CN108825135B - 一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，包括三个相同的钻头本体，每个钻头本体包括上叶片(1)、漏浆孔(2)、下叶片(3)和鱼尾片(4),其中上叶片(1)和下叶片(3)均以90°垂直设置于钻头本体之上，漏浆孔(2)位于上叶片(1)与下叶片(3)之间，呈45°夹角向下，鱼尾片(4)位于钻头的尾端；每个钻头本体上的上叶片(1)与下叶片(3)垂直设置，其特征在于，相邻的钻头本体之间的上叶片(1)的初始相位组合夹角为22°～90°，当初始相位夹角为90°时，相邻的钻头本体上的上叶片(1)或者相邻的钻头本体上的下叶片(3)相互之间发生碰撞的几率为零。本发明确保了灌注施工过程的顺利进行。
Description
技术领域
本发明属于搅拌桩设备技术领域，特别是涉及一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头。
背景技术
深层搅拌桩三头钻机，为目前水利截渗工程常用的搅拌桩设备，一般要两序成墙，而不是一序成墙。在搅拌过程中两侧的钻杆是顺时针旋转，中间的钻杆是为逆时针旋转。通常的相邻两个钻头之间的轴心距为450mm，当搅拌深度不超过10m时，该深度下的地应力的数值较小，又由于钻杆的刚度较大，钻杆受到地应力侧向挤压的影响较小。此时钻杆在高速运转的情况下可认为轴心是在同一个点上。传统的三轴组合钻头其同一层叶片之间的夹角为0°，此时相邻两个钻头叶片处于平行状态。当旋转90°传统的钻头同层的叶片处于同一条直线上，此时两个叶片之间的距离仅为450-350＝100mm。在这样的情况下，当搅拌深度不超过10m时，钻头之间也不会发生碰撞。
随着搅拌深度的增加，当超过10m后，因为地应力的增加，导致钻杆会因为挠度而发生偏转，当相邻两个钻头的轴心偏转到最近的位置时，此时发生碰撞的可能性大大增加。当钻进深度超过10m之后，相邻钻头之间的叶片将会产生碰撞。这是因为当直接采用深层搅拌桩三头钻机时，由于钻进深度超过10m之后，钻头在自转的同时由于地应力的影响从而对钻头的十字丝产生一个侧向挤压力致使钻头的轴心会随之偏转，此时钻头会做周转运动，即钻头的轴心轨迹不再是固定的一个点而是一个圆周,如图1-2所示。所以在实际工程施工中，发生不少因钻头碰撞而产生的十分巨大的危害。
因此传统深层搅拌桩机三头钻存在缺陷：1)不考虑初始相位；2)叶片为定型三头钻产品，其相邻钻头同层叶片平行夹角为零，导致其发生的碰撞几率最大。因此，传统的深层搅拌桩机三头钻已不能满足实际施工过程的需要，亟待提出一种解决方案使其能够避免钻头之间产生的碰撞问题。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，本发明应用于深层水利截渗工程中，能够有效地解决灌注深层搅拌桩时深层搅拌桩机的相邻的钻头本体之间叶片的碰撞问题，确保施工过程的顺利进行，从而提高施工效率。
根据本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，包括三个相同的钻头本体，每个钻头本体包括上叶片、漏浆孔、下叶片和鱼尾片,其中上叶片和下叶片均以90°垂直设置于钻头本体之上，漏浆孔位于上叶片与下叶片之间，呈45°夹角向下，鱼尾片位于钻头的尾端；每个钻头本体上的上叶片与下叶片垂直设置，其特征在于，相邻的钻头本体之间的上叶片的初始相位组合夹角为22°～90°，当初始相位夹角为90°时，相邻的钻头本体上的上叶片或者相邻的钻头本体上的下叶片相互之间发生碰撞的几率为零。
本发明的实现原理是：本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，在深层搅拌桩机的搅拌深度达到10m及以上时，当钻头的轴心周转到最近的位置时，钻头本体上的同层叶片之间处于平行状态，此时同层叶片之间的距离最近。当相邻的钻头本体上的同层叶片之间采用不同深度下的初始相位组合，此时相邻的钻头本体上的同层叶片之间存在夹角，增大了同层叶片之间的距离，有效地解决灌注深层搅拌桩时深层搅拌桩机的相邻的钻头本体上的同层叶片之间的碰撞问题。
本发明的有益效果是：深层搅拌桩机通过采用不同初始相位的组合钻头，在超过10m深度的搅拌时，相邻钻头之间的同层叶片始终保持初始相位差不变，能够有效地解决灌注深层搅拌桩时深层搅拌桩机的相邻的钻头本体上的同层叶片之间的碰撞难题，为整个施工过程提供了技术保障，确保了施工的顺利进行。
附图说明
图1是现有公知的深层搅拌桩机相邻的钻头本体上的同层叶片之间的碰撞状况的原理示意图。图1中的编号：上叶片1，下叶片3，钻头轴心周转轨迹E。
图2是现有公知的深层搅拌桩机相邻的钻头本体上的同层叶片之间的临界碰撞状况的示意图。图2中的编号：上叶片1，下叶片3，钻头轴心周转轨迹E，线段AB为相邻钻头之间初始轴心距，线段CD为钻头轴心周转时相邻钻头之间最小的轴心距。
图3是本发明提出的设有可调十字丝90°初始相位组合钻头的深层搅拌桩机结构示意图。
图4是附图3所示的设有可调十字丝90°初始相位组合钻头的深层搅拌桩机结构的俯视示意图。图4中的编号：上叶片1，下叶片3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
结合图1-4，本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，包括三个相同的钻头本体，每个钻头本体包括上叶片(1)、漏浆孔(2)、下叶片(3)和鱼尾片(4),其中上叶片(1)和下叶片(3)均以90°垂直设置于钻头本体之上，漏浆孔(2)位于上叶片(1)与下叶片(3)之间，呈45°夹角向下，鱼尾片(4)位于钻头的尾端；每个钻头本体上的上叶片(1)与下叶片(3)垂直设置，其特征在于，相邻的钻头本体之间的上叶片(1)的初始相位组合夹角为22°～90°，当初始相位夹角为90°时，相邻的钻头本体上的上叶片(1)或者相邻的钻头本体上的下叶片(3)相互之间发生碰撞的几率为零；其中：
所述相邻的钻头本体之间设置的上叶片(1)的初始相位组合夹角是通过钻头本体的轴心的周转半径钻杆轴心距d和钻头本体的直径D而计算得到相邻的钻头本体之间的上叶片(1)或者相邻的钻头本体上的下叶片(3)的碰撞临界夹角其中：R为钻头轴心的周转半径、S叶片为叶片的侧面积、C为水泥砂浆的粘聚力、ρ为水泥砂浆的密度、h为搅拌深度、ψ为水泥砂浆的内摩擦角、L为钻杆钻进长度、E为钻杆的弹性模量、I为钻杆的惯性矩。
实施例1：
本发明用于深层搅拌桩机的搅拌深度为10m的某灌注施工工程，具体装配条件及要求如下：
本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，其装配前首先根据搅拌深度确定相邻钻头的同层叶片之间的初始相位，根据某灌注施工工程概况获取钻杆的弹性模量E为206850000kN/m2,钻杆的惯性矩为0.00003586m4，搅拌的水泥砂浆的密度为1900kg/m3,水泥砂浆的粘结力为0kPa，水泥砂浆的内摩擦角为35°，重力计算值g为10N/kg。当钻进10m时通过计算得到的周转半径为62.7mm。根据附图2中所示虚线表示的就是半径为62.7mm的钻头轴心周转轨迹。以相邻钻头轴心距为450mm的为例，此时钻头的直径为350mm，即同层叶片的长度为350mm。附图2此时为临界状态下，经几何关系计算得出此时的临界角为22°，当相邻钻头的同层叶片的初始相位大于22°时，此时就不会发生碰撞。在此基础上将深层搅拌桩机放置孔位附近，把钻杆连接在深层搅拌桩机上并将钻杆轴心与孔位中心重合，将十字丝钻头之间同层叶片按照计算的初始相位22°至90°安置在钻杆端。
本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头的使用步骤及效果如下：
在深层搅拌桩机安装本发明钻头进行灌注施工时，当钻进深度超过10m后根据深度的变化采用不同初始相位的十字丝钻头，随着钻杆的深度增加同层十字丝叶片初始相位的转角逐渐增大。另外在实际操作过程中，确保三个钻头之间的同步旋转保持初始相位值保持不变，即可使超过10m后的搅拌过程中钻头能够正常运转,为施工过程中提供了技术保障，确保了施工的顺利进行。
实施例2：
本发明用于深层搅拌桩机的搅拌深度为11.5m的某灌注施工工程，具体装配条件及要求如下：本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头应用于深层搅拌桩机，其组构物件与实施例1相同，搅拌深度为11.5m的某灌注施工工程的计算参数除搅拌深度外均与实施例1工程情况中的计算参数相同。当钻进11.5m时通过计算得到的周转半径为109.8mm。根据附图2中所示设虚线表示的就是半径为109.8mm的钻头轴心周转轨迹。以相邻钻头轴心距为450mm的为例，此时钻头的直径为350mm，即同层叶片的长度为350mm。附图2此时为临界状态下，经几何关系计算得出此时的临界角为48.8°，当相邻钻头的同层叶片的初始相位大于48.8°时，此时就不会发生碰撞。在此基础上将深层搅拌桩机放置孔位附近，把钻杆连接在深层搅拌桩机上并将钻杆轴心与孔位中心重合，将十字丝钻头之间同层叶片按照计算的初始相位48.8°～90°安置在钻杆端。其使用步骤及效果与实施例1相同。
实施例3：
本发明用于深层搅拌桩机的搅拌深度为13.8m的某灌注施工工程，具体装配条件及要求如下：本发明提出的一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头应用于深层搅拌桩机，其组构物件与实施例1相同，搅拌深度为13.8m的某灌注施工工程计算参数除搅拌深度外均与实施例1中工程情况的计算参数相同。当钻进13.8m时通过计算得到的周转半径为227.6mm。根据附图2中所示设虚线表示的就是半径为227.6mm的钻头轴心周转轨迹。以相邻钻头轴心距为450mm的为例，此时钻头的直径为350mm，即同层叶片的长度为350mm。附图2此时为临界状态下，经几何关系计算得出此时的临界角为90°，当相邻钻头的同层叶片的初始相位等于90°时，此时就不会发生碰撞。在此基础上将深层搅拌桩机放置孔位附近，把钻杆连接在深层搅拌桩机上并将钻杆轴心与孔位中心重合，将十字丝钻头之间同层叶片按照计算的初始相位90°安置在钻杆端。其使用步骤及效果与实施例1相同。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
Claims (1)
1.一种用于深层搅拌桩机的可调十字丝初始相位组合钻头，包括三个相同的钻头本体，每个钻头本体包括上叶片(1)、漏浆孔(2)、下叶片(3)和鱼尾片(4)，其中上叶片(1)和下叶片(3)均以90°垂直设置于钻头本体之上，漏浆孔(2)位于上叶片(1)与下叶片(3)之间，呈45°夹角向下，鱼尾片(4)位于钻头的尾端；每个钻头本体上的上叶片(1)与下叶片(3)垂直设置，其特征在于，相邻的钻头本体之间的上叶片(1)的初始相位组合夹角为22°～90°，当初始相位夹角为90°时，相邻的钻头本体上的上叶片(1)或者相邻的钻头本体上的下叶片(3)相互之间发生碰撞的几率为零；其中：
所述相邻的钻头本体之间设置的上叶片(1)的初始相位组合夹角是通过钻头本体的轴心的周转半径钻杆轴心距d和钻头本体的直径D而计算得到相邻的钻头本体之间的上叶片(1)或者相邻的钻头本体上的下叶片(3)的碰撞临界夹角其中：R为钻头轴心的周转半径、S叶片为叶片的侧面积、C为水泥砂浆的粘聚力、ρ为水泥砂浆的密度、h为搅拌深度、ψ为水泥砂浆的内摩擦角、L为钻杆钻进长度、E为钻杆的弹性模量、I为钻杆的惯性矩。
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