CN112627174A - 一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其钻杆是双层结构，内层钻杆的下端设置有搅拌轴和钻头，外层钻杆与搅拌罩相连；外层搅拌齿布置在一个园柱状镂空搅拌罩上，内层搅拌齿布置在中空的搅拌轴上；内外双层搅拌齿在空间上内呈相互错位布置并相互咬合；搅拌罩罩住内层的搅拌轴；在搅拌轴的上部布置一个顶喷浆口，在钻头处布置一个底喷浆口。通过高效破碎岩土颗粒并与土体硬化剂浆液充分的搅拌混合形成流态的硬化土。该专利具有绿色、环保和安全可靠的社会效益，同时能降，低造价和缩短工期，具有重大的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是用于地基加固、劲性复合桩及止水帷幕施工的单轴深搅桩钻具。
背景技术
在建筑工程中中，单轴深搅桩作为主要的软土地基加固处理和劲性复合桩的外围桩，被普遍使用。但是单轴深搅桩通过搅拌叶片来切割和搅拌地层土时，位于搅拌叶片之间的土体，尤其是粘性土，常常与叶片粘结紧密并包裹搅拌叶片而无法被切割破碎，并使其与土体固化剂浆液(如水泥浆液)之间混合困难，导致深搅桩体的均匀性和质量出现较大问题。
对于周边环境高度敏感区域，采用常规的深搅桩或旋喷桩加固时，搅拌叶片旋转切割地层将对周边地层产生较大扰动，引起周边建筑物或构筑物的沉降及倾斜，这是由于搅拌叶片或旋喷射流切割孔壁地层时，会引起桩径外一定范围(3倍桩径)的地层被扰动。
此外，常规单轴深搅桩桩或旋喷桩的钻杆直径较小，刚度也较小。当轴向加压旋转时，会出现弯曲或摆动现象，导致制成的深搅桩或旋喷桩的垂直度较低。对于劲性复合桩来说，当深搅桩的垂直度较低时，插入预制桩的垂直度也将难以达到设计要求，这将产生严重的成桩质量问题。
另外，钻杆的刚度与钻杆的重量一直是一对矛盾体，施工设备需要较轻的钻杆重量，同时要有较高的钻杆的刚度，并能承载较高的轴向压力。常规的单轴深搅桩钻杆与桩架之间没有有效的约束导向，当钻杆较长时，就会发生弯曲和摆动现象，导致成桩的垂直度降低。
因此，工程界亟需发明一种单轴深搅桩的钻具，具有多轴深搅桩的特点，搅拌叶片相互咬合切割，能将土层充分切割破碎，并具有较高的钻杆刚度，同时有较好的垂直导向性，并能克服常规深搅桩施工出现的泥土包裹叶片的缺陷，加快施工速度，实现深搅桩桩体质量有一个质的飞跃！
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有单轴深搅桩身质量缺陷、施工过程对邻近地层扰动大等难题，又能降低工程造价和减少对周边环境影响，提供一种新型的单轴深搅桩钻具。
为达到上述目的，本专利采用的技术方案是：
所述一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其钻杆是双层结构，内层钻杆的下端连接有搅拌轴和钻头，外层钻杆与搅拌罩相连。
所述的钻头安装在搅拌轴的下部，钻头上分布园锥齿，钻头的外径不小于搅拌罩的外径。
所述的搅拌轴呈中空结构，外侧分布多层搅拌齿；
所述的搅拌罩上安装有搅拌齿；搅拌罩罩住内层的搅拌轴；
所述的搅拌罩是由三根及以上的纵向筋均布在罩的四周，沿纵向筋按一定间距分布园环筋，类似于鸟笼，在纵、环筋上布置有搅拌齿，并与内层搅拌轴上的搅拌齿呈咬合式分布。
所述的搅拌齿分布于搅拌罩上和内层搅拌轴上，并错位布置，在空间上呈相互咬合状态；
所述的外层钻杆不动，内层钻杆转动，在搅拌罩内，内层搅拌齿与搅拌罩上分布的搅拌齿相互切割破碎地层，同时将硬化剂浆液与破碎的岩土颗粒搅拌混合均匀形成流态硬化土。
所述的外层钻杆向左转动，内层钻杆向右转动，在搅拌罩内，内层搅拌齿与搅拌罩上分布的搅拌齿相互切割破碎地层，同时将硬化剂浆液与破碎的岩土颗粒搅拌混合均匀形成流态硬化土。
所述的底喷浆口分布在钻头位置，用于向下钻孔时喷浆，使喷出的浆液在搅拌齿经过时与地基土搅拌混合均匀。
所述的顶喷浆口设置在搅拌齿的顶部，用于提钻搅拌时喷浆，使喷出的浆液在搅拌齿经过时与地基土搅拌混合均匀。
所述的二种喷浆方式是顶喷浆和底喷浆，向下钻孔时，底喷浆口工作，顶喷浆口关闭；上提钻杆时，顶喷浆口工作，底喷浆口关闭；硬化剂浆液是通过中空钻杆和中空搅拌轴内的输送管输送的。
所述的搅拌罩能将切割破碎的地基土与外围地层隔离，减少了切割破碎地基土和搅拌混合形成流态固化土时的阻力，同时也减少了对外围地层的扰动。
所述的流态硬化土的胶凝剂为水泥或由工业固废制备的土体硬化剂。
有益效果：这种单轴深搅桩钻具能大大提高对土层的切割破碎效率，搅拌罩屏蔽了搅拌齿对地层的扰动。同时，顶部喷浆口的布置提高了喷浆及与土颗粒混合的效率。具有深搅桩体质量可靠，对地层扰动小等特点，从而实现单轴深搅桩的施工技术进步，具有降低成本和环保的优势。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1内搅拌轴结构示意图。
图2外层搅拌罩结构示意图。
图3具有双层搅拌齿的搅拌轴装配结构示意图。
图4搅拌罩不动与搅拌轴转动切割岩土颗粒的工作示意图。
图5搅拌罩与搅拌轴相对转动切割岩土颗粒的工作示意图
图中：1—搅拌轴，11—中空钻杆，12—内搅拌齿，13—-顶喷浆口，14—底喷浆口，15—连接端，2—外钻杆，3—搅拌罩，31—竖向筋，32—环向筋，33—-外搅拌齿，34—锥形罩，4—钻头。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利。
从图1、2可以看出搅拌轴1连接在中空钻杆11的下部，在搅拌轴1的下端连接着一个钻头4，在搅拌轴1的上部设置了一个顶喷浆口13，在下部设置了一个底喷浆口14。在搅拌轴1上分布有多排的内搅拌齿12。与中空钻杆11的外钻杆2相连的是一个搅拌罩3。搅拌罩3是由竖向筋31和环向筋32及分布在上面的搅拌齿33所组成，形成一个上下呈锥形的园柱形罩34。
图3所示为双层搅拌齿的搅拌轴装配结构示意图。从图3可以看出，当外层的搅拌罩3不动，内层的搅拌轴1与钻杆一起转动时，分布在搅拌轴1上的内搅拌齿12，切割并破碎岩土块。同时安装在搅拌罩3上的外层搅拌齿33与内搅拌齿12发生一个相对运动，由于外层搅拌齿33与内搅拌齿12是相互咬合状态，从而将充满于搅拌齿内的岩土给予破碎，相互刮除粘附于搅拌齿上的岩土体并破碎，如图4所示。
当外层的搅拌罩3顺时针转动，内层的搅拌轴1与钻杆一起逆时针转动时，分布在搅拌轴1上的内搅拌齿12，切割并破碎岩土块。同时安装在搅拌罩3上的外层搅拌齿33与内搅拌齿12发生一个相对运动，由于外层搅拌齿33与内搅拌齿12是相互咬合状态，从而将充满于搅拌齿内的岩土给予破碎，同时也相互刮除粘附于搅拌齿上的岩土体并破碎，如图5所示。
实例一、隔离钻孔外地层减少扰动的深搅桩施工方法
传统搅拌桩的搅拌齿在切割和破碎地层时，对钻孔外的地层仍有较大的扰动，从而影响了搅拌桩附近的建筑设施。采用本发明的单轴搅拌桩钻具，外层的搅拌罩3能将钻孔内的破碎土体与钻孔外的地层隔离，内层的搅拌轴1与钻杆一起转动时，分布在搅拌轴1上的搅拌齿12是在搅拌罩3的内部旋转，这样切割并破碎岩土块对钻孔外地层的扰动给大大地减少。
实例二、底喷浆减少钻进阻力与顶喷浆充分混合的深搅桩施工方法
搅拌轴1下端连接着一个钻头4，在下部设置了一个底喷浆口14，当下钻钻进时，底喷浆口14喷射浆液，及时给钻头润滑，减少了钻进过程的阻力。同时，喷射的浆液在钻进过程中遇到的内搅拌齿12和外搅拌齿33，给予拌合，使土体固化剂(浆液)与破碎的岩土颗粒混合于一起。
上提钻杆时，顶喷浆口13开始喷浆，喷射的浆液在钻进过程中遇到的内搅拌齿12和外搅拌齿33，给予拌合，使土体固化剂(浆液)与破碎的岩土颗粒混合于一起，通过分散式喷浆(相对于传统的仅有底喷浆口喷浆)，使浆液喷散时间长，喷浆更均匀才能使浆液与岩土颗粒的混合更均匀，也使深搅桩的桩身固化土体更均匀。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是，钻杆是双层结构，内层钻杆的下端设置有搅拌轴和钻头，外层钻杆与搅拌罩相连；外层搅拌齿布置在一个园柱状镂空搅拌罩上，内层搅拌齿布置在中空的搅拌轴上；内外双层搅拌齿在空间上内呈相互错位布置并相互咬合；搅拌罩罩住内层的搅拌轴；在搅拌轴的上部布置一个顶喷浆口，在钻头处布置一个底喷浆口。
2.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是，搅拌罩与外层钻杆不动，内层钻杆和搅拌轴转动，在搅拌罩内，内层搅拌齿与搅拌罩上安装的外层搅拌齿相互切割破碎岩土颗粒，同时将固化剂浆液与破碎的岩土颗粒搅拌混合均匀形成流态硬化土。
3.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是，搅拌罩和外层钻杆向左转动，内层钻杆向右转动，在搅拌罩内，内层搅拌齿与搅拌罩上安装的外层搅拌齿相对转动，切割并破碎岩土颗粒，同时将固化剂浆液与破碎的岩土颗粒搅拌混合均匀形成流态硬化土。
4.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是钻头位置分布一个底喷浆口，用于向下钻孔时喷浆，使喷出的浆液在搅拌齿经过时与地基土搅拌混合均匀。
5.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是顶喷浆口设置在搅拌齿的顶部，用于提钻搅拌时喷浆，使喷出的浆液在搅拌齿经过时与地基土搅拌混合均匀。
6.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是搅拌罩是由三根及以上的纵向筋均布在罩的四周，沿纵向筋按一定间距分布园环筋，类似于鸟笼，在纵、环筋上布置有搅拌齿，并与内层搅拌轴上的搅拌齿呈咬合式分布。
7.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是钻头安装在搅拌轴的下部，钻头上分布园锥齿，钻头的外径不小于搅拌罩的外径。
8.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是有顶喷浆和底喷浆二种喷浆方式，向下钻孔时，底喷浆口工作，顶喷浆口关闭；上提钻杆时，顶喷浆口工作，底喷浆口关闭；硬化剂浆液是通过中空钻杆和中空搅拌轴内的输送管输送的。
9.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是，搅拌罩将切割破碎的地基土与外围地层隔离，减少了切割破碎地基土和搅拌混合形成流态固化土时的阻力，同时也减少了对外围地层的扰动。
10.根据权利要求1所述的一种具有内外双层搅拌齿的单轴深搅桩钻具，其特征是，流态硬化土的胶凝剂为水泥或由工业固废制备的土体硬化剂。
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| WO2022057437A1 (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 上海强劲地基工程股份有限公司 | 带有搅拌笼的搅拌桩施工设备 |
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