制钻头下钻或提升时有效注浆而不冒浆；
8、相对传统搅拌桩机，可直接替换钻头即可投入使用，实现多效功能，无其他桩机改造成本，在推广应用上有着巨大成本优势。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中、
图1是本发明节能高效多向搅拌桩成桩方法的示意图；
图2是节能强力自反力多向水泥土搅拌桩钻具的结构示意图；
图3是齿轮轴、齿圈套筒和行星齿轮底座的安装示意图；
图4是图3去掉齿圈套筒后的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本发明节能高效多向搅拌桩成桩方法，包括以下步骤：
S1、组装动力头14和钻具，钻具包括钻杆1、齿轮轴4、齿圈套筒6、行星齿轮7、行星齿轮底座8和限位板9。
动力头14与钻杆1连接，本实施例中的动力头14为电机。钻杆1与齿轮轴4固定连接，齿轮轴4和行星齿轮7位于齿圈套筒6内，齿轮轴4上的主齿轮与行星齿轮7啮合，行星齿轮7还与齿圈套筒6的内齿啮合，行星齿轮7通过转轴安装在行星齿轮底座8上，本发明并没有对行星齿轮7的数量做限制。齿轮轴4的底部设有钻头，钻杆1下端设有正切叶片3，齿圈套筒6的外侧设有反转叶片5，限位板9固定在行星齿轮底座8上，限位板9与齿圈套筒6之间有间隙。
钻杆1为固接于上部旋转电机上的水泥土搅拌桩钻杆1，钻杆1外侧固定有搅拌叶片2。正切叶片3设置于搅拌叶片2下方，并与钻杆1、齿轮轴4可拆卸连接。搅拌叶片2和正切叶片3切削齿数和切削角度按最优切削、搅拌效果设计。齿轮轴4上端与正切叶片3和钻杆1可拆卸固定连接。
当钻具向下正向旋转钻进土层时，齿轮轴4正向旋转，带动行星齿轮底座8上的行星齿轮7和齿圈套筒6有绕齿轮轴4轴心整体正向旋转趋势，当限位板9随着钻具持续钻进沉入土层中时，由于行星齿轮底座8受刚接的限位板9前侧土反力作用而无法转动，进而限制行星齿轮7空间位置的移动，此时齿轮轴4的持续正向旋转，带动行星齿轮7绕自身轴心反向旋转，行星齿轮7反向旋转的作用力促使齿圈套筒6反向旋转，固定于齿圈套筒6上的反转叶片5实现反向搅拌；与钻杆1刚接的搅拌叶片2和正切叶片3正向搅拌；固定于钻头外侧的第一双螺旋叶片10、第二双螺旋叶片11正向钻进搅拌。
实施正向搅拌的搅拌叶片2、正切叶片3、第一双螺旋叶片10、第二双螺旋叶片11和实施反向搅拌的反转叶片5只通过一台电机提供动力，体现节能特性。正向、反向搅拌完全通过单一电机提供动力后靠机械传动设计实现，显示自反力特性，无需设置其它的换向装置。搅拌、正切叶片3和反转叶片5的数量可根据电机功率和工程实际需要设置，可实现双向或多向搅拌。
钻头包括锥尖12、第一双螺旋叶片10和第二双螺旋叶片11，第一双螺旋叶片10、第二双螺旋叶片11呈双螺旋形布设于锥尖12上。第一双螺旋叶片10、第二双螺旋叶片11与钻杆1的垂直平面成一定的角度，并设置为螺旋向下布置。第一双螺旋叶片10和第二双螺旋叶片11为半圆型板叶片。锥尖12上设有一个或多个喷射口13，钻杆1为空心钢管，齿轮轴4内设喷射通道，喷射口13喷射水泥浆或水泥粉。锥尖12上的双螺旋设计，能使钻头强力有效穿透较硬土层，且双螺旋叶片的对称设计，使钻进方向能得到稳定控制，实现钻头快速切削、不排土、稳定钻进土层；第一双螺旋叶片10、第二双螺旋叶片11为特制含半圆型板叶片，在向下旋转钻进过程中能有效防止下方喷浆喷粉口所喷出水泥浆向上冒浆或水泥粉向上飘移。
S2、平整场地，将钻具的钻头对准桩位；
S3、启动动力头14，带动钻头向下旋转，钻头随之正向旋转切削土体并钻进，正切叶片3和反转叶片5同向转动；
S4、待限位板9沉入土体后，反转叶片5开始反向旋转搅拌土体；继续下沉，正切叶片3和搅拌叶片2开始搅拌土体，形成对土体的多次、多向搅拌；
S5、钻头持续下沉，第一双螺旋叶片10、第二双螺旋叶片11和反转叶片5呈反向转动，正切叶片3和搅拌叶片2正向转动，直至钻至设计深度；在钻进钻杆1的过程中，水泥浆或水泥粉通过空心钻杆1输送至喷浆口喷出；
S6、旋转提升钻杆1，在提升钻杆1的过程中，水泥浆或水泥粉通过空心钻杆1输送至喷浆口喷出；在提升过程中对水泥土再次进行多向搅拌；
S7、继续旋转提升钻头直至桩顶标高，完成单桩施工。
所述步骤S2-S7，可根据不同土质和承载力要求情况，进行不同次数的重复操作，喷浆可选择在下钻或提升时进行，喷浆次数亦可调整。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种节能高效多向搅拌桩成桩方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、组装动力头（14）和钻具，所述钻具包括钻杆（1）、齿轮轴（4）、齿圈套筒（6）、行星齿轮（7）、行星齿轮底座（8）和限位板（9），动力头（14）与钻杆（1）连接，所述钻杆（1）与齿轮轴（4）固定连接，所述齿轮轴（4）和行星齿轮（7）位于所述齿圈套筒（6）内，所述齿轮轴（4）上的主齿轮与所述行星齿轮（7）啮合，所述行星齿轮（7）还与所述齿圈套筒（6）的内齿啮合，所述行星齿轮（7）通过转轴安装在所述行星齿轮底座（8）上，所述齿轮轴（4）的底部设有钻头，所述钻杆（1）下端设有正切叶片（3），所述齿圈套筒（6）的外侧设有反转叶片（5），所述限位板（9）固定在所述行星齿轮底座（8）上，所述限位板（9）与所述齿圈套筒（6）之间有间隙；所述钻杆（1）上还固定有搅拌叶片（2），所述搅拌叶片（2）位于所述正切叶片（3）上方；所述钻头包括锥尖（12）、第一双螺旋叶片（10）和第二双螺旋叶片（11），所述第一双螺旋叶片（10）、第二双螺旋叶片（11）呈双螺旋形布设于锥尖（12）上；当限位板（9）随着钻具持续钻进沉入土层中时，由于行星齿轮底座（8）受刚接的限位板（9）前侧土反力作用而无法转动，进而限制行星齿轮（7）空间位置的移动；
S2、平整场地，将钻具的钻头对准桩位；
S3、启动动力头（14），带动钻头向下旋转，钻头随之正向旋转切削土体并钻进，正切叶片（3）和反转叶片（5）同向转动；
S4、待限位板（9）沉入土体后，反转叶片（5）开始反向旋转搅拌土体；继续下沉，正切叶片（3）和搅拌叶片（2）开始搅拌土体，形成对土体的多次、多向搅拌；
S5、钻头持续下沉，第一双螺旋叶片（10）、第二双螺旋叶片（11）和反转叶片（5）呈反向转动，正切叶片（3）和搅拌叶片（2）正向转动，直至钻至设计深度；
S6、旋转提升钻杆（1），在提升过程中对水泥土再次进行多向搅拌；
S7、继续旋转提升钻头直至桩顶标高，完成单桩施工。
2.根据权利要求1所述的节能高效多向搅拌桩成桩方法，其特征在于，所述锥尖（12）上设有喷射口（13），所述钻杆（1）为空心钢管，所述齿轮轴（4）内设喷射通道。
3.根据权利要求2所述的节能高效多向搅拌桩成桩方法，其特征在于，在钻进或提升钻杆（1）的过程中，水泥浆或水泥粉通过空心钻杆（1）输送至喷浆口喷出。
4.根据权利要求1所述的节能高效多向搅拌桩成桩方法，其特征在于，所述第一双螺旋叶片（10）和第二双螺旋叶片（11）为半圆型板叶片。
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