CN111005366A - 螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩及成桩用钻头及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造涉及螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩及成桩用钻头及施工方法。采用的技术方案是：螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，包括一次挤土桩段和若干段复挤密段；所述一次挤土桩段为混凝土桩Ⅰ，所述复挤密段为，内部为混凝土桩Ⅱ，混凝土桩Ⅱ的外径大于混凝土桩Ⅰ的外径，混凝土桩Ⅱ外包裹为由岩土与混凝土混合的复挤密层，混凝土桩Ⅰ和混凝土桩Ⅱ为一体结构。本发明创造的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩在桩深范围内，可对压缩性大的岩土层进行加强挤密，进一步提高桩承载能力，节能减排。
Description
技术领域
本发明创造属于建筑施工基础桩施工领域，具体的涉及一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩及成桩用钻头及施工方法。
背景技术
在现有的建筑桩基础施工中，螺旋挤土压灌桩具有很强的优势，它具有适应地层广，残土排放少，桩承载能力强，环保性好等特点越来越被建筑开发单位广泛认可。但对于桩深范围内，岩土层可压缩性不均匀的桩基础施工中，会出现压缩性大的桩周岩土没有通过进一步挤密压实，从而影响了桩承载能力的进一步提高，增大了桩基础的建筑成本。
发明内容
针对以上技术问题，本发明创造的目的之一是提出一种在桩深范围内，可对压缩性大的岩土层进行加强挤密，进一步提高桩承载能力，节能减排的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩。
本发明创造的目的之二是提供一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩用钻头装置。
本发明创造的目的之三是提供一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩施工方法，所成的更新桩型为螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩。
本发明创造采用的技术方案是：螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，包括一次挤土桩段和若干段复挤密段；所述一次挤土桩段为混凝土桩Ⅰ，所述复挤密段为，内部为混凝土桩Ⅱ，混凝土桩Ⅱ的外径大于混凝土桩Ⅰ的外径，混凝土桩Ⅱ外包裹着由岩土与混凝土混合的复挤密层，混凝土桩Ⅰ和混凝土桩Ⅱ为一体结构。
进一步的，上述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，所述复挤密段设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端，复挤密段中的复挤密层将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的混凝土桩Ⅱ外表面包裹；或，所述若干段复挤密段设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上，复挤密段中的复挤密层将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身段的混凝土桩Ⅱ外表面包裹；或，所述若干段复挤密段设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端和桩身上，设置在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的复挤密段中的复挤密层将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的混凝土桩Ⅱ外表面包裹，设置在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上的复挤密段中的复挤密层将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上的混凝土桩Ⅱ外表面包裹。
一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，包括联接头Ⅰ、芯管和钻尖装置，所述芯管由芯管上端部和芯管下端部构成一体结构，芯管上端部与联接头Ⅰ同心地组成一体后外缘缠绕有螺旋叶片Ⅰ，芯管下端部与钻尖装置组成一体后外缘缠绕有螺旋叶片Ⅱ，螺旋叶片Ⅱ下端设有切削齿，联接头Ⅰ和芯管内腔为混凝土通道；其特征在于，芯管上端部内腔中设有变径装置，所述变径装置是：旋转缸通过联板固定在芯管的内壁上，旋转缸的输出轴与曲柄固定相联，连杆两端分别通过联接销与曲柄和挡土板相联，在相邻的螺旋叶片Ⅰ和螺旋叶片Ⅱ之间的芯管壁上设有供挡土板配合通过的开口；挡土板伸出芯管后的最大外缘不超过此处螺旋叶片的最大外径，挡土板缩回时，挡土板的外缘构成芯管的外壁；挡土板设置在芯管上端部的底端；旋转缸上设有两个管接头Ⅰ，两个管接头Ⅰ分别与控制装置连接。
进一步的，上述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述控制装置是：主芯体为中空，上端通过键与上法兰固定连接，通过锁紧螺母Ⅰ锁紧，下端设有联接头Ⅱ，外套与主芯体通过密封环、轴承Ⅱ和轴承Ⅰ组装成一体后，通过锁紧螺母Ⅱ锁紧，在外套与主芯体的结合处制有上环形槽和下环形槽，主芯体和外套上与上环形槽和下环形槽相对应的位置分别设有一个径向通孔，内管Ⅰ一端穿过联接头Ⅱ后端部安装一个管接头Ⅱ，内管Ⅰ另一端与主芯体内壁处的上环形槽对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，内管Ⅱ一端穿过联接头Ⅱ后端部安装一个管接头Ⅱ，内管Ⅱ另一端与主芯体内壁处的下环形槽对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，外套外表面与上环形槽和下环形槽对应的径向通孔处分别安装一个管接头Ⅲ，两个管接头Ⅱ分别通过胶管与旋转缸(6-1)上的两个管接头Ⅰ相连。
进一步的，上述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述钻尖装置为伸缩式钻尖装置，钻尖Ⅰ上端设有堵板Ⅰ，堵板Ⅰ上端两侧对称设有导向杆，钻尖Ⅰ、堵板Ⅰ和导向杆制成一体结构，芯管下端部内侧底端制有导向座，导向杆与导向座通过键槽配合滑动连接；设有定位装置，导向杆与定位装置连接并通过定位装置控制钻尖Ⅰ和堵板Ⅰ移动将芯管下端混凝土通道的出口打开至最大；设有两个导流板，两个导流板底部固定在堵板Ⅰ上，顶端接触成人字状并设置在两个导向杆之间。
进一步的，上述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述定位装置为横板型定位装置，所述横板型定位装置由吊梁和横板构成，吊梁两端分别与导向杆上端固定为一体结构，横板两端分别固定在芯管内壁上，且横板贯穿于导向杆与吊梁组成的内腔中。
进一步的，上述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述定位装置为销型定位装置，所述销型定位装置由拉板和销Ⅰ构成，拉板固定在导向杆上端内侧，并与导向杆固定为一体结构，导向杆上端制有销孔，销Ⅰ贯穿销孔，销Ⅰ与导向座上端面接触。
进一步的，上述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述钻尖装置是旋开式钻尖装置：钻尖Ⅱ上部中间制有U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ两侧平面板上分别设置一对立板，钻尖Ⅱ和立板的上端部与芯管固定成一体，一对立板上端部间的芯管端部设置成缺口，形成芯管内腔的混凝土通道出口；设有两组堵板Ⅱ；堵板Ⅱ设置在一对立板之间，堵板Ⅱ的宽度与一对立板之间的距离相匹配，立板的下端设有可供销Ⅱ通过的孔，堵板Ⅱ下端设有可供销Ⅱ通过的孔，销Ⅱ贯穿于一对立板和堵板Ⅱ，使得立板和堵板Ⅱ成一体，堵板Ⅱ绕销Ⅱ旋转，并随着向上的旋转，堵板Ⅱ旋进一对立板之间的内档间，可靠地关闭芯管内腔的混凝土通道出口；设有锁紧机构，堵板Ⅱ通过锁紧机构关闭或打开混凝土通道出口，设有限位块，限位块设置在一对立板之间并固定在钻尖Ⅱ或堵板Ⅱ上。
进一步的，上述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述锁紧机构为弹簧型锁紧机构，由锁紧块和锁紧装置构成；所述锁紧块上设有凹槽；所述锁紧装置是：座的下端设有堵，上端设有顶杆，顶杆上端穿过座，弹簧安装在座内，两端分别与顶杆和堵固定；锁紧装置中的顶杆与锁紧块的凹槽相接处；锁紧块安装在堵板Ⅱ上，锁紧装置安装在芯管下端部的底端，或者锁紧块安装在在芯管下端部的底端，锁紧装置安装堵板Ⅱ上。
进一步的，上所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，所述锁紧机构为挂钩型锁紧机构，堵板Ⅱ上设有挂钩Ⅰ，与设置在芯管下端部底端的挂钩Ⅱ相对应，通过一次性低强度捆绑物将挂钩Ⅰ和挂钩Ⅱ连接在一起，所述一次性低强度捆绑物是弹性橡胶环或是绳带。
一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩施工方法，利用上述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，方法如下：
1)平整施工场地，按设计要求确定各桩位，并标识；
2)组装成桩用设备，控制装置上端通过上法兰与桩机动力头连接，下端通过联接头Ⅱ与钻具或钻杆连接，钻具下端通过联接头Ⅰ与上述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头固定，通过外套上的固定板将外套固定在动力头挂架上，用胶管将芯管内旋转缸上的管接头Ⅰ与控制装置中的管接头Ⅱ连通，将控制装置中的管接头Ⅲ与桩机操作室的控制阀相连，混凝土输入泵通过管道与桩机动力头主轴中心孔相连通，混凝土通道出口关闭状态的钻头的钻尖对准桩点位；
3)启动动力头旋转并向下移动，通过钻具带动螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头作向下旋转钻进，钻进过程中，根据地勘资料中各岩土层可压缩性、动力头电流、钻进进尺速度，利用液压或气压来调节钻头芯管内的旋转缸的旋转，通过其输出轴带动曲柄旋转一定角度，曲柄通过连杆带动挡土板在芯管上的开口内作径向移动，通过改变旋转缸的旋转方向和旋转角大小，实现挡土板的收回和伸出芯管外壁的多少，挡土板的伸出阻碍了桩孔底被挤压剥离的残土通过螺旋叶片Ⅱ向螺旋叶片Ⅰ的传输，限制了残土的向上传递量，挡土板下方的钻头下部对桩孔底岩土和被阻碍滞留的残土进行直接挤扩成桩孔径，对于可压缩性大的岩土层，挡土板的伸出量要大些，绝大部分岩土被挤压到桩孔侧壁，剩余部分岩土被挤压剥离，将沿钻头下部的螺旋叶片Ⅱ上表面由下而上传输，经挡土板外缘等到螺旋叶片Ⅰ上表面，再经钻具至桩孔外地表，对于可压缩性小的岩土层，挡土板的伸出量要小些或不伸出，实现能挤则挤，不能挤则传，挤土钻进直至桩孔设计标深，原地继续旋转2-5分钟，然后，启动旋转缸旋转，使挡土板收回；
4)先启动混凝土输送泵，通过混凝土输送管、动力头中心管、钻具内腔向螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头内腔灌注混凝土，然后慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔里的混凝土打开堵板注入到桩孔底，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩底端段顶设计高度，先停止泵送，再停止提钻及动力头回转，保持钻头和钻具内腔混凝土高度在0.8～2m之间，再启动旋转缸旋转，使挡土板的伸出量达最大，然后释放动力头下移，待动力头不在继续下行时为止，此时钻头堵板的下面在桩孔内底端压力混凝土的作用下关闭钻头内腔的混凝土通道口，再启动动力头旋转并下移，钻头开始作复挤压桩孔内混凝土的钻进，绝大部分混凝土被挤向桩孔侧和桩孔底，挤压桩孔侧和桩孔底的岩土，增大了被挤压处桩孔侧和桩孔底的岩土的内部空间尺寸，被挤压的混凝土保留在被挤扩大的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤压到挤扩大后的桩底端周岩土里，也进一步挤密了桩底端部岩土层，被挤到桩底端周岩土里的混凝土与桩底端周岩土混合形成高强度混合物层，构成桩底端的复挤密层，复挤混凝土钻进直至桩底设计标深；然后，先泵压灌混凝土至钻具内腔，再慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后的桩端段的岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ段，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩底端段顶设计高度，完成一次桩底端复挤压混凝土的灌注，最终在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩底端形成复挤密层内为混凝土桩Ⅱ的复挤密段；继续慢慢提升旋转的钻头，并灌注混凝土，在复挤密段的上端形成一次挤土桩段；提钻至桩身需复挤密段顶设计高度时，先停止泵压灌，再停止提钻和动力头旋转，保持钻头和钻具内腔混凝土高度在0.8～2m之间，然后释放动力头下移，此时钻头堵板的下面在桩孔内底端压力混凝土的作用下关闭钻头内腔的混凝土通道口，再启动动力头旋转并下移，钻头开始作复挤压桩孔内混凝土的钻进，绝大部分混凝土被挤向桩孔侧，挤压桩孔侧的岩土，增大了被挤压处桩孔侧岩土的内部空间尺寸，被挤压的混凝土保留在被挤扩的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤到扩大后桩孔侧的岩土里，也进一步挤密了桩孔侧的岩土层，被挤到桩孔侧岩土里的混凝土与桩孔侧岩土混合形成高强度混合物层，构成桩身上复挤密层，复挤混凝土钻进直至桩身复挤密段设计标深；然后，先泵压灌混凝土至钻具内腔，再慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后的桩身段的岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ段，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩身段顶设计高度，完成一次桩身复挤压混凝土的灌注，最终形成在复挤密层内为混凝土桩Ⅱ的复挤密段；继续慢慢提升旋转的钻头，并灌注混凝土，在复挤密段的上端形成一次挤土桩段，如此反复，通常情况下，复挤密段都是在可压缩大的岩土层中进行，根据桩的复挤密段设计要求，复挤密段的施工从桩底端段依次向桩顶段逐段实施，在提钻并压灌过程中，始终保持提钻速度与泵压灌量相匹配，直至桩顶设计标高，启动旋转缸旋转，使挡土板收回，完成一根桩的灌注施工；
5)根据设计要求，将准备好的钢筋笼(或预制件)置入已灌注好的桩孔内，完成一根内含钢筋笼(或预制件)桩的施工。
本发明创造的有益效果是：
1、本发明创造，环保性好。残土排放更少，无泥浆，无振动。
2、本发明创造，桩承载能力更高。利用螺旋挤土钻头成孔，增强了桩孔壁岩土的密实性，可调节的挡土板的应用，阻碍了钻头底端岩土(或混凝土)的上传通道，降低了岩土(或混凝土)的上传量，充分挤密桩周岩土层；特别是通过复挤压桩孔内混凝土来进一步挤压桩周土，将部分混凝土挤压进桩周土里，形成岩土与混凝土的高强度混合物的复挤密层，凝固后，内部混凝土桩身与复挤密层固结成一体，增大了桩身有效作用直径，同时通过力的传导，增加了此段处桩周土的挤压密实面积，极大地提高成桩侧阻，并增添了新的端阻值；复挤密桩底端，彻底地杜绝了桩端虚土的不良影响，内部混凝土桩底端被高强度混合物的复挤密层的包裹，增大了桩底持力层的作用面积，所成的桩为异径现浇挤密压灌桩，抗拔能力极强。
3、本发明创造，适应地质条件广。不受地下水位影响，对于提高复杂地质条件的螺旋挤土桩的承载能力提供了可靠的桩型、钻头装置和施工方法。
4、本发明创造，施工收益性好。施工操作简练，可控性好，效率高，设备投入低，成桩质量好。
5、本发明创造，桩基础建筑成本更低。成桩挤土科学，更充分，残土更少，复挤桩孔内混凝土有效利用率更高，成桩承载力更好，施工桩质量可控性强，成本更低。
附图说明
图1是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(旋开式弹簧型)结构示意图。
图2是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中变径装置(打开状态)结构示意图。
图3是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中变径装置(闭合状态)结构示意图。
图4是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中控制装置结构示意图。
图5是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中钻尖装置结构示意图。
图6是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中钻尖装置侧视结构示意图。
图7是实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中锁紧装置结构示意图。
图8是实施例2螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(旋开式挂钩型)中钻尖装置结构示意图。
图9是实施例3螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(伸缩式横板型)结构示意图。
图10是实施例3螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中钻尖装置结构示意图。
图11是实施例3螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中钻尖装置侧视结构示意图。
图12是实施例4螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(伸缩式销型)结构示意图。
图13是实施例4螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中钻尖装置结构示意图。
图14是实施例4螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头中钻尖装置侧视结构示意图。
图15是端截面为梯形的无缺口的螺旋叶片Ⅰ示意图。
图16是端截面为梯形的有缺口的螺旋叶片Ⅰ示意图。
图17是端截面为矩形的有缺口的螺旋叶片Ⅰ示意图。
图18是端截面为梯形的无缺口的螺旋叶片Ⅱ示意图。
图19是端截面为梯形的有缺口的螺旋叶片Ⅱ示意图。
图20是端截面为矩形的有缺口的螺旋叶片Ⅱ示意图。
图21是底端设有复挤密段的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩结构示意图。
图22是桩身设有复挤密段的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩结构示意图。
图23是底端和桩身同时设有复挤密段的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩结构示意图。
图24是螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的复挤密段的剖视图。
具体实施方式
实施例1螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(旋开式弹簧型)
(一)结构如下：
如图1-图7所示，螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(旋开式弹簧型)，包括联接头Ⅰ1、芯管2、螺旋叶片Ⅰ3、螺旋叶片Ⅱ4)、钻尖装置、变径装置和控制装置。
如图1所示，成桩用钻头是由钻头上部和钻头下部构成，其内腔形成可供混凝土通过的通道。
如图1所示，所述芯管2由芯管上端部2-1和芯管下端部2-2构成一体结构。芯管上端部2-1与联接头Ⅰ1同心地组成一体后外缘缠绕螺旋叶片Ⅰ3，芯管下端部2-2与钻尖装置组成一体后外缘缠绕螺旋叶片Ⅱ4。由此，联接头Ⅰ1、芯管上端部2-1和螺旋叶片Ⅰ3构成钻头上部；芯管下端部2-2、螺旋叶片Ⅱ4和钻尖装置构成钻头下部。
在一个实施例中，芯管上端部2-1为柱形，芯管下端部2-2为锥形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成柱形。
在一个实施例中，芯管上端部2-1为柱形，芯管下端部2-2为锥形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3的外缘构成柱形和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成锥形。
在一个实施例中，芯管上端部2-1和芯管下端部2-2制成整体的柱形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成柱形。
在一个实施例中，芯管上端部2-1和芯管下端部2-2制成整体的柱形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3的外缘构成柱形和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成锥形。
在一个实施例中，如图15所示，螺旋叶片Ⅰ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅰ为无缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图16所示，螺旋叶片Ⅰ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅰ为有缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图17所示，螺旋叶片Ⅰ的端截面呈矩形，螺旋叶片Ⅰ为有缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图18所示，螺旋叶片Ⅱ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅱ为无缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图19所示，螺旋叶片Ⅱ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅱ为有缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图20所示，螺旋叶片Ⅱ的端截面呈矩形，螺旋叶片Ⅱ为有缺口的螺旋叶片。
如图1、图2和图3所示，在芯管上端部2-1内腔中设有变径装置，所述变径装置是：旋转缸6-1通过联板6-2固定在芯管2的内壁上，旋转缸6-1的输出轴与曲柄6-3固定相联，连杆6-4两端分别通过联接销6-5与曲柄6-3和挡土板6-6相联，在相邻的螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4之间的芯管2壁上设有供挡土板6-6配合通过的开口2-3；挡土板6-6伸出芯管2后的最大外缘不超过此处螺旋叶片的最大外径，挡土板6-6缩回时，挡土板6-6的外缘构成芯管2的外壁；挡土板6-6设置在芯管上端部2-1的底端；旋转缸6-1上设有两个管接头Ⅰ6-7。
如图4所示，所述控制装置是：主芯体7-1为中空，上端通过键7-2与上法兰7-3固定连接，通过锁紧螺母Ⅰ7-4锁紧，下端设有联接头Ⅱ7-5，外套7-6与主芯体7-1通过密封环7-7、轴承Ⅱ7-8和轴承Ⅰ7-9组装成一体后，通过锁紧螺母Ⅱ7-10锁紧，在外套7-6与主芯体7-1的结合处制有上环形槽7-11和下环形槽7-12，主芯体7-1和外套7-6上与上环形槽7-11和下环形槽7-12相对应的位置分别设有一个径向通孔，内管Ⅰ7-13一端穿过联接头Ⅱ7-5后端部安装一个管接头Ⅱ7-14，内管Ⅰ7-13另一端与主芯体7-1内壁处的上环形槽7-11对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，内管Ⅱ7-16一端穿过联接头Ⅱ7-5后端部安装一个管接头Ⅱ7-14，内管Ⅱ7-16另一端与主芯体7-1内壁处的下环形槽7-12对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，外套7-6外表面与上环形槽7-11和下环形槽7-12对应的径向通孔处分别安装一个管接头Ⅲ7-15。控制装置上端通过上法兰7-3与动力头连接，下端通过联接头Ⅱ7-5与钻具连接。内管Ⅰ7-13和内管Ⅱ7-16分别通过管接头Ⅱ7-14和胶管与旋转缸6-1上设置的两个管接头Ⅰ6-7连接。通过固定板7-17固定外套7-6，可完成主芯体7-1与外管7-6间的相对旋转，实现液体或气体从静止的部件传递到回转的部件上。
本实施例所述钻尖装置采用的是旋开式钻尖装置。所述旋开式钻尖装置9的结构如图5和图6所示：钻尖Ⅱ9-1上部中间制有U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ9-1两侧平面板上分别设置一对立板9-2，钻尖Ⅱ9-1和立板9-2的上端部与芯管2固定成一体，一对立板9-2上端部间的芯管2端部设置成缺口，形成芯管2内腔的混凝土通道出口；设有两组堵板Ⅱ9-3；堵板Ⅱ9-3设置在一对立板9-2之间，堵板Ⅱ9-3的宽度与一对立板9-2之间的距离相匹配，立板9-2的下端设有可供销Ⅱ9-4通过的孔，堵板Ⅱ9-3下端设有可供销Ⅱ9-4通过的孔，销Ⅱ9-4贯穿于一对立板9-2和堵板Ⅱ9-3，使得立板9-2和堵板Ⅱ9-3成一体，堵板Ⅱ9-3绕销Ⅱ9-4旋转，并随着向上的旋转，堵板Ⅱ9-3旋进一对立板9-2之间的内档间，可靠地关闭芯管2内腔的混凝土通道出口；设有锁紧机构，堵板Ⅱ9-3通过锁紧机构关闭或打开混凝土通道出口，设有限位块9-5，限位块9-5设置在一对立板9-2之间并固定在钻尖Ⅱ9-1或堵板Ⅱ9-3上。
如图7所示，所述锁紧机构为弹簧型锁紧机构，由锁紧块9-6和锁紧装置9-7构成；所述锁紧块9-6上设有凹槽9-6A；所述锁紧装置9-7是：座9-7B的下端设有堵9-7D，上端设有顶杆9-7A，顶杆9-7A上端穿过座9-7B，弹簧9-7C安装在座9-7B内，两端分别与顶杆9-7A和堵9-7D固定；锁紧装置9-7中的顶杆9-7A与锁紧块9-6的凹槽9-6A相接处。
在一个实施例中，锁紧块9-6安装在堵板Ⅱ9-3上，锁紧装置9-7安装在芯管下端部2-2的底端。
在一个实施例中，锁紧块9-6安装在在芯管下端部2-2的底端，锁紧装置9-7安装堵板Ⅱ9-3上。
设有限位块9-5，限位块9-5设置在一对立板9-2之间。在一个实施例中，限位块9-5固定在钻尖Ⅱ9-1。在一个实施例中，限位块9-5固定在堵板Ⅱ9-3上。
实施例2螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(旋开式挂钩型)
如图8所示，螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(旋开式挂钩型)，包括联接头Ⅰ1、芯管2、螺旋叶片Ⅰ3、螺旋叶片Ⅱ4、钻尖装置、变径装置和控制装置。
其他结构与实施例1完全相同，不同点在于，采用的锁紧机构不同，本实施例锁紧机构采用挂钩型锁紧机构。所述挂钩型锁紧机构，如图8所示，堵板Ⅱ9-3上设有挂钩Ⅰ9-8A，与设置在芯管下端部2-2底端的挂钩Ⅱ9-8B相对应，通过一次性低强度捆绑物将挂钩Ⅰ9-8A和挂钩Ⅱ9-8B连接在一起。
优选的，所述一次性低强度捆绑物是弹性橡胶环或是绳带。通过弹性橡胶环或绳带将挂钩Ⅰ9-8A和挂钩Ⅱ9-8B连接在一起，从而堵板将芯管2内腔的混凝土通道出口挡住。当混凝土从通道出口流出时，将弹性橡胶环或绳带拉断，从而挂钩Ⅰ9-8A和挂钩Ⅱ9-8B分离，堵板Ⅱ9-3旋开，将混凝土通道出口打开。
实施例1和实施例2钻头的工作原理是：钻头下部各部件对桩孔底岩土(混凝土)都有径向向下的挤压作用力，使岩土体(混凝土)径向向下移动。钻尖上的一对立板、销Ⅱ、堵板Ⅱ组成铡刀式结构，堵板Ⅱ设有销孔端始终保持在一对立板之间的内档间，钻头混凝土通道口关闭过程中，旋转的堵板Ⅱ从转销端逐渐旋进一对立板的内档间，在复挤密桩孔内混凝土时，避免了堵板Ⅱ两侧与相邻立板间夹住混凝土粗骨料而导致影响混凝土通道口的关闭。成孔钻进过程中，关闭状态的堵板Ⅱ旋入一对立板内档间，大大降低了桩孔底岩土对堵板Ⅱ的圆周力，从而降低了销Ⅱ的受力，增长了堵板Ⅱ及销Ⅱ的使用寿命。堵板打开或关闭芯管内腔的混凝土通道出口的方式有二种：第一种，采用弹簧型锁紧机构，堵板Ⅱ利用锁紧装置中的弹簧把顶杆压紧，顶杆上的园弧端与堵板Ⅱ上的锁紧块弧形凹槽相接触，将堵板Ⅱ定位锁住，实现关闭钻头混凝土通道口。堵板Ⅱ的打开是利用提钻时钻头内腔混凝土对堵板Ⅱ内平面的压力作用力，使锁紧装置中的弹簧被压缩，顶杆上的园弧端与堵板Ⅱ中的锁紧块弧形凹槽相脱离。第二种，采用挂钩型锁紧机构，通过一次性低强度捆绑物(如弹性橡胶环等)将挂钩Ⅰ、挂钩Ⅱ固定在一体，使堵板Ⅱ固定，实现关闭钻头混凝土通道口。堵板Ⅱ的打开是利用提钻时钻头内腔混凝土将一次性低强度捆绑物拉断，使堵板Ⅱ旋转打开混凝土通道口。堵板Ⅱ打开后，由于自身重力作用下，始终保持混凝土通道口的最大开通，满足钻头内腔混凝土能无阻流出。钻进时，钻尖与芯管的下端固定成一体，承受桩孔底岩土的反作用力，承受能力强，堵板Ⅱ封闭钻头内腔混凝土通道口，其外表面受到桩底被钻尖挤压剥离开岩土的挤压力，进一步增强了堵板Ⅱ封闭钻头内腔混凝土通道口的作用力。复挤压桩孔内混凝土过程中，随着钻具的向下移动，钻头的堵板Ⅱ的下面在桩孔内压力混凝土的作用下开始关闭钻头内腔的混凝土通道口，限制了桩孔内混凝土流进钻头内腔，为通过挤压桩孔内混凝土来实现挤压相临桩孔周围岩土提供了压力保障。
实施例3螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(伸缩式横板型)
如图9-图11所示，螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(伸缩式横板型)，包括联接头Ⅰ1、芯管2、螺旋叶片Ⅰ3、螺旋叶片Ⅱ4、钻尖装置、变径装置、控制装置。
如图9所示，成桩用钻头是由钻头上部和钻头下部构成，其内腔形成可供混凝土通过的通道。
如图9所示，所述芯管2由芯管上端部2-1和芯管下端部2-2构成一体结构。芯管上端部2-1与联接头Ⅰ1同心地组成一体后外缘缠绕螺旋叶片Ⅰ3，芯管下端部2-2与钻尖装置组成一体后外缘缠绕螺旋叶片Ⅱ4。由此，联接头Ⅰ1、芯管上端部2-1和螺旋叶片Ⅰ3构成钻头上部；芯管下端部2-2、螺旋叶片Ⅱ4和钻尖装置构成钻头下部。
在一个实施例中，芯管上端部2-1为柱形，芯管下端部2-2为锥形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成柱形。
在一个实施例中，芯管上端部2-1为柱形，芯管下端部2-2为锥形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3的外缘构成柱形和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成锥形。
在一个实施例中，芯管上端部2-1和芯管下端部2-2制成整体的柱形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成柱形。
在一个实施例中，芯管上端部2-1和芯管下端部2-2制成整体的柱形，芯管2外缠绕螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4后，螺旋叶片Ⅰ3的外缘构成柱形和螺旋叶片Ⅱ4的外缘构成锥形。
在一个实施例中，如图15所示，螺旋叶片Ⅰ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅰ为无缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图16所示，螺旋叶片Ⅰ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅰ为有缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图17所示，螺旋叶片Ⅰ的端截面呈矩形，螺旋叶片Ⅰ为有缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图18所示，螺旋叶片Ⅱ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅱ为无缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图19所示，螺旋叶片Ⅱ的端截面呈梯形，螺旋叶片Ⅱ为有缺口的螺旋叶片。
在一个实施例中，如图20所示，螺旋叶片Ⅱ的端截面呈矩形，螺旋叶片Ⅱ为有缺口的螺旋叶片。
如图1、图2和图3所示，在芯管上端部2-1内腔中设有变径装置，所述变径装置是：旋转缸6-1通过联板6-2固定在芯管2的内壁上，旋转缸6-1的输出轴与曲柄6-3固定相联，连杆6-4两端分别通过联接销6-5与曲柄6-3和挡土板6-6相联，在相邻的螺旋叶片Ⅰ3和螺旋叶片Ⅱ4之间的芯管2壁上设有供挡土板6-6配合通过的开口2-3；挡土板6-6伸出芯管2后的最大外缘不超过此处螺旋叶片的最大外径，挡土板6-6缩回时，挡土板6-6的外缘构成芯管2的外壁；挡土板6-6设置在芯管上端部2-1的底端；旋转缸6-1上设有两个管接头Ⅰ6-7。
如图4所示，所述控制装置是：主芯体7-1为中空，上端通过键7-2与上法兰7-3固定连接，通过锁紧螺母Ⅰ7-4锁紧，下端设有联接头Ⅱ7-5，外套7-6与主芯体7-1通过密封环7-7、轴承Ⅱ7-8和轴承Ⅰ7-9组装成一体后，通过锁紧螺母Ⅱ7-10锁紧，在外套7-6与主芯体7-1的结合处制有上环形槽7-11和下环形槽7-12，主芯体7-1和外套7-6上与上环形槽7-11和下环形槽7-12相对应的位置分别设有一个径向通孔，内管Ⅰ7-13一端穿过联接头Ⅱ7-5后端部安装一个管接头Ⅱ7-14，内管Ⅰ7-13另一端与主芯体7-1内壁处的上环形槽7-11对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，内管Ⅱ7-16一端穿过联接头Ⅱ7-5后端部安装一个管接头Ⅱ7-14，内管Ⅱ7-16另一端与主芯体7-1内壁处的下环形槽7-12对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，外套7-6外表面与上环形槽7-11和下环形槽7-12对应的径向通孔处分别安装一个管接头Ⅲ7-15。控制装置上端通过上法兰7-3与动力头连接，下端通过联接头Ⅱ7-5与钻具钻杆连接。内管Ⅰ7-13和内管Ⅱ7-16分别通过管接头Ⅱ7-14和软管与旋转缸6-1上设置的两个管接头Ⅰ6-7连接。
本实施例所述钻尖装置采用的是伸缩式钻尖装置。所述伸缩式钻尖装置的结构如图10和图11所示：钻尖Ⅰ8-1上端设有堵板Ⅰ8-2，堵板Ⅰ8-2上端两侧对称设有导向杆8-3，钻尖Ⅰ8-1、堵板Ⅰ8-2和导向杆8-3制成一体结构，芯管下端部2-2内侧底端制有导向座2-4，导向杆8-3与导向座2-4通过键槽配合滑动连接，在一个实施例中，如图11所示，导向座2-4上制有键2-5，导向杆8-3中部制有槽8-3A，键2-5与槽8-3A配合，导向杆8-3相对导向座2-4移动。设有定位装置，导向杆8-3与定位装置连接并通过定位装置控制钻尖Ⅰ8-1和堵板Ⅰ8-2移动将芯管2下端混凝土通道的出口打开至最大；设有两个导流板8-4，两个导流板8-4底部固定在堵板Ⅰ8-2上，顶端接触成人字状并设置在两个导向杆8-3之间。
所述定位装置为横板型定位装置，所述横板型定位装置由吊梁8-5和横板8-6构成，吊梁8-5两端分别与导向杆8-3上端固定为一体结构，横板8-6两端分别固定在芯管2内壁上，且横板8-6贯穿于导向杆8-3与吊梁8-5组成的内腔中。
实施例4螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(伸缩式销型)
如图12-图14所示，螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头(伸缩式销型)，包括联接头Ⅰ1、芯管2、螺旋叶片Ⅰ3、螺旋叶片Ⅱ4、钻尖装置、变径装置、控制装置。
其他结构与实施例3完全相同，不同点在于，采用的定位装置不同，本实施例定位装置采用销型定位装置，所述销型定位装置由拉板8-7和销Ⅰ8-8构成，拉板8-7固定在导向杆8-3上端内侧，并与导向杆8-3固定为一体结构，导向杆8-3上端制有销孔，销Ⅰ8-8贯穿销孔，销Ⅰ8-8与导向座2-4上端面接触。
实施例3和实施例4钻头的工作原理是：
钻头下部各部件对桩孔底岩土(混凝土)都有径向下的挤压作用力，使岩土体(混凝土)径向向下移动。导向杆与导向座键槽配合，受力均匀，在卵石层施工中，钻具的上下跳动也改变不了钻尖两侧的受力状况，始终保持均匀性，合理分配力的传导。
堵板Ⅰ利用钻具的重量和钻进时桩底岩土对钻尖Ⅰ的向上作用力来实现关闭钻头混凝土通道出口。堵板Ⅰ的打开是利用提钻时钻头内腔混凝土的压力作用及钻尖Ⅰ、堵板Ⅰ和导向杆一体结构的自重作用，钻尖下移到最大位置时的定位方式有两种：第一种，采用横板型定位装置，钻尖Ⅰ与堵板Ⅰ一同通过导向杆和导向座的配合上下移动，钻尖Ⅰ与堵板Ⅰ上移的最大位置是堵板Ⅰ的上面与芯管的下端面接触，密封芯管内的混凝土通道出口，下移的最大位置是吊梁的中部内腔面与横板相接处，打开芯管内的混凝土通道出口。第二种，采用销型定位装置，钻尖Ⅰ与堵板Ⅰ一同通过导向杆和导向座的配合上下移动，钻尖Ⅰ与堵板Ⅰ上移的最大位置是堵板Ⅰ的上端面与芯管的下端面接触，密封芯管内的混凝土通道出口，下移的最大位置是销Ⅰ的外表面与导向座上端面相接处，打开芯管内的混凝土通道出口。拉板是用于提高导向杆的整体刚性。
钻尖Ⅰ中的导流板的作用是灌注混凝土时，确保钻具内腔的混凝土沿导流板的斜外表面顺利流入桩孔里，提高流速，防止堵塞混凝土通道口，提高灌注效率。下钻复挤压桩孔内混凝土过程中，随着钻具的向下移动，钻头的堵板Ⅰ的下面在桩孔内压力混凝土的作用下开始关闭钻头内腔的混凝土通道口，限制了桩孔内混凝土流进钻头内腔，为通过挤压桩孔内混凝土来实现挤压相临桩孔周围岩土提供了压力保障。
实施例5一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩施工方法
可以采用实施例1-4任一项的成桩钻头，施工方法如下：
本发明创造螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的结构是：通过螺旋挤土成孔，提钻同时泵压灌混凝土，然后下钻复挤密桩孔内混凝土，使混凝土混入桩周岩土中，岩土与混凝土混合形成高强度混合物层，再提钻并泵压灌混凝土，在高强度混合物层内形成纯的混凝土桩，根据设计需要在桩身的不同位置形成复挤密段，成桩后置钢筋笼。
在一个实施例中，如图21所示，本发明创造的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，包括一次挤土桩段100和一段复挤密段200。所述复挤密段200设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端，复挤密段200中的复挤密层202将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的混凝土桩Ⅱ201外表面包裹。所述一次挤土桩段100为混凝土桩Ⅰ101。所述复挤密段200为，内部为混凝土桩Ⅱ201，混凝土桩Ⅱ201的外径大于混凝土桩Ⅰ101的外径，混凝土桩Ⅱ201外包裹着由岩土与混凝土组合的复挤密层202。混凝土桩Ⅰ101和混凝土桩Ⅱ201为一体结构。
在一个实施例中，如图22所示，本发明创造的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，包括一次挤土桩段100和若干段复挤密段200，所述若干段复挤密段200设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上。所述一次挤土桩段100为混凝土桩Ⅰ101，所述复挤密段200为，内部为混凝土桩Ⅱ201，混凝土桩Ⅱ201的外径大于混凝土桩Ⅰ101的外径，混凝土桩Ⅱ201外包裹着由岩土与混凝土组合的复挤密层202。混凝土桩Ⅰ101和混凝土桩Ⅱ201为一体结构。
在一个实施例中，如图23所示，本发明创造的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，包括一次挤土桩段100和若干段复挤密段200。所述若干段复挤密段200设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端和桩身上，设置在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的复挤密段200中的复挤密层202将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的混凝土桩Ⅱ201外表面包裹，设置在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上的复挤密段200中的复挤密层202将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上的混凝土桩Ⅱ201外表面包裹。所述一次挤土桩段100为混凝土桩Ⅰ101，所述复挤密段200为，内部为混凝土桩Ⅱ201，混凝土桩Ⅱ201的外径大于混凝土桩Ⅰ101的外径，混凝土桩Ⅱ201外包裹着由岩土与混凝土组合的复挤密层202。混凝土桩Ⅰ101和混凝土桩Ⅱ201为一体结构。
本发明创造的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩是一种异径现浇混凝土挤密桩，复挤密段和复挤密段的内部混凝土桩直径大于一次挤土桩段直径。一次挤土桩段直径为设计直径，桩身材质为混凝土，一次挤土桩段是经一次挤土成桩孔后泵压灌混凝土所成的桩，桩周土被挤密实，并保持岩土成份；复挤密段是内部的混凝土桩Ⅱ外包裹着一层由岩土与混凝土组合的高强度混合物的复挤密层。复挤密段形成过程是一次挤土成桩孔泵压灌注混凝土后，再下钻钻进，采用桩孔内压力混凝土作进一步挤压桩周土的介质，挤压桩孔内混凝土，大部分混凝土被挤向桩孔侧，挤压桩孔侧的岩土，增大了被挤压处桩孔侧岩土的内部空间尺寸，被挤压的大部分混凝土保留在被挤扩的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤到扩大后桩孔侧的岩土里，改变了桩周土的成份，也进一步挤密了桩孔侧的岩土层，加大了桩直径方向远端被挤密岩土的面积；被挤到桩孔侧岩土里的混凝土与桩孔侧岩土混合形成高强度混合物的复挤密层，在提钻并灌注中，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后桩侧岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ段；混凝土凝固后，混合物复挤密层强度高，与内部混凝土桩Ⅱ固结成一体，形成复挤密段。从混凝土桩的承载力上看，它是由侧阻和端阻组成，侧阻是桩身表面与桩周土间的结合力，它与桩土间接触表面、桩周土的性质、桩周土的密实度等有关，接触面越大、桩与土胶结性越好、桩周土越密实，则桩的侧阻就越大。复挤密桩孔内混凝土过程中，钻头下部主挤土功能区直接挤压桩孔内密封状态的混凝土，混凝土受力后挤向孔壁岩土层，一是使复挤密段的岩土向远离桩中心方向移动，进一步传力挤压相邻远方岩土；二是桩孔内复挤密段下方的混凝土，在钻头下钻压力的作用下，加大了混凝土向孔壁岩土的渗透能力，所成桩与桩周土间的胶结力得到增强；三是复挤密段由于受钻头挤压力大，被挤压的压力混凝土将有部分进入孔壁岩土里，形成岩土与混凝土的混合物的复挤密层，在半径方向上，随着半径的增大，混合物的复挤密层中混凝土含量变小，与混凝土桩身接触的混合物复挤密层中含混凝土量最大，与混凝土桩身的胶结性最好，混凝土凝固后，混合物复挤密层强度得到了很大的提高，混凝土桩身与高强度的混合物复挤密层固结成一体。桩在受力时，导致桩侧阻失效的界面将发生在高强度混合物复挤密层与相接触的挤密岩土层界面上，将桩与桩周土间的作用力转换成桩外混合物复挤密层与相接触的挤密岩土层间的作用力，桩的有效作用直径得到了增大，复挤密段的端面积也得到了增加，桩端阻得到了提高；四是复挤密桩底端在挤压后的桩端虚土里被挤压进入的混凝土量会多些，不规则的桩端扩大头被更大的高强度混合物层包裹，并固结成一体，增大了桩端的有效作用面积，有利于桩承压和抗拔能力的提高。
螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩施工方法如下：
1)平整施工场地，按设计要求确定各桩位，并标识；
将组装好的桩架、动力头、钻具钻杆、成桩用钻头和钻头配置控制装置及匹配的混凝土输送泵等连接好并就位，堵板闭合状态钻头的钻尖对准桩点位置。
2)组装成桩用设备，控制装置上端通过上法兰与桩机动力头连接，下端通过联接头Ⅱ与钻具或钻杆连接，钻具或钻杆下端通过联接头Ⅰ与上述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头固定，通过外套上的固定板将外套固定在动力头挂架上，用胶管将芯管内旋转缸上的管接头Ⅰ与控制装置中的管接头Ⅱ连通，将控制装置中的管接头Ⅲ与桩机操作室的控制阀相连，混凝土输入泵通过管道与桩机动力头主轴中心孔相连通，混凝土通道出口关闭状态的钻头的钻尖对准桩点位；
3)启动动力头旋转并向下移动，通过钻具带动螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头作向下旋转钻进，钻进过程中，根据地勘资料中各岩土层可压缩性、动力头电流、钻进进尺速度，利用液压或气压来调节钻头芯管内的旋转缸的旋转，通过其输出轴带动曲柄旋转一定角度，曲柄通过连杆带动挡土板在芯管上的开口内作径向移动，通过改变旋转缸的旋转方向和旋转角大小，实现挡土板的收回和伸出芯管外壁的多少，挡土板的伸出阻碍了桩孔底被挤压剥离的残土通过螺旋叶片Ⅱ向螺旋叶片Ⅰ的传输，限制了残土的向上传递量，挡土板下方的钻头下部对桩孔底岩土和被阻碍滞留的残土进行直接挤扩成桩孔径，对于可压缩性大的岩土层，挡土板的伸出量要大些，绝大部分岩土被挤压到桩孔侧壁，剩余部分岩土被挤压剥离，将沿钻头下部的螺旋叶片Ⅱ上表面由下而上传输，经挡土板外缘等到螺旋叶片Ⅰ上表面，再经钻具至桩孔外地表，对于可压缩性小的岩土层，挡土板的伸出量要小些或不伸出，实现能挤则挤，不能挤则传，挤土钻进直至桩孔设计标深，原地继续旋转2-5分钟，然后，启动旋转缸旋转，使挡土板收回；
4)先启动混凝土输送泵，通过混凝土输送管、动力头中心管、钻具内腔向螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头内腔灌注混凝土，然后慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔里的混凝土打开堵板注入到桩孔底，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩底端段顶设计高度，先停止泵送，再停止提钻及动力头回转，保持钻头和钻具内腔混凝土高度在0.8～2m之间，再启动旋转缸旋转，使挡土板的伸出量达最大，然后释放动力头下移，待动力头不在继续下行时为止，此时钻头堵板的下面在桩孔内底端压力混凝土的作用下关闭钻头内腔的混凝土通道口，再启动动力头旋转并下移，钻头开始作复挤压桩孔内混凝土的钻进，绝大部分混凝土被挤向桩孔侧和桩孔底，挤压桩孔侧和桩孔底的岩土，增大了被挤压处桩孔侧和桩孔底的岩土的内部空间尺寸，被挤压的混凝土保留在被挤扩大的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤压到挤扩大后的桩底端周岩土里，也进一步挤密了桩底端部岩土层，被挤到桩底端周岩土里的混凝土与桩底端周岩土混合形成高强度混合物层，构成桩底端的复挤密层，复挤混凝土钻进直至桩底设计标深；然后，先泵压灌混凝土至钻具内腔，再慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后的桩端段的岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ段，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩底端段顶设计高度，完成一次桩底端复挤压混凝土的灌注，最终在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩底端形成复挤密层内为混凝土桩Ⅱ的复挤密段；继续慢慢提升旋转的钻头，并灌注混凝土，在复挤密段的上端形成一次挤土桩段；提钻至桩身需复挤密段顶设计高度时，先停止泵压灌，再停止提钻和动力头旋转，保持钻头和钻具内腔混凝土高度在0.8～2m之间，然后释放动力头下移，此时钻头堵板的下面在桩孔内底端压力混凝土的作用下关闭钻头内腔的混凝土通道口，再启动动力头旋转并下移，钻头开始作复挤压桩孔内混凝土的钻进，绝大部分混凝土被挤向桩孔侧，挤压桩孔侧的岩土，增大了被挤压处桩孔侧岩土的内部空间尺寸，被挤压的混凝土保留在被挤扩的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤到扩大后桩孔侧的岩土里，也进一步挤密了桩孔侧的岩土层，被挤到桩孔侧岩土里的混凝土与桩孔侧岩土混合形成高强度混合物层，构成桩身上复挤密层，复挤混凝土钻进直至桩身复挤密段设计标深；然后，先泵压灌混凝土至钻具内腔，再慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后的桩身段的岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ段，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩身段顶设计高度，完成一次桩身复挤压混凝土的灌注，最终形成在复挤密层内为混凝土桩Ⅱ的复挤密段；继续慢慢提升旋转的钻头，并灌注混凝土，在复挤密段的上端形成一次挤土桩段，如此反复，通常情况下，复挤密段都是在可压缩大的岩土层中进行，根据桩的复挤密段设计要求，复挤密段的施工从桩底端段依次向桩顶段逐段实施，在提钻并压灌过程中，始终保持提钻速度与泵压灌量相匹配，直至桩顶设计标高，启动旋转缸旋转，使挡土板收回，完成一根桩的灌注施工；
5)根据设计要求，将准备好的钢筋笼(或预制件)置入已灌注好的桩孔内，完成一根内含钢筋笼(或预制件)桩的施工。
Claims (10)
1.螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，其特征在于，包括一次挤土桩段(100)和若干段复挤密段(200)；所述一次挤土桩段(100)为混凝土桩Ⅰ(101)，所述复挤密段(200)为，内部为混凝土桩Ⅱ(201)，混凝土桩Ⅱ(201)的外径大于混凝土桩Ⅰ(101)的外径，混凝土桩Ⅱ(201)外包裹着由岩土与混凝土混合的复挤密层(202)，混凝土桩Ⅰ(101)和混凝土桩Ⅱ(201)为一体结构。
2.根据权利要求1所述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩，其特征在于，所述复挤密段(200)设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端，复挤密段(200)中的复挤密层(202)将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的混凝土桩Ⅱ(201)外表面包裹；或，所述若干段复挤密段(200)设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上，复挤密段(200)中的复挤密层(202)将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身段的混凝土桩Ⅱ(201)外表面包裹；或，所述若干段复挤密段(200)设置在所述螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端和桩身上，设置在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的复挤密段(200)中的复挤密层(202)将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的底端的混凝土桩Ⅱ(201)外表面包裹，设置在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上的复挤密段(200)中的复挤密层(202)将螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩的桩身上的混凝土桩Ⅱ(201)外表面包裹。
3.一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，包括联接头Ⅰ(1)、芯管(2)和钻尖装置，所述芯管(2)由芯管上端部(2-1)和芯管下端部(2-2)构成一体结构，芯管上端部(2-1)与联接头Ⅰ(1)同心地组成一体后外缘缠绕有螺旋叶片Ⅰ(3)，芯管下端部(2-2)与钻尖装置组成一体后外缘缠绕有螺旋叶片Ⅱ(4)，螺旋叶片Ⅱ(4)下端设有切削齿(5)，联接头Ⅰ(1)和芯管(2)内腔为混凝土通道；其特征在于，芯管上端部(2-1)内腔中设有变径装置，所述变径装置是：旋转缸(6-1)通过联板(6-2)固定在芯管(2)的内壁上，旋转缸(6-1)的输出轴与曲柄(6-3)固定相联，连杆(6-4)两端分别通过联接销(6-5)与曲柄(6-3)和挡土板(6-6)相联，在相邻的螺旋叶片Ⅰ(3)和螺旋叶片Ⅱ(4)之间的芯管(2)壁上设有供挡土板(6-6)配合通过的开口(2-3)；挡土板(6-6)伸出芯管(2)后的最大外缘不超过此处螺旋叶片的最大外径，挡土板(6-6)缩回时，挡土板(6-6)的外缘构成芯管(2)的外壁；挡土板(6-6)设置在芯管上端部(2-1)的底端；旋转缸(6-1)上设有两个管接头Ⅰ(6-7)，两个管接头Ⅰ(6-7)分别与控制装置连接。
4.根据权利要求3所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，其特征在于，所述控制装置是：主芯体(7-1)为中空，上端通过键(7-2)与上法兰(7-3)固定连接，通过锁紧螺母Ⅰ(7-4)锁紧，下端设有联接头Ⅱ(7-5)，外套(7-6)与主芯体(7-1)通过密封环(7-7)、轴承Ⅱ(7-8)和轴承Ⅰ(7-9)组装成一体后，通过锁紧螺母Ⅱ(7-10)锁紧，在外套(7-6)与主芯体(7-1)的结合处制有上环形槽(7-11)和下环形槽(7-12)，主芯体(7-1)和外套(7-6)上与上环形槽(7-11)和下环形槽(7-12)相对应的位置分别设有一个径向通孔，内管Ⅰ(7-13)一端穿过联接头Ⅱ(7-5)后端部安装一个管接头Ⅱ(7-14)，内管Ⅰ(7-13)另一端与主芯体(7-1)内壁处的上环形槽(7-11)对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，内管Ⅱ(7-16)一端穿过联接头Ⅱ(7-5)后端部安装一个管接头Ⅱ(7-14)，内管Ⅱ(7-16)另一端与主芯体(7-1)内壁处的下环形槽(7-12)对应的径向通孔内腔贯通并密封固定，外套(7-6)外表面与上环形槽(7-11)和下环形槽(7-12)对应的径向通孔处分别安装一个管接头Ⅲ(7-15)，两个管接头Ⅱ(7-14)分别通过胶管与旋转缸(6-1)上的两个管接头Ⅰ(6-7)相连。
5.根据权利要求3或4所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，其特征在于，所述钻尖装置为伸缩式钻尖装置，钻尖Ⅰ(8-1)上端设有堵板Ⅰ(8-2)，堵板Ⅰ(8-2)上端两侧对称设有导向杆(8-3)，钻尖Ⅰ(8-1)、堵板Ⅰ(8-2)和导向杆(8-3)制成一体结构，芯管下端部(2-2)内侧底端制有导向座(2-4)，导向杆(8-3)与导向座(2-4)通过键槽配合滑动连接；设有定位装置，导向杆(8-3)与定位装置连接并通过定位装置控制钻尖Ⅰ(8-1)和堵板Ⅰ(8-2)移动将芯管(2)下端混凝土通道的出口打开至最大；设有两个导流板(8-4)，两个导流板(8-4)底部固定在堵板Ⅰ(8-2)上，顶端接触成人字状并设置在两个导向杆(8-3)之间。
6.根据权利要求5所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，其特征在于，所述定位装置为横板型定位装置，所述横板型定位装置由吊梁(8-5)和横板(8-6)构成，吊梁(8-5)两端分别与导向杆(8-3)上端固定为一体结构，横板(8-6)两端分别固定在芯管(2)内壁上，且横板(8-6)贯穿于导向杆(8-3)与吊梁(8-5)组成的内腔中；或者，所述定位装置为销型定位装置，所述销型定位装置由拉板(8-7)和销Ⅰ(8-8)构成，拉板(8-7)固定在导向杆(8-3)上端内侧，并与导向杆(8-3)固定为一体结构，导向杆(8-3)上端制有销孔，销Ⅰ(8-8)贯穿销孔，销Ⅰ(8-8)与导向座(2-4)上端面接触。
7.根据权利要求3或4所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，其特征在于，所述钻尖装置是旋开式钻尖装置：钻尖Ⅱ(9-1)上部中间制有U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ(9-1)两侧平面板上分别设置一对立板(9-2)，钻尖Ⅱ(9-1)和立板(9-2)的上端部与芯管(2)固定成一体，一对立板(9-2)上端部间的芯管(2)端部设置成缺口，形成芯管(2)内腔的混凝土通道出口；设有两组堵板Ⅱ(9-3)；堵板Ⅱ(9-3)设置在一对立板(9-2)之间，堵板Ⅱ(9-3)的宽度与一对立板(9-2)之间的距离相匹配，立板(9-2)的下端设有可供销Ⅱ(9-4)通过的孔，堵板Ⅱ(9-3)下端设有可供销Ⅱ(9-4)通过的孔，销Ⅱ(9-4)贯穿于一对立板(9-2)和堵板Ⅱ(9-3)，使得立板(9-2)和堵板Ⅱ(9-3)成一体，堵板Ⅱ(9-3)绕销Ⅱ(9-4)旋转，并随着向上的旋转，堵板Ⅱ(9-3)旋进一对立板(9-2)之间的内档间，可靠地关闭芯管(2)内腔的混凝土通道出口；设有锁紧机构，堵板Ⅱ(9-3)通过锁紧机构关闭或打开混凝土通道出口，设有限位块(9-5)，限位块(9-5)设置在一对立板(9-2)之间并固定在钻尖Ⅱ(9-1)或堵板Ⅱ(9-3)上。
8.根据权利要求7所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，其特征在于，所述锁紧机构为弹簧型锁紧机构，由锁紧块(9-6)和锁紧装置(9-7)构成；所述锁紧块(9-6)上设有凹槽(9-6A)；所述锁紧装置(9-7)是：座(9-7B)的下端设有堵(9-7D)，上端设有顶杆(9-7A)，顶杆(9-7A)上端穿过座(9-7B)，弹簧(9-7C)安装在座(9-7B)内，两端分别与顶杆(9-7A)和堵(9-7D)固定；锁紧装置(9-7)中的顶杆(9-7A)与锁紧块(9-6)的凹槽(9-6A)相接处；锁紧块(9-6)安装在堵板Ⅱ(9-3)上，锁紧装置(9-7)安装在芯管下端部(2-2)的底端，或者锁紧块(9-6)安装在在芯管下端部(2-2)的底端，锁紧装置(9-7)安装堵板Ⅱ(9-3)上。
9.根据权利要求7所述的一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，其特征在于，所述锁紧机构为挂钩型锁紧机构，堵板Ⅱ(9-3)上设有挂钩Ⅰ(9-8A)，与设置在芯管下端部(2-2)底端的挂钩Ⅱ(9-8B)相对应，通过一次性低强度捆绑物将挂钩Ⅰ(9-8A)和挂钩Ⅱ(9-8B)连接在一起，所述一次性低强度捆绑物是弹性橡胶环或是绳带。
10.一种螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩施工方法，其特征在于，利用权利要求3或4所述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头，方法如下：
1)平整施工场地，按设计要求确定各桩位，并标识；
2)组装成桩用设备，控制装置上端通过上法兰(7-3)与桩机动力头连接，下端通过联接头Ⅱ(7-5)与钻具连接，钻具下端通过联接头Ⅰ(1)与权利要求3或4所述的螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头固定，通过外套(7-6)上的固定板(7-17)将外套(7-6)固定在动力头挂架上，用胶管将芯管(2)内旋转缸(6-1)上的管接头Ⅰ(6-7)与控制装置中的管接头Ⅱ(7-14)连通，将控制装置中的管接头Ⅲ(7-15)与桩机操作室的控制阀相连，混凝土输入泵通过管道与桩机动力头主轴中心孔相连通，混凝土通道出口关闭状态的钻头的钻尖对准桩点位；
3)启动动力头旋转并向下移动，通过钻具带动螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头作向下旋转钻进，钻进过程中，根据地勘资料中各岩土层可压缩性、动力头电流、钻进进尺速度，利用液压或气压来调节钻头芯管(2)内的旋转缸(6-1)的旋转，通过其输出轴带动曲柄(6-3)旋转一定角度，曲柄(6-3)通过连杆(6-4)带动挡土板(6-6)在芯管(2)上的开口(2-3)内作径向移动，通过改变旋转缸(6-1)的旋转方向和旋转角大小，实现挡土板(6-6)的收回和伸出芯管(2)外壁的多少，挡土板(6-6)的伸出阻碍了桩孔底被挤压剥离的残土通过螺旋叶片Ⅱ(4)向螺旋叶片Ⅰ(3)的传输，限制了残土的向上传递量，挡土板(6-6)下方的钻头下部对桩孔底岩土和被阻碍滞留的残土进行直接挤扩成桩孔径，对于可压缩性大的岩土层，挡土板(6-6)的伸出量要大些，绝大部分岩土被挤压到桩孔侧壁，剩余部分岩土被挤压剥离，将沿钻头下部的螺旋叶片Ⅱ(4)上表面由下而上传输，经挡土板(6-6)外缘等到螺旋叶片Ⅰ(3)上表面，再经钻具至桩孔外地表，对于可压缩性小的岩土层，挡土板(6-6)的伸出量要小些或不伸出，实现能挤则挤，不能挤则传，挤土钻进直至桩孔设计标深，原地继续旋转2-5分钟，然后，启动旋转缸(6-1)旋转，使挡土板(6-6)收回；
4)先启动混凝土输送泵，通过混凝土输送管、动力头中心管、钻具内腔向螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩成桩用钻头内腔灌注混凝土，然后慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔里的混凝土打开堵板注入到桩孔底，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩底端段顶设计高度，先停止泵送，再停止提钻及动力头回转，保持钻头和钻具内腔混凝土高度在0.8～2m之间，再启动旋转缸(6-1)旋转，使挡土板(6-6)的伸出量达最大，然后释放动力头下移，待动力头不在继续下行时为止，此时钻头堵板的下面在桩孔内底端压力混凝土的作用下关闭钻头内腔的混凝土通道口，再启动动力头旋转并下移，钻头开始作复挤压桩孔内混凝土的钻进，绝大部分混凝土被挤向桩孔侧和桩孔底，挤压桩孔侧和桩孔底的岩土，增大了被挤压处桩孔侧和桩孔底的岩土的内部空间尺寸，被挤压的混凝土保留在被挤扩大的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤压到挤扩大后的桩底端周岩土里，也进一步挤密了桩底端部岩土层，被挤到桩底端周岩土里的混凝土与桩底端周岩土混合形成高强度混合物层，构成桩底端的复挤密层(202)，复挤混凝土钻进直至桩底设计标深；然后，先泵压灌混凝土至钻具内腔，再慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后的桩端段的岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ(201)段，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩底端段顶设计高度，完成一次桩底端复挤压混凝土的灌注，最终在螺旋挤土复挤密混凝土灌注桩底端形成复挤密层(202)内为混凝土桩Ⅱ(201)的复挤密段(200)；继续慢慢提升旋转的钻头，并灌注混凝土，在复挤密段(200)的上端形成一次挤土桩段(100)；提钻至桩身需复挤密段顶设计高度时，先停止泵压灌，再停止提钻和动力头旋转，保持钻头和钻具内腔混凝土高度在0.8～2m之间，然后释放动力头下移，此时钻头堵板的下面在桩孔内底端压力混凝土的作用下关闭钻头内腔的混凝土通道口，再启动动力头旋转并下移，钻头开始作复挤压桩孔内混凝土的钻进，绝大部分混凝土被挤向桩孔侧，挤压桩孔侧的岩土，增大了被挤压处桩孔侧岩土的内部空间尺寸，被挤压的混凝土保留在被挤扩的岩土桩孔里，同时还有部分混凝土被挤到扩大后桩孔侧的岩土里，也进一步挤密了桩孔侧的岩土层，被挤到桩孔侧岩土里的混凝土与桩孔侧岩土混合形成高强度混合物层，构成桩身上复挤密层(202)，复挤混凝土钻进直至桩身复挤密段(200)设计标深；然后，先泵压灌混凝土至钻具内腔，再慢慢提升继续旋转的钻头，钻头内腔的压力混凝土打开钻头堵板，流入挤密混凝土后所形成的孔内，与被复挤扩后的桩身段的岩土孔腔里的混凝土融为一体，构成混凝土桩Ⅱ(201)段，钻头提升并泵压灌到需复挤密桩身段顶设计高度，完成一次桩身复挤压混凝土的灌注，最终形成在复挤密层(202)内为混凝土桩Ⅱ(201)的复挤密段(200)；继续慢慢提升旋转的钻头，并灌注混凝土，在复挤密段(200)的上端形成一次挤土桩段(100)，如此反复，通常情况下，复挤密段(200)都是在可压缩大的岩土层中进行，根据桩的复挤密段(200)设计要求，复挤密段(200)的施工从桩底端段依次向桩顶段逐段实施，在提钻并压灌过程中，始终保持提钻速度与泵压灌量相匹配，直至桩顶设计标高，启动旋转缸(6-1)旋转，使挡土板(6-6)收回，完成一根桩的灌注施工；
5)根据设计要求，将准备好的钢筋笼(或预制件)置入已灌注好的桩孔内，完成一根内含钢筋笼(或预制件)桩的施工。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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