CN109025809B - 多动力导位联动复合钻具、制备方法及桩型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种多动力导位联动复合钻具、制备方法及桩型。该钻具包括：依次同轴套设的导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具；所述上动力钻和中动力钻具分别配备有一动力机构；所述导位联动钻具配备有导位装置，所述导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成。该复合钻具进行施工时，各个钻具由传统的联动方式转化为主动驱动加联动辅助的方式，挤土、排土同时俱进，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高；桩身的变径，合理的工法，使得单桩承载力更进一步得提高，从而降低了成本；以上综合因素缩短了工期。

Description

多动力导位联动复合钻具、制备方法及桩型

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种多动力导位联动复合钻具、制备方法及桩型。

背景技术

在建筑结构或桥梁、港口、铁路、公路、机场、水利水电设施等工程软基处理中，需要进行处理场地土的地基土由浅到深根据等效剪切波速值变化规律一般可划分为软弱场地土、中软场地土、中硬场地土、坚硬场地土。根据场地土软硬程度和土层深度可以把地基土简单划分为挤土区(软弱场地土、中软场地土，其中含水量较高或饱和黏性土除外)；排土区(中硬场地土、坚硬场地土除外)。

为提高地基土的承载力和提高地基土的压缩模量，一般采取以桩体置换地基土为主的长螺旋压灌桩—CFG桩工法。近年来又发展出一些新型挤土工法，如螺纹桩(螺杆桩和浅螺纹桩)、双向螺旋挤土桩(简称SDS桩)。以上挤土工法是通过改进设备、增加自重，加大动力机构动能，使之特制钻具扭矩变大。以上钻具成孔时以挤土为主，钻进并挤土到设计深度后，提钻同时压灌砼成桩至设计标高，因此出土量很少，加密了桩周土密实度。

上述两种工法在各种地层中都不同程度的增加了地基土的承载力。但对于复杂多样的地基土层，两种工法所使用的钻具功能较为单一，在浅层的软土，可挤土区，CFG桩工法只能简单地置换土，造成桩周土侧摩阻力降低；在深层较硬的排土区，螺纹桩或SDS桩工法进一步加大扭矩去挤扩，造成钻进困难，影响工效。如对密实砂性土，企图挤扩它，却打破了其密实结构性，降低了其强度，甚至发生剪胀破坏，侧摩阻力及端阻力反而降低。两种工法的功能单一性，不能因地制宜处理地基土，造成了一定的成本浪费，影响了单桩承载力发挥效果。为解决以上问题，根据岩土力学理念，地基处理时软土宜挤，硬土宜排，急需发明一种复合钻具，把以上两种工法优点集合于一种钻具上，为填补岩土界地基处理工法的不足，一种挤排土复合钻具被研发诞生。

本专利涉及的导位联动装置技术引用：实用新型专利：201820159509.4，发明名称：一种导位装置以及钻具。(发明专利在实审阶段)

本专利涉及的挤排土复合钻具技术引用：实用新型专利：201820124401.1，发明名称：一种挤排土复合钻具以及CFG挤排土桩。(发明专利在实审阶段)

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多动力导位联动复合钻具、制备方法及桩型，以解决现有技术中存在的设备自动程度低，工法单一，桩型单一，适应性差，以及单桩承载力不高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种多动力导位联动复合钻具，其包括：依次同轴套设的导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具；

所述上动力钻和中动力钻具分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转；所述导位联动钻具配备有导位装置，所述导位装置能够使所述导位联动钻具与所述中动力钻具之间实现导位联动，所述导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成，所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布。

作为一种进一步的技术方案，所述导位联动钻具包括：外套筒钻具和第一导位联动装置；

作为一种进一步的技术方案，所述第一导位联动装置包括设置于所述外套筒钻具上的第一联动装置，所述第一联动装置外周面设置有导向柱，所述外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体。

作为一种进一步的技术方案，所述外套筒钻具上设置有护筒，通过护筒上的卡瓦与钻塔固定、保持外套筒钻具垂直度；采取排土工法时，所述外套筒钻具上开设若干排土孔；采取挤土工法时所述外套筒钻具上无需开设排土孔。

作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具包括：中动力头、中间套筒钻具和中提升装置；

所述中动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具进行旋转动作；所述中提升装置设置于所述中动力头的下端，用于带动所述导位联动钻具进行升降动作；所述导位联动装置包括设置于所述中间套筒钻具上的第二联动装置—导位联动槽，所述第二联动装置—导位联动槽的上部设置有导位槽和导位坎面；所述导位坎面与导位联动杆上导向柱接触时，导向柱能够沿所述导位坎面旋转进入导位槽入口，被动上移至所述导位槽喇叭口处，促使导位联动杆准确进入导位联动槽内，完成联动装置相套锁定工作。所述中间套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体。

作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具还包括：中排土槽，所述中排土槽设置于所述中动力头的上端。

作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具包括：上动力头、中心钻具和上提升装置；所述上动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具进行旋转动作；所述上提升装置设置于所述上动力头的下端，用于带动所述中动力钻具进行升降动作；所述中心钻具采用具有排土功能的排土钻具，所述排土钻具的挤土比的数值范围小于0.6且为一定值；/所述中心钻具采用以挤土为主，排土为辅，排土也为挤土服务的挤排土复合钻具主体。

作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述上动力头的下端。

作为一种进一步的技术方案，还包括：加压装置，所述加压装置设置于所述上动力钻具和所述中动力钻具之中的任意一者。

本发明还提供一种根据所述多动力导位联动复合钻具制备的型桩，其包括：主体桩身；所述主体桩身上设置有至少两个倒锥台阶型体；所述倒锥台阶型体的倒圆锥盘斜面延长线与所述主体桩身中心轴线的夹角角度范围为：5°～90°。

本发明又提供一种根据所述多动力导位联动复合钻具以制备型桩的方法，其包括：依照地层对工法的需求，所述上动力钻具、中动力钻具和导位联动钻具依次陆续钻至各自设计深度，从而能够形成多个倒锥台阶型钻孔；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次提升上动力钻具、中动力钻具和导位联动钻具,各个钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种多动力导位联动复合钻具，该钻具包括导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具，该钻具的中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构，该导位联动钻具配备有导位装置，导位装置能够使导位联动钻具与中动力钻具之间实现导位联动。通过该复合钻具进行施工，使得各个钻具由传统的联动方式转化为主动驱动加联动辅助的方式，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高，单桩承载力的提高，同时降低了成本，缩短了工期；适应性强，利于推广与应用。

本发明提供了一种根据多动力复合钻具制备的型桩，其承载力不但包括传统桩体的桩侧摩阻力及桩端端承力，而且倒锥台阶型体的倒锥圆盘斜面，可把部分垂直竖向向下的力分解为锥面的切向力和法向力，桩周土形成被动受压应力状态和挤扩状态，增加了桩周摩阻力，提高了单桩的承载力，可降低沉降量。该桩浅部倒锥台部分承载力可用太沙基(Terzaghi)的浅基础承载力公式计算。同时本发明是为解决传统钻具功能单一性造成的不良影响而提出的，目的在于提供一种用于复合地基桩或桩基础桩的挤、排土复合钻具。通过该复合钻具叠加相套组合施工，挤土、排土同时俱进，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，实现了工效的提高，单桩承载力更进一步的提高，同时降低了成本，缩短了工期。

本发明提供了一种制备方法，该方法通过将挤排土复合叠加相套钻具与动力机构、导位装置相结合，依照地层对工法的需求，上动力钻具、中动力钻具和导位联动钻具依次陆续钻至各自设计深度，从而能够形成多个倒锥台阶型钻孔；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩,从而形成具有上述结构和功能的型桩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多动力导位联动复合钻具初始状态结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多动力导位联动复合钻具钻进状态结构示意图；

图3、图4为本发明实施例提供的上动力钻具的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的上动力头的正面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的中动力钻具的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的中动力头的正面结构示意图；

图8为本发明实施例提供的中排土槽的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的导位联动钻具的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的导位机构的初始状态示意图；

图11为本发明实施例提供的导位机构的工作状态示意图；

图12至图19为本发明实施例提供的多动力钻具组合1工序示意图；

图20至图28为本发明实施例提供的多动力钻具组合2工序示意图；

图29至图32为本发明实施例提供的不同类型的桩型示意图。

图标：1-上动力钻具；2-中动力钻具；3-导位联动钻具；4-型桩；5-砼泵；11-上动力头；12-中心钻具；13-上提升装置；14-上限位装置；21-中动力头；22-中间套筒钻具；23-中提升装置；25-加压装置；26-中排土槽；27-导位联动槽；32-外套筒钻具；37-导位联动杆；38-护筒；41-主体桩身；42-倒锥台阶型体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

本实施例提供一种多动力复合钻具，其包括：依次同轴相套的导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具；所述中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构,所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转；所述导位联动钻具配备有导位装置，所述导位装置能够使所述导位联动钻具与所述中动力钻具之间实现导位联动；所述导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具，施工时根据设计桩身深度内场地土软硬程度和分布情况，采取适合工法，匹配对应之钻具进行组合。

桩身深度内场地土均为中硬场地土(或绝大部分为中硬场地土)的，组合钻具均为排土钻具；

桩身深度内场地土均为软弱、中软场地土(或绝大部分为软弱、中软场地土)的，组合钻具均为以挤土为主的挤排土钻具\(或中心钻具为挤土钻具)；

桩身深度内场地土上部为软弱、中软场地土，下部为中硬场地土的，组合钻具中间、下套筒钻具均为以挤土为主的挤排土钻具，中心钻具为排土钻具。

其中，挤土的钻具是采用同步技术，挤土比不小于0.6且小于1.0，且为一定值，组合钻具彼此螺距必须是等距的，螺径比适合挤土，螺旋叶片采用适合挤土的牙齿状螺牙。(浅螺纹桩和SDS桩涉及钻具较为复杂，钻孔采取挤土形式钻进，工法也属于挤土，但“挤土比”概念不能完全适合该钻具，因此本专利技术不涉及其结构形式。)

其中，排土的钻具，挤土比为一定值，螺距由适合排土的螺径比调控，螺旋叶片采用普通形式的叶片。

其中，以挤土为主的挤排土钻具，挤土比以不小于0.6且不大于1.0挤土段为主导，且挤土比由下到上，由小到大逐步缓变至1.0，螺距由适合挤土的螺径比调控，螺距可等距，宜为由下到上，由大到小逐步缓变。螺旋叶片可以采用无缺口牙齿状的叶片，叶片的外边缘厚度小于内边缘厚度，从外边缘过渡到内边缘的两面均为斜面，土在旋排过程中更有利于挤土。

其中，以排土为主的挤排土钻具，挤土比以小于0.6的排土段为主导，螺距由适合排土螺径比控制，螺距宜为等径,螺旋叶片采用普通形式的叶片。

基于上述理念以及方便本领域技术人员理解的角度出发，本实施例着重阐述其中的一种优选实施例，当然，根据工法的任意组合变形均属于本发明的保护范围。

结合图1至图10所示，本实施例提供一种多动力导位联动复合钻具，其包括：依次同轴套设的导位联动钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1(由外向内依次叠加相套)；所述上动力钻和中动力钻具2分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转；所述导位联动钻具3配备有导位装置，所述导位装置能够使所述导位联动钻具3与所述中动力钻具2之间实现导位联动，可见，各个钻具由被动的联动方式转化为主动驱动加联动辅助的方式，自动化程度高，适应性强，利于推广与应用。所述导位联动钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成，所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布(螺旋叶片外轮廓尺寸其为钻具主体直径)。

值得说明的是，对于所述钻具主体螺旋叶片的设计而言，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活设置。其中，此处应做广义理解。例如：当外套筒钻具32、中间套筒钻具22具有挤、排土复合功能时，对应钻具主体最下端的锥台结构的螺旋叶片则无需满足外轮廓呈等直径分布的规则，因为这种锥台结构可以近似充当“钻头”作用使用，所以那些设置于“钻头”上的螺旋叶片无需按照外轮廓呈等直径分布的要求来设置。当然，锥台结构以上部位可以满足螺旋叶片外轮廓呈等直径分布的规则。

作为一种进一步的技术方案，所述导位联动钻具3包括：外套筒钻具32和第一导位联动装置—导位联动杆37；所述第一导位联动装置—导位联动杆37外周面设置有导向柱所述第一联动装置外周面设置有导向柱，所述外套筒钻具32采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体。

所述外套筒钻具32上设置有护筒38，通过护筒38上的卡瓦与钻塔固定、保持外套筒钻具32垂直度；采取排土工法时，所述外套筒钻具上开设若干排土孔；采取挤土工法时所述外套筒钻具上无需开设排土孔。

对于外套筒钻具32而言，外套筒钻具32上设置有第三螺旋叶片，所述第三螺旋叶片沿所述外套筒钻具32的轴向设置于所述外套筒钻具32的外壁上。

作为一种进一步的技术方案，优选的，所述中动力钻具2包括：中动力头21、中间套筒钻具22和中提升装置23；所述中动力头21设置于所述中间套筒钻具22的上端，用于驱动所述中间套筒钻具22进行旋转动作；所述中提升装置23设置于所述中动力头21的下端，用于带动所述导位联动钻具3进行升降动作；所述导位装置包括设置于所述中间套筒钻具22上的第二联动装置—导位联动槽27，所述第二联动装置—导位联动槽27的上部设置有导位槽和导位坎面；所述导位坎面与导位联动杆37上导向柱接触时，导向柱能够沿所述导位坎面旋转进入导位槽入口，被动上移至所述导位槽喇叭口处，促使导位联动杆37准确进入导位联动槽27内，完成联动装置相套锁定工作。所述中间套筒钻具22采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体。

本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述导位槽沿所述导位联动槽27的轴向开设于所述导位联动槽27的外壁上，所述导位槽具有呈扩张状的底部，例如：喇叭口状，联动装置工作时，保护导向柱避免碰撞损伤，联动装置脱开时导向柱与导位槽减小摩擦。

本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述导位坎面的上边缘具有呈倾斜弧形的坡道，用于与所述导向柱接触。

本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述导位槽的数量为两个，两个所述导位槽分别设置于所述第导位联动槽周向的二等分点位置。

对于中提升装置23而言，可以有多种方式。

例如：该中提升装置23包括：卷扬机，该卷扬机设置于所述中动力头21的下端，该卷扬机的牵引绳与导位联动钻具3(优选为护筒38)相连。

又例如：该中提升装置23包括：伸缩缸(油缸)，伸缩缸设置于所述中动力头21的下端，该伸缩缸的伸缩杆与导位联动钻具3(优选为护筒38)相连。

对于中间套筒钻具22而言，该中间套筒钻具22设置有第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片沿所述第一套筒钻具的轴向设置于所述第一套筒钻具的外壁上。

作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具2还包括：中排土槽26，所述中排土槽26设置于所述中动力头21的上端。对于中排土槽26而言，该中排土槽26包括一排土箱以及设置于排土箱一侧且呈倾斜设置的导土槽。该排土箱的底部可通过中动力头21的壳体与中间套筒钻具22相连通，即中心钻具12的部分旋排土经中间套筒钻具22内侧、中动力头21、中排土槽26导出。对于中动力头21而言，该中动力头21的壳体可为中空圆筒状，其内部具有与中排土槽26相通的排土空间。

值得说明的是，中动力钻具2可根据设计需求由多个叠加相套组成。中动力钻具2由多个叠加相套时，除与导位联动钻具3相接触的中动力钻具2设有导位联动槽外，其他中动力钻具均不设导位联动槽，另外增设中限位装置；结构上除套筒钻具直径及长度不同外，其他均相同。

进一步说明，多动力导位联动复合钻具整体构造上，依次同轴套设的导位联动钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1，导位联动钻具3也可以同轴套设于中动力钻具2和上动力钻具1之间，也能够正常使用，但考虑制造、组装、操作等因素，优选整体构造由上到下为：依次同轴套设上动力钻具1、中动力钻具2和导位联动钻具3。

作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具1包括：上动力头11、中心钻具12和上提升装置13；所述上动力头11设置于所述中心钻具12的上端，用于驱动所述中心钻具12进行旋转动作；所述上提升装置13设置于所述上动力头11的下端，用于带动所述中动力钻具2进行升降动作。所述中心钻具12采用具有排土功能的排土钻具，所述排土钻具的挤土比的数值范围小于0.6且者为一定值；/所述中心钻具采用以挤土为主，排土为辅，排土也为挤土服务的挤排土复合钻具主体。

作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具1还包括：上限位装置14；所述上限位装置14设置于所述上动力头11的下端。

对于上动力头11而言，其结构、形式与其动力头21基本类似外，另外增设注浆(混凝土)弯管接头(弯管一端与中心钻具中芯管相通，另一端与混凝土输送高压软管相接)，动力头顶上部还设有吊点，与钻机主卷扬通过钢丝绳连接，无排土槽设置。

对于上提升装置13而言，可以有多种方式。

例如：该上提升装置13包括：卷扬机，该卷扬机设置于所述上动力头11的下端，该卷扬机的牵引绳与中动力钻具2(优选为中动力头21)相连。

又例如：该上提升装置13包括：伸缩缸(油缸)，伸缩缸设置于所述上动力头11的下端，该伸缩缸的伸缩杆与中动力钻具2(优选为中动力头21)相连。

对于上限位装置14而言，可以有多种方式。例如：该上限位装置14可以为刚性连接杆，该刚性连接杆的长度根据实际灵活设置。也可以为伸缩式连接杆，其长度根据要求任意调节。

此外，本实施例还包括：加压装置25，所述加压装置25设置于所述上动力钻具1和所述中动力钻具2之中的任意一者。

当然，对于加压装置25而言，可根据动力装置自重、地质条件及设计要求灵活设置，优选的，该加压装置25可以为卷扬机，卷扬机设置于钻机平台之上，卷扬机的牵引绳通过一导向轮与所述上动力钻具1(上动力头11)和所述中动力钻具2(中动力头21)之中的任意一者连接。加压装置25也可以为液压油缸，油缸缸筒固定设置于钻塔合适位置，油缸活塞杆顶端与所述上动力钻具1(上动力头11)和所述中动力钻具2(中动力头21)之中的任意一者连接。

实施例二

结合图12至图28所示，本实施例二又提供一种根据所述多动力导位联动复合钻具以制备型桩4的方法，其包括：依照地层对工法的需求，所述上动力钻具1、中动力钻具2和导位联动钻具3依次陆续钻至各自设计深度；启动砼泵5，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具1、中动力钻具2和导位联动钻具3，直至各动力钻具底端依次平齐后同步提升出孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。

在建筑结构或铁路、公路等软基处理中，需要进行处理场地土的地基土由浅到深根据等效剪切波速值变化规律一般可划分为软弱场地土(土层平均剪切波速≤140m/s)、中软场地土(140m/s＜土层平均剪切波速≤250m/s)、中硬场地土(250m/s＜土层平均剪切波速≤500m/s)、坚硬场地土(500m/s＜土层剪切波速)。

根据桩身深度范围内场地土软、硬程度及各土层分布情况，结合软挤、硬排的岩土工法理念，优选多动力导位联动复合钻具组合形式分为两种：1，多动力导位联动复合钻具组合以挤为主的挤排土钻具+排土钻具；2，多动力导位联动复合钻具组合均为以挤为主的挤排土钻具。

根据桩身深度范围内软、硬场地土分布情况及匹配多动力导位联动复合钻具详细说明如下：

1，多动力导位联动复合钻具组合以挤为主的挤排土钻具+排土钻具，这种多动力导位联动复合钻具组合适合地层：桩身深度范围场地土，以中硬场地土为主，桩身上部软弱、中软场地土占很少或部分比例；桩身深度范围场地土，桩身上部为软弱、中软场地土，桩身下部为中硬场地土，软、硬场地土基本各占比例对半。

桩身深度范围场地土:软弱、中软场地土，工法采用挤土；中硬场地土，工法采用以排土。

中心钻具为排土钻具，挤土比小于0.6，且为一定值，螺径比适合排土，螺距为等距。其长度大于处理软弱、中软场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定。

中间套筒钻具和外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土钻具，挤土比以不小于0.6且不大于1.0挤土段为主导，且挤土比由下到上，由小到大逐步缓变至1.0，挤排土段长度或挤土比值变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定，钻具挤土比为1.0的为光杆段。螺径比适合挤土，螺距可等距，宜为由下到上，由大到小逐步缓变。

中间套筒钻具长度不大于(或略大于)处理软弱、中软场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定；外套筒钻具小于中间套筒钻具长度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定。

中心钻具为排土钻具；

中间套筒钻具和外套筒钻具为以挤土为主的挤排土钻具；

挤土区为：软弱场地土、中软场地土；

排土区为：中硬场地土。

成孔时，以挤为主的挤排土钻具预先在挤土区不同设计深度，各自旋拧钻进成孔，桩孔中土在旋排过程中随挤排土钻具螺旋叶片由大变小，中芯钻杆外直径由细变粗过程中，被均匀且又有针对性适量挤压、挤扩消纳于桩孔壁内，使桩孔壁侧摩阻力增强。挤排土钻具在挤土区各自以挤土形式钻进到设计深度(中间套筒钻具底端或略穿透挤土区若干)，停止钻进(挤排土钻具在挤土区成孔钻进时，排土钻具钻头伸出挤排土钻具钻具底端，钻进时为反转，防止土被排土钻具旋排至孔口外，仅起到为挤排土钻具定位、破土钻进功能。)，然后由排土钻具正转，在排土区继续钻进，旋排土至孔口外形成桩孔，在排土区内达到设计深度，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边依次陆续提升各个动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升，直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。

该种工艺流程加压装置加压点设置于中动力头之上。

以挤土为主挤排土复合钻具+排土钻具组合在成孔灌注成桩后，桩孔中软弱、中软场地土被被挤压、挤扩消纳于挤土区桩孔壁内；桩孔中中硬场地土被排土钻具旋排出孔口外。

2，多动力导位联动复合钻具组合均为以挤为主的挤排土钻具，这种多动力导位联动复合钻具组合适合地层分布：桩身深度范围场地土，以软弱、中软场地土为主，桩身下部中硬场地土占很少或部分比例；

桩身深度范围场地土:软弱、中软场地土，工法采用挤土；中硬场地土，工法采用排土。多动力复合钻具匹配为挤土段钻具为主导，排土段钻具配合，排土也为挤土服务的原则。

中心钻具、中间套筒钻具及外套筒钻具均为挤土钻具，采用以挤土为主的挤排土钻具，挤土比以不小于0.6且不大于1.0挤土段为主导，且挤土比由下到上，由小到大逐步缓变至1.0，挤排土段长度或挤土比值变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定，钻具挤土比为1.0的为光杆段。螺径比适合挤土，螺距可等径，宜为由下到上，由大到小逐步缓变。

中心钻具长度大于处理软弱、中软场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定；中心钻具排土段的长度为进入中硬场地土深度，挤土比宜选用由下到上，由小到大渐变，其长度由设计要求及地层情况确定。中间套筒钻具长度小于处理软弱、中软场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定；外套筒钻具小于中间套筒钻具长度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定。

中心钻具、中间套筒钻具和外套筒钻具均为以挤土为主的挤排土钻具；

挤土区为：软弱场地土、中软场地土；

排土区为：中硬场地土。

成孔时中心钻具钻进先采取缓速下钻方式，钻具预先在挤土区旋拧钻进，钻头未进入中硬场地土之前，钻具旋挤于土中，钻具周边土被挤压、挤扩，钻具光杆段进入孔中若干后，将孔口封住，孔口不能排土，此时调整转速，钻头破土钻进，中心钻具排土段旋排土，同时中心钻具挤土段把旋排土进行旋挤。当钻头进入排土区之后，中心钻具排土段把桩孔中中硬场地土往桩孔上部旋排，在旋排过程中随螺旋叶片由大变小至无，中芯钻杆直径由细变粗过程中，旋排土被均匀且又有针对性适量挤压、挤扩消纳于挤土区桩孔壁内，使桩孔壁侧摩阻力增强。待动力中心钻具在排土区达设计深度时，其他动力钻具同时也在挤土区都以挤土形式钻进到各自不同设计深度，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边依次陆续提升各个动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升，直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。

以挤为主的挤排土钻具组合在成孔灌注成桩后，桩孔中软弱、中软场地土被被挤压、挤扩消纳于挤土区孔壁内；桩孔中下部中硬场地土被中心钻具排土段旋排至上部挤土区被中心钻具挤土段逐步挤压、挤扩消纳于桩孔壁内，使桩孔壁侧摩阻力增强。

对于变径桩而言：

例如：对于处理桩长范围内地层均为中硬场地土(或绝大部分为中硬场地土)，采用排土工法，由中心钻具12—中间套筒钻具22—外套筒钻具32依次分别钻进排土成孔。进一步的，该种工艺流程加压装置25加压点设置于上动力头11之上最佳。

例如：对于处理桩长范围内地层均为软弱、中软场地土(或绝大部分为软弱、中软场地土)，采用挤土工法，由中心钻具12—中间套筒钻具22—外套筒钻具32依次分别钻进挤土成孔。进一步的，该种工艺流程加压装置25加压点设置于上动力头11之上最佳。桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式(主要看中间套筒钻具22对桩孔壁土挤密程度)。

例如：处理桩长范围内地层上部为软弱—中软场地土，下部为中硬场地土，采用挤排土兼备工法，由中间套筒钻具22(此时中心钻具12钻头伸出中间套筒钻具22底端，钻进时为反转，防止旋排土，仅起到为中间套筒钻具22定位、破土钻进功能，)—外套筒钻具32依次分别在软弱—中软场地土钻进挤土成孔(中间套筒钻具22底端或略穿透挤土区)，然后由中心钻具12正转，继续钻进排土，在中硬场地土内达到设计深度。进一步的，桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式(主要看中间套筒钻具22对桩孔壁土挤密程度)。该种工艺流程加压装置25加压点设置于中动力头21之上。

对于螺纹变径桩而言：

例如：处理桩长范围内地层均为软弱、中软场地土(或绝大部分软弱、中软场地土)，采用部分螺纹挤土工法，由中心钻具12采用同步技术钻进挤土成螺纹桩孔；中间套筒钻具22—外套筒钻具32依次分别采用以挤土为主的挤排土钻具钻进成孔。中间套筒钻具22—外套筒钻具32在软弱、中软场地土钻进达到设计深度后停钻，(中间套筒钻具22、外套筒钻具32在挤土区成孔钻进时，中心钻具12钻头伸出中间套筒钻具22底端，钻进时为反转，防止土被中心钻具12旋排至孔口外，仅起到为中间套筒钻具22、外套筒钻具32定位、破土钻进功能)，然后由中心钻具12正转，采用同步技术钻进挤土成螺纹桩孔。进一步的，该种工艺流程加压装置25加压点设置于中动力头21上。进一步的，桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式(主要看中间套筒钻具22对孔壁土挤密程度)。

实施例三

结合图29至图32所示，本实施例还提供一种根据所述多动力复合钻具制备的型桩4，其包括：主体桩身41；所述主体桩身41上设置有至少两个倒锥台阶型体42；所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围为：5°～90°。例如：所述倒锥台阶型体42的变径处位于桩身浅部，所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围值宜为30°～45°。又例如：所述倒锥台阶型体42的变径处位于桩身深部，所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围为5°～90°，(例如：30°、45°、60°、75°)。

此外，对于主体桩身41而言，也可以有多种形式。

例如，非螺纹型变径桩：所述主体桩身41上设置有两个倒锥台阶型体42，所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角5°～900。

又例如，螺纹型变径桩：所述主体桩身41上设置有两个倒锥台阶型体42，自上而下分为第一桩身、第二桩身和第三桩身，其中第三桩身具有螺纹结构。所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角5°～900。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种多动力导位联动复合钻具，其特征在于，包括：依次同轴套设的导位联动钻具、中动力钻具、上动力钻具和加压装置；

所述上动力钻和中动力钻具分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转；所述导位联动钻具配备有导位装置，所述导位装置能够使所述导位联动钻具与所述中动力钻具之间实现导位联动，所述导位联动钻具、中动力钻具和上动力钻具之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成，所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布；所述导位联动钻具包括：外套筒钻具和第一导位联动装置—导位联动杆；所述第一导位联动装置—导位联动杆外周面设置有导向柱，所述外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体；所述外套筒钻具上设置有护筒，通过护筒上的卡瓦与钻塔固定、保持外套筒钻具垂直度；采取排土工法时，所述外套筒钻具上开设若干排土孔；采取挤土工法时所述外套筒钻具上无需开设排土孔；

所述中动力钻具包括：中动力头、中间套筒钻具和中提升装置；

所述中动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具进行旋转动作；所述中提升装置设置于所述中动力头的下端，用于带动所述导位联动钻具进行升降动作；所述导位联动装置包括设置于所述中间套筒钻具上的第二联动装置—导位联动槽，所述第二联动装置—导位联动槽的上部设置有导位槽和导位坎面；所述导位坎面与导位联动杆上导向柱接触时，导向柱能够沿所述导位坎面旋转进入导位槽入口，被动上移至所述导位槽喇叭口处，促使导位联动杆准确进入导位联动槽内，完成联动装置相套锁定工作；所述中间套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体；所述中动力钻具还包括：中排土槽，所述中排土槽设置于所述中动力头的上端；

所述上动力钻具包括：上动力头、中心钻具和上提升装置；所述上动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具进行旋转动作；所述上提升装置设置于所述上动力头的下端，用于带动所述中动力钻具进行升降动作；所述中心钻具采用具有排土功能的排土钻具，所述排土钻具的挤土比的数值范围小于0.6且为一定值；／所述中心钻具采用以挤土为主，排土为辅，排土也为挤土服务的挤排土复合钻具主体；所述上动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述上动力头的下端；所述加压装置设置于所述上动力钻具和所述中动力钻具之中的任意一者。

2.一种根据权利要求1所述多动力导位联动复合钻具以制备型桩的方法，其特征在于，包括：

依照地层对工法的需求，所述上动力钻具、中动力钻具和导位联动钻具依次陆续钻至各自设计深度，从而能够形成多个倒锥台阶型钻孔；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次提升上动力钻具、中动力钻具和导位联动钻具,各个钻具底端依次平齐后同步提升, 直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。