CN213476851U - 一种螺牙柱体压灌桩及成桩用钻头装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺牙柱体压灌桩及成桩用钻头装置。所述螺牙柱体压灌桩由下向上依次包括柱体桩段Ⅰ、螺牙桩段和肋板桩段；所述柱体桩段Ⅰ部分，混凝土主体桩Ⅰ为圆柱形；所述螺牙桩段部分，混凝土主体桩Ⅱ外缘制有一体结构的向外突出的螺旋盘绕的螺牙，所述螺牙断面呈梯形结构；所述肋板桩段部分，混凝土主体桩Ⅲ外缘制有一体结构的向外突出的肋板桩，所述肋板桩断面呈梯形结构；混凝土主体桩Ⅰ、混凝土主体桩Ⅱ和混凝土主体桩Ⅲ为同轴同径一体结构。本实用新型针对黏性土、粉土、砂土及碎石土的工程地质，桩土应力得到充分发挥。

Description

一种螺牙柱体压灌桩及成桩用钻头装置

技术领域

本发明创造属于建筑施工基础桩施工领域，具体的涉及一种螺牙柱体压灌桩及成桩用钻头装置。

背景技术

在现有的建筑桩基础施工中，螺旋钻孔泵压灌混凝土成桩的应用很广泛，它以使用地质条件广、施工设备简单、施工效率高、成桩可控性好等特点越来越被建设及施工单位认可，又各有特点：长螺旋钻孔灌注桩在施工成孔过程中产生大量的残土，所成桩为摩擦桩或摩擦端承桩，桩形为等径柱状体，桩侧土为原始状态，桩端存有虚土，承载力不高，主要适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土等土层。螺旋锥体挤土压灌桩在施工成孔过程中，对桩孔位的岩土进行了充分的挤扩，所形成的桩孔壁得到了挤密压实，锥体桩孔底端的持力层岩土也得到了充分的挤密，残土排放少，不足同径长螺旋钻孔桩的1/3，所成的桩为摩擦桩与端承桩的组合桩型，其桩形为等径柱体桩身与锥体桩底的组成，施工中，桩径受到桩周岩土层的可压缩性影响大，一般适用于小径桩(小于650mm)。在桩深范围内岩土工程性质变化大的岩土层施工时，对于软地层的土(如黏性土、粉土)挤的不够，土的极限侧阻力标准值增加的不大，对于硬地层的土(如密实的砂土、碎石土)挤有困难，成孔时间长，影响施工进度。螺旋锥体挤土压灌桩主要适用于黏性土、粉土、稍密及中密的砂土等土层，桩周土得到了挤密，承载能力得到了一定程度的提高，但桩的承载力受桩径的影响大，承载能力不是很好，桩土间应力的发挥不够充分，影响了发展和应用。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种针对黏性土、粉土、粉细砂、中砂、粗砂、砾砂、角砾、圆砾、碎石、卵石等土层，桩土应力得到充分发挥的一种螺牙柱体压灌桩及成桩用钻头装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种螺牙柱体压灌桩，所述螺牙柱体压灌桩由下向上依次包括柱体桩段Ⅰ、螺牙桩段和肋板桩段；所述柱体桩段Ⅰ部分，混凝土主体桩Ⅰ为圆柱形；所述螺牙桩段部分，混凝土主体桩Ⅱ外缘制有一体结构的向外突出的螺旋盘绕的螺牙，所述螺牙断面呈梯形结构；所述肋板桩段部分，混凝土主体桩Ⅲ外缘制有一体结构的向外突出的肋板桩，所述肋板桩断面呈梯形结构；混凝土主体桩Ⅰ、混凝土主体桩Ⅱ和混凝土主体桩Ⅲ为同轴同径一体结构。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩，所述螺牙柱体压灌桩包括扩大径桩段，扩大径桩段设置在螺牙桩段之上或之间，所述扩大径桩段部分，混凝土主体桩Ⅳ为圆柱形；混凝土主体桩Ⅰ、混凝土主体桩Ⅱ、混凝土主体桩Ⅲ和混凝土主体桩Ⅳ为同轴一体结构；混凝土主体桩Ⅳ的外径大于混凝土主体桩Ⅱ的外径。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩，所述螺牙柱体压灌桩包括桩底扩大头，所述桩底扩大头设置在柱体桩段Ⅰ下端，所述桩底扩大头部分，混凝土主体桩Ⅴ为球形与混凝土主体桩Ⅰ为一体结构。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩，所述螺牙柱体压灌桩包括柱体桩段Ⅱ，所述柱体桩段Ⅱ设置在肋板桩段的上端并与肋板桩段为一体结构，所述柱体桩段Ⅱ部分，混凝土主体桩Ⅵ为圆柱形，混凝土主体桩Ⅰ、混凝土主体桩Ⅱ、混凝土主体桩Ⅲ和混凝土主体桩Ⅵ为同轴同径一体结构。

一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，所述钻头装置包括联接体、柱形芯管、螺旋叶片Ⅰ、锥形芯管、螺旋叶片Ⅱ、切削齿和钻尖装置；联接体、柱形芯管和锥形芯管同轴心依次固定成一体，内腔形成供混凝土通过的通道，螺旋叶片Ⅰ缠绕在联接体和柱形芯管的外表面，螺旋叶片Ⅱ缠绕在锥形芯管的外表面，螺旋柱片Ⅱ的上端面与螺旋叶片Ⅰ的下端面对应连接，螺旋叶片Ⅱ的下端设置切削齿，钻尖装置安装在锥形芯管的下端，通过钻尖装置打开或关闭混凝土出料口，其特征在于，螺旋叶片Ⅰ缠绕在联接体和柱形芯管的外表面后整体外缘形成的圆柱形，与螺旋叶片Ⅱ缠绕在锥形芯管的外表面后整体外缘形成的圆柱形同轴同径；设有直联式滑块机构，直联式滑块机构安装在锥形芯管下端部的内腔中，所述直联式滑块机构包括气缸Ⅰ、销Ⅰ、扩径滑块Ⅰ和定位槽Ⅰ；气缸Ⅰ安装在锥形芯管壁上，定位槽Ⅰ固定在锥形芯管的壁孔内，定位槽Ⅰ的内腔与扩径滑块Ⅰ滑动配合，扩径滑块Ⅰ的一端横断面呈梯形结构，另一端设有供销Ⅰ通过的孔，气缸Ⅰ的活塞杆外端通过销Ⅰ与扩径滑块Ⅰ联接，扩径滑块Ⅰ设置在螺旋叶片Ⅱ的下端部靠近切削齿处，并沿螺旋叶片Ⅱ上的孔伸缩；扩径滑块Ⅰ端部的梯形结构的形状与螺牙柱体压灌桩的螺牙的梯形结构的形状及肋板桩的梯形结构的形状相呼应。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，将直联式滑块机构替换为连杆式滑块机构，所述连杆式滑块机构包括气缸Ⅱ、销Ⅱ、耳板座Ⅰ、销Ⅲ、扩径滑块Ⅱ、定位槽Ⅱ、销Ⅳ、连杆、销Ⅴ和耳板座Ⅱ；耳板座Ⅰ和耳板座Ⅱ分别固定在柱形芯管和锥形芯管的内壁上，定位槽Ⅱ固定在锥形芯管下端部的壁孔内，定位槽Ⅱ的内腔与扩径滑块Ⅱ滑动配合，扩径滑块Ⅱ的一端横断面呈梯形结构，另一端固定有销Ⅳ；气缸Ⅱ通过销Ⅱ与耳板座Ⅰ铰接，气缸Ⅱ的活塞杆外端通过销Ⅲ与连杆上端铰接，连杆的中部通过销Ⅴ与耳板座Ⅱ铰接，连杆的下端通过U型槽和销Ⅳ与扩径滑块Ⅱ滑动配合；扩径滑块Ⅱ设置在螺旋叶片Ⅱ的下端部靠近切削齿处，并沿螺旋叶片Ⅱ上的孔伸缩；扩径滑块Ⅱ端部的梯形结构的形状与螺牙柱体压灌桩的螺牙的梯形结构的形状及肋板桩的梯形结构的形状相呼应。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，所述钻尖装置是下旋开门式钻尖装置，包括折页、门Ⅰ、围板和钻尖Ⅰ；钻尖Ⅰ上端中心部制有U型开口，钻尖Ⅰ上端与锥形芯管固定，围板为U型结构，上端与锥形芯管固定，直立侧面固定在钻尖Ⅰ的U型开口外的大平面上，门Ⅰ的大小与围板的U型斜面内档相吻合，门Ⅰ上端通过折页与锥形芯管连接，门Ⅰ绕折页旋转，关闭或打开混凝土的出料口。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，所述钻尖装置是上旋开门式钻尖装置，包括单耳板、门Ⅱ、钻尖Ⅱ和轴Ⅰ；钻尖Ⅱ上端中部制成U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ两侧平面板上分别设置一组单耳板，钻尖Ⅱ和单耳板的上端部与锥形芯管固定成一体，每组单耳板内档与钻尖Ⅱ的U型开口及锥形芯管下端内腔口构成混凝土的出料口，单耳板的下端设有供轴Ⅰ通过的孔，在每组单耳板的内档之间设置门Ⅱ，门Ⅱ通过轴Ⅰ与单耳板联接，门Ⅱ绕轴Ⅰ旋转，实现打开或关闭混凝土的出料口。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，所述钻尖装置是单侧旋开门式钻尖装置，包括钻尖Ⅲ、门Ⅲ、双耳板和轴Ⅱ；两组双耳板分别对称固定在锥形芯管的下端，钻尖Ⅲ一端与一组双耳板通过轴Ⅱ铰接，钻尖Ⅲ另一端与另一组双耳板活动连接，门Ⅲ安装在钻尖Ⅲ上，门Ⅲ的外缘与锥形芯管的下端面相吻合，门Ⅲ通过钻尖Ⅲ绕轴Ⅱ旋转关闭或打开混凝土的出料口。

进一步的，上述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，螺旋叶片Ⅱ设置两条并对称缠绕在锥形芯管，其中一条螺旋叶片Ⅱ的上端面与螺旋叶片Ⅰ的下端面对应连接，另一条螺旋叶片Ⅱ与螺旋叶片Ⅰ不连接，两条螺旋叶片Ⅱ的末端分别安装切削齿。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型，所成的桩为异径复合桩型：1)设置螺牙桩段，也就是基桩(直径等于钻具外径)外形成不同深浅的一体性螺牙，螺牙间土处于无扰动挤密状态，螺牙与土间应力得到充分发挥，极大的提高了桩的承载能力和抗拔能力。2)设置扩大径桩段，也就是基桩外形成扩大径柱，增添了桩的端承载能力，侧阻也得到了提高。3)设置肋板桩段，也就是基桩外形成肋板桩，一是提高桩的水平抗力，二是通过规定桩的肋板设置方向位置来降低承台的宽度，降低成本。4)设置桩底扩大头，使得桩底虚土得到有效的改良处理。

2、本实用新型，可伸缩扩径滑块设置在钻头的下端处并与螺旋叶片Ⅱ在同一螺旋线上，在提钻泵压灌混凝土时，保持扩径滑块始终工作在桩孔压力混凝土里，在挤压桩孔壁岩土形成螺牙槽及扩大孔径过程中，少量的被挤压剥离下来的岩土在桩孔内压力混凝土的作用下，沿旋转钻头上的螺旋叶片由下而上传送，保障了成桩质量，形成可靠的螺牙和扩大体。伸出的扩径滑块挤压桩孔壁岩土形成的螺牙槽、沟槽或扩大径，与该螺牙槽、沟槽或扩大径的灌注同步完成，杜绝了因灌注滞后导致地下水从螺牙槽、沟槽或扩大径处渗入桩孔内而产生的不良后果。扩径滑块的伸缩量可调节，有利于不同工程地质条件的施工。

3、本实用新型，可根据工程地质和桩承载形式的不同，可选择地设计桩底扩大头、柱体桩段、螺牙桩段、扩大径桩段和肋板桩段的不同组合的桩型结构。

4、本实用新型，施工过程中，操作简单，成桩质量可控性好，无振动，无泥浆，无噪音。

5、本实用新型，适用地质条件较广，桩承载能力强，成本低。

6、本实用新型，成桩孔过程中，桩孔位的岩土同时受到钻头旋转切削力和径向下挤压力，成孔效率高，特别是在较硬岩土层(如密实的粗砂和砾砂、角砾、园砾、碎石、粒径小于250mm的卵石的土层)的成孔效果更为显著，基桩成桩直径大，可达1000mm。

7、本实用新型，桩身的实际长度就是桩的设计长度，成桩的混凝土利用率高。

附图说明

图1是本实用新型螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置的结构示意图(下旋开门式钻头装置)。

图2是直联式滑块机构示意图(滑块伸出状态)。

图3是直联式滑块机构示意图(滑块收回状态)。

图4是连杆式滑块机构示意图(滑块伸出状态)。

图5是图1的侧视图。

图5A是下旋开门式钻头装置结构示意图(钻头出料口打开状态)。

图5B是下旋开门式钻头装置结构示意图(钻头出料口关闭状态)。

图6是本实用新型螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置的结构示意图(上旋开门式钻头装置)。

图6A是上旋开门式钻头装置结构示意图(钻头出料口关闭状态)。

图6B是上旋开门式钻头装置结构示意图(钻头出料口打开状态)。

图7本实用新型螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置的结构示意图(单侧旋开门式钻头装置)。

图7A是单侧旋开门式钻头装置结构示意图(钻头出料口打开状态)。

图7B是单侧旋开门式钻头装置结构示意图(钻头出料口关闭状态)。

图8是螺旋叶片Ⅰ结构示意图。

图9是螺旋叶片Ⅱ结构示意图。

图10是一种螺牙柱体压灌桩结构示意图。

图11是一种螺牙柱体压灌桩结构示意图。

图12是图10和图11中A-A剖面示意图。

图13是螺牙柱体压灌桩成桩示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-3和图5-9所示，一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，设有直联式滑块机构(7)，结构如下：

钻头装置包括联接体(1)、柱形芯管(2)、螺旋叶片Ⅰ(3)、锥形芯管(4)、螺旋叶片Ⅱ(5)、切削齿(6)、钻尖装置和直联式滑块机构(7)。

联接体(1)、柱形芯管(2)和锥形芯管(4)同轴心依次固定成一体，内腔形成供混凝土通过的通道，螺旋叶片Ⅰ(3)缠绕在联接体(1)和柱形芯管(2)的外表面，螺旋叶片Ⅱ(5)缠绕在锥形芯管(4)的外表面，螺旋叶片Ⅱ(5)的上端面与螺旋叶片Ⅰ(3)的下端面对应连接，螺旋叶片Ⅱ(5)的下端设置切削齿(6)，钻尖装置安装在锥形芯管(4)的下端，通过钻尖装置打开或关闭混凝土出料口。

螺旋叶片Ⅰ(3)缠绕在联接体(1)和柱形芯管(2)的外表面后整体外缘形成的圆柱形，与螺旋叶片Ⅱ(5)缠绕在锥形芯管(4)的外表面后整体外缘形成的圆柱形同轴同径。

直联式滑块机构(7)安装在锥形芯管(4)下端部的内腔中，所述直联式滑块机构(7)包括气缸Ⅰ(7-1)、销Ⅰ(7-2)、扩径滑块Ⅰ(7-3)和定位槽Ⅰ(7-4)；气缸Ⅰ(7-1)安装在锥形芯管(4)壁上，定位槽Ⅰ(7-4)固定在锥形芯管(4)的壁孔内，定位槽Ⅰ(7-4)的内腔与扩径滑块Ⅰ(7-3)滑动配合，扩径滑块Ⅰ(7-3)的一端横断面呈梯形结构，另一端设有供销Ⅰ(7-2)通过的孔，气缸Ⅰ(7-1)的活塞杆外端通过销Ⅰ(7-2)与扩径滑块Ⅰ(7-3)联接，扩径滑块Ⅰ(7-3)设置在螺旋叶片Ⅱ(5)的下端部靠近切削齿(6)处，并沿螺旋叶片Ⅱ(5)上的孔伸缩；扩径滑块Ⅰ(7-3)端部的梯形结构的形状与螺牙柱体压灌桩的螺牙(122)的梯形结构的形状及肋板桩(131)的梯形结构的形状相呼应。气缸也可替换为油缸。

在一个实施例中，如图5-5B所示，所述钻尖装置是下旋开门式钻尖装置(10)，包括折页(11)、门Ⅰ(12)、围板(13)和钻尖Ⅰ(14)；钻尖Ⅰ(14)上端中心部制有U型开口，钻尖Ⅰ(14)上端与锥形芯管(4)固定，围板(13)为U型结构，上端与锥形芯管(4)固定，直立侧面固定在钻尖Ⅰ(14)的U型开口外的大平面上，门Ⅰ(12)的大小与围板(13)的U型斜面内档相吻合，门Ⅰ(12)上端通过折页(11)与锥形芯管(4)连接，门Ⅰ(12)绕折页(11)旋转，关闭或打开混凝土的出料口。

在一个实施例中，如图6-6B所示，所述钻尖装置是上旋开门式钻尖装置(20)，包括单耳板(21)、门Ⅱ(22)、钻尖Ⅱ(23)和轴Ⅰ(24)；钻尖Ⅱ(23)上端中部制成U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ(23)两侧平面板上分别设置一组单耳板(21)，钻尖Ⅱ(23)和单耳板(21)的上端部与锥形芯管(4)固定成一体，每组单耳板(21)内档与钻尖Ⅱ(23)的U型开口及锥形芯管(4)下端内腔口构成混凝土的出料口，单耳板(21)的下端设有供轴Ⅰ(24)通过的孔，在每组单耳板(21)的内档之间设置门Ⅱ(22)，门Ⅱ(22)通过轴Ⅰ(24)与单耳板(21)联接，门Ⅱ(22)绕轴Ⅰ(24)旋转，实现打开或关闭混凝土的出料口。

在一个实施例中，如图7-7B所示，所述钻尖装置是单侧旋开门式钻尖装置(30)，包括钻尖Ⅲ(31)、门Ⅲ(32)、双耳板(33)和轴Ⅱ(34)；两组双耳板(33)分别对称固定在锥形芯管(4)的下端，钻尖Ⅲ(31)一端与一组双耳板(33)通过轴Ⅱ(34)铰接，钻尖Ⅲ(31)另一端与另一组双耳板(33)活动连接，门Ⅲ(32)安装在钻尖Ⅲ(31)上，门Ⅲ(32)的外缘与锥形芯管(4)的下端面相吻合，门Ⅲ(32)通过钻尖Ⅲ(31)绕轴Ⅱ(34)旋转关闭或打开混凝土的出料口。

在一个实施例中，螺旋叶片Ⅱ(5)设置两条并对称缠绕在锥形芯管(4)，其中一条螺旋叶片Ⅱ(5)的上端面与螺旋叶片Ⅰ(3)的下端面对应连接，另一条螺旋叶片Ⅱ(5)与螺旋叶片Ⅰ(3)不连接，两条螺旋叶片Ⅱ(5)的末端分别安装切削齿(6)。

在一个实施例中，如图8所示，螺旋叶片Ⅰ(3)端截面为四边形，其外缘可设有缺口。也可不设缺口。

在一个实施例中，如图9所示，螺旋叶片Ⅱ(5)端截面为四边形，其外缘可设有缺口。也可不设缺口。

本实用新型的工作原理：工作时，桩机上的空压机(或液压泵站)通过控气阀、管路与钻头装置中的气(油)缸联连，形成密封控制系统，向直联式滑块机构7中气缸的无杆腔给压力，活塞杆直接推动扩径滑块Ⅰ沿定位槽Ⅰ向外移动，实现扩径滑块Ⅰ的伸出；更换气缸内腔的给压，气缸的活塞杆收回，直接带动扩径滑块Ⅰ收回。

实施例2

如图1和图4-9所示，一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，设有连杆式滑块机构(8)，结构如下：

钻头装置包括联接体(1)、柱形芯管(2)、螺旋叶片Ⅰ(3)、锥形芯管(4)、螺旋叶片Ⅱ(5)、切削齿(6)、钻尖装置和连杆式滑块机构(8)。

联接体(1)、柱形芯管(2)和锥形芯管(4)同轴心依次固定成一体，内腔形成供混凝土通过的通道，螺旋叶片Ⅰ(3)缠绕在联接体(1)和柱形芯管(2)的外表面，螺旋叶片Ⅱ(5)缠绕在锥形芯管(4)的外表面，螺旋叶片Ⅱ(5)的上端面与螺旋叶片Ⅰ(3)的下端面对应连接，螺旋叶片Ⅱ(5)的下端设置切削齿(6)，钻尖装置安装在锥形芯管(4)的下端，通过钻尖装置打开或关闭混凝土出料口。

螺旋叶片Ⅰ(3)缠绕在联接体(1)和柱形芯管(2)的外表面后整体外缘形成的圆柱形，与螺旋叶片Ⅱ(5)缠绕在锥形芯管(4)的外表面后整体外缘形成的圆柱形同轴同径。

连杆式滑块机构(8)包括气缸Ⅱ(8-1)、销Ⅱ(8-2)、耳板座Ⅰ(8-3)、销Ⅲ(8-4)、扩径滑块Ⅱ(8-5)、定位槽Ⅱ(8-6)、销Ⅳ(8-7)、连杆(8-8)、销Ⅴ(8-9)和耳板座Ⅱ(8-10)；耳板座Ⅰ(8-3)和耳板座Ⅱ(8-10)分别固定在柱形芯管(2)和锥形芯管(4)的内壁上，定位槽Ⅱ(8-6)固定在锥形芯管(4)下端部的壁孔内，定位槽Ⅱ(8-6)的内腔与扩径滑块Ⅱ(8-5)滑动配合，扩径滑块Ⅱ(8-5)的一端横断面呈梯形结构，另一端固定有销Ⅳ(8-7)；气缸Ⅱ(8-1)通过销Ⅱ(8-2)与耳板座Ⅰ(8-3)铰接，气缸Ⅱ(8-1)的活塞杆外端通过销Ⅲ(8-4)与连杆(8-8)上端铰接，连杆(8-8)的中部通过销Ⅴ(8-9)与耳板座Ⅱ(8-10)铰接，连杆(8-8)的下端通过U型槽和销Ⅳ(8-7)与扩径滑块Ⅱ(8-5)滑动配合；扩径滑块Ⅱ(8-5)设置在螺旋叶片Ⅱ(5)的下端部靠近切削齿(6)处，并沿螺旋叶片Ⅱ(5)上的孔伸缩；扩径滑块Ⅱ(8-5)端部的梯形结构的形状与螺牙柱体压灌桩的螺牙(122)的梯形结构的形状及肋板桩(131)的梯形结构的形状相呼应。气缸也可替换为油缸。

在一个实施例中，如图5-5B所示，所述钻尖装置是下旋开门式钻尖装置(10)，包括折页(11)、门Ⅰ(12)、围板(13)和钻尖Ⅰ(14)；钻尖Ⅰ(14)上端中心部制有U型开口，钻尖Ⅰ(14)上端与锥形芯管(4)固定，围板(13)为U型结构，上端与锥形芯管(4)固定，直立侧面固定在钻尖Ⅰ(14)的U型开口外的大平面上，门Ⅰ(12)的大小与围板(13)的U型斜面内档相吻合，门Ⅰ(12)上端通过折页(11)与锥形芯管(4)连接，门Ⅰ(12)绕折页(11)旋转，关闭或打开混凝土的出料口。

在一个实施例中，如图6-6B所示，所述钻尖装置是上旋开门式钻尖装置(20)，包括单耳板(21)、门Ⅱ(22)、钻尖Ⅱ(23)和轴Ⅰ(24)；钻尖Ⅱ(23)上端中部制成U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ(23)两侧平面板上分别设置一组单耳板(21)，钻尖Ⅱ(23)和单耳板(21)的上端部与锥形芯管(4)固定成一体，每组单耳板(21)内档与钻尖Ⅱ(23)的U型开口及锥形芯管(4)下端内腔口构成混凝土的出料口，单耳板(21)的下端设有供轴Ⅰ(24)通过的孔，在每组单耳板(21)的内档之间设置门Ⅱ(22)，门Ⅱ(22)通过轴Ⅰ(24)与单耳板(21)联接，门Ⅱ(22)绕轴Ⅰ(24)旋转，实现打开或关闭混凝土的出料口。

在一个实施例中，如图7-7B所示，所述钻尖装置是单侧旋开门式钻尖装置(30)，包括钻尖Ⅲ(31)、门Ⅲ(32)、双耳板(33)和轴Ⅱ(34)；两组双耳板(33)分别对称固定在锥形芯管(4)的下端，钻尖Ⅲ(31)一端与一组双耳板(33)通过轴Ⅱ(34)铰接，钻尖Ⅲ(31)另一端与另一组双耳板(33)活动连接，门Ⅲ(32)安装在钻尖Ⅲ(31)上，门Ⅲ(32)的外缘与锥形芯管(4)的下端面相吻合，门Ⅲ(32)通过钻尖Ⅲ(31)绕轴Ⅱ(34)旋转关闭或打开混凝土的出料口。

在一个实施例中，螺旋叶片Ⅱ(5)设置两条并对称缠绕在锥形芯管(4)，其中一条螺旋叶片Ⅱ(5)的上端面与螺旋叶片Ⅰ(3)的下端面对应连接，另一条螺旋叶片Ⅱ(5)与螺旋叶片Ⅰ(3)不连接，两条螺旋叶片Ⅱ(5)的末端分别安装切削齿(6)。

在一个实施例中，如图8所示，螺旋叶片Ⅰ(3)端截面为四边形，其外缘可设有缺口。也可不设缺口。

在一个实施例中，如图9所示，螺旋叶片Ⅱ(5)端截面为四边形，其外缘可设有缺口。也可不设缺口。

本实用新型的工作原理：工作时，桩机上的空压机(或液压泵站)通过控气阀、管路与钻头中的气(油)缸联连，形成密封控制系统，向连杆式滑块机构8中的气(油)缸的无杆腔给压力，活塞杆推动连杆的上端下移，通过固定铰接销Ⅴ旋转，从而带动连杆下部绕销Ⅴ顺时针旋转，连杆下端的U型槽通过销Ⅳ带动扩径滑块Ⅱ沿定位槽Ⅱ移动，实现扩径滑块Ⅱ的收回；更换气(油)缸内腔的给压，气(油)缸的活塞杆收回，通过连杆带动扩径滑块Ⅱ伸出。

实施例3

如图10和图12所示，一种螺牙柱体压灌桩，结构如下：

螺牙柱体压灌桩由下向上依次为柱体桩段Ⅰ(110)、螺牙桩段(120)、扩大径桩段(140)、肋板桩段(130)和柱体桩段Ⅱ(160)。

柱体桩段Ⅰ(110)部分，混凝土主体桩Ⅰ(111)为圆柱形。优选适用于密实的粗砂和砾砂、角砾、园砾、碎石、粒径小于250mm的卵石等土层。

螺牙桩段(120)部分，混凝土主体桩Ⅱ(121)外缘制有一体结构的向外突出的螺旋盘绕的螺牙(122)，所述螺牙(122)横断面呈梯形结构。螺牙桩段(120)可以根据地质的实际状态的需要，调整螺牙的宽度，也就是扩径滑块Ⅰ(7-3)或扩径滑块Ⅱ(8-5)伸出最大制成深螺牙桩段，随着扩径滑块Ⅰ(7-3)或扩径滑块Ⅱ(8-5)伸出量减小制成浅螺牙桩段。

扩大径桩段(140)部分，混凝土主体桩Ⅳ(141)为圆柱形。

肋板桩段(130)部分，混凝土主体桩Ⅲ(131)外缘制有一体结构的向外突出的肋板桩(132)，所述肋板桩(132)横断面呈梯形结构。

柱体桩段Ⅱ(160)部分，混凝土主体桩Ⅵ(161)为圆柱形。

混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)、混凝土主体桩Ⅳ(141)、混凝土主体桩Ⅲ(131)和混凝土主体桩Ⅵ(161)为同轴一体结构。

混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)、混凝土主体桩Ⅲ(131)和混凝土主体桩Ⅵ(161)为同径结构。

混凝土主体桩Ⅳ(141)的外径大于混凝土主体桩Ⅱ(121)的外径。

当然，可根据工程地质和桩承载形式的不同，可选择地设计柱体桩段Ⅰ(Ⅱ)、螺牙桩段、扩大径桩段和肋板桩段的不同组合的桩型结构。如可以为螺牙桩段和肋板桩段的组合；柱体桩段Ⅰ、螺牙桩段和肋板桩段的组合；螺牙桩段、肋板桩段和柱体桩段Ⅱ的组合；扩大径桩段可设在螺牙桩段和肋板桩段之间，也可以设置在螺牙桩段内部。

实施例4

如图11和图12所示，一种螺牙柱体压灌桩，结构如下：

螺牙柱体压灌桩由下向上依次为桩底扩大头(150)、柱体桩段Ⅰ(110)、螺牙桩段(120)、扩大径桩段(140)、螺牙桩段(120)和肋板桩段(130)。

桩底扩大头(150)部分，混凝土主体桩Ⅴ(151)为类似球形。优选适用于黏性土、粉土、粉细砂、中砂、稍密的粗砂和砾砂等土层。

柱体桩段Ⅰ(110)部分，混凝土主体桩Ⅰ(111)为圆柱形。

螺牙桩段(120)部分，混凝土主体桩Ⅱ(121)外缘制有一体结构的向外突出的螺旋盘绕的螺牙(122)，所述螺牙(122)横断面呈梯形结构。螺牙桩段(120)可以根据地质的实际状态的需要，调整螺牙的宽度，也就是扩径滑块Ⅰ(7-3)或扩径滑块Ⅱ(8-5)伸出最大制成深螺牙桩段，随着扩径滑块Ⅰ(7-3)或扩径滑块Ⅱ(8-5)伸出量减小制成浅螺牙桩段。

扩大径桩段(140)部分，混凝土主体桩Ⅳ(141)为圆柱形。

肋板桩段(130)部分，混凝土主体桩Ⅲ(131)外缘制有一体结构的向外突出的肋板桩(132)，所述肋板桩(132)横断面呈梯形结构。

混凝土主体桩Ⅴ(151)与混凝土主体桩Ⅰ(111)为一体结构。

混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)、混凝土主体桩Ⅳ(141)和混凝土主体桩Ⅲ(131)为同轴一体结构。

混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)和混凝土主体桩Ⅲ(131)为同径结构。

混凝土主体桩Ⅳ(141)的外径大于混凝土主体桩Ⅱ(121)的外径。

当然，可根据工程地质和桩承载形式的不同，可选择地设计桩底扩大头、柱体桩段Ⅰ(Ⅱ)、螺牙桩段、扩大径桩段和肋板桩段的不同组合的桩型结构。如可以为桩底扩大头、螺牙桩段和肋板桩段的组合；桩底扩大头、螺牙桩段、肋板桩段和柱体桩段Ⅱ的组合；扩大径桩段可设在螺牙桩段和肋板桩段之间，也可以设置在螺牙桩段内部。

螺牙柱体压灌桩，利用实施例1或2的钻头装置，施工工作原理如图13所示：

首先，通过扩径滑块Ⅰ(7-3)或扩径滑块Ⅱ(8-5)为收回状态，桩机动力头通过钻具带动钻头装置旋转钻进成孔至桩孔设计标深，所成的基础桩孔为柱状光孔，然后根据工程地质和设计要求，在保持提钻速度与泵压灌量相匹配情况下依次形成桩底扩大头(150)、柱体桩段Ⅰ(110)、螺牙桩段(120)、扩大径桩段(140)、螺牙桩段(120)、肋板桩段(130)和柱体桩段Ⅱ(160)。

桩底扩大头的形成：利用扩径滑块处于完全收回状态且具有挤土功能的上旋开门的钻头装置或单侧开门的钻头装置在提钻并压灌桩底一定高度(通常1.5～2米)时，停止提钻和压灌，停止钻具旋转，释放钻具下移，桩底孔内混凝土使钻尖装置中的门向关闭钻头出料口方向旋转，逐渐关闭出料口，直至钻具不再下移，再启动钻具作旋转钻进，直至桩底标深，桩底孔内混凝土将被挤向桩孔侧岩土层，挤扩岩土孔径，还有一小部分混凝土与桩底虚土搅拌成一体，形成混凝土与土的混合体，然后，再提升钻具与泵压灌混凝土，形成具有扩大头、桩底虚土得到改良的桩底扩大头。

柱体桩段Ⅰ的形成：此阶段扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5仍处于向锥形芯管内腔收回状态，边提升钻具边灌注混凝土，混凝土注满基础桩孔，形成一段由混凝土主体桩Ⅰ构成的圆柱形柱。

螺牙桩段的形成：通过控制系统启动气缸Ⅰ7-1或气缸Ⅱ8-1，通过活塞或连杆推动扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5伸出螺旋叶片Ⅱ5并深入桩孔侧壁岩土，在保证提升钻杆速度与泵压灌混凝土量相匹配的灌注过程中，调整钻杆转速，使扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5沿基础桩孔侧壁岩土的运动轨迹为螺旋线上升，在基础桩孔侧壁岩土上形成螺旋上升的螺牙槽，基础桩孔内的压力混凝土填入螺牙槽里形成与混凝土主体桩Ⅱ外缘一体结构的向外突出的螺旋盘绕的螺牙；螺牙螺距T＝(1～1.75)混凝土主体桩Ⅱ外径，形成螺牙桩段。

扩大径桩段的形成：在保证提升钻杆速度与泵压灌混凝土量相匹配的灌注过程中，加快钻具转速同时降低钻具提升速度，使扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5在基础桩孔侧壁岩土上的运动形成一个柱体状挤扩槽，基础桩孔内压力混凝土填入柱体状挤扩槽内，形成由混凝土主体桩Ⅳ构成的圆柱形桩。

肋板桩段的形成：继续提升钻具同时停止钻具旋转，保持提钻速度与泵压灌混凝土量相匹配进行提钻灌注，扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5沿基础桩孔侧壁岩土垂直向上运动，划出一个沟槽，压力混凝土填入沟槽中，形成与混凝土主体桩Ⅲ外缘为一体结构的肋板桩。肋板桩长L＝1～2米。

柱体桩段Ⅱ的形成：通过气缸控制扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5向锥形芯管内腔收回，然后边提升钻具边灌注混凝土，混凝土注满基础桩孔，形成一段由混凝土主体桩Ⅴ构成的圆柱形柱。

通过调整扩径滑块Ⅰ7-3或扩径滑块Ⅱ8-5的伸出量调整螺牙的宽度和肋板桩的宽度。在提升压灌的过程中，由于钻头装置中的扩径滑块的位置设在钻头的下端，属于桩孔内压力混凝土的埋深范围内，也就是始终处于混凝土液面下，确保了泵压灌混凝土并提升钻具时，扩径滑块进行挤压桩孔壁形成的螺牙槽、沟槽及柱体状挤扩槽能立即被混凝土填充满，并与桩孔一同灌注，保证了混凝土主体桩的螺牙、竖向肋板及扩大径处混凝土的强度和质量。

Claims (10)

1.一种螺牙柱体压灌桩，其特征在于，所述螺牙柱体压灌桩由下向上依次包括柱体桩段Ⅰ(110)、螺牙桩段(120)和肋板桩段(130)；所述柱体桩段Ⅰ(110)部分，混凝土主体桩Ⅰ(111)为圆柱形；所述螺牙桩段(120)部分，混凝土主体桩Ⅱ(121)外缘制有一体结构的向外突出的螺旋盘绕的螺牙(122)，所述螺牙(122)断面呈梯形结构；所述肋板桩段(130)部分，混凝土主体桩Ⅲ(131)外缘制有一体结构的向外突出的肋板桩(132)，所述肋板桩(132)断面呈梯形结构；混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)和混凝土主体桩Ⅲ(131)为同轴同径一体结构。

2.根据权利要求1所述的一种螺牙柱体压灌桩，其特征在于，所述螺牙柱体压灌桩包括扩大径桩段(140)，扩大径桩段(140)设置在螺牙桩段(120)之上或之间，所述扩大径桩段(140)部分，混凝土主体桩Ⅳ(141)为圆柱形；混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)、混凝土主体桩Ⅲ(131)和混凝土主体桩Ⅳ(141)为同轴一体结构；混凝土主体桩Ⅳ(141)的外径大于混凝土主体桩Ⅱ(121)的外径。

3.根据权利要求1或2所述的一种螺牙柱体压灌桩，其特征在于，所述螺牙柱体压灌桩包括桩底扩大头(150)，所述桩底扩大头(150)设置在柱体桩段Ⅰ(110)下端，所述桩底扩大头(150)部分，混凝土主体桩Ⅴ(151)为球形与混凝土主体桩Ⅰ(111)为一体结构。

4.根据权利要求1或2所述的一种螺牙柱体压灌桩，其特征在于，所述螺牙柱体压灌桩包括柱体桩段Ⅱ(160)，所述柱体桩段Ⅱ(160)设置在肋板桩段(130)的上端并与肋板桩段(130)为一体结构，所述柱体桩段Ⅱ(160)部分，混凝土主体桩Ⅵ(161)为圆柱形，混凝土主体桩Ⅰ(111)、混凝土主体桩Ⅱ(121)、混凝土主体桩Ⅲ(131)和混凝土主体桩Ⅵ(161)为同轴同径一体结构。

5.一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，所述钻头装置包括联接体(1)、柱形芯管(2)、螺旋叶片Ⅰ(3)、锥形芯管(4)、螺旋叶片Ⅱ(5)、切削齿(6)和钻尖装置；联接体(1)、柱形芯管(2)和锥形芯管(4)同轴心依次固定成一体，内腔形成供混凝土通过的通道，螺旋叶片Ⅰ(3)缠绕在联接体(1)和柱形芯管(2)的外表面，螺旋叶片Ⅱ(5)缠绕在锥形芯管(4)的外表面，螺旋叶片Ⅱ(5)的上端面与螺旋叶片Ⅰ(3)的下端面对应连接，螺旋叶片Ⅱ(5)的下端设置切削齿(6)，钻尖装置安装在锥形芯管(4)的下端，通过钻尖装置打开或关闭混凝土出料口，其特征在于，螺旋叶片Ⅰ(3)缠绕在联接体(1)和柱形芯管(2)的外表面后整体外缘形成的圆柱形，与螺旋叶片Ⅱ(5)缠绕在锥形芯管(4)的外表面后整体外缘形成的圆柱形同轴同径；设有直联式滑块机构(7)，直联式滑块机构(7)安装在锥形芯管(4)下端部的内腔中，所述直联式滑块机构(7)包括气缸Ⅰ(7-1)、销Ⅰ(7-2)、扩径滑块Ⅰ(7-3)和定位槽Ⅰ(7-4)；气缸Ⅰ(7-1)安装在锥形芯管(4)壁上，定位槽Ⅰ(7-4)固定在锥形芯管(4)的壁孔内，定位槽Ⅰ(7-4)的内腔与扩径滑块Ⅰ(7-3)滑动配合，扩径滑块Ⅰ(7-3)的一端横断面呈梯形结构，另一端设有供销Ⅰ(7-2)通过的孔，气缸Ⅰ(7-1)的活塞杆外端通过销Ⅰ(7-2)与扩径滑块Ⅰ(7-3)联接，扩径滑块Ⅰ(7-3)设置在螺旋叶片Ⅱ(5)的下端部靠近切削齿(6)处，并沿螺旋叶片Ⅱ(5)上的孔伸缩；扩径滑块Ⅰ(7-3)端部的梯形结构的形状与螺牙柱体压灌桩的螺牙(122)的梯形结构的形状及肋板桩(132)的梯形结构的形状相呼应。

6.根据权利要求5所述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，将直联式滑块机构(7)替换为连杆式滑块机构(8)，所述连杆式滑块机构(8)包括气缸Ⅱ(8-1)、销Ⅱ(8-2)、耳板座Ⅰ(8-3)、销Ⅲ(8-4)、扩径滑块Ⅱ(8-5)、定位槽Ⅱ(8-6)、销Ⅳ(8-7)、连杆(8-8)、销Ⅴ(8-9)和耳板座Ⅱ(8-10)；耳板座Ⅰ(8-3)和耳板座Ⅱ(8-10)分别固定在柱形芯管(2)和锥形芯管(4)的内壁上，定位槽Ⅱ(8-6)固定在锥形芯管(4)下端部的壁孔内，定位槽Ⅱ(8-6)的内腔与扩径滑块Ⅱ(8-5)滑动配合，扩径滑块Ⅱ(8-5)的一端横断面呈梯形结构，另一端固定有销Ⅳ(8-7)；气缸Ⅱ(8-1)通过销Ⅱ(8-2)与耳板座Ⅰ(8-3)铰接，气缸Ⅱ(8-1)的活塞杆外端通过销Ⅲ(8-4)与连杆(8-8)上端铰接，连杆(8-8)的中部通过销Ⅴ(8-9)与耳板座Ⅱ(8-10)铰接，连杆(8-8)的下端通过U型槽和销Ⅳ(8-7)与扩径滑块Ⅱ(8-5)滑动配合；扩径滑块Ⅱ(8-5)设置在螺旋叶片Ⅱ(5)的下端部靠近切削齿(6)处，并沿螺旋叶片Ⅱ(5)上的孔伸缩；扩径滑块Ⅱ(8-5)端部的梯形结构的形状与螺牙柱体压灌桩的螺牙(122)的梯形结构的形状及肋板桩(132)的梯形结构的形状相呼应。

7.根据权利要求5或6所述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，其特征在于，所述钻尖装置是下旋开门式钻尖装置(10)，包括折页(11)、门Ⅰ(12)、围板(13)和钻尖Ⅰ(14)；钻尖Ⅰ(14)上端中心部制有U型开口，钻尖Ⅰ(14)上端与锥形芯管(4)固定，围板(13)为U型结构，上端与锥形芯管(4)固定，直立侧面固定在钻尖Ⅰ(14)的U型开口外的大平面上，门Ⅰ(12)的大小与围板(13)的U型斜面内档相吻合，门Ⅰ(12)上端通过折页(11)与锥形芯管(4)连接，门Ⅰ(12)绕折页(11)旋转，关闭或打开混凝土的出料口。

8.根据权利要求5或6所述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，其特征在于，所述钻尖装置是上旋开门式钻尖装置(20)，包括单耳板(21)、门Ⅱ(22)、钻尖Ⅱ(23)和轴Ⅰ(24)；钻尖Ⅱ(23)上端中部制成U型开口，以U型开口为对称在钻尖Ⅱ(23)两侧平面板上分别设置一组单耳板(21)，钻尖Ⅱ(23)和单耳板(21)的上端部与锥形芯管(4)固定成一体，每组单耳板(21)内档与钻尖Ⅱ(23)的U型开口及锥形芯管(4)下端内腔口构成混凝土的出料口，单耳板(21)的下端设有供轴Ⅰ(24)通过的孔，在每组单耳板(21)的内档之间设置门Ⅱ(22)，门Ⅱ(22)通过轴Ⅰ(24)与单耳板(21)联接，门Ⅱ(22)绕轴Ⅰ(24)旋转，实现打开或关闭混凝土的出料口。

9.根据权利要求5或6所述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，其特征在于，所述钻尖装置是单侧旋开门式钻尖装置(30)，包括钻尖Ⅲ(31)、门Ⅲ(32)、双耳板(33)和轴Ⅱ(34)；两组双耳板(33)分别对称固定在锥形芯管(4)的下端，钻尖Ⅲ(31)一端与一组双耳板(33)通过轴Ⅱ(34)铰接，钻尖Ⅲ(31)另一端与另一组双耳板(33)活动连接，门Ⅲ(32)安装在钻尖Ⅲ(31)上，门Ⅲ(32)的外缘与锥形芯管(4)的下端面相吻合，门Ⅲ(32)通过钻尖Ⅲ(31)绕轴Ⅱ(34)旋转关闭或打开混凝土的出料口。

10.根据权利要求5或6所述的一种螺牙柱体压灌桩成桩用钻头装置，其特征在于，螺旋叶片Ⅱ(5)设置两条并对称缠绕在锥形芯管(4)，其中一条螺旋叶片Ⅱ(5)的上端面与螺旋叶片Ⅰ(3)的下端面对应连接，另一条螺旋叶片Ⅱ(5)与螺旋叶片Ⅰ(3)不连接，两条螺旋叶片Ⅱ(5)的末端分别安装切削齿(6)。

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