CN203594368U - 螺旋锥体挤土钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺旋锥体挤土钻头。采用的技术方案是：由螺旋柱体结构和螺旋锥体结构构成一体结构；所述的螺旋柱体结构是柱体芯管一端设有钻头接头，柱体芯管外缘设有螺旋柱体叶片；所述的螺旋锥体结构是锥体芯管下端通过销轴连接钻头门，锥体芯管的外缘设有螺旋锥体叶片。螺旋柱体叶片上均匀设有若干缺口。采用本实用新型的钻头成桩，桩承载力高、沉降量小、桩质量好、成本低、能耗少、工效高、环保，并能在各种地质条件下施工作业。

Description

螺旋锥体挤土钻头

技术领域

本实用新型涉及一种在土木工程领域，用于成桩基础的螺旋锥体挤土钻头。

背景技术

在建筑基础施工领域中，桩基础的成桩方法，可分为排土桩和非排土桩。

排土桩如长螺旋CFG，冲击钻和回转钻正反循环等施工方法，具有所成的桩承载力低，成本造价高，清理排土和废弃泥浆费用高等缺点。

非排土桩有预制桩和现浇桩两大类。预制桩具有制造设备昂贵，生产成本高，桩身长、运输困难，只适用于软土层和小桩径等缺点。现浇桩有螺杆桩和双向螺旋挤扩桩。螺杆桩要求成桩设备同步性控制的技术高，对于有土层和软硬变化的不确定性和非均匀性，很难保证成桩岩土螺牙的不挠动，会形成虚假螺牙，降低桩的承载力，并且无法应用于坚硬地层。双向螺旋挤扩桩采用先钻后挤的成孔方法，下旋钻进过程中，利用双向螺旋挤扩钻头中柱体螺旋钻头部分将土体旋钻出来，并通过螺旋叶片由下而上运送到锥体芯管部分，通过锥体芯管逐渐将土体挤入桩孔侧壁，对于比较复杂的地层如黏土层和夹砾石层，旋钻出来岩土会阻塞螺旋叶片所形成的运输通路，产生憋钻现象；由于地层的不同，经过先钻后挤所形成的桩孔，往往在原地层与被挤压土体间稳定性差，会出现坍落现象，严重会埋钻。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种承载力高、沉降量小、桩质量好、成本低、能耗少，工效高、不易憋钻，环保，能够穿透各种复杂土层，并能在各种地质条件下施工作业的螺旋锥体挤土钻头。

本实用新型采用的技术方案是：螺旋锥体挤土钻头，由螺旋柱体结构和螺旋锥体结构构成一体结构；所述的螺旋柱体结构是柱体芯管一端设有钻头接头，柱体芯管外缘设有螺旋柱体叶片；所述的螺旋锥体结构是锥体芯管下端通过销轴连接钻头门，锥体芯管的外缘设有螺旋锥体叶片。

上述的螺旋锥体挤土钻头，螺旋柱体叶片上均匀设有若干缺口。

上述的螺旋锥体挤土钻头，螺旋柱体叶片的截面为四边形，两个侧边与柱体芯管的夹角分别为φ=45~50°，ω=65~70°。

上述的螺旋锥体挤土钻头，锥体芯管的锥度为α=5~8°，所述的锥度是指锥体芯管的侧壁与中心轴之间的夹角。

上述的螺旋锥体挤土钻头，螺旋锥体叶片的截面为四边形，两个侧边与锥体芯管的夹角分别为β=65~70°；γ=55~60°。

上述的螺旋锥体挤土钻头，螺旋柱体叶片之间的距离H=350~420mm，螺旋锥体叶片之间的距离h=(0.7~0.8)H。

本实用新型的有益效果是：① 技术优势：成桩质量可控可靠，桩侧和桩端土体挤扩，桩间土体具有挤密效应，桩承载力高、沉降量小，成桩效率高。②成本优势：桩单体积承载力高，成桩效率高、不排土，节省混凝土用量。③ 环保优势：无泥浆外排污染，无渣土外运，无施工扬尘，不需要存土场地，成桩无噪音、无振动，节约混凝土原材料。④ 适用范围广：适用土层包括淤泥质黏土、黏性土、粉土、砂土、含小砾石黏性土、黄土和强风化土等，可广泛用于交通工程、工业与民用建筑工程领域。⑤ 本实用新型的创造性在于改变了传统的先旋土再通过螺旋叶片上传，然后挤向桩侧壁成桩的方法，采用本实用新型的钻头，钻头在下降过程中，不旋土，通过螺栓锥体结构直接挤扩成孔，因而大大降低了憋钻现象。⑥ 由于上端为螺旋柱体结构，因此不论下降和上升过程，始终保持桩孔的设计要求，不缩径，因此不易出现埋钻现象。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是螺旋柱体叶片的结构示意图。

图3是螺旋柱体叶片的俯视图。

图4是螺旋锥体叶片的结构示意图。

图5是螺旋锥体叶片的俯视图。

图6是螺旋柱体叶片表面土体受力示意图。

图7是螺旋柱体叶片缺口表面土体受力示意图。

图8是螺旋锥体芯管表面土体受力示意图。

图9是螺旋锥体叶片表面土体受力。

具体实施方式

如图1所示，螺旋锥体挤土钻头，由螺旋柱体结构（10）和螺旋锥体结构（20）构成一体结构。

螺旋柱体结构（10）是：柱体芯管（11）一端设有钻头接头（12），柱体芯管（11）外缘设有螺旋柱体叶片（13）。如图2-3所示，螺旋柱体叶片（13）上均匀设有若干缺口（14）。如图6所示，螺旋柱体叶片（13）的截面为四边形，两个侧边与柱体芯管（11）的夹角分别为φ=45~50°，ω=65~70°。螺旋柱体叶片（13）为等高的叶片。螺旋柱体叶片（13）之间的距离H=350~420mm。螺旋柱体结构（10）的外缘直径D=300~700mm；柱体芯管（11）的直径d=(0.65~0.75)D。

螺旋锥体结构（20）是：锥体芯管（21）下端通过销轴（22）连接钻头门（23），锥体芯管（21）的外缘设有螺旋锥体叶片（24）。如图3-4所示，螺旋锥体叶片（24）为等高的叶片。如图8所示，锥体芯管（21）的锥度为α=5~8°（锥度为锥体芯管的侧壁与锥体芯管中心轴之间的夹角）。如图9所示，螺旋锥体叶片（24）的截面为四边形，两个侧边与锥体芯管（21）的夹角分别为β=65~70°；γ=55~60°。螺旋锥体叶片（24）之间的距离h=(0.7~0.8)H。

本实用新型的挤土原理：钻头通过大扭矩动力头和加压装置及标准钻杆顺时针下旋钻进时，下部分螺旋锥体结构中锥体芯管、锥体叶片及钻头门都在作径向挤土运动，使钻头周围的土体受压并挤密，其中有很少的一部分土体通过锥体叶片被运到柱体结构部分。由于柱体叶片上有缺口，这部分土体又被柱体叶片挤压到桩孔内侧壁。在顺时针上旋提升过程中，钻头中螺旋柱体结构的叶片对已形成的桩孔进行二次挤压，防止缩径；在提升同时，启动混凝土输送泵，使混凝土通过动力头、钻杆中心管，直到钻头底部，并压开钻头门，然后注入到桩孔里。各部分挤土作用如下所示：

如图6所示，取螺旋柱体叶片（13）三个外表面土体的三个小单元作受力分析，单元土体（30）在三个外表面上分别受到P、Q、R三个力作用，这三个力中P对土体产生径向偏上挤土作用，Q对土体产生径向挤土作用，R对土体产生径向偏下挤土作用。

如图7所示，取螺旋柱体叶片缺口处平面对土体小单元作受力分析，土体受到径向挤压力T的作用。

如图8所示，取锥体芯管表面土体的一个小单元作受力分析，单元土体受到垂直于锥体表面的力F，土体在力F的作用下，向径向偏下方挤压，形成挤土效果。

如图9所示，取螺旋锥体叶片三个外表面土体的小单元作受力分析，三个小单元土体在三个外表面受到的力分别为G、M、N，力G使土体径向偏上运动，力M使土体径向偏下运动，力N使土体径向偏下运动，力G使少量土体沿锥体叶片向上移动到柱体叶片，被柱体叶片挤压到桩孔内侧壁。

在实际应用中，根据不同的岩土层调整各参数值。对于砂土层，β、φ值应取大些，γ、ω值应取小些；对于塑性较大的黏土层，螺旋柱体结构部分长度取大值。

Claims (4)

1.螺旋锥体挤土钻头，其特征在于：由螺旋柱体结构（10）和螺旋锥体结构（20）构成一体结构；所述的螺旋柱体结构（10）是柱体芯管（11）一端设有钻头接头（12），柱体芯管（11）外缘设有螺旋柱体叶片（13），螺旋柱体叶片（13）的截面为四边形且为等高的叶片，螺旋柱体叶片（13）上均匀设有若干缺口（14）；所述的螺旋锥体结构（20）是锥体芯管（21）下端通过销轴（22）连接钻头门（23），锥体芯管（21）的锥度为α=5~8°，锥体芯管（21）的外缘设有螺旋锥体叶片（24），螺旋锥体叶片（24）的截面为四边形且为等高的叶片。

2.如权利要求1所述的螺旋锥体挤土钻头，其特征在于：螺旋柱体叶片（13）的截面为四边形，两个侧边与柱体芯管（11）的夹角分别为φ=45~50°，ω=65~70°。

3.如权利要求1所述的螺旋锥体挤土钻头，其特征在于：螺旋锥体叶片（24）的截面为四边形，两个侧边与锥体芯管（21）的夹角分别为β=65~70°；γ=55~60°。

4.如权利要求1所述的螺旋锥体挤土钻头，其特征在于：螺旋柱体叶片（13）之间的距离H=350~420mm，螺旋锥体叶片（24）之间的距离h=(0.7~0.8)H。

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