CN210049231U - 一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，属于桩基施工设备领域，包括钻头、搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片、转换装置、竖向固定连接装置、钻杆；所述钻杆为中空圆柱形杆体，其下端内侧设置有内螺纹，钻杆与钻头通过螺纹连接，钻杆与搅拌叶片通过焊接进行连接；所述转换装置与钻杆通过卡扣进行连接；所述竖向固定连接装置与转换装置通过螺栓进行连接；所述竖向固定连接装置包括水平叶片、U型连接杆、高强加固构件。本实用新型有效降低了切割土体时的摩擦阻力，实现了通过竖向固定连接装置消除了钻头上的包裹体，保证了水泥掺入量和水泥浆与土的混合均匀性，并降低了返浆量。
Description
技术领域
本实用新型属于桩基施工设备领域，具体涉及到一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头。
背景技术
水泥土深层搅拌桩是用于加固软土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械和输浆泵，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌混合，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和较高地基承载力的复合地基。搅拌机上有芯管，其头部带有叶片。搅拌机旋转时，通过芯管端部喷浆口喷出水泥浆，与被旋转叶片搅松的土体搅拌混合，形成水泥加固体。搅拌头是深层搅拌机的重要部件，它直接影响水泥浆和软土混合形成的深层搅拌桩的桩身均匀度，决定地基的加固效果。
目前，在深层搅拌施工中，一个突出的问题是搅拌轴周围搅松的土体随搅拌轴仪器转动，导致从喷浆口喷出的水泥浆不能与软土均匀混合，影响成桩质量。为了提高搅拌的均匀性，发明一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，可以有效的消除钻头上的包裹体，保证水泥掺入量和水泥浆和土的混合均匀性。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，克服了现有技术的不足。通过竖向固定连接装置，可以有效的消除钻头上的包裹体，并通过优化喷口的位置，保证水泥掺入量，以及水泥浆和土的混合均匀性。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：包括钻头、搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片、转换装置、竖向固定连接装置、钻杆；所述钻杆为中空圆柱形杆体，其下端内侧设置有内螺纹，钻杆与钻头通过螺纹连接，钻杆与搅拌叶片通过焊接进行连接；所述转换装置与钻杆通过卡扣进行连接；所述竖向固定连接装置与转换装置通过螺栓进行连接；
所述竖向固定连接装置包括水平叶片、U型连接杆、高强加固构件。
所述搅拌叶片、一级复搅叶片和二级复搅叶片长度为50-200cm，搅拌叶片和一级复搅叶片、一级复搅叶片和二级复搅叶片的中心间距保持一致，其间距范围为200-2000mm，搅拌叶片、一级复搅叶片和二级复搅叶片后部中间设置有支撑板。
所述支撑板为三角形构造，支撑板与搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片以及钻杆之间采用焊接方式连接，支撑板与搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片连接长度范围为搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片长度的1/3-3/4，支撑板与钻杆之间的连接长度范围为20-200mm。
所述水平叶片包括端部叶片和主体叶片，端部叶片宽度为水平连接杆宽度的0.8-1.2倍，主体叶片宽度为水平连接杆宽度的2-4倍，水平叶片的厚度自端部叶片向主体叶片呈线性增加趋势，水平叶片靠近钻杆一端的厚度为0.2-5mm，水平叶片远离钻杆一端厚度为靠近钻杆一端厚度的5-10倍，水平叶片为较低强度金属材料，其屈服强度为200-450MPa，布氏硬度范围为80-130。
所述U型连接杆包括水平连接杆、竖向连接杆和过渡连接杆三部分，水平连接杆、竖向连接杆、过渡连接杆均为硬质合金复合材料，过渡连接杆为圆弧形结构。
所述水平连接杆、竖向连接杆的厚度由中间向上下两端呈线性降低趋势，中间厚度范围为10-100mm，上下两端厚度范围为5-50mm；水平连接杆的长度为搅拌叶片的1.01-1.5倍，竖向连接杆长度为搅拌叶片和一级复搅叶片中心间距的0.2-0.8倍；水平连接杆的宽度为搅拌叶片和一级复搅叶片中心间距的1/10-1/4。
所述高强加固构件为高强合金材料，其屈服强度应大于600MPa，布氏硬度范围250-400。
所述搅拌叶片下部设置有均匀分布的钻齿，钻齿长度为3-30cm。
所述钻头下端中部设置有钻头喷口，钻头喷口为圆形结构，直径为20-100mm。
所述搅拌叶片与钻杆连接处中心后部垂线处设置有钻杆喷口，钻杆喷口距离搅拌叶片与钻杆连接处中心的长度范围为20-100mm。
本实用新型所带来的有益技术效果：
（1）所述搅拌钻头设置有三层搅拌叶片，最下层的搅拌叶片切割、翻动土体之后，继续下钻，然后上部两层复搅叶片通过钻杆带动而高速旋转，对翻动后的土体进一步搅拌，不但使土体搅拌更加均匀，而且有效降低了上覆土层的压力；（2）通过竖向固定连接装置，可以有效的消除钻头上的包裹体，保证水泥掺入量，确保水泥浆和土的混合均匀性；（3）将竖向连接杆和水平连接杆的厚度设置成由中间向上下两端呈线性降低的形式，降低了在切割土体时的摩擦阻力；（4）通过双轴搅拌钻头使周围土体充分搅拌，结合搅拌叶片后方的钻杆喷口，可以更高效的使浆液填充进周围土体，并降低返浆量。
附图说明
图1为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头的整体结构正视图。
图2为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头中竖向固定连接装置的正视图。
图3为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头中水平叶片的结构示意图。
图4为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头中水平叶片的剖面图。
图5为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头中U型连接杆的结构示意图。
图6为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头中转换装置的结构俯视图。
图7为本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头中搅拌叶片的结构示意图。
其中，1-钻头；2-搅拌叶片；3-一级复搅叶片；4-二级复搅叶片；5-支撑板；6-竖向固定连接装置；7-转换装置；8-钻杆喷口；9-钻头喷口；10-钻齿；11-钻杆；12-竖向连接杆；13-过渡连接杆；14-水平连接杆；61-水平叶片；62-U型连接杆；63-高强加固构件。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
实施例1：
在杂填土场地进行模型桩搅拌试验，设定成桩深度为5m，采用水泥土搅拌法施工，设置A、B两组试验，每组设置3个试件，其中A组为实验组，选用本实用新型中介绍的搅拌钻头；B组为对照组，采用市场通用的搅拌钻头，具体技术如下：
如图1~7所示，一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：包括钻头1、搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4、转换装置7、竖向固定连接装置6、钻杆11；所述钻杆11为中空圆柱形杆体，其下端内侧设置有内螺纹，钻杆7与钻头1通过螺纹连接，钻杆7与搅拌叶片2通过焊接进行连接；所述转换装置7与钻杆11通过卡扣进行连接；所述竖向固定连接装置6与转换装置7通过螺栓进行连接；
所述竖向固定连接装置6包括水平叶片61、U型连接杆62、高强加固构件63。
所述搅拌叶片2、一级复搅叶片3和二级复搅叶片4长度为50-200cm，所述搅拌叶片2和一级复搅叶片3、一级复搅叶片3和二级复搅叶片4的中心间距保持一致，其间距范围为200-2000mm，搅拌叶片2、一级复搅叶片3和二级复搅叶片4后部中间设置有支撑板5。
所述支撑板5为三角形构造，支撑板5与搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4以及钻杆11之间采用焊接方式连接，所述支撑板5与搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4连接长度范围为搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4长度的1/3-3/4，支撑板5与钻杆11之间的连接长度范围为20-200mm。
所述水平叶片61包括端部叶片和主体叶片，端部叶片宽度为水平连接杆14宽度的0.8-1.2倍，主体叶片宽度为水平连接杆14宽度的2-4倍，所述水平叶片61的厚度自端部叶片向主体叶片呈线性增加趋势，水平叶片61靠近钻杆11一端的厚度为0.2-5mm，水平叶片61远离钻杆11一端厚度为靠近钻杆11一端厚度的5-10倍，所述水平叶片61为较低强度金属材料，其屈服强度为200-450MPa，布氏硬度范围为80-130。
所述U型连接杆62包括水平连接杆14、竖向连接杆12和过渡连接杆13三部分，水平连接杆14、竖向连接杆12、过渡连接杆13均为硬质合金复合材料，过渡连接杆13为圆弧形结构。
所述水平连接杆14、竖向连接杆12的厚度由中间向上下两端呈线性降低趋势，中间厚度范围为10-100mm，上下两端厚度范围为5-50mm，所述水平连接杆14的长度为搅拌叶片2的1.01-1.5倍，竖向连接杆12长度为搅拌叶片2和一级复搅叶片3中心间距的0.2-0.8倍。所述水平连接杆14的宽度为搅拌叶片2和一级复搅叶片3中心间距的1/10-1/4。
所述高强加固构件63为高强合金材料，其屈服强度应大于600MPa，布氏硬度范围250-400。
所述搅拌叶片2下部设置有均匀分布的钻齿10，钻齿10长度为3-30cm。
所述钻头1下端中部设置有钻头喷口9，钻头喷口9为圆形结构，直径为20-100mm。
所述搅拌叶片2与钻杆11连接处中心后部垂线处设置有钻杆喷口8，钻杆喷口8距离搅拌叶片2与钻杆11连接处中心的长度范围为20-100mm。
采用两搅两喷的施工工艺施工，施工过程中A组试件的平均搅拌阻力是B组的3/5，且A组的平均返浆量是B组的1/4，待成桩28d后，开挖检查成桩质量，结果表明，两组试件的成桩质量均较好。
实施例2：
在某施工场地进行试桩时，增设一根试验桩，多增设的试验桩采用本实用新型的搅拌钻头，设计规定成桩深度为13m，采用水泥土搅拌法施工，其中，场地的土层为：
具体技术如下：
如图1~7所示，一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：包括钻头1、搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4、转换装置7、竖向固定连接装置6、钻杆11；所述钻杆11为中空圆柱形杆体，其下端内侧设置有内螺纹，钻杆7与钻头1通过螺纹连接，钻杆7与搅拌叶片2通过焊接进行连接；所述转换装置7与钻杆11通过卡扣进行连接；所述竖向固定连接装置6与转换装置7通过螺栓进行连接；
所述竖向固定连接装置6包括水平叶片61、U型连接杆62、高强加固构件63。
所述搅拌叶片2、一级复搅叶片3和二级复搅叶片4长度为50-200cm，所述搅拌叶片2和一级复搅叶片3、一级复搅叶片3和二级复搅叶片4的中心间距保持一致，其间距范围为200-2000mm，搅拌叶片2、一级复搅叶片3和二级复搅叶片4后部中间设置有支撑板5。
所述支撑板5为三角形构造，支撑板5与搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4以及钻杆11之间采用焊接方式连接，所述支撑板5与搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4连接长度范围为搅拌叶片2、一级复搅叶片3、二级复搅叶片4长度的1/3-3/4，支撑板5与钻杆11之间的连接长度范围为20-200mm。
所述水平叶片61包括端部叶片和主体叶片，端部叶片宽度为水平连接杆14宽度的0.8-1.2倍，主体叶片宽度为水平连接杆14宽度的2-4倍，所述水平叶片61的厚度自端部叶片向主体叶片呈线性增加趋势，水平叶片61靠近钻杆11一端的厚度为0.2-5mm，水平叶片61远离钻杆11一端厚度为靠近钻杆11一端厚度的5-10倍，所述水平叶片61为较低强度金属材料，其屈服强度为200-450MPa，布氏硬度范围为80-130。
所述U型连接杆62包括水平连接杆14、竖向连接杆12和过渡连接杆13三部分，水平连接杆14、竖向连接杆12、过渡连接杆13均为硬质合金复合材料，过渡连接杆13为圆弧形结构。
所述水平连接杆14、竖向连接杆12的厚度由中间向上下两端呈线性降低趋势，中间厚度范围为10-100mm，上下两端厚度范围为5-50mm，所述水平连接杆14的长度为搅拌叶片2的1.01-1.5倍，竖向连接杆12长度为搅拌叶片2和一级复搅叶片3中心间距的0.2-0.8倍。所述水平连接杆14的宽度为搅拌叶片2和一级复搅叶片3中心间距的1/10-1/4。
所述高强加固构件63为高强合金材料，其屈服强度应大于600MPa，布氏硬度范围250-400。
所述搅拌叶片2下部设置有均匀分布的钻齿10，钻齿10长度为3-30cm。
所述钻头1下端中部设置有钻头喷口9，钻头喷口9为圆形结构，直径为20-100mm。
所述搅拌叶片2与钻杆11连接处中心后部垂线处设置有钻杆喷口8，钻杆喷口8距离搅拌叶片2与钻杆11连接处中心的长度范围为20-100mm。
采用两搅两喷的施工工艺施工，施工过程中带有本实用新型搅拌钻头的试验桩的平均搅拌阻力是常规搅拌钻头试验桩的3/5，且平均返浆量相对于常规搅拌钻头试验桩降低了1/3。
本实用新型具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，有效降低了上覆土层的压力及切割土体时的摩擦阻力；解决了搅拌轴周围搅松的土体随搅拌轴仪器转动，导致从喷浆口喷出的水泥浆不能与软土均匀混合，影响成桩质量的问题，实现了通过竖向固定连接装置消除了钻杆及叶片上的包裹体，保证了水泥掺入量和水泥浆与土的混合均匀性，并降低了返浆率。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：包括钻头、搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片、转换装置、竖向固定连接装置、钻杆；所述钻杆为中空圆柱形杆体，其下端内侧设置有内螺纹，钻杆与钻头通过螺纹连接，钻杆与搅拌叶片通过焊接进行连接；所述转换装置与钻杆通过卡扣进行连接；所述竖向固定连接装置与转换装置通过螺栓进行连接；
所述竖向固定连接装置包括水平叶片、U型连接杆、高强加固构件。
2.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：搅拌叶片、一级复搅叶片和二级复搅叶片长度为50-200cm，搅拌叶片和一级复搅叶片、一级复搅叶片和二级复搅叶片的中心间距保持一致，其间距范围为200-2000mm，搅拌叶片、一级复搅叶片和二级复搅叶片后部中间设置有支撑板。
3.根据权利要求2所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：所述支撑板为三角形构造，支撑板与搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片以及钻杆之间采用焊接方式连接，支撑板与搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片连接长度范围为搅拌叶片、一级复搅叶片、二级复搅叶片长度的1/3-3/4，支撑板与钻杆之间的连接长度范围为20-200mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：水平叶片包括端部叶片和主体叶片，端部叶片宽度为水平连接杆宽度的0.8-1.2倍，主体叶片宽度为水平连接杆宽度的2-4倍，水平叶片的厚度自端部叶片向主体叶片呈线性增加趋势，水平叶片靠近钻杆一端的厚度为0.2-5mm，水平叶片远离钻杆一端厚度为靠近钻杆一端厚度的5-10倍，水平叶片为较低强度金属材料，其屈服强度为200-450MPa，布氏硬度范围为80-130。
5.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：U型连接杆包括水平连接杆、竖向连接杆和过渡连接杆三部分，水平连接杆、竖向连接杆、过渡连接杆均为硬质合金复合材料，过渡连接杆为圆弧形结构。
6.根据权利要求5所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：水平连接杆、竖向连接杆的厚度由中间向上下两端呈线性降低趋势，中间厚度范围为10-100mm，上下两端厚度范围为5-50mm；水平连接杆的长度为搅拌叶片的1.01-1.5倍，竖向连接杆长度为搅拌叶片和一级复搅叶片中心间距的0.2-0.8倍；水平连接杆的宽度为搅拌叶片和一级复搅叶片中心间距的1/10-1/4。
7.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：高强加固构件为高强合金材料，其屈服强度应大于600MPa，布氏硬度范围250-400。
8.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：搅拌叶片下部设置有均匀分布的钻齿，钻齿长度为3-30cm。
9.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：钻头下端中部设置有钻头喷口，钻头喷口为圆形结构，直径为20-100mm。
10.根据权利要求1所述的一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头，其特征在于：搅拌叶片与钻杆连接处中心后部垂线处设置有钻杆喷口，钻杆喷口距离搅拌叶片与钻杆连接处中心的长度范围为20-100mm。
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|---|---|---|---|---|
| CN110029664A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-07-19 | 北京中岩大地科技股份有限公司 | 一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头 |
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| CN110029664A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-07-19 | 北京中岩大地科技股份有限公司 | 一种具有消除土体粘结作用的单轴搅拌钻头 |
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