CN114150673A - 深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩 - Google Patents

Abstract

本发明提供了深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，包括支座和垂直设置在支座上的桩架，所述桩架上滑动连接有动力头，所述动力头下部并排设置有三根搅拌杆，所述动力头内设置有连接三根搅拌杆的换挡变速装置，所述桩架的底端固定设置有与所述搅拌杆相配合的支撑架，所述搅拌杆底部设置有搅拌钻头，搅拌钻头包括连接筒、钻头和钻尖，所述连接筒一端与搅拌杆固定连接，另一端可伸缩设置有钻头，钻头下端部可伸缩设置有钻尖，钻头和钻尖上分别设置有喷口，喷口可隐藏或露出，钻头侧部设置有多个搅拌翼，搅拌翼上设置有可转动的翅片。该发明使得水泥与原有软基土质搅拌混合更加均匀，有利于钻进，避免抱钻，并且避免管路堵塞。

Description

深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩

技术领域

本发明涉及建筑地基施工设备技术领域，尤其涉及深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩。

背景技术

深基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对深基坑侧壁及周边环境采用的支档、加固与保护的措施，在深基坑支护时常用三轴水泥土搅拌桩对软土地基进行处理，包括对地基加固以及止水帷幕施工，利用搅拌桩将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。

目前，三轴水泥土搅拌桩存在的主要问题有以下两点：1)搅拌不均匀，由于软土地基因地而异，因层而异，不可预见性大，因此在施工搅拌中，搅拌翼由于水平设置遇到深层较硬地质时不易钻进，发生故障，粘土颗粒不易搅拌均匀，容易抱钻；2)喷浆不正常，喷浆口裸露在外，使得硬结块及杂物容易从喷浆口进入搅拌轴内部的管路中，造成管路堵塞。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，能够有效解决上述的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，包括支座和垂直设置在支座上的桩架，所述桩架上滑动连接有动力头，所述动力头下部并排设置有三根搅拌杆，所述动力头内设置有连接三根搅拌杆的换挡变速装置，所述桩架的底端固定设置有与所述搅拌杆相配合的支撑架，所述搅拌杆底部设置有搅拌钻头，所述搅拌钻头包括连接筒、钻头和钻尖，所述连接筒一端与搅拌杆固定连接，另一端可伸缩设置有钻头，所述钻头下端部可伸缩设置有钻尖，所述钻头和所述钻尖上分别设置有喷口，所述喷口可隐藏或露出，所述钻头侧部设置有多个搅拌翼，所述搅拌翼上设置有可转动的翅片。

上述设置中换挡变速装置能够改变三根搅拌杆的转动速度，分别对三根搅拌杆实现换挡变速操作，可根据土质情况需要分别对每个搅拌杆进行转速调整，使得水泥与原有软基土质搅拌混合更加均匀，钻尖以及钻头可伸出改变长度，并且搅拌翼翅片可转动，有利于钻进，避免抱钻；钻头和钻尖上的喷口可隐藏，避免裸露在外使得硬结块及杂物容易从喷浆口进入搅拌轴内部的管路中，造成管路堵塞，使得喷浆顺利，该设置可减少三轴水泥搅拌桩在操作中的质量事故。

进一步的，所述动力头内的换挡变速装置包括第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴，第一转轴上固定设置有第一传动齿轮，第二转轴上固定设置有第二传动齿轮，第一转轴和第二转轴之间设置第一中间齿轮，第二转轴和第三转轴之间设置第二中间齿轮，第三转轴上固定设置有第三传动齿轮，第一传动齿轮和第三传动齿轮分别通过第一中间齿轮和第二中间齿轮与第二传动齿轮传动连接，第一转轴、第二转轴和第三转轴上分别固定设置有高速主动齿轮和低速主动齿轮，第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴上分别通过轴承转动设置有高速从动齿轮和低速从动齿轮，高速主动齿轮和高速从动齿轮啮合连接，低速主动齿轮和低速从动齿轮啮合连接，每个输出轴上高速从动齿轮和低速从动齿轮之间设置有换挡机构，第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴轴端分别与三个搅拌杆固定连接。

该换挡变速装置分别对三个输出轴实现档位变化，以对每个搅拌杆输出的扭矩以及速度进行分别调整，形成三个搅拌轴的同速转动或差速转动，根据土质软硬程度变换，保证搅拌的均匀性以及提高混合效率，同时减少搅拌杆的故障产生。

进一步的，所述换挡机构包括齿套、拨叉杆、连杆和气缸，齿套套设在第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴上，与第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴分别通过花键连接，能够沿花键轴向滑动，高速从动齿轮和低速从动齿轮靠近齿套的一侧分别设置有内花键，齿套上设置有啮合齿，高速从动齿轮和低速从动齿轮的内花键分别与齿套上的啮合齿匹配，所述拨叉杆一端连接有拨叉，所述齿套上设置有拨叉槽，拨叉与拨叉槽配合连接，所述拨叉杆另一端与所述连杆垂直连接，所述连杆与所述气缸的活塞杆固定连接，所述气缸的缸体固定设置在动力头内。利用气缸推动齿套沿输出轴往复滑动，使得齿套与高速从动齿轮或低速从动齿轮啮合，从而使转轴输出的扭矩通过高速从动齿轮或低速从动齿轮传递给相应的输出轴，实现不同档位不同速度的变化，结构简单，操作更加便捷。

进一步的，所述动力头内还设置有驱动电机、行星减速器，所述驱动电机与行星减速器传动连接，所述行星减速器与所述第二转轴传动连接。行星减速器能够为多个档位的输出提供较大的扭矩，以便于钻进搅拌。

进一步的，所述钻头上端设置在所述连接筒内，所述钻头上端固定设置有第一凸环，所述连接筒上部内侧固定设置有第一限位环，用于对第一凸环抵接限位，所述连接筒底部设置第一支撑部，第一凸环与第一支撑部之间设置有第一弹簧，所述钻头侧壁开设有上喷口，所述上喷口能够隐藏在所述连接筒内或露出所述连接筒外。

该设置第一支撑部、第一凸环与第一弹簧之间抵接，使得钻头在水泥浆或高压气体压力下伸出连接筒，在第一弹簧作用下回缩，以促使上喷口裸露或隐藏，避免外部杂质或硬结块进入堵塞上喷口或者通过上喷口进入钻头内堵塞管路，第一限位环避免钻头过度回缩影响钻进以及搅拌。

进一步的，所述搅拌杆内部设置有内管，所述内管与所述钻头上端内部插设连接。保证内管的高压水泥浆或气体直接进入钻头内，而避免进入连接筒内影响钻头的伸缩操作。

进一步的，所述钻尖上部设置在所述钻头内，所述钻尖上部固定设置有第二凸环，所述钻头下部设置第二支撑部，所述第二凸环和第二支撑部之间设置第二弹簧，所述钻尖侧壁开设有下喷口，所述下喷口能够隐藏在所述钻头内或露出所述钻头外，所述下喷口下部设置有第二限位环，用于与第二支撑部抵接限位。

该设置第二支撑部、第二凸环与第二弹簧之间抵接，使得钻尖在水泥浆或高压气体压力下伸出连接筒，在第二弹簧作用下回缩，以促使下喷口裸露或隐藏，避免外部杂质或硬结块进入堵塞下喷口或者通过下喷口进入钻尖内堵塞管路，第二限位环避免钻尖过度回缩影响钻进以及搅拌。

进一步的，所述搅拌翼包括翅片、连接座、固定块、挡块和垫块，所述连接座固定在所述钻头侧部，所述翅片与所述连接座铰接，所述连接座上部设置有与所述翅片抵接的限位部，所述固定块固定设置在连接座下部，所述挡块和所述垫块通过螺钉与所述固定块连接，所述挡块与所述翅片下部抵接，所述挡块材料为弹性材料。

如果土质较硬超过了挡块的屈服限度，挡块发生弹性形变，使得翅片发生转动，由水平变为向上倾斜，减少与土壤的摩擦力与作用面积，减少与土壤之间接触阻力，便于向下钻进。

进一步的，所述钻尖上设置有多个螺旋状的刀片。与土质多点接触，单位时间与土壤接触面积小，有助于钻尖钻进。

进一步的，所述第一支撑部和所述第二支撑部分别贴合设置有密封圈。如果钻头和钻尖过度回缩，使得喷口不能被支撑部覆盖，密封圈能够覆盖喷口，避免喷口内的残余水泥浆进入连接筒或进入钻头与钻尖之间的空间内影响第一弹簧或第二弹簧工作，有利于钻头与钻尖顺利移动。

本发明所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，与现有技术相比具有以下优势：

(1)本发明动力头内设置换挡变速装置，可根据土质需要使得三根搅拌杆转动速度和输出扭矩进行分别调整，使得水泥与原有软基土质搅拌混合更加均匀，钻尖可伸出改变长度，并且搅拌翼翅片可转动，当搅拌杆深入钻进时降低与土壤的接触阻力，有利于钻进，避免抱钻，减少搅拌杆故障产生；

(2)本发明钻头和钻尖上的喷口可隐藏，避免裸露在外使得硬结块及杂物容易从喷浆口进入搅拌轴内部的管路中，造成管路堵塞，有利于搅拌过程中维持喷浆以及喷气的正常操作。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩示意图；

图2为本发明实施例所述的动力头和桩架连接结构示意图；

图3为本发明实施例所述的动力头内部结构剖视图；

图4为本发明实施例所述搅拌杆和钻头连接结构局部示意图；

图5为本发明实施例所述搅拌杆和钻头连接局部左视图；

图6为发明实施例搅拌杆和钻头连接剖视图；

图7为本发明图6中A处放大图；

图8为本发明图6中B处放大图；

图9为本发明实施例中第一搅拌翼受阻发生转动示意图；

图10为本发明实施例中第二搅拌翼受阻发生转动示意图。

附图标记说明：

1、支座；11、升降器；2、桩架；21、滑轮组；22、滑道；3、搅拌杆；31、第一法兰；32、法兰连接螺栓；33、螺旋叶片；34、内管； 4、动力头；41、吊架；42、滑块；43、第一转轴；431、第一传动齿轮；432、第一高速主动齿轮；433、第一低速主动齿轮；434、第一中间齿轮；44、第二转轴；441、第二传动齿轮；442、第二高速主动齿轮；443、第二低速主动齿轮；45、第三转轴；451、第三传动齿轮； 452、第三高速主动齿轮；453、第三低速主动齿轮；454、第二中间齿轮；46、第一输出轴；461、第一高速从动齿轮；462、第一低速从动齿轮；463、第一齿套；4631、第一拨叉杆；4632、第一连杆；4633、第一气缸；47、行星减速器；48、第二输出轴；481、第二高速从动齿轮；482、第二低速从动齿轮；483、第二齿套；4831、第二拨叉杆； 4832、第二连杆；4833、第二气缸；49、第三输出轴；491、第三高速从动齿轮；492、第三低速从动齿轮；493、第三齿套；4931、第三拨叉杆；4932、第三连杆；4933、第三气缸；471、驱动电机；5、支撑架；6、搅拌钻头；61、连接筒；611、第二法兰；612、第一限位环； 613、第一弹簧；614、第一密封圈；615、第一支撑部；62、第一搅拌翼；621、第一固定块；622、第一连接座；6221、第一限位部；623、第一翅片；624、第一铰接轴；625、第一螺钉；626、第一垫块；627、第一挡块；63、钻头；631、上喷口；632、延伸部；633、第一凸环； 634、第二弹簧；635、第二密封圈；636、第二支撑部；64、第二搅拌翼；641、第二固定块；642、第二连接座；6421、第二限位部；643、第二翅片；644、第一刀片；645、第二铰接轴；646、第二螺钉；647、第二垫块；648、第二挡块；65、钻尖；651、第二刀片；652、第二限位环；653、下喷口；654、第二凸环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中涉及“第一”、“第二”、“上”、“下”、等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，“上”、“下”以实际安装方位为准。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本发明要求的保护范围之内。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，如图1所示，包括支座 1，该支座1为可移动的履带式承载车，在对深基坑支护施工前，该承载车到达指定作业位置进行施工作业，支座1上安装有控制室、支撑杆，还设置有升降器11；而在该支座1上的一侧上垂直固定安装有桩架2，在该桩架2上端设置有滑轮组21，桩架2远离控制室的一侧滑动连接有动力头4，动力头4上部设置吊架41，吊架41与滑轮组21配合使用，操纵动力头4沿桩架2上下滑动，动力头4下部并排设置有三根搅拌杆3，用于对搅拌杆3进行升降和转动，三根搅拌杆3下部固定连接有搅拌钻头6，三根搅拌杆3直径相等，均为空心管道，外表面设置有螺旋叶片33，两侧的搅拌杆3长度大于中部搅拌杆3的长度，防止下部搅拌钻头6互相干涉，两侧搅拌杆3的螺旋叶片33旋向与中部搅拌杆3的相反，两侧的搅拌杆3用于喷水泥浆，中部搅拌杆3用于喷高压气体，有利于水泥浆与土质混合，桩架2下部固定有与搅拌杆3相配合的支撑架5，三根搅拌杆3穿过支撑架5，支撑架5以保证搅拌杆3的垂直度。

具体的，如图2所示，桩架2远离控制室的一侧固定设置有三个滑道22，滑道22分别固定安装在桩架2的两侧和中间位置，等距设置，滑道22优选材料为槽钢，动力头4相应设置有三个滑块42，滑块42卡入滑道22内沿其上下滑动，该设置使得动力头4与桩架2的连接稳固以及沿桩架2的运动更加平稳，保证搅拌操作的均匀稳定。

进一步的，如图3所示，动力头4内包括换挡变速装置、行星减速器47、驱动电机471，驱动电机471与行星减速器47传动连接，行星减速器47与换挡变速装置传动连接，行星减速器47能够为多个档位的输出提供较大的扭矩，以便于钻进搅拌。

进一步的，动力头4内的换挡变速装置包括第一转轴43、第二转轴44、第三转轴45、第一输出轴46、第二输出轴48和第三输出轴49，第一转轴43上固定设置有第一传动齿轮431，第二转轴44上固定设置有第二传动齿轮441，第二转轴44与行星减速器47传动连接，第一转轴43和第二转轴44之间设置第一中间齿轮434，第二转轴44和第三转轴45之间设置第二中间齿轮454，第三转轴45上固定设置有第三传动齿轮451，第一传动齿轮431和第三传动齿轮451 分别通过第一中间齿轮434和第二中间齿轮454与第二传动齿轮441 传动连接，行星减速器47输出的转速和扭矩分别传递给第一转轴43、第二转轴44和第三转轴45，第一转轴43上固定设置有第一高速主动齿轮432和第一低速主动齿轮433，第二转轴44上固定设置有第二高速主动齿轮442和第二低速主动齿轮443，第三转轴45上固定设置有第三高速主动齿轮452和第三低速主动齿轮453，第一输出轴 46通过轴承转动设置有第一高速从动齿轮461和第一低速从动齿轮 462，第二输出轴48通过轴承转动设置有第二高速从动齿轮481和第二低速从动齿轮482，第三输出轴49上通过轴承转动设置有第三高速从动齿轮491和第三低速从动齿轮492，第一高速主动齿轮432、第二高速主动齿轮442、第三高速主动齿轮452分别和第一高速从动齿轮461、第二高速从动齿轮481、第三高速从动齿轮491啮合连接，第一低速主动齿轮433、第二低速主动齿轮443、第三低速主动齿轮 453分别和第一低速从动齿轮462、第二低速从动齿轮482、第三低速从动齿轮492啮合连接，三个高速从动齿轮和三个低速从动齿轮之间均设置有换挡机构，第一输出轴46、第二输出轴48和第三输出轴 49轴端分别与三个搅拌杆3固定连接，换挡机构能够对三个输出轴的速度进行更换调整，以实现三个搅拌杆3的速度以及扭矩进行变换，形成三个搅拌轴的同速转动或差速转动，根据土质软硬程度变换，保证搅拌的均匀性以及提高混合效率，同时减少搅拌杆3的故障产生，第一中间齿轮434和第二中间齿轮454起到传动作用的同时还分别增加第一转轴43、第三转轴45与第二转轴44的距离，使得三个搅拌杆3产生较大间隔距离，防止下部搅拌钻头6发生碰撞。

进一步的，换挡机构包括齿套、拨叉杆、连杆和气缸，第一输出轴46上套设有第一齿套463，第一高速从动齿轮461和第一低速从动齿轮462之间的轴段设置有外花键，第一齿套463对应设置内花键，通过花键与第一输出轴46连接，并通过花键沿轴向滑动，第一高速从动齿轮461和第一低速从动齿轮462靠近第一齿套463的一侧分别设置有侧花键，第一齿套463上设置有啮合齿，第一高速从动齿轮461和第一低速从动齿轮462的侧花键分别与啮合齿匹配，第一齿套463滑动到第一高速从动齿轮461处与其啮合时，第一转轴43 通过第一高速主动齿轮432、第一高速从动齿轮461与第一输出轴46 传动连接，搅拌轴3以较高速度旋转，第一齿套463滑动到第一低速从动齿轮462处与其啮合时，第一转轴43通过第一低速主动齿轮433、第一低速从动齿轮462与第一输出轴46传动连接，搅拌轴以较低速度旋转，第一高速主动齿轮432与第一高速从动齿轮461的齿数比为 20:41，第一输出轴46高速挡输出80～160转/分的转速，第一低速主动齿轮433、第一低速从动齿轮462齿数比为13:48，第一输出轴46 低速挡输出10～50转/分的转速，第一拨叉杆4631一端连接有拨叉，第一齿套463上设置有拨叉槽，拨叉为半环状，拨叉槽为环状，拨叉与拨叉槽配合连接，拨叉能够拨动齿套沿轴向移动，不影响齿套转动，第一拨叉杆4631另一端与第一连杆4632垂直连接，第一连杆4632 与第一气缸4633的活塞杆固定连接，第一气缸4633的缸体固定设置在动力头4内，第一气缸4633为双向气缸，驱动活塞杆带动第一连杆4632以及第一拨叉杆4631往复直线移动，使得第一齿套463滑动换挡；第二输出轴48上套设有第二齿套483，第二拨叉杆4831一端连接有拨叉，第二齿套483上设置有拨叉槽，拨叉为半环状，拨叉槽为环状，拨叉与拨叉槽配合连接，第二拨叉杆4831另一端与第二连杆4832垂直连接，第二连杆4832与第二气缸4833的活塞杆固定连接；第二气缸4833的缸体固定在动力头4内，第二齿套483在第二输出轴48上的设置方位、连接方式以及运动方式与第一齿套463相同；第三输出轴49上套设有第三齿套493，第三拨叉杆4931一端连接有拨叉，第三齿套493上设置有拨叉槽，拨叉为半环状，拨叉槽为环状，拨叉与拨叉槽配合连接，第三拨叉杆4931另一端与第三连杆 4932垂直连接，第三连杆4932与第三气缸4933的活塞杆固定连接，第三气缸4933的缸体固定在动力头4内；第三齿套493在第三输出轴49上的设置方位、连接方式以及运动方式与第一齿套463相同，第二高速主动齿轮442、第三高速主动齿轮452和第一高速主动齿轮 432相同，第二高速从动齿轮481、第三高速从动齿轮491与第一高速从动齿轮461相同，第一低速主动齿轮433、第二低速主动齿轮443、第三低速主动齿轮453相同，第一低速从动齿轮462、第二低速从动齿轮482、第三低速从动齿轮492相同，第二气缸4833和第三气缸 4933设置同第一气缸4633；利用气缸推动齿套沿输出轴往复滑动，使得齿套与高速从动齿轮或低速从动齿轮啮合，从而使转轴输出的扭矩通过高速从动齿轮或低速从动齿轮传递给相应的输出轴，每个输出轴分别实现不同档位不同速度的变化，结构简单，操作便捷，气缸优选通过电磁阀与控制器连接，采用电气驱动档位更换，操作更加便捷；例如，三个搅拌杆3在硬质土质情况下搅拌时，可采用较低速度的旋转，增大扭矩，降低转速，减少搅拌钻头6事故的产生，在软质土质情况下搅拌时，可采用较高速度的旋转，降低扭矩，增加转速，增加搅拌效率；又例如在搅拌杆3再次下降喷浆或喷气搅拌时，两侧搅拌杆3喷浆采用较低速度，增加了一次搅拌过程中水泥浆喷浆量，中部搅拌杆3喷气搅拌采用较高速度，喷出的气体逆向翻转，有利于水泥浆与土质充分翻转搅拌，充分混合。

进一步的，如图5至图9所示，搅拌杆3底部设置有搅拌钻头 6，搅拌钻头6包括连接筒61、钻头63和钻尖65，连接筒61一端与搅拌杆3固定连接，另一端可伸缩设置有钻头63，所述钻头63下端部可伸缩设置有钻尖65。

进一步的，搅拌杆3底部设置第一法兰31，搅拌杆3内部设置有内管34，用于通入水泥浆或高压气体，连接筒61上部设置第二法兰611，第一法兰31和第二法兰611对齐通过法兰连接螺栓32固定连接，连接筒61底部设置第一支撑部615，连接筒61内贴合第一支撑部615设置有第一密封圈614，连接筒61上部设置固定设置有第一限位环612，第一限位环612设置在第二法兰611内侧，钻头63上端设置在连接筒61内，钻头63上部固定设置有第一凸环633，第一凸环633与第一支撑部615之间设置有第一弹簧613，第一凸环633 上端面能够与第一限位环612抵接限位，防止钻头63过度上移影响钻进以及搅拌操作，钻头63上端设置有延伸部632，延伸部632内部插接内管34，使得水泥浆或高压气体直接经内管34进入钻头63内部，防止进入连接筒61内影响钻头63伸缩移动，内管34还对钻头63起到导向支撑作用，防止钻头63偏斜，钻头63侧壁开设有上喷口631，上喷口631能够隐藏在连接筒61内或露出连接筒61外；

具体的在钻头63自然状态下上喷口631隐藏在第一支撑部615 处，由第一支撑部615的内表面覆盖，在水泥浆受压喷射或者高压气体喷射时，促使钻头63沿连接筒61向下伸出，上喷口631露出连接筒61外，停止喷浆或喷气后，在第一弹簧613的作用下，钻头63沿连接筒61向上缩进，上喷口631复位，设置第一密封圈614，为了遮挡上喷口631，防止上喷口631回缩过度，将喷口内少量水泥浆带入连接筒61内，影响第一弹簧613的使用，该设置防止了非喷浆或喷气进行搅拌时，硬结块或杂物进入上喷口631内发生堵塞，影响喷浆连贯性与均匀性，并且第一支撑部615还能对上喷口631处的水泥浆或泥土进行刮擦清理。

进一步的，钻尖65上部设置在钻头63内，钻尖65上部固定设置有第二凸环654，钻头63下部设置第二支撑部636，第二凸环654 和第二支撑部636之间设置第二弹簧634，钻尖65侧壁开设有下喷口653，下喷口653能够隐藏在钻头63内或露出钻头63外，下喷口653下部设置有第二限位环652，用于与第二支撑部636抵接限位，钻头63内贴合第二支撑部636设置有第二密封圈635；

具体的在钻尖65自然状态下下喷口653隐藏在第二支撑部636 处，由第二支撑部636的内表面覆盖，在水泥浆受压喷射或者高压气体喷射时，促使钻尖65沿钻头63向下伸出，下喷口653露出钻头63 外，停止喷浆或喷气后，在第二弹簧634的作用下，钻尖65沿钻头63向上缩进，下喷口653复位，设置第二密封圈635，为了遮挡下喷口653，防止下喷口653回缩过度，将喷口内少量水泥浆带入钻头63 与钻尖65之间的空间内，影响第二弹簧634的使用，该设置防止了非喷浆或喷气进行搅拌时，硬结块或杂物进入下喷口653内发生堵塞，影响喷浆连贯性与均匀性，并且第二支撑部636还能对下喷口 653处的水泥浆或泥土进行刮擦清理。

上喷口631和下喷口653设置是为了在不同的搅拌位置喷射水泥浆或者高压气体，使得水泥与土质混合更加均匀，提升混合搅拌的效率。钻尖65底部为封闭式，所以搅拌杆3内水泥浆或者高压气体产生的冲击力能够使得钻尖65下移，冲击力够大时能够使得钻头63下移，调整水泥浆或高压气体的压力可以选择使用上喷口631和下喷口653，钻尖65底部还设置有多个螺旋状的第二刀片651，螺旋状的第二刀片651通过螺栓固定在钻尖65上，便于更换刀片651。

进一步的，钻头63侧壁上设置有多个搅拌翼，包括第一搅拌翼 62和第二搅拌翼64，第一搅拌翼62设置有两组，每组包括两个，对称设置在钻头63的侧壁上，两组第一搅拌翼62交错设置在钻头63 侧壁上，第二搅拌翼64设置有一组，包括两个，对称设置在第一搅拌翼62下部，增大搅拌效率；

具体的，第一搅拌翼62包括第一翅片623、第一连接座622、第一固定块621、第一挡块627和第一垫块626，第一连接座622固定在钻头63侧部，固定方式为焊接，第一翅片623为长杆形，与第一连接座622通过第一铰接轴624铰接，第一连接座622为倒置的U 形，上部设置有与第一翅片623抵接的第一限位部6221，防止第一翅片623向下转动发生倾斜，第一固定块621固定设置在第一连接座 622下部，为焊接连接，第一挡块627和第一垫块626通过第一螺钉 625与第一固定块621连接，第一挡块627与第一翅片623下部抵接，第一挡块627材料为弹性材料，在搅拌钻头6向下钻进时，如图 10所示，如果土质较硬超过了第一挡块627的屈服限度，第一挡块 627发生弹性形变，使得第一翅片623发生转动，使得第一搅拌翼62由水平变为向上倾斜，减少与土壤的摩擦力与作用面积，减少与土壤之间接触阻力，便于向下钻进。

第一固定块621和第一垫块626不与第一翅片623接触，防止对第一翅片623转动时发生干涉，并且能够对第一挡块627进行限位，防止其过度变形，以保证第一翅片623发生较小角度的转动，避免过度转动影响搅拌操作。

具体的，第二搅拌翼64包括第二翅片643、第二连接座642、第二固定块641、第二挡块648和第二垫块647，第二连接座642固定在钻头63侧部，固定方式为焊接，第二翅片643为长板形，下部固定有多个第一刀片644，增大钻进力，第二翅片643与第二连接座642 通过第二铰接轴645铰接，第二连接座642为倒置的U形，上部设置有与第二翅片643抵接的第二限位部6421，防止第二翅片643向下转动发生倾斜，第二固定块641固定设置在第二连接座642下部，为焊接连接，第二挡块648和第二垫块647通过第二螺钉646与第二固定块641连接，第二挡块648与第二翅片643下部抵接，第二挡块 648材料为弹性材料，在搅拌钻头6向下钻进时，如图10所示，如果土质较硬超过了第二挡块648的屈服限度，第二挡块648发生弹性形变，使得第二翅片643发生转动，使得第二搅拌翼64由水平变为向上倾斜，减少钻进阻力，便于向下钻进。

第二固定块641和第二垫块647不与第二翅片643接触，防止对第二翅片643转动时发生干涉，并且能够对第二挡块648进行限位，防止其过度变形，以保证第二翅片643发生较小角度的转动，避免过度转动影响搅拌操作。

在搅拌钻头6进行组装时，首先将钻头63内放入第二密封圈635 和第二弹簧634，钻尖65从钻头63上部放入钻头63内，钻尖65下部从第二支撑部636处伸出，固定好第二限位环652，第二限位环652 螺接于钻尖65外侧，将连接筒61内放入第一密封圈614和第一弹簧613，从钻头63下部向上套入，在连接筒61内螺接设置第一限位环 612，连接好钻尖65、钻头63与连接筒61后，再将第一搅拌翼62和第二搅拌翼64安装在钻头63外侧，将第二刀片651固定安装到钻尖 65下部即可，然后将搅拌钻头6通过连接筒61与搅拌杆3下部固定连接。

组装好支座1后，将动力头4的滑块42卡入桩架2上的滑道22 中，将上述带有搅拌钻头6的搅拌杆3穿过支撑架5安装到动力头4 上，连接吊架41与滑轮组21，使得动力头4能够驱动搅拌杆3工作。

上述搅拌杆3向下钻进同时开动高压注浆泵和空压机，在水泥浆与气体压力下，钻尖65向下伸出，使得下喷口653裸露工作，两侧搅拌钻头6的下喷口653喷浆，中部搅拌钻头6的下喷口653喷气，边旋喷边搅拌，钻进至设计标高，可根据工作情况选择增大高压注浆泵和空压机压力，使得钻头63向下伸出，上喷口631裸露工作，增大混合效率，根据土质情况选择三个搅拌杆3同速转动，或差速转动，使得中间搅拌杆3转动速度大于两侧搅拌杆3的转动速度，在高压气体的快速冲击下，翻搅混合的效果更好，在深层较硬土质中，钻进阻力超过第一挡块627和第二挡块648的屈服限度，使得第一挡块627 和第二挡块648发生形变，第一翅片623与第二翅片643转动角度，向上倾斜，以降低钻具与土壤之间的相对阻力，有助于钻进操作。

搅拌杆3钻至设计深度后，原地喷射搅拌时间不少于60s，按试验提升速度提升搅拌杆3，在提升的同时进行旋喷和搅拌，至设计标高时停止泵送水泥浆和搅拌。要保证设备运转正常，输浆管路畅通，供浆正常。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，包括支座和垂直设置在支座上的桩架，其特征在于：所述桩架上滑动连接有动力头，所述动力头下部并排设置有三根搅拌杆，所述动力头内设置有连接三根搅拌杆的换挡变速装置，所述桩架的底端固定设置有与所述搅拌杆相配合的支撑架，所述搅拌杆底部设置有搅拌钻头，所述搅拌钻头包括连接筒、钻头和钻尖，所述连接筒一端与搅拌杆固定连接，另一端可伸缩设置有钻头，所述钻头下端部可伸缩设置有钻尖，所述钻头和所述钻尖上分别设置有喷口，所述喷口可隐藏或露出，所述钻头侧部设置有多个搅拌翼，所述搅拌翼上设置有可转动的翅片。

2.根据权利要求1所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述动力头内的换挡变速装置包括第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴，第一转轴上固定设置有第一传动齿轮，第二转轴上固定设置有第二传动齿轮，第一转轴和第二转轴之间设置第一中间齿轮，第二转轴和第三转轴之间设置第二中间齿轮，第三转轴上固定设置有第三传动齿轮，第一传动齿轮和第三传动齿轮分别通过第一中间齿轮和第二中间齿轮与第二传动齿轮传动连接，第一转轴、第二转轴和第三转轴上分别固定设置有高速主动齿轮和低速主动齿轮，第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴上分别通过轴承转动设置有高速从动齿轮和低速从动齿轮，高速主动齿轮和高速从动齿轮啮合连接，低速主动齿轮和低速从动齿轮啮合连接，每个输出轴上高速从动齿轮和低速从动齿轮之间设置有换挡机构，第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴轴端分别与三个搅拌杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述换挡机构包括齿套、拨叉杆、连杆和气缸，齿套套设在第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴上，与第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴分别通过花键连接，能够沿花键轴向滑动，高速从动齿轮和低速从动齿轮靠近齿套的一侧分别设置有内花键，齿套上设置有啮合齿，高速从动齿轮和低速从动齿轮的内花键分别与齿套上的啮合齿匹配，所述拨叉杆一端连接有拨叉，所述齿套上设置有拨叉槽，拨叉与拨叉槽配合连接，所述拨叉杆另一端与所述连杆垂直连接，所述连杆与所述气缸的活塞杆固定连接，所述气缸的缸体固定设置在动力头内。

4.根据权利要求3所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述动力头内还设置有驱动电机、行星减速器，所述驱动电机与行星减速器传动连接，所述行星减速器与所述第二转轴传动连接。

5.根据权利要求1所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述钻头上端设置在所述连接筒内，所述钻头上端固定设置有第一凸环，所述连接筒上部内侧固定设置有第一限位环，用于对第一凸环抵接限位，所述连接筒底部设置第一支撑部，第一凸环与第一支撑部之间设置有第一弹簧，所述钻头侧壁开设有上喷口，所述上喷口能够隐藏在所述连接筒内或露出所述连接筒外。

6.根据权利要求5所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述搅拌杆内部设置有内管，所述内管与所述钻头上端内部插设连接。

7.根据权利要求6所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述钻尖上部设置在所述钻头内，所述钻尖上部固定设置有第二凸环，所述钻头下部设置第二支撑部，所述第二凸环和第二支撑部之间设置第二弹簧，所述钻尖侧壁开设有下喷口，所述下喷口能够隐藏在所述钻头内或露出所述钻头外 ，所述下喷口下部设置有第二限位环，用于与第二支撑部抵接限位。

8.根据权利要求7所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述搅拌翼包括翅片、连接座、固定块、挡块和垫块，所述连接座固定在所述钻头侧部，所述翅片与所述连接座铰接，所述连接座上部设置有与所述翅片抵接的限位部，所述固定块固定设置在连接座下部，所述挡块和所述垫块通过螺钉与所述固定块连接，所述挡块与所述翅片下部抵接，所述挡块材料为弹性材料。

9.根据权利要求8所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述钻尖上设置有多个螺旋状的刀片。

10.根据权利要求9所述的深基坑支护中应用的三轴水泥土搅拌桩，其特征在于：所述第一支撑部和所述第二支撑部分别贴合设置有密封圈。

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