CN110410013B - 一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置及其基桩施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造涉及一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置及基桩施工方法。包括接头、钻杆、螺旋挤土叶片和钻尖装置；所述钻尖装置由两组钻头门装置分别对称安装在钻尖板的两侧构成；每组钻头门装置由钻头门、一对耳板、扭力折页装置和支撑板构成，一对耳板对称安装在钻尖板的U型缺口两侧，钻头门设置在一对耳板之间，钻头门的下端制有通孔Ⅰ，扭力折页装置贯穿通孔Ⅰ后两端分别与耳板连接，支撑板固定在钻尖板上；钻尖板的上端与钻杆固定；钻头门关闭时，将钻杆内设置的混凝土通道的出口挡住；钻头门打开时，钻头门的上端绕扭力折页装置由上向下旋开，通过支撑板限位。本发明创造适合在桩深范围内任何位置能通过挤压桩孔内混凝土来增大桩承载能力。

Description

一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置及其基桩施工方法
技术领域
本发明创造属于建筑领域基础桩施工领域，具体的涉及一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置及基桩施工方法。
背景技术
螺旋挤土灌注桩在现有的建筑桩基础中的优势很突出，桩承载能力高、排残土少、无振动、无泥浆、成本低、施工效率高，因而越来越受广大开发建设单位的普遍认可。它的特点是在成孔过程中，通过挤土钻头和钻具对桩孔侧壁及孔底进行挤密，提高了成桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值，从而提高了成桩的承载能力。但对于可压缩性大的软质岩土层，通过一次钻进挤土成孔所成的桩，承载能力提高是很有限的，特别是桩端存有部分虚土，严重地影响了桩承载力的提高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明创造提出了一种适合在桩深范围内任何位置能通过挤压桩孔内混凝土来增大桩承载能力的扭力关门的螺旋挤土钻头装置及基桩施工方法。
本法明创造采用的技术方案是：一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，包括接头、钻杆、螺旋挤土叶片和钻尖装置；钻杆上端与接头固定，下端与钻尖装置固定，螺旋挤土叶片缠绕在钻杆的外缘，钻杆内设有混凝土通道，所述钻尖装置由两组钻头门装置分别对称安装在钻尖板的两侧构成；每组钻头门装置由钻头门、一对耳板、扭力折页装置和支撑板构成，一对耳板对称安装在钻尖板的U型缺口两侧，钻头门设置在一对耳板之间，钻头门的下端制有通孔Ⅰ，扭力折页装置贯穿通孔Ⅰ后两端分别与耳板连接，支撑板固定在钻尖板上，且设置在一对耳板的中间部；钻尖板的上端与钻杆固定；钻头门关闭时，通过钻头门和耳板将钻杆内设置的混凝土通道的出口挡住；钻头门打开时，钻头门的上端绕扭力折页装置由上向下打开，通过支撑板限位。
优选的，上述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，所述扭力折页装置由扭转弹簧和长轴构成；钻头门中间在通孔Ⅰ的位置设有缺口，耳板上设有通孔Ⅱ，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ同轴，长轴贯穿通孔Ⅰ和通孔Ⅱ后将钻头门、耳板和钻尖板连接在一起，扭转弹簧安装在钻头门中间的缺口处，并套装在长轴外缘上，扭转弹簧一端固定在钻头门上，另一端固定在钻尖板的侧面或长轴或耳板上。
优选的，上述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，所述扭力折页装置由固定销Ⅰ、固定轴Ⅰ、扭转弹簧、固定销Ⅱ、固定转轴、压缩弹簧、定位销、滑移转轴、固定轴Ⅱ组成；一对耳板上分别设有供固定轴Ⅰ和固定轴Ⅱ通过的通孔Ⅱ，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ同轴，每一耳板上制有与通孔Ⅱ垂直贯通且与固定销Ⅰ配合的销孔Ⅰ；钻头门的外缘处制有与固定销Ⅱ配合的销孔Ⅱ及用于固定定位销的销孔Ⅲ；固定轴Ⅰ一端插入耳板的通孔Ⅱ内，固定销Ⅰ通过耳板上的销孔Ⅰ和固定轴Ⅰ上的销孔Ⅳ将固定轴Ⅰ的一端与耳板固定，固定轴Ⅰ另一端与扭转弹簧的一端固定，扭转弹簧的另一端与固定转轴的一端固定，固定转轴的另一端与压缩弹簧的一端固定，压缩弹簧的另一端与滑移转轴的一端固定，滑移转轴的另一端制有凸凹台阶Ⅰ，固定轴Ⅱ的一端制有凸凹台阶Ⅱ，通过滑移转轴的转动凸凹台阶Ⅰ与凸凹台阶Ⅱ相吻合或相脱离，固定轴Ⅱ的另一端插入耳板的通孔Ⅱ内，固定销Ⅰ通过耳板上的销孔Ⅰ和固定轴Ⅱ上的销孔Ⅴ将固定轴Ⅱ与耳板固定；固定销Ⅱ通过钻头门上的销孔Ⅱ和设置在固定转轴上的销孔Ⅵ将固定转轴固定；定位销通过钻头门上的销孔Ⅲ和滑移转轴上的导向槽将滑移转轴定位，滑移转轴通过导向槽相对定位销移动。
优选的，上述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，固定轴Ⅰ与扭转弹簧接触的一端制有沟槽Ⅰ，固定转轴与扭转弹簧接触的一端制有沟槽Ⅱ，扭转弹簧的两端分别插入沟槽Ⅰ和沟槽Ⅱ中固定。
优选的，上述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，所述钻杆为圆柱形钻杆，螺旋挤土叶片缠绕在圆柱形钻杆的外缘，螺旋挤土叶片的外缘构成柱形。
优选的，上述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，所述螺旋挤土叶片上制有缺口或不制有缺口，螺旋挤土叶片的末端制有钻齿。
优选的，上述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，所述钻杆由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成，圆柱形钻杆部与接头连接，锥形钻杆部与钻尖装置连接，圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片的外缘构成圆柱形，锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片的外缘构成圆柱形或锥形。
一种基桩施工方法，利用上述的扭力关门的螺旋挤土钻头装置，方法如下：
1)平整施工场地，按设计要求放桩点位，并标识；
2)将组装配套好的混凝土输送泵、桩机就位，上述的扭力关门的螺旋挤土钻头装置的钻头门关闭，钻尖对准桩位点；
3)启动桩机动力头作钻进旋转，并向下释放，动力头带动钻具、螺旋挤土钻头装置作旋转挤土式钻进，直至设计桩孔标深，停止钻进，原地继续回转2～5分钟后，先启动混凝土输送泵，通过动力头中心轴内腔、钻具内腔向螺旋挤土钻头装置的钻杆内混凝土通道压灌混凝土，钻杆内腔压力混凝土打开钻头门，并压入桩孔底，同时慢慢提升旋转的螺旋挤土钻头装置至桩底部需加固挤密的标高，停止泵送和提升螺旋挤土钻头装置，并停止螺旋挤土钻头装置的旋转，再慢慢向下释放螺旋挤土钻头装置至钻头不再下移，钻头门的下侧面在桩孔内压力混凝土及扭转弹簧的作用下向上旋转关闭，阻止钻杆内混凝土通道出口的混凝土流出，然后启动动力头作钻进旋转，并向下释放，螺旋挤土钻头装置作挤压桩孔内压力混凝土的钻进，桩孔内被挤压的混凝土直接挤压其相接触的孔侧岩土，增加岩土的密实性，增大该处岩土层孔径，直至桩孔设计标深，充分挤密螺旋挤土成桩孔时孔底的虚土，停止钻进，再启动混凝土输送泵，向继续旋转的螺旋挤土钻头装置钻杆内腔压灌混凝土，压力混凝土打开钻头门，压灌入桩孔内，同时再慢慢提升继续旋转的螺旋挤土钻头装置，完成一次桩孔底部混凝土的加强挤密后的灌注；
4)螺旋挤土钻头装置提升及泵压灌到下一段需加强挤密桩孔内混凝土的桩孔深处；停止泵送及提升，并停止螺旋挤土钻头装置旋转，向下释放螺旋挤土钻头装置至钻头不再下移，钻头门的下侧面在桩孔内压力混凝土及扭转弹簧的作用下向上旋转关闭，阻止钻杆混凝土通道出口的混凝土流出，再启动动力头作钻进旋转，并向下释放，螺旋挤土钻头装置开始作挤压桩孔内压力混凝土的钻进，桩孔内被挤压的混凝土直接挤压其相接触的孔侧岩土，增加岩土的密实性，增大该处岩土层孔径，直至加强挤密段设计深度，停止钻进，启动混凝土输送泵，向继续旋转的螺旋挤土钻头装置钻杆内腔压灌混凝土，压力混凝土打开钻头门，压灌入桩孔内，同时慢慢提升继续旋转的螺旋挤土钻头装置，完成一次桩身长度内部分加强挤密混凝土后的灌注；根据桩承载能力设计要求，实现桩身长度范围内多段加强挤密混凝土的灌注施工，最后，提升螺旋挤土钻头装置与泵压灌混凝土至桩顶设计标高，完成一根软质岩土层加强挤压混凝土后再泵压灌混凝土桩的施工；在全部提升螺旋挤土钻头装置并泵压灌混凝土的过程中，始终保持钻头提升速度与泵压灌量相匹配；
5)根据设计要求，将已备好的钢筋笼或构件置入已灌注好的桩孔内，达设计标高，完成一根桩的施工。
本发明创造的有益效果是：
1.利用本发明创造的扭力关门的螺旋挤土钻头装置，在可压缩大的软质岩土层内进行加强挤压桩孔内混凝土后再泵压灌注成桩，所成的桩为异径桩，混凝土利用效率高，桩承载能力好。
2.利用本发明创造的扭力关门的螺旋挤土钻头装置，加强挤压桩孔内混凝土，钻头门能够在桩孔混凝土内旋转关闭钻头内腔混凝土的流出，有效地解决了地下水渗入桩孔内对成桩质量的不良影响。
3.利用本发明创造的扭力关门的螺旋挤土钻头装置，加强挤压桩孔底端混凝土，有效地挤密了螺旋钻(挤)土成桩孔时孔底的虚土，从而极大地提高了成桩的端阻力值，彻底地解决了螺旋钻(挤)孔泵压灌注混凝土桩桩端虚土对桩承载力的不良影响。
4.利用本发明创造的扭力关门的螺旋挤土钻头装置施工，施工操作简单，效率高，成桩质量可控性强，节能环保。
附图说明
图1是本发明创造实施例1中带锁紧功能的钻尖装置结构示意图。
图2是图1的侧视图(钻头门关闭状态)。
图3是图1的侧视图(钻头门打开状态)。
图4是本发明创造实施例1中带锁紧功能的扭力折页装置的结构示意图。
图5是本发明创造实施例2中不带锁紧功能的钻尖装置结构示意图。
图6是图5的侧视图(钻头门打开状态)。
图7是本发明创造钻杆由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成且锥形钻杆部的螺旋挤土叶片外缘构成锥形的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置结构示意图。
图8是图7的侧视图(钻头门关闭状态)。
图9是图7的侧视图(钻头门打开状态)。
图10是本发明创造钻杆由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成且锥形钻杆部的螺旋挤土叶片外缘构成圆柱形的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置结构示意图(螺旋挤土叶片无缺口)。
图11是图10的侧视图(钻头门关闭状态)。
图12是本发明创造钻杆为圆柱形且螺旋挤土叶片外缘构成圆柱形的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置结构示意图(螺旋挤土叶片有缺口)。
图13是图12的侧视图(钻头门关闭状态)。
图14是图12的侧视图(钻头门打开状态)。
具体实施方式
实施例1扭力关门的螺旋挤土钻头装置——钻尖装置带锁紧功能
一，结构如下：
一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，包括接头(10)、钻杆(20)、螺旋挤土叶片(30)、带锁紧功能的钻尖装置(100)。
钻杆(20)上端与接头(10)固定，下端与钻尖装置(100)固定，螺旋挤土叶片(30)缠绕在钻杆(20)的外缘，钻杆(20)内设有混凝土通道(21)。接头(10)、钻杆(20)、钻尖装置(100)的中心共轴组焊成一体。
如图1、图2、图3和图4所示，所述钻尖装置(100)由两组钻头门装置分别对称安装在钻尖板(103)的两侧构成。
每组钻头门装置由钻头门(101)、一对耳板(102)、扭力折页装置和支撑板(109)构成。一对耳板(102)对称安装在钻尖板(103)的U型缺口两侧，钻头门(101)设置在一对耳板(102)之间，钻头门(101)的下端制有通孔Ⅰ(A)，扭力折页装置贯穿通孔Ⅰ(A)后两端分别与耳板(102)连接，支撑板(109)固定在钻尖板(103)上，且设置在一对耳板(102)的中间位置；钻尖板(103)的上端与钻杆(20)固定，钻头门(101)关闭时，通过钻头门(101)将钻杆(20)内设置的混凝土通道(21)的出口挡住；钻头门(101)打开时，钻头门(101)的上端绕扭力折页装置由上向下打开，钻头门(101)在打开最大位置时，其下侧面与支撑板(109)的外斜面可靠接触，通过支撑板(109)限位。
扭力折页装置具体结构为：所述扭力折页装置由固定销Ⅰ(104)、固定轴Ⅰ(105)、扭转弹簧(106)、固定销Ⅱ(107)、固定转轴(108)、压缩弹簧(110)、定位销(111)、滑移转轴(112)、固定轴Ⅱ(113)组成。一对耳板(102)上分别设有供固定轴Ⅰ(105)和固定轴Ⅱ(113)通过的通孔Ⅱ(B)，通孔Ⅰ(A)和通孔Ⅱ(B)同轴。每一耳板(102)上制有与通孔Ⅱ(B)垂直贯通且与固定销Ⅰ(104)配合的销孔Ⅰ(C)。钻头门(101)的外缘处制有与固定销Ⅱ(107)配合的销孔Ⅱ(D)及用于固定定位销(111)的销孔Ⅲ(E)。固定轴Ⅰ(105)一端插入耳板(102)的通孔Ⅱ(B)内，固定销Ⅰ(104)通过销孔Ⅰ(C)和固定轴Ⅰ(105)上的销孔Ⅳ(M)将固定轴Ⅰ(105)的一端与耳板(102)固定，固定轴Ⅰ(105)另一端制有沟槽Ⅰ(H)，扭转弹簧(106)的一端插入沟槽Ⅰ(H)中从而扭转弹簧(106)的一端与固定轴Ⅰ(105)固定，扭转弹簧(106)的另一端插入设置在固定转轴(108)一端的沟槽Ⅱ(G)内，从而与固定转轴(108)的一端固定，固定转轴(108)的另一端与压缩弹簧(110)的一端固定，压缩弹簧(110)的另一端与滑移转轴(112)的一端固定，滑移转轴(112)的另一端制有凸凹台阶Ⅰ(P)，固定轴Ⅱ(113)的一端制有凸凹台阶Ⅱ(Q)，通过滑移转轴(112)的转动及移动凸凹台阶Ⅰ(P)与凸凹台阶Ⅱ(Q)相吻合或相脱离，固定轴Ⅱ(113)的另一端插入耳板(102)的通孔Ⅱ(B)内，固定销Ⅰ(104)通过销孔Ⅰ(C)和固定轴Ⅱ(113)上的销孔Ⅴ(J)，将固定轴Ⅱ(113)与耳板(102)固定。固定销Ⅱ(107)通过钻头门(101)上的销孔Ⅱ(D)和设置在固定转轴(108)上的销孔Ⅵ(F)将固定转轴(108)固定。定位销(111)通过钻头门(101)上的销孔Ⅲ(E)和滑移转轴(112)的导向槽(N)将滑移转轴(112)定位，滑移转轴(112)通过导向槽(N)相对定位销(111)移动。在钻头门关闭时，滑移转轴(112)与固定轴Ⅱ(113)的两凸凹台阶(P、Q)端面处于非吻合状态，同时确保压缩弹簧(110)、扭转弹簧(106)具有一定预紧力。通过两个固定销Ⅰ(104)分别将固定轴Ⅰ(105)和固定轴Ⅱ(113)固定在耳板(102)上，保持钻头门(101)能够绕固定轴Ⅰ(105)和固定轴Ⅱ(113)旋开。两钻头门(101)的四边能够可靠地封闭钻尖板(103)两侧混凝土通道(21)的出口。
在一个实施例中，如图7-9所示，钻杆(20)由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成，圆柱形钻杆部与接头(10)连接，锥形钻杆部与钻尖装置(100)连接，圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成圆柱形，锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成锥形。圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)上制有缺口，锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)上无缺口，螺旋挤土叶片(30)的末端设有钻齿(116)。
在一个实施例中，如图10和图11所示，钻杆(20)由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成，圆柱形钻杆部与接头(10)连接，锥形钻杆部与钻尖装置(100)连接，圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘和锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成同径的圆柱形。圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)和锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)上都无缺口，螺旋挤土叶片(30)的末端设有钻齿(116)。
在一个实施例中，如图12-14所示，钻杆(20)由圆柱形钻杆构成，圆柱形钻杆上端与接头(10)连接，下端与钻尖装置(100)连接，圆柱形钻杆上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成圆柱形，螺旋挤土叶片(30)上制有缺口，螺旋挤土叶片(30)的末端设有钻齿(116)。
二，工作原理
在挤土钻进过程中，钻头门(101)在扭转弹簧(106)扭矩力的作用下关闭钻杆(20)混凝土通道(21)的出口，避免了桩孔内地下水及岩土进入钻杆(20)内腔，直至桩孔设计深度。通过混凝土输送泵、输送管道、动力头中心轴内腔、钻具内腔及钻杆(20)内混凝土通道(21)向桩孔底压灌混凝土，钻杆(20)内腔的压力混凝土首先对钻头门(101)的上侧面产生向下的作用力，迫使钻头门(101)绕固定轴Ⅰ(105)和固定轴Ⅱ(113)作由上向下的旋转打开运动，固定转轴(108)与固定轴Ⅰ(105)发生相对旋转，扭转弹簧(106)储存的扭矩力逐渐增大；同时滑移转轴(112)与固定轴Ⅱ(113)也发生相对旋转，并在压缩弹簧(110)的推力作用下，滑移转轴(112)作轴向移动，直至滑移转轴(112)的凸凹台阶Ⅰ(P)与固定轴Ⅱ(113)的凸凹台阶Ⅱ(Q)完全吻合时，钻头门(101)停止旋转并定位锁住，此时钻头门(101)的下侧面与支撑板(109)外斜端面可靠接触，混凝土通过混凝土通道(21)的出口注入桩孔内。保持泵压灌量与提升钻头速度相匹配，混凝土就会连续不断地压灌到桩孔里。若需要进行挤压桩孔内混凝土来提高桩承载能力时，停止泵送混凝土和提升钻头，停止钻头旋转，并向下释放钻头，钻头门(101)的下侧面在桩孔里压力混凝土及扭转弹簧(106)的向上作用力下，迫使钻头门(101)向关闭方向旋转，相吻合的凸凹台阶轴端面开始相对旋转，滑移转轴(112)移动，压缩弹簧(110)被压缩，同时扭转弹簧(106)的扭矩力开始释放，加大了钻头门(101)的关闭动力，直至关闭混凝土通道(21)的出口的混凝土流出，然后，启动动力头旋转，带动螺旋挤土钻头装置作向下钻进，螺旋挤土钻头装置开始作挤压桩孔内混凝土的钻进，被挤压的混凝土直接传力挤压桩孔侧壁岩土层，一是增大了被挤压处桩孔岩土层的直径，二是进一步密实被挤压处桩孔侧壁岩土层，直至设计标深，停止钻进。然后泵送混凝土并提升螺旋挤土钻头装置，钻杆(20)内腔压力混凝土打开钻头门(101)，对桩孔内压灌混凝土，直至设计标高。在桩深范围内，根据设计要求，可实现多段挤压桩孔内混凝土并再次泵压灌的施工，从而改善可压缩性大的软质岩土层的桩承载能力。
实施例2扭力关门的螺旋挤土钻头装置——钻尖装置不带锁紧功能
一，结构如下：
一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，包括接头(10)、钻杆(20)、螺旋挤土叶片(30)、不带锁紧功能的钻尖装置(100)。
钻杆(20)上端与接头(10)固定，下端与钻尖装置(100)固定，螺旋挤土叶片(30)缠绕在钻杆(20)的外缘，钻杆(20)内设有混凝土通道(21)。接头(10)、钻杆(20)、钻尖装置(100)的中心共轴组焊成一体。
如图5和图6所示，所述钻尖装置(100)由两组钻头门装置分别对称安装在钻尖板(103)的两侧构成。每组钻头门装置由钻头门(101)、一对耳板(102)、扭力折页装置和支撑板(109)构成。一对耳板(102)对称安装在钻尖板(103)的U型缺口两侧，钻头门(101)的下端制有通孔Ⅰ(A)，扭力折页装置贯穿通孔Ⅰ(A)后两端分别与耳板(102)连接，支撑板(109)固定在钻尖板(103)上，且设置在一对耳板(102)的中间位置；钻尖板(103)的上端与钻杆(20)固定，钻头门(101)关闭时，通过钻头门(101)将钻杆(20)内设置的混凝土通道(21)的出口挡住；钻头门(101)打开时，钻头门(101)的上端绕扭力折页装置由上向下打开，钻头门(101)在打开最大位置时，其下侧面与支撑板(109)的外斜面可靠接触，通过支撑板(109)限位。
扭力折页装置具体结构为：所述扭力折页装置由扭转弹簧(106)和长轴(114)构成。钻头门(101)中间在通孔Ⅰ(A)的位置设有缺口(115)，耳板(102)上设有通孔Ⅱ(B)，通孔Ⅰ(A)和通孔Ⅱ(B)同轴，长轴(114)贯穿通孔Ⅰ(A)和通孔Ⅱ(B)后，通过销或挡块等将长轴(114)和耳板(102)固定，从而将钻头门(101)、耳板(102)和钻尖板(103)连接在一起，扭转弹簧(106)安装在钻头门(101)中间的缺口(115)处，并套装在长轴(114)外缘上，扭转弹簧(106)一端固定在钻头门(101)上，另一端固定在钻尖板(103)的侧面(或者也可以固定在长轴(114)或耳板(102)上)。钻头门(101)绕长轴(114)转动，保证钻头门在关闭钻头混凝土通道(21)出口时具有一定的扭力。
在一个实施例中，如图7-9所示，钻杆(20)由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成，圆柱形钻杆部与接头(10)连接，锥形钻杆部与钻尖装置(100)连接，圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成圆柱形，锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成锥形。圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)上制有缺口，锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)上无缺口，螺旋挤土叶片(30)的末端设有钻齿(116)。
在一个实施例中，如图10和图11所示，钻杆(20)由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成，圆柱形钻杆部与接头(10)连接，锥形钻杆部与钻尖装置(100)连接，圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘和锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成同径的圆柱形。圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)和锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片(30)上都无缺口，螺旋挤土叶片(30)的末端设有钻齿(116)。
在一个实施例中，如图12-14所示，钻杆(20)由圆柱形钻杆构成，圆柱形钻杆上端与接头(10)连接，下端与钻尖装置(100)连接，圆柱形钻杆上缠绕的螺旋挤土叶片(30)的外缘构成圆柱形，螺旋挤土叶片(30)上制有缺口，螺旋挤土叶片(30)的末端设有钻齿(116)。
二，工作原理
在挤土钻进过程中，钻头门(101)在扭转弹簧(106)扭矩力的作用下关闭钻杆(20)内混凝土通道(21)的出口，避免了桩孔内地下水及岩土进入钻杆(20)内腔，直至桩孔设计深度。通过混凝土输送泵、输送管道、动力头中心轴内腔、钻具内腔及钻杆(20)内混凝土通道(21)向桩孔底压灌混凝土，钻杆(20)内腔的压力混凝土首先对钻头门(101)的上侧面产生向下的作用力，迫使钻头门(101)绕长轴(114)作旋转打开运动，扭转弹簧(106)储存的扭矩力逐渐增大，直至钻头门(101的下侧面与支撑板(109)外斜端面可靠接触，混凝土通过混凝土通道(21)的出口注入桩孔内。保持泵压灌量与提升钻头速度相匹配，混凝土就会连续不断地压灌到桩孔里。若需要进行挤压桩孔内混凝土来提高桩承载能力时，停止泵送混凝土和提升钻头，停止钻头旋转，并向下释放钻头，钻头门(101)的下侧面在桩孔里压力混凝土及扭转弹簧(106)的向上作用力下，迫使钻头门(101)向关闭方向旋转，同时扭转弹簧(106)的扭矩力开始释放，加大了钻头门(101)的关闭动力，直至关闭混凝土通道(21)的出口的混凝土流出，然后启动动力头旋转，带动钻头作向下钻进，钻头开始作挤压桩孔内混凝土的钻进，被挤压的混凝土直接传力挤压桩孔侧壁岩土层，一是增大了被挤压处桩孔岩土层的直径，二是进一步密实被挤压处桩孔侧壁岩土层，直至设计标深，停止钻进。然后泵送混凝土并提升螺旋挤土钻头装置，钻杆(20)内腔压力混凝土打开钻头门(101)，对桩孔内压灌混凝土，直至设计标高。在桩深范围内，根据设计要求，可实现多段挤压桩孔内混凝土并再次泵压灌的施工，从而改善可压缩性大的软质岩土层的桩承载能力。
实施例3基桩施工方法
利用实施例1或实施例2的扭力关门的螺旋挤土钻头装置，方法如下：
1.平整施工场地，按设计要求放桩点位，并标识；
2.将组装配套好的混凝土输送泵、桩机就位，螺旋挤土钻头装置的钻头门关闭，钻尖对准桩位点；
3.启动桩机动力头作钻进旋转，并向下释放，动力头带动钻具、螺旋挤土钻头装置作旋转挤土式钻进，直至设计桩孔标深，停止钻进，原地继续回转2～5分钟后，先启动混凝土输送泵，通过动力头中心轴内腔、钻具内腔向螺旋挤土钻头装置的钻杆内混凝土通道压灌混凝土，钻杆内腔压力混凝土打开旋开的钻头门，并压入桩孔底，同时慢慢提升旋转的螺旋挤土钻头装置至桩底部需加固挤密的标高，停止泵送和提升螺旋挤土钻头装置，并停止螺旋挤土钻头装置的旋转，再先慢慢向下释放螺旋挤土钻头装置至钻头不再下移，钻头门的下侧面在桩孔内压力混凝土及扭转弹簧的作用下，旋转关闭钻杆内混凝土通道出口的混凝土流出，然后启动动力头作钻进旋转，并向下释放，螺旋挤土钻头装置作挤压桩孔内压力混凝土的钻进，桩孔内被挤压的混凝土直接挤压其相接触的孔侧岩土，一是增加了岩土的密实性，二是增大了此处岩土层孔径，直至桩孔设计标深，充分挤密了螺旋挤土成桩孔时孔底的虚土，停止钻进，再启动混凝土输送泵，向继续旋转的螺旋挤土钻头装置钻杆内腔压灌混凝土，压力混凝土打开钻门，压灌入桩孔内，同时慢慢提升继续旋转钻头，完成一次桩孔底部混凝土的加强挤密后的灌注；
4.螺旋挤土钻头装置提升及泵压灌到下一段需加强挤密桩孔内混凝土的桩孔深处，停止泵送及提升，并停止螺旋挤土钻头装置旋转，向下释放螺旋挤土钻头装置至钻头不再下移，钻门的下侧面在桩孔内压力混凝土及扭转弹簧的作用下，旋转关闭钻头芯管混凝土通道出口的混凝土流出，再启动动力头作钻进旋转，并向下释放，螺旋挤土钻头装置开始作挤压桩孔内压力混凝土的钻进，桩孔内被挤压的混凝土直接挤压其相接触的孔侧岩土，一是增加了岩土的密实性，二是增大了此处岩土层孔径，直至加强挤密段设计深度，停止钻进，启动混凝土输送泵，向继续旋转的螺旋挤土钻头装置钻杆内腔压灌混凝土，压力混凝土打开钻门，压灌入桩孔内，同时慢慢提升继续旋转的钻头，完成一次桩身长度内部分加强挤密混凝土后的灌注；根据桩承载能力设计要求，可实现桩身长度范围内多段加强挤密混凝土的灌注施工，最后，提升螺旋挤土钻头装置与泵压灌混凝土至桩顶设计标高，完成一根软质岩土层加强挤压混凝土后再泵压灌混凝土桩的施工；在全部提升钻头并泵压灌混凝土的过程中，始终保持钻头提升速度与泵压灌量相匹配；
5.根据设计要求，将已备好的钢筋笼或构件置入已灌注好的桩孔内，达设计标高，完成一根桩的施工。

Claims (6)

1.一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，包括接头（10）、钻杆（20）、螺旋挤土叶片（30）和钻尖装置（100）；钻杆（20）上端与接头（10）固定，下端与钻尖装置（100）固定，螺旋挤土叶片（30）缠绕在钻杆（20）的外缘，钻杆（20）内设有混凝土通道（21），其特征在于，所述钻尖装置（100）由两组钻头门装置分别对称安装在钻尖板（103）的两侧构成；每组钻头门装置由钻头门（101）、一对耳板（102）、扭力折页装置和支撑板（109）构成，一对耳板（102）对称安装在钻尖板（103）的U型缺口两侧，钻头门（101）设置在一对耳板（102）之间，钻头门（101）的下端制有通孔Ⅰ（A），扭力折页装置贯穿通孔Ⅰ（A）后两端分别与耳板（102）连接，支撑板（109）固定在钻尖板（103）上，且设置在一对耳板（102）的中间部；钻尖板（103）的上端与钻杆（20）固定；钻头门（101）关闭时，通过钻头门（101）和耳板（102）将钻杆（20）内设置的混凝土通道（21）的出口挡住；钻头门（101）打开时，钻头门（101）的上端绕扭力折页装置由上向下打开，通过支撑板（109）限位；
所述扭力折页装置由扭转弹簧（106）和长轴（114）构成；钻头门（101）中间在通孔Ⅰ（A）的位置设有缺口（115），耳板（102）上设有通孔Ⅱ（B），通孔Ⅰ（A）和通孔Ⅱ（B）同轴，长轴（114）贯穿通孔Ⅰ（A）和通孔Ⅱ（B）后将钻头门（101）、耳板（102）和钻尖板（103）连接在一起，扭转弹簧（106）安装在钻头门（101）中间的缺口（115）处，并套装在长轴（114）外缘上，扭转弹簧（106）一端固定在钻头门（101）上，另一端固定在钻尖板（103）的侧面或长轴（114）或耳板(102)上；
所述扭力折页装置由固定销Ⅰ（104）、固定轴Ⅰ（105）、扭转弹簧（106）、固定销Ⅱ（107）、固定转轴（108）、压缩弹簧（110）、定位销（111）、滑移转轴（112）、固定轴Ⅱ（113）组成；一对耳板（102）上分别设有供固定轴Ⅰ（105）和固定轴Ⅱ（113）通过的通孔Ⅱ（B），通孔Ⅰ（A）和通孔Ⅱ（B）同轴，每一耳板（102）上制有与通孔Ⅱ（B）垂直贯通且与固定销Ⅰ（104）配合的销孔Ⅰ（C）；钻头门（101）的外缘处制有与固定销Ⅱ（107）配合的销孔Ⅱ（D）及用于固定定位销（111）的销孔Ⅲ（E）；固定轴Ⅰ（105）一端插入耳板（102）的通孔Ⅱ（B）内，固定销Ⅰ（104）通过耳板（102）上的销孔Ⅰ（C）和固定轴Ⅰ（105）上的销孔Ⅳ（M）将固定轴Ⅰ（105）的一端与耳板（102）固定，固定轴Ⅰ（105）另一端与扭转弹簧（106）的一端固定，扭转弹簧（106）的另一端与固定转轴（108）的一端固定，固定转轴（108）的另一端与压缩弹簧（110）的一端固定，压缩弹簧（110）的另一端与滑移转轴（112）的一端固定，滑移转轴（112）的另一端制有凸凹台阶Ⅰ（P），固定轴Ⅱ（113）的一端制有凸凹台阶Ⅱ（Q），通过滑移转轴（112）的转动及移动凸凹台阶Ⅰ（P）与凸凹台阶Ⅱ（Q）相吻合或相脱离，固定轴Ⅱ（113）的另一端插入耳板（102）的通孔Ⅱ（B）内，固定销Ⅰ（104）通过耳板（102）上的销孔Ⅰ（C）和固定轴Ⅱ（113）上的销孔Ⅴ（J）将固定轴Ⅱ（113）与耳板（102）固定；固定销Ⅱ（107）通过钻头门（101）上的销孔Ⅱ（D）和设置在固定转轴（108）上的销孔Ⅵ（F）将固定转轴（108）固定；定位销（111）通过钻头门（101）上的销孔Ⅲ（E）和滑移转轴（112）上的导向槽（N）将滑移转轴（112）定位，滑移转轴（112）通过导向槽（N）相对定位销（111）移动。
2.根据权利要求1所述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，其特征在于，固定轴Ⅰ（105）与扭转弹簧（106）接触的一端制有沟槽Ⅰ（H），固定转轴（108）与扭转弹簧（106）接触的一端制有沟槽Ⅱ（G），扭转弹簧（106）的两端分别插入沟槽Ⅰ（H）和沟槽Ⅱ（G）中固定。
3.根据权利要求2所述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，其特征在于，所述钻杆（20）为圆柱形钻杆，螺旋挤土叶片（30）缠绕在圆柱形钻杆的外缘，螺旋挤土叶片（30）的外缘构成柱形。
4.根据权利要求3所述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，其特征在于，所述螺旋挤土叶片（30）上制有缺口或不制有缺口，螺旋挤土叶片（30）的末端制有钻齿（116）。
5.根据权利要求4所述的一种扭力关门的螺旋挤土钻头装置，其特征在于，所述钻杆（20）由圆柱形钻杆部和锥形钻杆部构成，圆柱形钻杆部与接头（10）连接，锥形钻杆部与钻尖装置（100）连接，圆柱形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片（30）的外缘构成圆柱形，锥形钻杆部上缠绕的螺旋挤土叶片（30）的外缘构成圆柱形或锥形。
6.一种基桩施工方法，其特征在于，利用权利要求5所述的扭力关门的螺旋挤土钻头装置，方法如下：
1）平整施工场地，按设计要求放桩点位，并标识；
2）将组装配套好的混凝土输送泵、桩机就位，权利要求5所述的扭力关门的螺旋挤土钻头装置的钻头门关闭，钻尖对准桩位点；
3）启动桩机动力头作钻进旋转，并向下释放，动力头带动钻具、螺旋挤土钻头装置作旋转挤土式钻进，直至设计桩孔标深，停止钻进，原地继续回转2～5分钟后，先启动混凝土输送泵，通过动力头中心轴内腔、钻具内腔向螺旋挤土钻头装置的钻杆内混凝土通道压灌混凝土，钻杆内腔压力混凝土打开钻头门，并压入桩孔底，同时慢慢提升旋转的螺旋挤土钻头装置至桩底部需加固挤密的标高，停止泵送和提升螺旋挤土钻头装置，并停止螺旋挤土钻头装置的旋转，再慢慢向下释放螺旋挤土钻头装置至钻头不再下移，钻头门的下侧面在桩孔内压力混凝土及扭转弹簧的作用下向上旋转关闭，阻止钻杆内混凝土通道出口的混凝土流出，然后启动动力头作钻进旋转，并向下释放，螺旋挤土钻头装置作挤压桩孔内压力混凝土的钻进，桩孔内被挤压的混凝土直接挤压其相接触的孔侧岩土，增加岩土的密实性，增大该处岩土层孔径，直至桩孔设计标深，充分挤密螺旋挤土成桩孔时孔底的虚土，停止钻进，再启动混凝土输送泵，向继续旋转的螺旋挤土钻头装置钻杆内腔压灌混凝土，压力混凝土打开钻头门，压灌入桩孔内，同时再慢慢提升继续旋转的螺旋挤土钻头装置，完成一次桩孔底部混凝土的加强挤密后的灌注；
4）螺旋挤土钻头装置提升及泵压灌到下一段需加强挤密桩孔内混凝土的桩孔深处；停止泵送及提升，并停止螺旋挤土钻头装置旋转，向下释放螺旋挤土钻头装置至钻头不再下移，钻头门的下侧面在桩孔内压力混凝土及扭转弹簧的作用下向上旋转关闭，阻止钻杆混凝土通道出口的混凝土流出，再启动动力头作钻进旋转，并向下释放，螺旋挤土钻头装置开始作挤压桩孔内压力混凝土的钻进，桩孔内被挤压的混凝土直接挤压其相接触的孔侧岩土，增加岩土的密实性，增大该处岩土层孔径，直至加强挤密段设计深度，停止钻进，启动混凝土输送泵，向继续旋转的螺旋挤土钻头装置钻杆内腔压灌混凝土，压力混凝土打开钻头门，压灌入桩孔内，同时慢慢提升继续旋转的螺旋挤土钻头装置，完成一次桩身长度内部分加强挤密混凝土后的灌注；根据桩承载能力设计要求，实现桩身长度范围内多段加强挤密混凝土的灌注施工，最后，提升螺旋挤土钻头装置与泵压灌混凝土至桩顶设计标高，完成一根软质岩土层加强挤压混凝土后再泵压灌混凝土桩的施工；在全部提升螺旋挤土钻头装置并泵压灌混凝土的过程中，始终保持钻头提升速度与泵压灌量相匹配；
5）根据设计要求，将已备好的钢筋笼或构件置入已灌注好的桩孔内，达设计标高，完成一根桩的施工。
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