CN201714304U - 可加长的双向螺旋挤扩钻头 - Google Patents

Abstract

可加长的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆，连接杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体、封闭挤扩体和反向挤扩体，反向挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤扩体的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片，封闭挤扩体为圆柱体，下螺旋挤扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，下螺旋挤扩体的底端与螺旋钻进体的顶端相连，下螺旋挤扩体和螺旋钻进体的外侧壁上设有旋向与上螺旋挤扩叶片的旋向相反的下螺旋挤扩叶片，螺旋钻进体为中空的圆柱体，螺旋钻进体的底端设有钻尖。其目的在于提供一种钻进动力消耗更少、钻进效率更高、能够在较厚硬粘土层或密实砂土层中施工作业的可加长的双向螺旋挤扩钻头。

Description

可加长的双向螺旋挤扩钻头

技术领域

本实用新型涉及一种应用于土木工程领域的可加长的双向螺旋挤扩钻头。

背景技术

2007年，中国京冶工程技术有限公司的发明专利“双向螺旋挤扩桩施工方法及双向螺旋封闭挤扩钻头”及其名称为“双向螺旋封闭挤扩钻头”的实用新型专利，公开了如下的技术方案：

双向螺旋封闭挤扩钻头，包括中空的连接杆，在连接杆的顶端设有连接法兰盘，其底端设有钻尖，所述连接杆的下部从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体、封闭挤扩体和动密封挤扩体，所述动密封挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，动密封挤扩体的外侧壁设有左旋的动密封螺旋挤扩叶片，所述封闭挤扩体为圆柱体，下螺旋挤扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，下螺旋挤扩体的外侧壁设有右旋的下螺旋挤扩叶片，动密封螺旋挤扩叶片和所述下螺旋挤扩叶片的外径小于或等于所述封闭挤扩体的外径。

但是，在螺旋挤土灌注桩施工中发现，如果采用上述双向螺旋封闭挤扩钻头，不能高效穿越较厚的硬粘土层或密实的砂土层，这不仅增加了动力消耗，降低了钻进效率，也影响成桩深度，由此限制了螺旋挤土灌注桩的使用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钻进动力消耗更少、钻进效率更高、能够在较厚硬粘土层或较厚密实砂土层中施工作业的可加长的双向螺旋挤扩钻头。

本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆，连接杆的顶端设有连接法兰盘，连接杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体、封闭挤扩体和反向挤扩体，所述反向挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤扩体的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片，所述封闭挤扩体为圆柱体，所述下螺旋挤扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，所述下螺旋挤扩体的底端与螺旋钻进体的顶端相连，下螺旋挤扩体和所述螺旋钻进体的外侧壁上设有旋向与所述上螺旋挤扩叶片的旋向相反的下螺旋挤扩叶片，螺旋钻进体为中空的圆柱体，螺旋钻进体的底端设有钻尖。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中所述螺旋钻进体采用一节或多节中空的圆柱体串接组成，多节的中空圆柱体可为等直径，也可为自下而上直径逐渐增大，圆柱体之间采用螺栓连接或采用焊接相连，所述螺旋钻进体的顶端与所述下螺旋挤扩体的底端采用螺栓连接或采用焊接相连。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中所述螺旋钻进体的直径等于或小于所述下螺旋挤扩体底端的直径。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中所述封闭挤扩体的直径与所述反向挤扩体底端的直径相等，所述下螺旋挤扩体顶端的直径与所述封闭挤扩体的直径相等，所述下螺旋挤扩叶片和上螺旋挤扩叶片的外径小于或等于所述封闭挤扩体的外径。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中所述下螺旋挤扩叶片的螺距为等螺距，其等螺距S的数学表达式为：

S＝α₁·D_max

式中，

S  -螺距，长度单位mm；

α₁-等螺距的计算系数，其取值范围为0.5～1.2；

D_max-封闭挤扩体(4)的外径，长度单位mm；

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中在所述下螺旋挤扩叶片的起始位置同平面内转过180°处设置半圈副螺旋叶片，副螺旋叶片的旋转方向和螺矩与下螺旋挤扩叶片相同，所述下螺旋挤扩叶片和所述上螺旋挤扩叶片的横截面为变截面四边形，其根部厚度大于或等于顶部厚度，所述上螺旋挤扩体叶片的外径比所述下螺旋挤扩叶片的外径小的范围在100mm以内。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中在所述下螺旋挤扩叶片的底端和所述半圈副螺旋叶片的底端分别安装有多个合金钻齿。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中所述钻尖为连接式活门钻尖，在钻尖的底部设有压灌桩材的单向活门，单向活门通过铰链与螺旋钻进体连接。

本实用新型可加长的双向螺旋挤扩钻头，其中所述钻尖的下斜边上焊接固定有多个合金钻齿。

本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头，是在现有技术的基础之上改进了钻头的结构，其螺旋钻进体部分有输送土体的作用，可把位于螺旋钻进体侧壁及下部的被旋钻出来的土体，通过下螺旋挤扩叶片输送至下螺旋挤扩体，随后逐步被下螺旋挤扩体挤入桩孔的侧壁中或被挤向封闭体扩体的下端，最后被封闭挤扩体挤入桩孔的侧壁中，从而突破了双向螺旋封闭挤扩钻头难以穿越密实硬粘土层或较厚砂层的局限性，故与现有的双向螺旋封闭挤扩钻头相比，在同样动力条件下，本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头具有更强的成孔能力，具有更广的地层适应性，扩展了螺旋挤土灌注桩施工方法的使用范围，由于可加长的双向螺旋挤扩钻头能够在进钻和提钻时双向将桩孔中的土体挤压到桩孔的侧壁中，故能够在成桩过程中避免某些非挤土桩施工中所出现的桩孔坍塌、泥浆护壁、桩底沉渣过厚和桩孔排土所引起的桩周土体应力释放所导致的土体向孔内的位移与强度衰减。在同样地层、同样桩径和同样桩长条件下，与钻孔桩、冲孔桩、旋挖桩或CFA桩等常用工程桩型相比，采用本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头施工完成的圆柱形挤扩桩具有承载力更高、沉降量更小、成本更低、能耗更少、更加环保等显著优点。本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头的适用地层广泛，包括回填土、砂土、粉土、软粘土、粉质粘土、粘土、黄土、砂砾土、砂卵石土以及强风化土层等，特别适应上软下硬的地层条件。

本实用新型实施完成的桩基础、复合桩基础或复合地基可以广泛应用于土木工程不同领域的各类工程，包括：高层与超高层民用住宅工程、公共建筑工程、工业厂房工程、交通工程、电力工程和环境工程等。

下面结合附图及实施例详述本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头的一种实施方式的结构示意图的主视图；

图2为本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头的另一种实施方式的结构示意图的主视图；

图3为本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头的又一种实施方式的结构示意图的主视图；

图4为连接式活门钻尖处于关闭状态的主视剖面图；

图5为连接式活门钻尖处于打开状态的主视剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆1，连接杆1的顶端设有连接法兰盘11，连接杆1的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体3、封闭挤扩体4和反向挤扩体5，反向挤扩体5为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤扩体5的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片9，封闭挤扩体4为圆柱体，下螺旋挤扩体3为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，下螺旋挤扩体3的底端与螺旋钻进体2的顶端相连，下螺旋挤扩体3和螺旋钻进体2的外侧壁上设有旋向与上螺旋挤扩叶片9的旋向相反的下螺旋挤扩叶片8，螺旋钻进体2为中空的圆柱体，螺旋钻进体2的底端设有钻尖10。螺旋钻进体2采用一节中空的圆柱体组成，螺旋钻进体2也可以是如图2所示，采用二节中空的圆柱体串接组成，或者是采用三节或四节中空的圆柱体串接组成，具体的节数可以根据施工现场的工程地质与水文地质条件确定，如图2所示，多节的中空圆柱体可为等直径，也可如图3所示，中空圆柱体的直径自下而上逐渐增大，圆柱体之间采用螺栓连接或采用焊接相连，螺旋钻进体2的顶端与下螺旋挤扩体3的底端可采用螺栓连接或采用焊接相连。螺旋钻进体2的直径可以等于或小于下螺旋挤扩体3底端的直径。

封闭挤扩体4的直径通常与反向挤扩体5底端的直径相等，下螺旋挤扩体3顶端的直径通常与封闭挤扩体4的直径相等，下螺旋挤扩叶片8和上螺旋挤扩叶片9的外径一股小于或等于封闭挤扩体4的外径。

下螺旋挤扩叶片8的螺距为等螺距，其等螺距S的数学表达式为：

S＝α₁·D_max

式中，

S  -螺距，长度单位mm；

α₁-等螺距的计算系数，其取值范围为0.5～1.2；

D_max-封闭挤扩体(4)的外径，长度单位mm；

在下螺旋挤扩叶片8的起始位置同平面内转过180°处设置半圈副螺旋叶片6，副螺旋叶片6的旋转方向和螺矩与下螺旋挤扩叶片8相同，下螺旋挤扩叶片8和上螺旋挤扩叶片9的横截面为变截面四边形，其根部厚度大于或等于顶部厚度，上螺旋挤扩体叶片9的外径比下螺旋挤扩叶片8的外径小的范围在100mm以内。在下螺旋挤扩叶片8的底端和半圈副螺旋叶片6的底端分别安装有多个合金钻齿12。

如图4所示，钻尖10为连接式活门钻尖，在钻尖10的底部设有压灌桩材的单向活门13，单向活门13通过铰链14与螺旋钻进体2连接，当进行压灌桩材时，如图5所示，单向活门13会在灌浆材料压力的作用下打开，使灌浆材料可以注入桩孔中。为了提高钻进效率，可在钻尖10的下斜边15上焊接固定有多个合金钻齿(图中未画出)。

本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头的施工方法，包括以下施工步骤：

1)将安装有可加长的双向螺旋挤扩钻头的桩工钻机按照公知的方法就位，准备好混凝土泵，并制备需要灌注的桩材。桩材为混凝土桩材或水泥粉煤灰碎石桩材或尾矿砂浆桩材或水泥钢渣桩材等的任意一种，水泥粉煤灰碎石桩材也称为CFG桩材。

2)在安装有可加长的双向螺旋挤扩钻头的桩工钻机就位后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向下的轴向压力，利用可加长的双向螺旋挤扩钻头进行钻进挤扩成孔，令可加长的双向螺旋挤扩钻头向下旋钻挤扩成孔，在此过程中，位于下螺旋挤扩体3和螺旋钻进体2侧壁处被旋钻出来的一部分土体，会在下螺旋挤扩叶片8作用下做自下而上的螺旋运动并被逐步挤入桩孔的侧壁中或被挤向封闭挤扩体4的下端，随后被封闭挤扩体4挤入桩孔的侧壁中，从而减少钻头所受到的总摩阻力，使得钻进动力消耗更少、钻进效率更高，也更加节能。挤扩后的桩孔直径应符合设计要求，可加长的双向螺旋挤扩钻头的下旋机械挤扩成孔过程直至达到设计孔深为止。

3)当第一步桩孔机械挤扩完成后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向上的轴向提拉力，使可加长的双向螺旋挤扩钻头向上运动并再次旋转挤扩桩孔，在向上旋转挤扩提升过程中，桩孔内位于封闭挤扩体4上方的反向挤扩体5周围及上方的坍落土体，会在反向挤扩体5的上螺旋挤扩叶片9作用下做自上而下的螺旋运动并被逐渐挤入挤扩桩桩孔的侧壁中或被挤向封闭挤扩体4的上端，随后被封闭挤扩体4挤入桩孔的侧壁中，以确保再次挤扩后的桩孔直径符合设计要求，第二步桩孔机械挤扩过程持续到可加长的双向螺旋挤扩钻头被旋转提升到地表。

4)在可加长的双向螺旋挤扩钻头开始上旋挤扩提升的同时，启动混凝土泵，向已完成挤扩的桩孔进行桩材的压灌，第三步桩孔压力挤扩是在混凝土泵的高压作用下进行的，通过混凝土的压力挤扩，可以使已完成桩材压灌的桩段能够确保成桩直径符合设计要求，这一桩孔压力挤扩过程将持续到桩材压灌至桩顶设计标高为止，至此形成了圆柱形的双向螺旋挤扩桩。

根据设计要求，还可以按照公知的方法在螺旋挤扩桩桩体中插入钢筋笼、钢筋束或型钢。

本实用新型的可加长的双向螺旋挤扩钻头的适用地层广泛，包括回填土、砂土、粉土、软粘土、粉质粘土、粘土、黄土、砂砾土、砂卵石土以及强风化土层等，同时也适用于高地下水位的情况。

本实用新型实施完成的桩基础、复合桩基础或复合地基可以广泛应用于土木工程不同领域的各类工程，包括：高层与超高层民用住宅工程、公共建筑工程、工业厂房工程、交通工程、电力工程和环境工程等。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.可加长的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆(1)，连接杆(1)的顶端设有连接法兰盘(11)，连接杆(1)的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体(3)、封闭挤扩体(4)和反向挤扩体(5)，所述反向挤扩体(5)为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤扩体(5)的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片(9)，所述封闭挤扩体(4)为圆柱体，所述下螺旋挤扩体(3)为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，其特征在于所述下螺旋挤扩体(3)的底端与螺旋钻进体(2)的顶端相连，下螺旋挤扩体(3)和所述螺旋钻进体(2)的外侧壁上设有旋向与所述上螺旋挤扩叶片(9)的旋向相反的下螺旋挤扩叶片(8)，螺旋钻进体(2)为中空的圆柱体，螺旋钻进体(2)的底端设有钻尖(10)。

2.如权利要求1所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述螺旋钻进体(2)采用一节或多节中空的圆柱体串接组成，多节的中空圆柱体为等直径，或为自下而上直径逐渐增大，圆柱体之间采用螺栓连接或采用焊接相连，所述螺旋钻进体(2)的顶端与所述下螺旋挤扩体(3)的底端采用螺栓连接或采用焊接相连。

3.如权利要求2所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述螺旋钻进体(2)的直径等于或小于所述下螺旋挤扩体(3)底端的直径。

4.如权利要求3所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述封闭挤扩体(4)的直径与所述反向挤扩体(5)底端的直径相等，所述下螺旋挤扩体(3)顶端的直径与所述封闭挤扩体(4)的直径相等，所述下螺旋挤扩叶片(8)和上螺旋挤扩叶片(9)的外径小于或等于所述封闭挤扩体(4)的外径。

5.如权利要求4所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述下螺旋挤扩叶片(8)的螺距为等螺距，其等螺距S的数学表达式为：

S＝α₁·D_max

式中，

S-螺距，长度单位mm；

α₁-等螺距的计算系数，其取值范围为0.5～12；

D_max-封闭挤扩体(4)的外径，长度单位mm。

6.如权利要求5所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：在所述下螺旋挤扩叶片(8)的起始位置同平面内转过180°处设置半圈副螺旋叶片(6)，副螺旋叶片(6)的旋转方向和螺矩与下螺旋挤扩叶片(8)相同，所述下螺旋挤扩叶片(8)和所述上螺旋挤扩叶片(9)的横截面为变截面四边形，其根部厚度大于或等于顶部厚度，所述上螺旋挤扩体叶片(9)的外径比所述下螺旋挤扩叶片(8)的外径小的范围在100mm以内。

7.如权利要求6所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：在所述下螺旋挤扩叶片 (8)的底端和所述半圈副螺旋叶片(6)的底端分别安装有多个合金钻齿(12)。

8.如权利要求7所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述钻尖(10)为连接式活门钻尖，在钻尖(10)的底部设有压灌桩材的单向活门(13)，单向活门(13)通过铰链(14)与螺旋钻进体(2)连接。

9.如权利要求8所述的可加长的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述钻尖(10)的下斜边(15)上焊接固定有多个合金钻齿。 

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